Меню

Учет реактивной мощности конденсатора

Конденсаторы для компенсации реактивной мощности

Косинусные конденсаторы и другие силовые конденсаторы в международном нормативно-правовом поле. Пленочные косинусные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности. Расчет необходимой емкости косинусных конденсаторов.

Конденсаторы для компенсации реактивной мощности (компенсационные конденсаторы или косинусные конденсаторы) (DIN EN 61921, VDE 0560-700:2004-02), в том числе самовосстанавливающиеся пленочные (ГОСТ 27390-87, DIN EN 60831, VDE 0560-46:2003) формируют наиболее емкий сегмент силовых конденсаторов (DIN EN 60143-1, VDE 0560-42:2004-12), используемых в силовой электронике (DIN EN 61071; VDE 0560-120:2008) и электроэнергетике, в том числе в сетях высокого напряжения (DIN IEC 62146, VDE 0560-50:2003).

На текущий момент из-за отсутствия четкой формализации существуют концептуальные разногласия обозначения пределов среднего, высокого и сверхвысокого (extra-high) напряжения у немецкого VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker), международного IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров по электротехнике и электронике), европейских CENELEC (Comité Européen de Normalisation Électrotechnique — Европейский комитет электротехнической стандартизации), ETSI (European Telecommunications Standards Institute — Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций) и IEC (International Electrotechnical Commission — международная электротехническая комиссия МЭК). Пока установлены компромиссные параметры сетей среднего напряжения (3, 6, 10, 15, 20 и 30 кВ), высокого напряжения (60 и 110 кВ) и сверхвысокого напряжения (220, 380, 500, 700 и 1150 кВ). К силовым конденсаторам кроме компенсирующих (косинусных) конденсаторов (ГОСТ 1282-88) относят сглаживающие (фильтрующие) конденсаторы, устанавливаемые в цепях выпрямленного тока параллельно нагрузке, демпферные (снабберные) и импульсные конденсаторы, а также конденсаторы для двигателей переменного тока (асинхронных двигателей).

Среди силовых конденсаторов выделяют вакуумные конденсаторы (с диэлектриком — техническим вакуумом давления 10 в (-7) степени Torr), SF6 конденсаторы (диэлектрик — гексафторид серы под давлением 3-7 бар), керамические конденсаторы и пленочные конденсаторы (фольговые, металлизированные, фольгово-металлизированные с диэлектриком из бумаги, полимерной пленки или комбинации бумаги и полимерной пленки).

Наибольшее распространение в системных решениях компенсации реактивной мощности получили пленочные конденсаторы, отличающиеся от вакуумных, SF6 и керамических конденсаторов большей живучестью благодаря способности к самовосстановлению при пробое пленочного электрода (фольги, металлизированного покрытия).

Пленочные косинусные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности

Первые пленочные косинусные конденсаторы изготавливались из слоев бумаги, пропитанной изоляционным маслом (до 1984 года — полихлорированным дифенилом PCB) и фольги, были довольно громоздкими и ненадежными. Большей компактности, а также надежности благодаря самовосстановлению при пробое удалось добиться в металлизированных бумажных конденсаторах (аббревиатура MP) с электродами – металлизированным покрытием по диэлектрику — бумаге, по сути, конденсаторных блоках из нескольких конденсаторных элементов в едином корпусе, соединенных последовательно. После II мировой войны с развитием синтетических материалов бумагу в фольговых и металлизированных конденсаторах стали заменять полимерными пленками — более тонкими благодаря большей электрической прочности диэлектрика (электрическая прочность пропитанной бумаги около 100 V / µm, полипропилена 650 V / µm, полиэтилентерефталата, полиэстера 580 V / µm, полиэтиленнафталата 500 V / µm).

На текущий момент сегмент пленочных конденсаторов формируют (типы по европейским техническим регламентам и DIN 41379):

  • металлизированные бумажные (аббревиатура типа МР) (в ограниченном количестве и в основном благодаря тому, что производство конденсаторов такого типа менее затратное);
  • конденсаторы с диэлектриком из полиэтилентерефталата, полиэстера (Polyethylenterephthalat, Polyester — PET) — фольговые (аббревиатура типа (F)KT), металлизированные (аббревиатура типа MKT или MKS), комбинированные фольгово-металлизированные (аббревиатура типа MFT);
  • конденсаторы с диэлектриком из полиэтиленнафталата (Polyethylennaphtalat — PEN) — фольговые (аббревиатура типа (F)KN) и металлизированные (аббревиатура типа MKN);
  • конденсаторы с диэлектриком из полиэтиленсульфида (Polyphenylensulfid — PPS) — фольговые (аббревиатура типа (F)KI) и металлизированные (аббревиатура типа MKI);
  • конденсаторы с диэлектриком из полипропилена (Polypropylen – РР) — фольговые (аббревиатура типа (F)KР), металлизированные (аббревиатура типа MKР), комбинированные фольгово-металлизированные (аббревиатура типа MFР);
  • конденсаторы с диэлектриком из поликарбоната (Polycarbonat — РС) — фольговые (аббревиатура типа (F)KС) и металлизированные (аббревиатура типа MKС);
  • конденсаторы с диэлектриком из ацетата целлюлозы (Celluloseacetat — СА) — фольговые (аббревиатура типа (F)KU) и металлизированные (аббревиатура типа MKU);
  • многослойные конденсаторы со смешанным (Misch-Dielektrika) диэлектриком (металлизированной бумагой и полимером — полипропиленом) — с бумагой, металлизированной с двух сторон (аббревиатура типа MKV) или с одной стороны (аббревиатура типа МРК).
Читайте также:  Какая должна быть мощность блока питания для компьютера

Выбор того или иного диэлектрика для производства конденсатора в целом определяется электрическими и теплофизическими свойствами материала, а также доступностью пленки нужной толщины и размеров, поскольку производство полимерных пленок для конденсаторов по факту монополизировано несколькими крупными компаниями и высококачественные пленки поставляются на международный рынок под торговыми марками/брендами: Hostaphan®, Mylar® — полиэтилентерефталат и полиэстер, Kaladex® — полиэтиленнафталат, Torelina® — полиэтиленсульфид, Treofan® — полипропилен, Teflon® — политетрафторэтилен, Styroflex® — полистирол, Makrofol® — поликарбонат и т.д.

Источник



Учёт реактивной мощности в стандартных договорах на поставку электроэнергии

Так как влияние реактивной мощности на потери в системе и на пропускную способность линий и трансформаторов являются значительными, то необходимо определять цену на реактивную мощность, устанавливая измерительные приборы. Существуют различные методы тарификации, основанные на количестве реактивной энергии, на количестве кажущейся энергии и на различных значениях для дневного и ночного тарифа.

Средний коэффициент мощности cosφ, меньший единицы, является причиной дополнительных издержек поставщиков электроэнергии, которые возмещаются потребителями в соответствии с условиями специальных договоров. Это относится к крупным потребителям, таким как коммерческие, торговые или промышленные предприятия с низким средним коэффициентом мощности в течение месяца или расчётного периода. При этом реактивная энергия должна измеряться с помощью отдельного счётчика квар∙ч.

Для минимизации стоимости реактивной энергии необходимо обратить внимание на положения индивидуального договора между компанией, поставляющей электроэнергию, и потребителем. Договор является основой экономической базы и содержит все технические, экономические и правовые условия, которым должен следовать потребитель, в том числе и договорные цены за кВт∙ч и квар∙ч.

Новые компании на рынке поставки электроэнергии, в частности, в государствах-членах Европейского Союза (ЕС) привели к изменениям в условиях продаж многих поставщиков. В договорах компаний, заключающихся по всему миру, могут иметься различия. Это связано с тем, что необходимо принимать во внимание соответствующие нормы и правила, касающиеся электроэнергетики, действующие в каждой стране. Во многих случаях стандартные договоры поставки могут быть составлены с учётом положений, приведённых ниже.

Учёт реактивной энергии в типовых договорах поставки

Чёткая дифференциация между общими клиентами (например, домохозяйствами или мелкими торговыми предприятиями) и потребителями со специальными договорами невозможна из-за наличия многочисленных технических и экономических факторов, которые должны приниматься во внимание: заявленная мощность, потребление электроэнергии, период использования, вид нагрузки.

Компании, поставляющие или распределяющие электроэнергию, обычно включают в специальные договоры положения, относящиеся к учёту и оплате реактивной энергии. Это означает, что поставщик взимает с особого потребителя оплату за реактивную энергию по договорной цене. Существует дополнительный компонент ценообразования распределительных электросетевых компаний, который относится к использованию сети потребителем. Величина платы за использование энергосистемы зависит от ожидаемой максимальной нагрузки, так называемой необходимой электрической мощности, которая должна быть заявлена потребителем. Эти данные составляют основу для расчёта цены сетевой распределительной компанией. К цене реактивной энергии поставщиком может быть в расчёт добавлен другой компонент, относящийся к качеству электроэнергии.

Читайте также:  Потребляемая мощность камеры заднего вида

Любая реактивная энергия, поставляемая потребителю, является причиной повышения стоимости. Измеренная реактивная энергия будет учитываться в договорах с поставщиками. Плата за неё будет взиматься с потребителей с большой мощностью (например, с P> 30 кВт, при установке измерителя квар). Так как договоры не одинаковы, рекомендуется получить всю необходимую информацию в местной энергоснабжающей или распределяющей компании. Энергоснабжающие компании предлагают два вида тарификации, относящиеся к реактивной энергии:

  • тарификация в зависимости от потребляемой реактивной энергии;
  • тарификация в зависимости от потребляемой кажущейся энергии.

Для учёта экономического аспекта эксплуатации установок потребителей необходимо получить от поставщика информацию о преимуществах вида тарификации и условиях договора. Далее рассмотрим учёт повышенной реактивной энергии в различных видах специальных договоров на поставку.

Тарификация в зависимости от потребляемой реактивной энергии (квар∙ч)

Большинство поставщиков выдвигают условие поддержания среднего коэффициента мощности cosφ в течение месяца или расчётного периода выше 0,9. Если потребление реактивной энергии становится больше 50% потребления активной энергии, то дополнительная реактивная энергия будет тарифицироваться. Как говорилось выше, реактивная энергия будет измеряться отдельным счётчиком квар·ч. Обычно дополнительная реактивная энергия (квар·ч) оценивается в диапазоне от 10 до 15% стоимости активной энергии (кВт·ч). Оценка реактивной энергии также может быть предметом переговоров с местным поставщиком. Также нужно обратить внимание, оценивает ли энергоснабжающая компания дополнительную реактивную энергию по периоду высокого тарифа (дневного) или по периоду низкого тарифа (ночному).

В случае системы с распределённой генерацией, которая может отдавать активную энергию обратно в сеть, должны приниматься во внимание специальные технические соображения, так как значения коэффициента мощности cosφ могут оказаться во всех четырёх квадрантах при генерации в перевозбуждённом и недовозбуждённом режимах и для нагрузок с опережающим и отстающим коэффициентами мощности).

На рисунке показан в графическом виде метод определения дополнительного потребления реактивной энергии при коэффициенте мощности, задаваемом энергоснабжающей компанией, например, при cosφ ≈ 0,9. Иногда поставщик может задавать разные коэффициенты мощности в дневной и ночной период, потому что ночью может оказаться удовлетворительным более низкое значение, чтобы избежать опережающего (емкостного) коэффициента мощности в системе электроснабжения. Такие условия могут быть предложены прежде всего в городской местности с большими кабельными сетями в периоды низкой нагрузки. Некоторые изготовители реле коэффициента мощности предлагают в качестве функции возможность автоматического переключения между двумя заданными значениями коэффициента мощности cosφ.

Как определить среднемесячный коэффициент мощности?

Рассмотрим пример: месячное потребление промышленной установки составляет 40 000 кВт·ч активной энергии и 50 000 квар·ч реактивной энергии.

Среднемесячный коэффициент мощности определяется следующим образом:

tgφ = реактивная энергия/активная энергия = 50000 квар·ч/40000 кВт = 1,25.

Следовательно, cosφ = 0,624.

Энергоснабжающая компания в соответствии с договором оценивает дополнительную реактивную энергию, потребляемую вследствие того, что средний коэффициент мощности ниже 0,9, в 15% от средней стоимости активной энергии, составляющей 12 центов за кВт·ч, то есть в 1,8 цента за квар·ч.

Читайте также:  Потребляемая мощность плиты gorenje

Так как нетарифицируемая часть реактивной энергии составляет 50% от потреблённой активной энергии, 50% от 40 000 кВт·ч = 20000 квар·ч не оплачиваются.

Из общего количества реактивной энергии 50 000 квар·ч, потребляемой за месяц, 30 000 квар·ч будут тарифицироваться по 1,8 цента за квар·ч, что составит общую стоимость за месяц €540.

Стоимость за год может составить €6480, если потребитель не повысит средний коэффициент мощности путём компенсации реактивной мощности. Также появляются дополнительные затраты (не отражаемые в счёте в явном виде) из-за увеличения потерь (I2R) в системе передачи и распределения (линии и трансформаторы), оцениваемые по 12 центов за кВт·ч всё время, когда коэффициент мощности cosφ меньше единицы. Этот факт принимается во внимание очень редко.

Тарификация в зависимости от потребляемой кажущейся энергии (квар∙ч)

В этом методе рассматривается максимальная активная мощность, которая может возникнуть в течение расчётного периода. Данные потреблённой активной и реактивной энергии определяют средний cosφm. По этим данным можно вычислить максимальную кажущуюся мощность. Значение cosφ сильно влияет на начисления, когда он меньше единицы. Если принять, что активная мощность постоянна, измеренная тарифицируемая кажущаяся энергия определяется подлежащей оплате реактивной энергией в соответствии со следующей формулой:

S = Pmax/cosφm , где

  • S – кажущаяся мощность (кВА),
  • Pmax – максимальная активная мощность (кВт),
  • сosφm – коэффициент мощности.

Такой метод оценки побуждает пользователя максимально приближать к единице коэффициент мощности сosφm. Это означает, что необходимо применение компенсации реактивной мощности. При этом дополнительным преимуществом окажется уменьшение потерь, о которых говорилось выше (в линиях и трансформаторах). В результате быстро амортизируются высокие инвестиции для компенсации реактивной мощности.

Важность учёта реактивной мощности при определении расходов на подключение

Должна быть сделана правильная оценка потребления мощности предприятия. Необходимо заявить поставщику требуемую (заказываемую) мощность, а также коэффициент спроса, который включает в себя коэффициент нагрузки и коэффициент разновременности. Эти данные являются основой для проектирования системы энергоснабжения. Кроме того, они помогают оптимизировать договор, предлагаемый потребителю. Он приводит к отношению максимальной нагрузки (мощности) к требуемой нагрузке (мощности) поставщика. Многие энергоснабжающие и распределительные компании используют эти данные для расчёта стоимости подключения и сетевых затрат.

  • Стоимость подключения относится к стоимости установки электрического соединения между потребителем и системой электроснабжения. Поставщик взимает эту стоимость с потребителя полностью или частично.
  • Сетевые расходы являются общими расходами и относятся к расходам на построение системы распределения электроэнергии.

Как было сказано выше, заявленная мощность должна даваться поставщику как кажущаяся мощность (кВА). Также должны учитываться такие данные, как коэффициент спроса и средний коэффициент мощности cosφа.

При проектировании новых установок нужно принимать во внимание средний коэффициент мощности cosφа аналогичных установок или проводить расчёты на основе предполагаемых технических характеристик оборудования потребителей.

«Специальные потребители» могут уменьшить затраты посредством классической компенсации реактивной мощности, при этом дополнительно улучшая качество энергии с помощью фильтров. Экономия проявляет себя в различных областях, особенно при уменьшении затрат, относящихся к реактивной энергии, а также к активной энергии в результате уменьшения потерь активной мощности в системе, пиков активной мощности, стоимости инвестиций и стоимости подключения.

Источник