Качество электронной энергии на предприятии – биться либо смириться?

Мировой рост цен на энергоэлементы, повышение употребления электричества, повсевременно повышающиеся требования к надёжности систем электроснабжения – всё это ведёт к тому, что у компаний возникают новые задачки. К примеру, по поиску и внедрению технических решений, направленных на увеличение энергоэффективности таких процессов, как генерация, передача, рассредотачивание и потребление электричества. Вот поэтому особо животрепещущим становится понятие свойства электронной энергии (КЭ). В широком осознании, КЭ это совокупа её параметров, определяющих воздействие на электрическое оборудование, приборы и аппараты.

Качество электроэнергии оценивается такими показателями, как уровни электрических помех в системах электроснабжения по частоте, действующему значению напряжения, форме его кривой и др.

Нехорошие характеристики КЭ приводят ко многим нехорошим последствиям. Более противные для промышленных потребителей:

 

• отключения и простои технологического оборудования, вызванные трагедиями и переключениями во наружных сетях;

• прямые убытки, связанные с недовыпуском конечной продукции;

• косвенные убытки из-за вероятных ремонтных работ механического оборудования, также издержек на сервис;

• понижение надёжности системы электроснабжения;

• понижение эффективности производства и увеличение удельной энергоёмкости единицы конечной продукции;

• уменьшение срока службы электрического оборудования.

Разглядим более распространенные трудности, связанные с КЭ, и методы их решения.

/// ВРЕЗКА. Федеральные законы и муниципальные программки в области сбережения энергии и увеличения энергетической эффективности

1. Федеральный закон об сбережении энергии и повышении энергетической эффективности от 23 November 2009 № 261-ФЗ;

2. Энергетическая стратегия Рф на период до two thousand thirty года (утв. РП РФ 13 November 2009 № 1715-р);

3. План мероприятий по сбережению энергии и увеличению энергетической эффективности в РФ (утв. РП РФ 1 December 2009 №1830-р);

4. Муниципальная программка по сбережению энергии и увеличению энергетической эффективности на период до two thousand twenty года (утв. РП РФ 27 December 2010 № 2446-р).

Неувязка № 1. Колебания напряжения

Согласно исследованиям EPRI (Electric Power Research Institute), самой распространённой предпосылкой низкого свойства электроэнергии (более 92%) являются провалы напряжения. Они могут появляться из-за природных явлений (грозы, урагана, приводящего к обрывам проводов) и технических мероприятий, проводимых на высочайшей стороне линий электропередач.

«Колебания напряжения в границах ±5% не манят за собой негативных последствий. А вот краткосрочное прекращение подачи электроэнергии, так именуемые скачки напряжения,  или понижение напряжения на величину более 15% может привести к долговременному простою технологических линий», – ведает Сергей Генералов, главный энергетик компании PROPLEX, ведущего производителя оконных систем.

 

Решение 1. Внедрение источников бесперебойного питания (ИБП)

ИБП позволяет поддерживать электроснабжение более принципиальных технологических процессов на предприятии в течение некого промежутка времени. Таким макаром, можно успеть, к примеру, сохранить программку станка, выключить чувствительное оборудование и т.д.

«Фактически рабочее время аварийного питания находится в зависимости от нагрузки и ёмкости накопителей энергии. К примеру, в источниках бесперебойного питания  PCS one hundred UPS-I в роли последних употребляются суперконденсаторы либо свинцовые аккумуляторные батареи со спиральными электродами, а в качестве связывающего устройства в установке применяется инвертор. Это позволяет присоединенной нагрузке  в случае провалов либо пропадания напряжения оставаться в рабочем режиме в течение thirty секунд», – ведает Дмитрий Чайка, менеджер по проектам компании АББ, фаворита в производстве силового оборудования и технологий для электроэнергетики и автоматизации.

Решение 2.  Использование динамических компенсаторов преломления напряжения (ДКИН)

ДКИН представляет собой устройство с двукратным преобразованием напряжения, вход которого подключён к системе электроснабжения. Выход ДКИН через управляемый инвертор и через вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) подключён к нагрузке. Вторичная обмотка ВДТ включена поочередно с нагрузкой, и в ней наводится напряжение, компенсирующее колебания и провалы в системе электроснабжения.

По словам Дмитрия Чайки, динамические компенсаторы преломления напряжения, так же как и ИБП, имеющие в собственной базе инвертор, владеют высочайшим коэффициентом полезного деяния (до 99%) и быстродействием. Но в сопоставлении с источниками бесперебойного питания, компенсаторы преломления напряжения занимают еще наименьшую площадь. Наибольший размер установки PCS100AVC мощностью three thousand кВА всего 2145×2408×2409 мм (ВхГхШ), в то время как источник бесперебойного питания с аккумуляторными батареями займёт в 5 раз больше места.

Не считая того, из-за отсутствия накопителей энергии компенсаторы существенно дешевле, чем ИБП, потому в большинстве случаев оказываются лучше для потребителей.

Неувязка № 2. Наличие высших гармоник в сети

Качество электроэнергии определяется амплитудой, частотой и наличием преломления формы сигнала, идущего от системы электроснабжения. «В то время как 1-ые две свойства в значимой мере зависят от электроснабжающей компании, форма волны (напряжения либо тока) искажается потребителями.  Ведь в текущее время большая часть типовых нагрузок на предприятиях являются нелинейными, к примеру, работа частотно-регулируемых приводов, выпрямителей, ИБП, компов, энергосберегающих ламп и т.д.

Перечисленные выше устройства потребляют ток источника, не соответственный форме волны напряжения, в конечном итоге она искажается высшими гармониками», – объясняет Виталий Побокин, главный инженер проектов компании «Электромонтажгрупп».

Высшие гармоники являются возрастающей неувязкой для поставщиков и потребителей электроэнергии, потому что ведут к:

— понижению эффективности и повышению энергопотребления;

— перегреву кабелей, электродвигателей и трансформаторов;

— повреждению чувствительного оборудования;

— срабатыванию автоматических выключателей;

— выгоранию предохранителей;

— досрочному износу оборудования;

— перегреву и выходу из строя конденсаторов;

— возникновению сильных токов в нейтральных проводах;

— появлению резонанса в сети;

— отказу в подключении к электроснабжающим сетям в случае очень высочайшего уровня гармоник.

На сегодня самым современным и действенным решением по компенсации высших гармонических составляющих является внедрение активных фильтров (АФГ). Они строятся, к примеру, на модулях IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и цифровых сигнальных микропроцессорах (ЦСП).

 

Принцип внедрения АФГ прост: силовая электроника употребляется для генерирования гармонических токов, в противофазе тока гармоник, вызванных работой нелинейных нагрузок, таким макаром, чтоб синусоида сохраняла очень правильную форму.

С помощью трансформаторов тока измеряется ток нагрузки, который анализируется ЦСП для определения картины диапазона гармоник. Приобретенные данные употребляются генератором тока для производства и инжекции в сеть конкретно таковой гармонической величины (по амплитуде, форме и фазе), которая нужна для компенсации искажений нагрузки в последующем цикле синусоиды тока.

Потому что активный фильтр работает на базе данных, получаемых от трансформатора, оборудование динамически приспосабливается к изменениям в гармониках нагрузки. В связи с тем, что процессы анализа и генерирования контролируются программным обеспечением, устройство просто программируется на компенсацию только отдельных гармоник.

«Помимо собственных главных функций, активные фильтры могут делать и другие задачки, – ведает Дмитрий Чайка. – К примеру, устройства PQF избавляют пофазную несимметрию и понижают воздействие токов нулевой последовательности. Эта функция в особенности полезна там, где употребляются четырёхпроводные системы: к примеру, в центрах обработки данных, гостиницах, банках и т.п. Также активные фильтры владеют способностью плавной компенсации реактивной мощности».

Неувязка № 3. Маленький коэффициент мощности

Как понятно, электронная энергия, вырабатываемая генераторами электрических станций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. 1-ая величина потребляется электроприёмниками, переходя в механическую работу, термическую и другие виды энергии. Реактивная мощность охарактеризовывает электроэнергию, преобразуемую в энергию электронных и магнитных полей в элементах сети.

Качество электронной энергии впрямую находится в зависимости от активной составляющей нагрузки, которая выражается в значении так именуемого коэффициента мощности  или cos φ. Обычно, из-за наличия реактивной составляющей активная мощность не равна полной, потому cos φ обычно меньше единицы.

«Низкие значения коэффициента мощности нерентабельны энергосетевым компаниям, т. к. из-за этого растут утраты в электронных сетях, – продолжает Сергей Генералов. –  Поэтому при подключении промышленных потребителей их техническими критериями на подключение  обязывают устанавливать у себя устройства компенсации реактивной мощности. Вообщем, каждое предприятие в масштабах страны должно хлопотать не только лишь об энергоэффективности, да и об экономии электроэнергии».

На предприятиях, где употребляются станки, компрессоры, насосы, сварочные трансформаторы, электропечи, электролизные установки и остальные потребители энергии с резкопеременной нагрузкой, cos φ повсевременно колеблется от 0,5 до 0,8. Для компенсации реактивной мощности в таких критериях, устранения просадок напряжения, вызванных пусковыми режимами сильной нагрузки, и устранения фликера  необходимо использовать установки компенсации реактивной мощности, к примеру, быстродействующие фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ). Они представляют собой конденсаторные батареи, поочередно соединенные с фильтровыми реакторами с резисторами либо без их.

 

В качестве примера использования фильтрокомпенсирующих устройств ФКУ Дмитрий Чайка приводит автономные системы электроснабжения буровых установок от дизель-генераторов. По утверждению спеца, внедрение ФКУ Dynacomp в данном случае позволяет значительно понизить утраты и, как следствие, уменьшить потребление дизельного горючего за счёт компенсации реактивной составляющей тока нагрузки, стабилизации напряжения и частичного понижения токов высших гармоник.

Неувязка № 4. Необходимость скопления энергии

ГРЭС всегда должны держать в резерве мощности для случаев бросков нагрузок либо аварийных отключений генераторов. Решением могут стать устройства хранения энергии (УХЭ), работа которых координируется наружной системой управления электростанции.

«Резерв мощности прибыльно иметь и компаниям – он позволяет при больших трагедиях избежать простоя технологических линий, также повысить энергоэффективность производства», – считает Дмитрий Чайка. В качестве примера устройства хранения энергии спец привёл оборудование PCS one hundred ESS, рассчитанное на широкий спектр мощностей (от twenty five кВА до twenty МВА переменного тока). Такие устройства подключаются на различных уровнях напряжения. Не считая того, система PCS one hundred ESS имеет возможность работы в режиме динамического контроля потока мощности, когда генерируется требуемый уровень активной и реактивной мощности. Таковой режим позволяет сглаживать график среднесуточного употребления за счёт сглаживания пиковых нагрузок (см. рис.

6), что, в итоге, ведёт к сокращению оплаты за электроэнергию на предприятиях. Если учитывать, что цена последней для промышленных потребителей может существенно вырасти с one июля two thousand thirteen г., необходимость внедрения устройств хранения энергии становится тривиальной.

Внедрение УХЭ прибыльно и гарантированным поставщикам электроэнергии – потому что внедрение подобного оборудования ведёт к понижению вкладывательных издержек при строительстве новых объектов за счёт компенсации пикового употребления, также увеличивает эффективность работы трансформаторных подстанций (ТП).

К примеру, при строительстве ТП по заявленной мощности потребителей и следующем внедрении со стороны нагрузки, т.е. предприятия, своей распределённой генерации, растут утраты поставщика (пропадает выгода, не окупаются эксплуатационные издержки). Применение УХЭ в пт рассредотачивания энергии ведёт к понижению толики принужденной генерации, подмене запасных/пиковых обычных энергоблоков малой и средней мощности (до fifty МВт) и уменьшению цены владения. Так, эксплуатационные издержки систем газовой генерации составляют two thousand € за месяц, угольной генерации – one thousand €, а УХЭ – zero € (без учёта зарплаты обслуживающего персонала).

/// ВРЕЗКА. Области внедрения устройств хранения энергии

 Улучшение характеристик свойства электроэнергии, стабилизация частоты и напряжения в системе электроснабжения;

 Повышение пропускной возможности линий при передаче и рассредотачивании энергии;

 Выравнивание графиков среднесуточного энергопотребления за счёт параллельной работы с сетью в период пиковых нагрузок;

 Резервирование обычных централизованных генерирующих мощностей;

 Интеграция возобновляемых источников энергии в имеющиеся системы электроснабжения;

 Реализация гибридных микросетей и автономного электроснабжения с возможностью интеграции в одной системе как обычных источников энергии (дизельные, газопоршневые электростанции), так и возобновляемых (солнечные панели, ветрогенераторы).

К огорчению, необходимо признать, что на сегодня предприятия без охоты вводят у себя технологии, содействующие увеличению эффективности производства за счёт улучшения свойства энергии. Но, сэкономив на установке инноваторских устройств, повышающих КЭ, придётся закладывать немалые расходы на ремонт технологического оборудования производственных линий. Может снизиться качество выпускаемой продукции, а соответственно, и спрос.

Если задуматься обо всех перечисленных выше факторах, становится естественным – увеличивать эффективность и удачливость производства нужно сразу с улучшением характеристик свойства поступающей электроэнергии и совершенствованием надёжности системы электроснабжения.