Уважаемые господа!

Для современных мощных производственных предприятий с ежемесячным потреблением электроэнергии 5…10 млн. кВт-ч и выше вопрос энергосбережения стоит наиболее остро. При современном устойчивом росте цен на электроэнергию экономия в пределах даже единиц процентов высвобождает уже существенные финансовые средства. Поэтому, для главного энергетика любого предприятия является естественным обратиться к наиболее эффективному и простому способу экономии электроэнергии - к компенсации реактивной мощности.

Из всех методов компенсации реактивной мощности, наибольшее распространение получил метод так называемой "централизованной" компенсации - т.е. подключение к главному распределительному устройству автоматической установки компенсации реактивной мощности. Благодаря автоматическому регулятору, установка включает в работу свои конденсаторы (поочередно или вместе) в зависимости от нагрузки и cosφ без вмешательства человека. В отличие от индивидуальной и групповой компенсации, этот способ обладает наилучшим соотношением "качество компенсации / цена", поскольку при наименьших финансовых затратах обеспечивает максимальную эффективность компенсации.

Однако, чем сложнее схема электроснабжения предприятия, тем актуальнее звучит вопрос:
"На каком напряжении наиболее выгодно компенсировать реактивную мощность?"

Определим основные группы предприятий, для которых этот вопрос является наиболее существенным:
Группа I: Предприятия, электроснабжение которых выполняется от сети 6 (10) кВ с разветвленной внутренней системой электроснабжения, большим количеством трансформаторов и имеющие нагрузки только 0,4кВ;
Группа II: Предприятия, электроснабжение которых выполняется от сети 6..110кВ и имеющие нагрузки как 6 (10) кВ, так и 0,4кВ.

Но, прежде чем анализировать особенности компенсации для каждой группы предприятий, необходимо провести сравнительный анализ предлагаемых на рынке технико-коммерческих показателей автоматических установок компенсации реактивной мощности (или автоматических корректоров коэффициента мощности - АККМ) для каждого уровня напряжения - как 0,4кВ, так и 6 (10) кВ. Для упрощения анализа, сведем все данные в таблицу 1.

Теперь рассмотрим варианты оснащения каждой из определенных групп установкой того, или иного напряжения.

Группа I: (нагрузки только 0,4кВ) Если предприятие получает электроэнергию через 1 или 2 трансформатора 6(10)/0,4кВ по 400 или 630кВА, то ясно, что наиболее оптимальным решением будет являться централизованная автоматическая компенсация на напряжении 0,4кВ.

Однако, если на предприятии имеется 4 и более трансформаторов 6(10)/0,4кВ по 1000кВА, работающих с нагрузкой 30…70% возникает проблема существенного снижения cosφ в целом по предприятию из-за большой величины реактивных потерь в этих трансформаторах, состоящих из потерь холостого хода (постоянных и не зависящих от нагрузки) и потерь короткого замыкания.

Таблица 1

Параметр сравнения	Автоматические установки
	0,4кВ	6 (10) кВ
Число предприятий Украины, на которых изготавливаются установки	15…20	1…2
Диапазон мощностей единичных конденсаторов, кВАр	2,5…30	50…400
Диапазон мощностей единичных контакторов, кВАр	12…60	2000 для любой ступени
Время разряда конденсатора до 50…75В, мин	1	10
Возможность полупроводниковой коммутации для увеличения быстродействия до 0,1…0,5с	да	Нет
Наличие специальных видов защит	нет	Да
Удельный показатель стоимости установки, грн/кВАр	60…100	120…170
Удельный показатель стоимости монтажа и наладки по месту, грн/кВАр	8…12	18…25

(изменяющихся в квадратичной зависимости от нагрузки). Эти потери, обусловленные физикой работы самих трансформаторов, увеличивают потребление реактивной энергии на стороне высшего напряжения этих трансформаторов - как правило, до 3…6% от номинальной мощности самого трансформатора, снижая общий cosφ по предприятию.

Поскольку на рынке Украины сегодня практически не предлагается автоматических установок 0,4кВ, позволяющих компенсировать эти потери, то возникает логичный вопрос - может, в этом случае стоит компенсировать реактивную мощность на высокой стороне трансформаторов? Детальный анализ сравнительной таблицы показывает, что для предприятий данной группы такой способ влечет неоправданно большие затраты, вызванные следующим:
• Для малых изменений нагрузок таких предприятий (±10…20кВАр) ступени установок 6(10)кВ величиной 50…100кВАр являются слишком большими по величине и не позволяют точно отслеживать и компенсировать все изменения реактивной нагрузки, что, как следствие приводит к постоянной недо- или перекомпенсации;
• При сравнительно небольших объемах оплаты за реактивную мощность для предприятий этой группы, высокая удельная стоимость одного кВАр изготовления, монтажа и наладки установок 6(10)кВ приводит к большим, коммерчески неоправданным срокам окупаемости;

Где же выход?
С учетом всего вышеизложенного, оптимальным решением для экономии электроэнергии на таких предприятиях является применение автоматических корректоров коэффициента мощности (АККМ) на напряжении 0,4кВ, оснащенных специальными регуляторами (например - типа НОВАР), обеспечивающими измерение тока и напряжения на высокой стороне питающих трансформаторов, а также оснащенных встроенными блоками компенсации холостого хода трансформаторов (БКХТ). Благодаря такого р рода усовершенствованиям, эти АККМ могут поддерживать необходимый cosφ на стороне 6(10)кВ питающих трансформаторов путем компенсации реактивной мощности на стороне 0,4кВ с минимальными дополнительными затратами - не более 3…7% дополнительно к стоимости обычных установок. А применение в АККМ и БКХТ конденсаторов типа FRAKO, позволяет существенно повысить их устойчивость к воздействию высших гармонических составляющих благодаря высоким перегрузочным способностям по току, напряжению и температурным условиям эксплуатации этих конденсаторов - а, следовательно, существенно повысить надежность и отказоустойчивость средств компенсации.

Отдельно следует отметить, что АККМ со встроенными блоками компенсации холостого хода трансформаторов особенно экономически выгодны для предприятий с односменным графиком работы, поскольку для таких предприятий доля потерь холостого хода может составлять 17…20%.

Применение обычных установок без блоков компенсации холостого хода, не позволяет устранить эту часть финансовых затрат, что существенно увеличивает срок окупаемости обычных установок.

Группа II: (нагрузки как 6 (10) кВ, так и 0,4кВ)
Эти предприятия, в свою очередь, можно разделить на 3 подгруппы:
1) Предприятия, с минимальным уровнем компенсации (cosφ 0,75…0,85).
Существующие конденсаторные батареи 0,4кВ или 6 (10) кВ практически полностью выведены из строя или вообще не были предусмотрены проектом;
2) Предприятия, со средним уровнем компенсации (cosφ 0,85…0,92) и генерацией.
Существующие конденсаторные батареи 6 (10) кВ находятся в удовлетворительном состоянии, однако, поскольку являются нерегулируемыми, то часто не отключаются при снижении нагрузки (человеческий фактор), что вызывает перекомпенсацию (генерацию) реактивной мощности, которая, согласно "Методике…" тарифицируется в 3 раза дороже, чем нескомпенсированная реактивная мощность. Из-за этого, оплаты за реактивную мощность для таких предприятий могут быть равными оплатам предприятия без конденсаторных батарей;
3) Предприятия, с высоким уровнем компенсации (cosφ 0,92…0,97), оснащенные синхронными электродвигателями.

Компенсация реактивной мощности осуществляется на напряжении 6 (10) кВ благодаря перевозбуждению синхронных машин предприятия
Компенсация реактивной мощности нагрузок 6 (10) кВ с помощью автоматических установок 0,4кВ (например - для подгрупп 1 или 2) привела бы к необходимости существенной перекомпенсации на стороне 0,4кВ и достижения емкостных значений cosφ 0,95…0,9 поэтому применение данного способа для предприятий группы II исключается.

Очевидно, что наиболее оптимальным решением для подгрупп 1 и 2 было бы внедрение автоматических регулируемых установок 6 (10) кВ - особенно для подгруппы 2, так как согласно современной методике расчета за реактивную мощность, оплата за генерацию (перекомпенсацию) в 3 раза превышает оплату за недокомпенсацию.

В этом случае, с учетом больших нагрузок на напряжении 6 (10) кВ, АККМ 6 (10) кВ обеспечивают полную и адекватную компенсацию реактивной мощности и получение необходимой величины cosφ на стороне 6(10)кВ. Автоматическое регулирование позволяет полностью устранить проблему дополнительных затрат на оплату перетоков реактивной мощности, так как полностью исключает влияние человеческого фактора. А так как величины нагрузок, уровни потребления и оплаты электроэнергии для потребителей 6 (10) кВ на порядок выше, чем для потребителей 0,4кВ, то и затраты на оснащение предприятия АККМ 6 (10) кВ будут относительно небольшими. Следовательно, АККМ на напряжение 6 (10) кВ являются лучшим решением и с экономической точки зрения.

Однако, является ли достаточным внедрение только АККМ 6 (10) кВ или компенсации с помощью синхронных машин при наличии большого числа нагрузок 0,4кВ с точки зрения оплаты за активную мощность?

Так как для всех 3-х подгрупп компенсация происходит на напряжении 6 (10)кВ, то вне зависимости от способа компенсации (АККМ или синхронная машина), от индуктивной реактивной мощности, разгружается только участок от ввода энергосистемы до точки подключения АККМ 6 (10)кВ у потребителя. А участки между потребителями как 6(10), так и 0,4кВ остаются по-прежнему загруженными "паразитной" индуктивной реактивной мощностью.

В случае потребителей 6 (10)кВ в этом нет существенной проблемы, так как длины кабелей и шинопроводов 6 (10)кВ невелики и потери в них, соответственно небольшие. Существенно хуже ситуация для потребителей 0,4кВ, так как кроме существенной длины их кабельных связей, между ними и АККМ 6 (10)кВ находятся трансформаторы - источники дополнительных потерь.

Но если реактивные потери в трансформаторах могут быть скомпенсированы с помощью АККМ 6 (10)кВ, то активные потери в трансформаторах, вызванные протеканием реактивных токов, скомпенсировать уже будет невозможно - значит, счетчик активной энергии будет их учитывать, а сумма оплаты за активную энергию будет увеличиваться. Кроме того, при компенсации только на стороне 6 (10)кВ трансформатор не будет разгружаться, а значит, пропускная способность системы электроснабжения 0,4кВ будет ограничена - это особенно важно для трансформаторов, работающих при 100% нагрузках.

Логичным выходом, позволяющим избежать в этом случае дополнительных затрат на оплату активной энергии является применение АККМ на напряжении 0,4кВ. В зависимости от загрузки трансформаторов и качественных характеристик потребителей 0,4кВ, оплата за активную энергию в таких случаях может дополнительно снизиться на 5…10%.

Таким образом, для предприятий группы II, оптимальным мероприятием по экономии энергозатрат является комплексная компенсация реактивной мощности на всех уровнях напряжения, к которым подключены нагрузки предприятия.

ОБЩИМ ВЫВОДОМ данной статьи является необходимость проведения детального анализа и энергоаудита состояния системы электроснабжения предприятия до внедрения средств энергосбережения с целью оптимального распределения финансовых средств предприятия с минимизации сроков их окупаемости.