Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
Перейти:  
 


 

Основы АСУ ТП и КИП - в статьях Ua.Automation.com

Конденсаторные установки. Помощь инженеру-проектировщику

Конденсаторные установки. Помощь инженеру-проектировщику

Андрей Найдун и Павел Уханев, для Ua.Automation.com

Поводом для написания данной статьи послужило то, что в последние годы обстоятельства подталкивают нас к максимальному использованию энергосберегающих технологий во всех областях жизнедеятельности. Область электроэнергетики, разумеется, не исключение. За рубежом вопросам энергосбережения уже давно не просто уделяют первостепенное внимание – они, фактически, лидируют в «хит-параде» задач экономической, технологической и т.д. эффективности. Мы пока отстаем, но с каждым годом эта тема становиться все более важной и у нас.

Одним из способов экономии как производственных, так и материальных ресурсов в электроэнергетике является применение конденсаторных установок для компенсации реактивной энергии.

На основе нашего опыта работы в данной сфере, можем с уверенностью сказать, что популярность конденсаторных установок (КУ) растет с каждым днем. Обычно, при обсуждении выгод применения КУ говорят, что они позволяют экономить электроэнергию – это действительно так! Но это еще не все – как говорится в известном рекламном слогане: «Зачем платить больше?» Если проанализировать преимущества КУ, можно отметить, что, кроме того, снижается нагрузка на кабельные линии, уменьшаются потери в силовых питающих трансформаторах, благодаря чему увеличивается срок их службы и уменьшаются затраты на реконструкцию или замену.

В общем, применение КУ – выгодно. Но, несмотря на этот, безусловно, справедливый вывод, «выгодность» КУ необходимо оценивать, и оценивать комплексно.

На основе заданий проектантов и заказчиков нам все чаще приходится рассчитывать КУ самых различных конфигураций и комплектаций.  Для оптимизации решения таких задач нами были произведены подробные расчеты, которыми хотим поделиться с читателями (далее речь пойдет о расчете КУ на напряжение 0,4кВ).

Хотим отметить, что мы никоим образом не претендуем на «открытие Америки». В общем, тема КУ изучена и об этом много написано в Интернете. Мы не собираемся пересказывать своими словами всем известные вещи, а просто опишем «жизненную ситуацию», с которой сплошь и рядом сталкиваются проектировщики, а именно, с расчетом мощности КУ.

Как правильно рассчитать мощность КУ?

Прежде всего, с этой «задачей» сталкиваются проектанты-электрики. Как рассчитать мощность КУ, если из ТУ (Технических условий, полученных от энергопоставляющей организации) известно значение полной мощности, активной мощности и прописано, например, указание – применить КУ?

Говоря языком формул: как, имея значение активной мощности - Ррасч и общее значение характера нагрузки (то бишь cos φ или «хуже того» tg φ) рассчитать мощность КУ?

Обратите внимание – «красное» и «зеленое» пространства вместе – это пространство без использования КУ. Здесь большее значение угла (определяется cos φ1) и большее значение реактивной мощности Q1. «Зеленое» – пространство с использованием КУ. Значение угла меньше (определяется cos φ2), значение реактивной мощности меньшее – Q2.

Разница между Q1 и Q2 и есть значение мощности КУ!

Здесь необходимо обратить внимание на величину S1 и S2. Когда подключена КУ, полная мощность уменьшается, следовательно, уменьшается потребляемый ток (меньше платим за электроэнергию), уменьшаются потери (перестаем «греть воздух», уменьшается износ оборудования, кабельных линий.

Теперь еще «сложнее»

Мощность КУ определяется по формуле: QКУ = Q1 – Q2, кВАр где, 

Q1 – реактивная мощность при расчетном (существующем) cos φ1,

Q2 – реактивная мощность при желаемом cos φ2 (желаемое значение – это cos φ2, который мы хотим получить при использовании КУ).

В обиходе характер нагрузки характеризуется cos φ, но в расчетах лучше применять tg φ. Проще формула и проще считать...

Но для расчетов необходимо определить значение угла φ. А мы знаем только значение  cos φ и это числовое значение, например – n . Соответственно, необходимо сделать обратное преобразование и найти угол φ.  Для определения фактического значения этого угла используем функцию arсcos(n). 

Если определили значение угла φ, то мощность Q1 можно определить из следующего выражения:

Q1 = tg φ1 x P

соответственно:                      Q2 = tg φ2 x P

Таким образом:                       QКУ = Q1 – Q2

Самая сложная формула

QКУ = Рх(tg(arсcos(n1)- tg(arсcos(n2))), кВАр

Используя данную формулу можно с большой точностью рассчитывать мощность любой конденсаторной установки.

Здесь мы открываем «секрет» расчета коэффициента К, который приводится во всех расчетных таблицах на просторах Интернета…

Коэффициент К, фигурирующий во многих расчетных таблицах, и значение которого, как показывает практика, знают далеко не все, легко виден из последней формулы:

K= tg(arсcos(n1)) - tg(arсcos(n2))

Соответственно формула расчета реактивной мощности преображается до вида, знакомого пользователям, занимающимся проектированием:

QКУ = РхК, кВАр

Еще добавим формулу для расчета тока вводного автоматического выключателя для КУ:

где «1.3» – коэффициент запаса (30% от номинала), и мы получаем всю информацию.

Теперь, тем, кто знаком с программой Excel, достаточно внести в ячейку самую «сложную» формулу расчета КУ и вы становитесь обладателем «Главной формулы» расчета КУ. В другую ячейку можно внести формулу тока КУ и можно сразу получать значение мощности КУ и значение тока КУ, по которому можно рекомендовать номинальный ток коммутирующего аппарата для КУ.

А теперь серьезно…

Практически, проектант определяет ориентировочную мощность КУ, т.к. в начале проектирования необходимо знать это примерное значение КУ. Затем, получив данные о количестве и мощности нагрузок по объекту, узнав характер этих нагрузок (cos φ), необходимо уточнить мощность КУ.

Теперь необходимо рассчитать конфигурацию КУ.

Для начала необходимо определиться, какое количество ступеней будет иметь установка, их кратность, какая величина базовой ступени.

Здесь есть одно правило, которым мы обычно пользуемся – количество ступеней КУ должно быть оптимальным, минимально-необходимым и кратным базовой ступени. Разумеется, можно сделать КУ с избыточным количеством ступеней и КУ будет выполнять свои функции в полной мере. Но в этом варианте есть недостаток – такая система будет дороже стоить. А зачем платить больше? Это увеличивает срок окупаемости КУ.

Для более полной и точной компенсации нужно применять как можно меньшее значение базовой ступени КУ. Это позволяет сделать систему компенсации максимально гибкой в процессе работы и максимально приблизиться к заданному коэффициенту мощности (cos φ). При этом следует учесть, что если применить неоправданно завышенное значение базовой ступени, то могут быть негативные последствия в виде «перекомпенсации» или «недокомпенсации» реактивной энергии.  

Для энергопоставляющей организации «перекомпенсация» это наиболее неподходящий вариант. В данном режиме работы КУ начинает генерировать энергию (вносит в сеть избыточную реактивную мощность), что неприемлемо. За это штрафуют и оплата за генерацию реактивной энергии гораздо больше, чем за потребление.

Важное примечание: в данном случае мы ведем речь об автоматизированных КУ со специализированными контроллерами мощности, так называемыми регуляторами мощности. Например, типа DCRK или DCRJ производства итальянской фирмы Lovato.  Данные контроллеры и аналогичные им исключают подключение излишней емкости в сеть.

А теперь о самом точном подборе мощности КУ…

Самый точный подбор КУ производитья по реальному суточному графику нагрузок, который составляется энергетиком действующего предприятия по показаниям счетчиков электроэнергии. Обычно, в этом графике зафиксированы показания потребляемой активной и реактивной электроэнергии, полной мощности и, кроме того, эти показания привязаны ко времени.

При этом есть одна особенность – важны графики нагрузок, составленные в пиковые месяцы потребления электроэнергии. Обычно это июль и декабрь текущего года. Летом включаются на полную мощность нагрузки кондиционирования и вентиляции, а зимой – обогрев, отопление и та же вентиляция.

По данным графикам (см.рисунок) легко определить минимальную емкость базовой ступени, кратность ступеней и, конечно, общую реактивную мощность КУ.

Оптимальная мощность КУ еще определяет срок окупаемости КУ. Чем более оптимальная подобрана или рассчитана мощность КУ, тем меньше срок окупаемости.

У нас был пример, когда заказчик применил КУ на камнедробильном предприятии, и эта КУ оказалось практически неэффективна. Заказ был произведен по реактивной мощности, предоставленной заказчиком, определена необходимая базовая ступень, определено количество ступеней… Все было изготовлено и подключено на объекте. Но КУ практически не работала. Регулятор мощности КУ индицировал, что сеть предприятия имеет емкостной характер нагрузки. При этом это был пик работы предприятия, и мощные двигатели работали на полную мощность… Только двигатели были синхронные, которые имеют емкостной характер нагрузки! А КУ включалась после рабочего дня, когда основное производство останавливалось, и работали кондиционеры и вентиляторы офиса, двигатели котельной, имеющие индуктивный характер нагрузки…

И еще несколько слов в заключение – целесообразность применения КУ, место подключения КУ определяется проектантом, исходя из существующих условий. При этом чем «выше» КУ установлена к границе отвода или подачи электроэнергии, тем эффективнее она выполняет свои функции.

Но, есть варианты, когда КУ устанавливается непосредственно у потребителя с низким коэффициентом мощности, например, рядом с мощным асинхронным двигателем или рядом с силовым трансформатором. Но это отдельные темы, и соответствующую информацию о схемах подключения, подборе КУ можно найти в Интернете.

В данной статье мы рассмотрели основные параметры необходимые для расчета и выбора основных составляющих конденсаторных установок. Для более глубокого изучения вопроса компенсации реактивной энергии рекомендуем пользоваться научно-технической литературой, каталогами поставщиков комплектующих для КУ. Также нужно помнить о нормах и правилах описанных в ПУЭ (Глава 5.6 - «Конденсаторные установки).

Об авторах:

Андрей Найдун. [email protected].  Инженер-электрик, с опытом работы в сфере электроэнергетики с 1987 г. Получил высшее образование в НАУ, специальность - радиоинженер (НАУ). Большой опыт работы с ИБП и ДГУ; занимался разработкой, конструированием, техническим обслуживанием электрощитового оборудования, работал над созданием и внедрением комплексных электротехнических решений. 

Павел Уханев. [email protected]. Инженер-конструктор. Высшее техническое образование по направлению автоматизации и электропривода. Опыт работы в проектировании и монтаже промышленных линий по производству полиамид-фторопластовых пленок, разработке систем автоматизации насосных станций, систем автоматического ввода резерва. Участвует в разработке и проектировании электрощитового оборудования.