Конденсаторні установки. Допомога інженеру-проектувальнику

Андрій Найдунов і Павло Ухань, для Ua.Automation.com

Приводом для написання цієї статті послужило те, що в останні роки обставини підштовхують нас до максимального використання енергозберігаючих технологій в усіх галузях життєдіяльності. Область електроенергетики, зрозуміло, не виняток. За кордоном питань енергозбереження вже давно не просто приділяють першорядну увагу - вони, фактично, лідирують в «хіт-параді» завдань економічної, технологічної та т.д. ефективності. Ми поки відстаємо, але з кожним роком ця тема стає все більш важливою і у нас.

Одним із способів економії як виробничих, так і матеріальних ресурсів в електроенергетиці є застосування конденсаторних установок для компенсації реактивної енергії.

На основі нашого досвіду роботи в даній сфері, можемо з упевненістю сказати, що популярність конденсаторних установок (КУ) зростає з кожним днем. Зазвичай, під час обговорення вигод застосування КУ кажуть, що вони дозволяють економити електроенергію - це дійсно так! Але це ще не все - як говориться у відомому рекламному слогані: «Навіщо платити більше?» Якщо проаналізувати переваги КУ, можна відзначити, що, крім того, знижується навантаження на кабельні лінії, зменшуються втрати в силових живлять трансформаторах, завдяки чому збільшується термін їх служби і зменшуються витрати на реконструкцію або заміну.

Загалом, застосування КУ - вигідно. Але, незважаючи на цей, безумовно, справедливий висновок, «вигідність» КУ необхідно оцінювати, і оцінювати комплексно.

На основі завдань проектантів і замовників нам все частіше доводиться розраховувати КУ самих різних конфігурацій і комплектацій. Для оптимізації рішення таких задач нами були проведені детальні розрахунки, якими хочемо поділитися з читачами (далі мова піде про розрахунок КУ на напругу 0,4 кВ).

Хочемо зазначити, що ми жодним чином не претендуємо на «відкриття Америки». Загалом, тема КУ вивчена і про це багато написано в Інтернеті. Ми не збираємося переказувати своїми словами всім відомі речі, а просто опишемо «життєву ситуацію», з якої часто-густо стикаються проектувальники, а саме, з розрахунком потужності КУ.

Як правильно розрахувати потужність КУ?

Перш за все, з цієї «завданням» стикаються проектанти-електрики. Як розрахувати потужність КУ, якщо з ТУ (Технічних умов, отриманих від енергопостачальної організації) відомо значення повної потужності, активної потужності і прописано, наприклад, вказівка ​​- застосувати КУ?

Якщо говорити мовою формул: як, маючи значення активної потужності - Ррасч і загальне значення характеру навантаження (чи то пак cos φ або «гірше того» tg φ) розрахувати потужність КУ?

Зверніть увагу - «червоне» і «зелене» простору разом - це простір без використання КУ. Тут більше значення кута (визначається cos φ 1) і більше значення реактивної потужності Q1. «Зелене» - простір з використанням КУ. Значення кута менше (визначається cos φ 2), значення реактивної потужності менше - Q2.

Різниця між Q1 і Q2 і є значення потужності КУ!

Тут необхідно звернути увагу на величину S1 і S2. Коли підключена КУ, повна потужність зменшується, отже, зменшується споживаний струм (менше платимо за електроенергію), зменшуються втрати (перестаємо «гріти повітря», зменшується знос обладнання, кабельних ліній.

Тепер ще «складніше»

Потужність КУ визначається за формулою: Qку = Q1 - Q2, кВАр де,

Q1 - реактивна потужність при розрахунковому (існуючому) cos φ1,

Q2 - реактивна потужність при бажаному cos φ2 (бажане значення - це cos φ2, який ми хочемо отримати при використанні КУ).

У побуті характер навантаження характеризується cos φ, але в розрахунках краще застосовувати tg φ. Простіше формула і простіше вважати ...

Але для розрахунків необхідно визначити значення кута φ. А ми знаємо тільки значення cos φ і це числове значення, наприклад - n. Відповідно, необхідно зробити зворотне перетворення і знайти кут φ. Для визначення фактичного значення цього кута використовуємо функцію arсcos (n).

Якщо визначили значення кута φ, то потужність Q1 можна визначити з наступного виразу:

Q1 = tg φ1 x P

відповідно: Q2 = tg φ2 x P

Таким чином: Qку = Q1 - Q2

Найскладніша формула

Qку = Р х (tg (arсcos (n 1)) - tg (arсcos (n 2))), кВАр

Використовуючи дану формулу можна з великою точністю розраховувати потужність будь-конденсаторної установки.

Тут ми відкриваємо «секрет» розрахунку коефіцієнта К, який приводиться в усіх розрахункових таблицях на просторах Інтернету ...

Коефіцієнт К, що фігурує в багатьох розрахункових таблицях, і значення якого, як показує практика, знають далеко не всі, легко видно з останньої формули:

K = tg (arсcos (n1)) - tg (arсcos (n2))

Відповідно формула розрахунку реактивної потужності перетворюється до виду, знайомого користувачам, які займаються проектуванням:

Qку = Р х К, кВАр

Ще додамо формулу для розрахунку струму ввідного автоматичного вимикача для КУ:

де «1.3» - коефіцієнт запасу (30% від номіналу), і ми отримуємо всю інформацію.

Тепер, тим, хто знайомий з програмою Excel, досить внести в комірку саму «складну» формулу розрахунку КУ і ви стаєте власником «Головною формули» розрахунку КУ. В інший осередок можна внести формулу струму КУ і можна відразу отримувати значення потужності КУ і значення струму КУ, за яким можна рекомендувати номінальний струм комутуючого апарату для КУ.

А тепер серйозно ...

Практично, проектант визначає орієнтовну потужність КУ, тому що на початку проектування необхідно знати це приблизне значення КУ. Потім, отримавши дані про кількість і потужності навантажень по об'єкту, дізнавшись характер цих навантажень (cos φ), необхідно уточнити потужність КУ.

Тепер необхідно розрахувати конфігурацію КУ.

Для початку необхідно визначитися, скільки ступенів буде мати установка, їх кратність, яка величина базової ступені.

Тут є одне правило, яким ми зазвичай користуємося - кількість ступенів КУ має бути оптимальним, мінімально-необхідним і кратним базової ступені. Зрозуміло, можна зробити КУ з надмірною кількістю ступенів і КУ буде виконувати свої функції в повній мірі. Але в цьому варіанті є недолік - така система буде дорожче коштувати. А навіщо платити більше? Це збільшує термін окупності КУ.

Для більш повної і точної компенсації потрібно застосовувати якомога менше значення базової ступені КУ. Це дозволяє зробити систему компенсації максимально гнучкої в процесі роботи і максимально наблизитися до заданого коефіцієнту потужності (cos φ). При цьому слід врахувати, що якщо застосувати невиправдано завищений значення базової ступені, то можуть бути негативні наслідки у вигляді «перекомпенсації» або «недокомпенсації» реактивної енергії.

Для енергопостачальної організації «перекомпенсація» це особливо не підходящий варіант. В даному режимі роботи КУ починає генерувати енергію (вносить в мережу надлишкову реактивну потужність), що є неприйнятним. За це штрафують і оплата за генерацію реактивної енергії набагато більше, ніж за споживання.

Важливе зауваження: в даному випадку ми ведемо мову про автоматизовані КУ зі спеціалізованими контролерами потужності, так званими регуляторами потужності. Наприклад, типу DCRK або DCRJ виробництва італійської фірми Lovato. Дані контролери та аналогічні їм виключають підключення зайвої ємності в мережу.

А тепер про самому точному підборі потужності КУ ...

Найточніший підбір КУ поставляти по реальному добовим графіком навантажень, який складається енергетиком діючого підприємства за показниками лічильників електроенергії. Зазвичай, в цьому графіку зафіксовані свідчення споживаної активної і реактивної електроенергії, повної потужності і, крім того, ці свідчення прив'язані до часу.

При цьому є одна особливість - важливі графіки навантажень, складені в пікові місяці споживання електроенергії. Зазвичай це липень і грудень поточного року. Влітку включаються на повну потужність навантаження кондиціонування і вентиляції, а взимку - обігрів, опалення і та ж вентиляція.

За даними графіками (см.рисунок) легко визначити мінімальну ємність базової ступені, кратність ступенів і, звичайно, загальну реактивну потужність КУ.

Оптимальна потужність КУ ще визначає термін окупності КУ. Чим більше оптимальна підібрана або розрахована потужність КУ, тим менше термін окупності.

У нас був приклад, коли замовник застосував КУ на каменедробильному підприємстві, і ця КУ виявилося практично неефективна. Замовлення було зроблено по реактивної потужності, наданої замовником, визначена необхідна базова щабель, визначено кількість ступенів ... Все було виготовлено і підключено на об'єкті. Але КУ практично не працювала. Регулятор потужності КУ відображати, що мережа підприємства має ємнісний характер навантаження. При цьому це був пік роботи підприємства, і потужні двигуни працювали на повну потужність ... Тільки двигуни були синхронні, які мають ємнісний характер навантаження! А КУ включалася після робочого дня, коли основне виробництво зупинялося, і працювали кондиціонери і вентилятори офісу, двигуни котельні, які мають індуктивний характер навантаження ...

І ще кілька слів на закінчення - доцільність застосування КУ, місце підключення КУ визначається проектантом, виходячи з існуючих умов. При цьому чим «вище» КУ встановлена ​​до кордону відведення або подачі електроенергії, тим ефективніше вона виконує свої функції.

Але, є варіанти, коли КУ встановлюється безпосередньо у споживача з низьким коефіцієнтом потужності, наприклад, поруч з потужним асинхронним двигуном або поруч з силовим трансформатором. Але це окремі теми, і відповідну інформацію про схеми підключення, підборі КУ можна знайти в Інтернеті.

У даній статті ми розглянули основні параметри необхідні для розрахунку і вибору основних складових конденсаторних установок. Для більш глибокого вивчення питання компенсації реактивної енергії рекомендуємо користуватися науково-технічною літературою, каталогами постачальників комплектуючих для КУ. Також потрібно пам'ятати про норми і правила описаних в ПУЕ (Глава 5.6 - «Конденсаторні установки).

Про авторів:

Андрій Найдунов. [Email protected] . Інженер-електрик, з досвідом роботи в сфері електроенергетики з 1987 р Здобув вищу освіту в НАУ, спеціальність - радіоінженер (НАУ). Великий досвід роботи з ДБЖ і ДГУ; займався розробкою, конструюванням, технічним обслуговуванням електрощитового обладнання, працював над створенням і впровадженням комплексних електротехнічних рішень.

Павло Ухань. [Email protected] . Інженер-конструктор. Вища технічна освіта у напрямку автоматизації та електроприводу. Досвід роботи в проектуванні і монтажі промислових ліній з виробництва поліамід-фторопластових плівок, розробці систем автоматизації насосних станцій, систем автоматичного введення резерву. Бере участь в розробці і проектуванні електрощитового обладнання.