В настоящее время
требования к режиму минимальных нагрузок
практически отсутствуют, зато к режиму
максимальных нагрузок – очень строгие
[6].
Определение
суммарной мощности компенсирующего
устройства (Qку)
по предприятию в целом производится по
наибольшей суммарной реактивной мощности
(Qmax),
потребляемой предприятием, с учетом
коэффициента разновременности максимумов
активных и реактивных нагрузок по
формуле:
,
(4.12)
где Qmax
– максимальное значение реактивной
мощности в часы максимальных нагрузок
электрической сети по реактивной
мощности, кВ·Ар; Qр
– расчетная потребляемая мощность
предприятия, кВ·Ар; К – коэффициент,
учитывающий несовпадение по времени
активных наибольших нагрузок энергосистемы
и реактивной нагрузки промышленного
предприятия, и зависит от режима работы
промышленного предприятия.
Значение коэффициента
К для проектирования можно принять [1]:
– нефтепереработка,
текстильная – 0,95;
– черная и цветная
металлургия, химическая, нефтедобыча,
пищевая, бумажная, стройматериалов –
0,9;
– угольная, газовая,
машиностроение, металлообработка –
0,85;
– торфоперерабатывающая,
деревообрабатывающая – 0,8;
– прочие – 0,75.
Суммарная мощность
компенсирующего устройства Qку
определяется по балансу реактивной
мощности на границе балансового
разграничения с энергосистемой, в период
наибольших активных нагрузок энергосистемы.
(4.13)
Значение суммарной
мощности компенсирующих устройств,
определенное по формуле (4.13), необходимо
распределить по характерным узлам
нагрузки системы электроснабжения
предприятия.
4.5 Размещение компенсирующих устройств по уровням системы электроснабжения
Большое
значение имеет правильный выбор места
установки компенсирующего устройства.
Общее правило: реактивную мощность
необходимо компенсировать в месте ее
потребления.
При
решении задачи компенсации РМ требуется
установить оптимальное соотношение
между источниками реактивной мощности
НН и ВН, принимая во внимание:
–
потери электроэнергии на генерацию
реактивной мощности источниками
реактивной мощности НН и ВН;
–
потери электроэнергии на передачу
реактивной мощности
из
сети ВН в сеть НН;
–
удорожание цеховых ТП в случае загрузки
их реактивной мощностью.
К
сетям напряжением до 1 кВ на промышленных
предприятиях подключается большая
часть потребителей реактивной мощности.
Коэффициент мощности
нагрузки
НН обычно не превышает 0,5…0,8.
Сети
напряжением 380 –
660
В электрически более удалены от источников
питания, поэтому передача реактивной
мощности в сеть НН требует увеличения
сечений проводов и кабелей, повышения
мощности силовых трансформаторов и
сопровождается потерями активной и
реактивной мощностей. Затраты,
обусловленные перечисленными факторами,
можно уменьшить или даже устранить,
если осуществлять компенсацию РМ
непосредственно у потребителя реактивной
мощности в сети НН.
Выбор оптимальной
мощности низковольтных батарей
статических конденсаторов (НБСК)
осуществляется одновременно с выбором
силовых трансформаторов цеховых ТП.
Существует несколько
подходов для решения этого вопроса.
Коэффициент
реактивной мощности для рассматриваемого
узла нагрузки (tgφ1)
определяется по значению коэффициента
активной мощности (cosφ1)
данного узла. Задается требуемое значение
cosφ2,
которому
соответствует tgφ2.
Значение мощности
компенсирующих устройств (КУ) определяется
по формуле:
Qку
= Рп
(tgφ1
– tgφ2),
(4.14)
где Qку
– мощность компенсирующих устройств
узла нагрузки, кВ·Ар; Рп
– потребленная активная мощности
данного узла нагрузки, кВт.
Суммарная расчетная
мощность компенсирующих устройств в
узле нагрузки до 1 кВ, исходя из пропускной
способности питающих трансформаторов
(Qку.нн.)
[1]
,
(4.15)
где 
– расчетная РМ за наиболее загруженную
смену, кВ·Ар; 
– наибольшая РМ, которую целесообразно
передать через трансформаторы в сеть
до 1 кВ.
,
(4.16)
где N
– число трансформаторов цеховой ТП; kз
–рекомендуемый
коэффициент загрузки трансформатора;
Sн.т.
–
номинальная
мощность трансформатора, кВ·А; Pр
– активная расчетная мощность до 1 кВ
цеховой ТП за наиболее загруженную
смену, кВт.
Компанией
“МАТИК-ЭЛЕКТРО” предложен простой
метод определения мощности компенсирующих
устройств (Qку)
в узле нагрузки
Qку
= Pр·K
, (4.17)
где
Pр
– расчетная
активная мощность узла нагрузки, кВт;
К
– коэффициент пропорциональности.
Коэффициент К
определяется
по таблице 4.1 в зависимости от текущего
значения коэффициента активной мощности
и требуемого для компенсации перетоков
реактивной мощности питающих сетей
узла нагрузки.
Расчетную
мощность низковольтных БСК округляют
до ближайшей (по стандартной шкале)
мощности комплектных конденсаторных
установок (ККУ).
Таблица 4.1
Значения коэффициента
К для достижения
заданного cosφ
|
Текущее |
Требуемый |
|||||||||||||
|
tgφ |
cosφ |
0,80 |
0,82 |
0,84 |
0,86 |
0,88 |
0,90 |
0,92 |
0,94 |
0,95 |
0,96 |
0,97 |
0,98 |
0,99 |
|
Коэффициент |
||||||||||||||
|
3,18 |
0,30 |
2,43 |
2,48 |
2,54 |
2,59 |
2,64 |
2,70 |
2,75 |
2,82 |
2,86 |
2,89 |
2,93 |
2,98 |
3,04 |
|
2,96 |
0,32 |
2,21 |
2,26 |
2,32 |
2,37 |
2,42 |
2,48 |
2,53 |
2,60 |
2,64 |
2,67 |
2,71 |
2,76 |
2,82 |
|
2,77 |
0,34 |
2,02 |
2,07 |
2,13 |
2,18 |
2,23 |
2,28 |
2,34 |
2,41 |
2,45 |
2,48 |
2,52 |
2,56 |
2,63 |
|
2,59 |
0,36 |
1,84 |
1,89 |
1,95 |
2,00 |
2,05 |
2,10 |
2,17 |
2,23 |
2,27 |
2,30 |
2,34 |
2,39 |
2,45 |
|
2,43 |
0,38 |
1,68 |
1,73 |
1,79 |
1,84 |
1,89 |
1,95 |
2,01 |
2,07 |
2,11 |
2,14 |
2,18 |
2,23 |
2,29 |
|
2,29 |
0,40 |
1,54 |
1,59 |
1,65 |
1,7 |
1,75 |
1,81 |
1,87 |
1,93 |
1,97 |
2,00 |
2,04 |
2,09 |
2,15 |
|
2,16 |
0,42 |
1,41 |
1,46 |
1,52 |
1,57 |
1,62 |
1,68 |
1,73 |
1,80 |
1,84 |
1,87 |
1,91 |
1,96 |
2,01 |
|
2,04 |
0,44 |
1,29 |
1,34 |
1,4 |
1,45 |
1,50 |
1,56 |
1,61 |
1,68 |
1,72 |
1,75 |
1,79 |
1,84 |
1,9 |
|
1,93 |
0,46 |
1,18 |
1,23 |
1,29 |
1,34 |
1,39 |
1,45 |
1,50 |
1,57 |
1,61 |
1,64 |
1,68 |
1,73 |
1,79 |
|
1,83 |
0,48 |
1,08 |
1,13 |
1,19 |
1,24 |
1,29 |
1,34 |
1,40 |
1,47 |
1,51 |
1,54 |
1,58 |
1,62 |
1,69 |
|
1,73 |
0,50 |
0,98 |
1,03 |
1,09 |
1,14 |
1,19 |
1,25 |
1,31 |
1,37 |
1,41 |
1,45 |
1,48 |
1,63 |
1,59 |
|
1,64 |
0,52 |
0,89 |
0,94 |
0,99 |
1,05 |
1,10 |
1,16 |
1,22 |
1,28 |
1,32 |
1,35 |
1,39 |
1,44 |
1,5 |
|
1,56 |
0,54 |
0,81 |
0,86 |
0,92 |
0,97 |
1,02 |
1,07 |
1,13 |
1,20 |
1,24 |
1,27 |
1,31 |
1,36 |
1,42 |
|
1,48 |
0,56 |
0,73 |
0,78 |
0,84 |
0,89 |
0,94 |
1,00 |
1,05 |
1,12 |
1,16 |
1,19 |
1,23 |
1,28 |
1,34 |
|
1,40 |
0,58 |
0,65 |
0,70 |
0,76 |
0,81 |
0,86 |
0,92 |
0,98 |
1,04 |
1,08 |
1,11 |
1,15 |
1,20 |
1,26 |
|
1,33 |
0,60 |
0,58 |
0,63 |
0,69 |
0,74 |
0,79 |
0,85 |
0,91 |
0,97 |
1,01 |
1,04 |
1,08 |
1,13 |
1,19 |
|
1,30 |
0,61 |
0,55 |
0,60 |
0,66 |
0,71 |
0,76 |
0,81 |
0,87 |
0,94 |
0,98 |
1,01 |
1,05 |
1,10 |
1,16 |
|
1,27 |
0,62 |
0,52 |
0,57 |
0,63 |
0,68 |
0,73 |
0,78 |
0,84 |
0,91 |
0,95 |
0,99 |
1,02 |
1,06 |
1,13 |
|
1,23 |
0,63 |
0,48 |
0,53 |
0,59 |
0,64 |
0,69 |
0,75 |
0,81 |
0,87 |
0,91 |
0,94 |
0,98 |
1,03 |
1,09 |
|
1,20 |
0,64 |
0,45 |
0,50 |
0,56 |
0,61 |
0,66 |
0,72 |
0,77 |
0,84 |
0,88 |
0,91 |
0,95 |
1,00 |
1,06 |
|
1,17 |
0,65 |
0,42 |
0,47 |
0,53 |
0,58 |
0,63 |
0,68 |
0,74 |
0,81 |
0,85 |
0,88 |
0,92 |
0,97 |
1,03 |
|
1,14 |
0,66 |
0,39 |
0,44 |
0,5 |
0,55 |
0,60 |
0,65 |
0,71 |
0,78 |
0,82 |
0,85 |
0,89 |
0,94 |
1,00 |
|
1,11 |
0,67 |
0,36 |
0,41 |
0,47 |
0,52 |
0,57 |
0,63 |
0,68 |
0,75 |
0,79 |
0,82 |
0,86 |
0,90 |
0,97 |
|
1,08 |
0,68 |
0,33 |
0,38 |
0,44 |
0,49 |
0,54 |
0,59 |
0,65 |
0,72 |
0,76 |
0,79 |
0,83 |
0,88 |
0,94 |
|
1,05 |
0,69 |
0,30 |
0,35 |
0,41 |
0,46 |
0,51 |
0,56 |
0,62 |
0,69 |
0,73 |
0,76 |
0,8 |
0,85 |
0,91 |
|
1,02 |
0,70 |
0,27 |
0,32 |
0,38 |
0,43 |
0,48 |
0,54 |
0,59 |
0,66 |
0,70 |
0,73 |
0,77 |
0,82 |
0,88 |
|
0,99 |
0,71 |
0,24 |
0,29 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,51 |
0,57 |
0,63 |
0,67 |
0,70 |
0,74 |
0,79 |
0,85 |
|
0,96 |
0,72 |
0,21 |
0,26 |
0,32 |
0,37 |
0,42 |
0,48 |
0,54 |
0,60 |
0,64 |
0,67 |
0,71 |
0,76 |
0,82 |
Продолжение таблицы
4,1
|
0,94 |
0,73 |
0,19 |
0,24 |
0,3 |
0,35 |
0,40 |
0,45 |
0,51 |
0,58 |
0,62 |
0,65 |
0,69 |
0,73 |
0,8 |
|
0,91 |
0,74 |
0,16 |
0,21 |
0,27 |
0,32 |
0,37 |
0,42 |
0,48 |
0,55 |
0,59 |
0,62 |
0,66 |
0,71 |
0,77 |
|
0,88 |
0,75 |
0,13 |
0,18 |
0,24 |
0,29 |
0,34 |
0,40 |
0,46 |
0,52 |
0,56 |
0,59 |
0,63 |
0,68 |
0,74 |
|
0,86 |
0,76 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,27 |
0,32 |
0,37 |
0,43 |
0,50 |
0,54 |
0,57 |
0,61 |
0,65 |
0,72 |
|
0,83 |
0,77 |
0,08 |
0,13 |
0,19 |
0,24 |
0,29 |
0,34 |
0,40 |
0,47 |
0,51 |
0,54 |
0,58 |
0,63 |
0,69 |
|
0,80 |
0,78 |
0,05 |
0,10 |
0,16 |
0,21 |
0,26 |
0,32 |
0,38 |
0,44 |
0,48 |
0,51 |
0,55 |
0,60 |
0,66 |
|
0,78 |
0,79 |
0,03 |
0,08 |
0,14 |
0,19 |
0,24 |
0,29 |
0,35 |
0,42 |
0,46 |
0,49 |
0,53 |
0,57 |
0,64 |
|
0,75 |
0,80 |
0,05 |
0,11 |
0,16 |
0,21 |
0,27 |
0,32 |
0,39 |
0,43 |
0,46 |
0,5 |
0,55 |
0,61 |
|
|
0,72 |
0,81 |
0,08 |
0,13 |
0,18 |
0,24 |
0,30 |
0,36 |
0,4 |
0,43 |
0,47 |
0,52 |
0,58 |
||
|
0,70 |
0,82 |
0,06 |
0,11 |
0,16 |
0,21 |
0,27 |
0,34 |
0,38 |
0,41 |
0,45 |
0,49 |
0,56 |
||
|
0,67 |
0,83 |
0,03 |
0,08 |
0,13 |
0,19 |
0,25 |
0,31 |
0,35 |
0,38 |
0,42 |
0,47 |
0,53 |
||
|
0,65 |
0,84 |
0,06 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
0,29 |
0,33 |
0,36 |
0,4 |
0,44 |
0,51 |
|||
|
0,62 |
0,85 |
0,03 |
0,08 |
0,14 |
0,19 |
0,26 |
0,3 |
0,33 |
0,37 |
0,42 |
0,48 |
|||
|
0,59 |
0,86 |
0,05 |
0,11 |
0,17 |
0,23 |
0,27 |
0,30 |
0,34 |
0,39 |
0,45 |
||||
|
0,57 |
0,87 |
0,08 |
0,14 |
0,21 |
0,25 |
0,28 |
0,32 |
0,36 |
0,43 |
|||||
|
0,54 |
0,88 |
0,06 |
0,11 |
0,18 |
0,22 |
0,25 |
0,29 |
0,34 |
0,4 |
|||||
|
0,51 |
0,89 |
0,03 |
0,09 |
0,15 |
0,19 |
0,22 |
0,26 |
0,31 |
0,37 |
|||||
|
0,48 |
0,90 |
0,06 |
0,12 |
0,16 |
0,19 |
0,23 |
0,28 |
0,34 |
||||||
|
0,46 |
0,91 |
0,03 |
0,10 |
0,14 |
0,17 |
0,21 |
0,25 |
0,32 |
||||||
|
0,43 |
0,92 |
0,07 |
0,11 |
0,14 |
0,18 |
0,22 |
0,29 |
|||||||
|
0,40 |
0,93 |
0,04 |
0,08 |
0,11 |
0,15 |
0,19 |
0,26 |
|||||||
|
0,36 |
0,94 |
0,04 |
0,07 |
0,11 |
0,16 |
0,22 |
||||||||
|
0,33 |
0,95 |
0,08 |
0,13 |
0,16 |
||||||||||
|
0,29 |
0,96 |
0,15 |
ПРИМЕР
Исходные данные:
Активная расчетная
мощность узла нагрузки: Pр
= 100 кВт.
Значение номинального
cos φ узла нагрузки: cos φ = 0,61.
Реактивная расчетная
мощность узла нагрузки: Qр
= Pр
tgφ
= 100×1,3=130 кВ·Ар.
Требуемое значение
cos φ данного узла нагрузки: cos φ =0,96.
Коэффициент K
из таблицы K
= 1,01
Необходимая
реактивная мощность БСК Qку
= 100×1,01=101 кВ·Ар.
Индивидуальная
компенсация может быть выполнена для
мощных электроприемников с низким
коэффициентом мощности и с большим
числом часов работы в году.
При окончательном
выборе мощности компенсирующих устройств
всей системы электроснабжения необходимо
определить мощность компенсирующих
устройств в сетях выше 1 кВ (
)
,
(4.18)
где Qку
з
– мощность компенсирующих устройств
по заводу в целом, кВ·Ар;Qку
нн
– мощность компенсирующих устройств,
реально установленных в сетях до 1 кВ,
кВ·Ар.
Соседние файлы в папке КЛ СЭС ГиПП
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Практически каждое предприятие-потребитель электроэнергии сталкивалось с необходимостью использования конденсаторных установок (УКРМ) для компенсации реактивной мощности.
Как правильно рассчитать мощность конденсаторной установки? В Интернете можно найти множество сайтов с описанием методики расчета, однако зачастую эти расчеты приводят к абсурдным результатам.
Здесь мы рассмотрим два подхода к расчету мощности конденсаторной установки и попытаемся понять, какой из них наиболее подходит в том или ином случае. При расчетах мы будем в практическом плане ориентироваться на УКРМ 0,4 кВ, хотя аналогичные расчеты можно провести и для конденсаторных установок 6-10 кВ.
Расчет по требуемому коэффициенту мощности с использованием номограмм
Подавляющее большинство описанных в Интернете методов расчета мощности конденсаторных установок опираются на этот подход (см. книгу В.П.Ильяшов. Автоматическое регулирование мощности конденсаторных установок. 1977).
Для определения мощности конденсаторной установки используется следующая формула
Q = P * K
где Q — реактивная мощность конденсаторной установки; P — активная мощность компенсируемого потребителя; K — коэффициент, вычисляемый из соотношения естественного и требуемого коэффициента мощности (cos φ).
Коэффициент К вычисляется по номограмме (см. рис.) либо по аналогичной таблице.
Номограмма показывает, исходя из значений естественного и требуемого коэффициента мощности (cos φ), необходимую удельную реактивную мощность конденсаторной установки в расчете на единицу потребляемой активной мощности.
Например, если естественный cos φ = 0,7, а заданная величина cos φ = 0,93 и активная нагрузка составляет 2500 кВА, то по кривым номограммы находим удельную величину потребной мощности конденсаторной установки, равную 0,62 кВАр/кВт; отсюда потребная мощность конденсаторной установки получается 0,62-2500=1550 кВАр. Запомним это значение.
Понятие об активной и реактивной мощностях
Когда электросеть включает в себя только активные нагрузочные компоненты, изменения фаз тока и напряжения совпадают друг с другом, и потребляемый ресурс ограничивается полезной мощностью (ее можно также называть активной). Но на практике сети часто включают в себя компоненты, несущие значительную индуктивную нагрузку. Продуцируемая ею реактивная мощностная компонента отличается отставанием одной из величин (напряжения либо тока) от другой. В итоге в периоды времени, когда величины имеют обратные друг другу знаки, мощность идет в сторону генератора, не выполняя полезную работу. Это приводит к тратам энергетических ресурсов вхолостую, при этом за эти траты платит потребитель.
Важно! Реактивная мощность создает избыточную нагрузку на кабельные элементы (для ее нивелирования требуется применение более толстых проводов), коммутационные и трансформаторные устройства, из-за чего они быстрее выходят из строя. Еще один побочный эффект – отклонение сетевого напряжения от номинального показателя.
Расчет на основе баланса мощности
В ряде случаев, например, если конденсаторная установка устанавлена на трансформаторной подстанции, при определении ее мощности необходимо учитывать характеристики снабжающей энергосистемы, то есть трансформатора.
В принятых в СССР в 1974 году «Указаниях по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях» были установлены исходные данные для определения мощности компенсирующих устройств, которые определяются предельными величинами реактивной мощности и могут быть переданы потребителю от энергосистемы в режимах наибольших и наименьших реактивных нагрузок (Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1981).
Мощность Q компенсирующего устройства определяется как разность между фактической наибольшей реактивной мощностью Q1 нагрузки потребителя и предельной реактивной мощностью Q2, предоставляемой предприятию энергосистемой по условиям режима ее работы:
Q = Q1 — Q2 = P (tg φ1 — tg φ2)
где P — мощность активной нагрузки потребителя, tg φ1 — фактический (естественный) тангенс угла, соответствующего коэффициенту мощности cos φ1, а tg φ2 — оптимальный (требуемый) тангенс угла, соответствующий коэффициенту мощности, установленному потртебителю условиями снабжающей энергосистемы (трансформатора).
В рассмотренном выше примере активная мощность трансформатора составляет 2500 кВА, а его реактивная мощность (по паспортным данным) — 1900 кВА. В результате, поскольку часть реактивной мощности поставляется трансформатором, компенсации подлежит только разница реактивной мощности в 650 кВА, что более, чем в два раза меньше значения, полученного первым методом.
Особенности компенсации реактивной мощности в сетях напряжением 6.3-10.5/0,4 кВ
Целесообразность компенсации реактивной мощности для потребителя можно рассматривать, как в техническом, так и экономическом аспектах. В случае подключения потребителя к распределительной сети 6,3 (10,5) кВ конденсаторные установки могут интегрироваться на подстанции в балансовой принадлежности электросетевой компании и тогда потребитель будет иметь чисто техническую выгоду от качества получаемой электроэнергии. При установке КРМ 6,3 (10,5) кВ (или УКРМ 6,3 (10,5) кВ) на шинах РУ 6,3 (10,5) кВ предприятия, или на шинах РУ цеховых ТП 6-10/0,4 кВ, шинах первичных цеховых РП 0,4 кВ, а также непосредственно у электроприемников, потребитель будет иметь, как техническую, так и экономическую выгоду за счет возможности использования активной мощности в более полном объеме и соответственно снижения затрат на «балластную» реактивную мощность.
Сравнение расчетов и выводы
Рассчитанная по первому методу требуемая мощность кондесаторной установки выглядит завышенной. Стоимость конденсаторной установки для рассмотренного в примере значения активной мощности 2500 кВА составит более 750 тыс. руб., что соответсвует почти 20% стоимости всей подстанции.
Причина завышения результата состоит в том, что этот метод расчета не принимает во внимание характеристики снабжающей энергосистемы, предполагая ее составе только активную мощность. В действительности, как показывает второй метод расчета, снабжающая энергосистема может обладать гораздо большей мощностью и включать не только активную но и реактивную составляющую. Учет этого обстоятельства позволяет значительно снизить требования к мощности конденсаторной установки и сэкономить значительные средства.
Физический аналог перетоков реактивной энергии на примере рынка
Для более доступного понимания концепции реактивной мощности и ее компенсации можно с большими допущениями привести физический аналог торговли на огороженном рынке в снежный зимний период, если условно принять, что:
- менеджмент этого рынка – владелец производственного объекта с цехами (точками продаж), где идут перетоки реактивной энергии;
- заходящие на рынок покупатели – это электроны активной (полезной) энергии;
- муниципальные дворники с лопатами, очищающими дороги от снежных завалов – носители реактивной энергии;
- а ворота рынка – шины понижающей подстанции на границе балансовой принадлежности.
Так, при определенной пропускной способности ворот, например, в 6 человек одновременно, во время снегопада в них будут взад/вперед сновать дворники с лопатами, вынося снег на улицу «под вывоз» и обеспечивая собственно функциональность рынка, однако:
- чем больше человек нужно для быстрой уборки, тем меньше покупателей смогут зайти на рынок (больше перетоков реактивной мощности и меньше объем активной мощности при одном и том же сечении шин);
- чем больше объектов в городе/районе нужно очищать, тем меньше дворников сможет выделить муниципалитет для конкретного рынка (генерируемая/поставляемая реактивная мощность при необходимости направляется на другие объекты, в другие сети, что может обусловить дефицит и остановку оборудования);
- чем дальше база муниципальной службы от рынка, тем больше времени нужно на прибытие дворников и тем больше будет сметная стоимость работ за счет расходов на привозку (более высокие тарифы и коэффициенты).
В этой ситуации можно компенсировать недостатки уборки своими силами – купить лопаты и привлечь своих сотрудников (установить КРМ), однако стартовые затраты (покупка инвентаря, выделение помещения и пр.) и эксплуатационные расходы (доплата сотрудникам) для такого мероприятия должны быть экономически целесообразными для бизнеса, т.е. нужно знать динамику притока покупателей по часам в сутки, месяц, весь период, условия погоды прошлых лет и прогнозные, число людей с инвентарем, достаточное для очистки ключевых дорог и т.д.
Пример расчета сечения кабеля по мощности указан в таблицах:
Для проводника с алюминиевыми жилами.
Для проводника с медными жилами.
Как видно из таблиц, свои данные имеют значения для каждого определенного вида кабеля, потребуется лишь найти ближайшее из значений мощности и посмотреть соответствующее сечение жил.
На примере расчет сечения кабеля по мощности выглядит так:
Допустим, что в квартире суммарная мощность всех приборов составляет 13 кВт. Необходимо полученное значение умножить на коэффициент 0,8, в результате это даст 10,4 кВт действительной нагрузки. Затем подходящее значение нужно найти в колонке таблицы. Ближайшая цифра 10,1 при однофазной сети (220В напряжение) и при трехфазной сети цифра 10,5. Значит останавливаем выбор сечения при однофазной сети на 6-милимметровом проводнике или при трехфазной на 1,5-милимметровом.
Достоинства устройства конденсаторной установки УКРМ
Расчет мощности
Преимуществами конструкции на основе батарей статических конденсаторов являются:
- использование предохранительных компонентов с обкладочными деталями из покрытого металлическим напылением пленочного материала с минеральной пропиткой;
- экологически безопасные конденсаторные элементы, рассчитанные на 3 фазы;
- возможность регуляции индуктивного мощностного показателя и коррекции настроек посредством дистанционного управления.
Так за счет чего происходит экономия потребленной активной энергии?
Сэкономить можно только на снижении активных потерь в кабельных линиях и силовом трансформаторе.
По результатам замеров и обследования электросети предприятия Заказчика, в техническом отчете может быть предоставлено технико-экономическое обоснование и расчет окупаемости КРМ. На основание более чем 20-ти летнего опыта проведения таких расчетов, впоследствии подтвержденных на практике, экономии, больше чем 14 % не было. В основном, при правильном выборе КРМ, экономия составляет от 6% до 10%. Но это только так называемая прямая экономия. Кроме прямой, есть еще и косвенная экономия, которая заключается:
- в более надежной и стабильной работе системы энергоснабжения;
- частичной стабилизации напряжения питающей сети. (при подключении конденсаторной установки напряжение увеличивается на 4÷5 В);
- исключение миллисекундных провалов питающего напряжения, которые могут привести к сбоям оборудования, оснащенного микропроцессорными контроллерами. (холодильные машины, фасовочные линии и т.д.);
- снижения вероятности выхода из строя электродвигателей;
- возможности применения силовых кабелей с меньшим сечением, (на стадии проектирования и монтажа);
- увеличением КПД силового трансформатора и как следствие подключению к нему дополнительной нагрузки без необходимости увеличения установленной мощности.
Особенности установки компенсационного оборудования
Расчет мощности трехфазной сети
Привязка к индивидуальному потребителю эффективна с точки зрения КПД работы, но обслуживание агрегата в этом случае потребует больше денежных затрат. Если соединить установку с группой нагрузок, денежные затраты будут существенно меньше, но в сети будет наблюдаться уменьшение активных потерь.
Важно! Установку можно подключить как изолированный агрегат с собственным кабельным вводом либо в привязке к основному распредщиту.
Расчет компенсации реактивной мощности и выбор компенсирующих устройств
Среди многочисленных факторов, оказывающих влияние на эффективность работы системы электроснабжения как промышленных предприятий, так и городских электрических сетей, одно из приоритетных мест занимает вопрос компенсации реактивной мощности. Для понимания сущности процесса компенсации реактивной мощности, обратимся к теории. Нагрузка в электрических сетях имеет, как правило, не только активную P [кВт], но и реактивную составляющую Q [квар]. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные электродвигатели, силовые трансформаторы, частотные преобразователи электроприводов, люминесцентные лампы и др. При этом в последнее время имеется тенденция к росту потребления реактивной мощности, что не в последнюю очередь связано с резким увеличением использования систем вентиляции и кондиционирования воздуха в бытовом секторе и общественных зданиях. На рисунке 1 приведены основные негативные моменты, возникающие в результате увеличения потребления реактивной мощности.
Рисунок 1 Негативное влияние увеличения потребления реактивной мощности в электрической сети
Компенсация реактивной мощности – это приближение источников реактивной мощности к местам ее потребления. Установка устройств компенсации реактивной мощности непосредственно у потребителя позволяет улучшить технико-экономические показатели системы электроснабжения:
— снизить стоимость оборудования за счет уменьшения сечений проводников воздушных и кабельных линий, уменьшения номинальной мощности силовых трансформаторов и т.д.; — увеличить пропускную способность кабельных и воздушных линий электропередачи, а также пропускную способность силовых трансформаторов; — снизить потери напряжения, а также потери мощности в кабельных линиях и трансформаторах; — снизить затраты на оплату электроэнергии за счет уменьшения величины потребляемой мощности. — улучшить качество электроэнергии у потребителя в соответствии с требованиями ГОСТ 23144-2013.
Для промышленных потребителей вопросы компенсации реактивной мощности являются ещё более актуальными. Согласно приложения к «Порядку расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)», утвержденный приказом Минпромэнерго РФ от 22.02.2007 г. №49 устанавливает предельные значения коэффициентов реактивной мощности tgφ (отношение потребляемой реактивной мощности к активной tg φ =Q/P) по каждому уровню напряжения для потребителей с присоединенной мощностью 150 кВ и выше, значения которых приведены в таблице 1
Таблица 1 Предельные значения коэффициентов реактивной мощности tgφ по каждому уровню напряжения для потребителей с присоединенной мощностью 150 кВт и выше
| Положение точки присоединения потребителя к электрической сети | tgφ |
| — напряжением 110 кВ (154 кВ) | 0,5 |
| — напряжением 35 кВ (60 кВ) | 0,4 |
| — напряжением 6-20 кВ | 0,4 |
| — напряжением 0,4 кВ | 0,35 |
В случае нарушения указанных соотношений, к нарушителям применяются штрафные санкции в виде повышающих коэффициентов к тарифу на услуги по передаче электрической энергии, в результате чего потребители электрической энергии могут на много увеличить сумму счетов по оплате электроэнергии из-за высокого потребления реактивной мощности. Наиболее эффективными источниками реактивной мощности для компенсации реактивной мощности в сетях 0,4 кВ, 6-10 кВ являются батареи статических конденсаторов, среди которых можно выделить несколько основных типов:
1. Нерегулируемые. Состоят только из фиксированных ступеней. Принцип действия: включение и отключение разъединителя производится в ручном режиме (при отсутствии нагрузочного тока). Марки производимых установок — КРМ, КРМ1, УКЛ, УКЛ56, УКЛ57.
2. Регулируемые. Состоят только из регулируемых ступеней. Принцип действия: коммутация осуществляется автоматически, включением и отключением ступеней. При этом мощность и момент включения автоматически определяются электронным блоком. Регулируя, повышая значение коэффициента cos(φ), высоковольтные конденсаторные установки автоматически компенсируют реактивную мощность нагрузки в электрических сетях трехфазного переменного тока напряжением 6,3 — 10,5 кВ. Марки — КРМ, УКРМ 6, УКРМ 6,3, УКРМ 10, УКРЛ, УКРЛ56, УКРЛ57.
3. Полуавтоматические. Для того, чтобы удешевить установки компенсации реактивной мощности УКРМ 10 кВ и 6 кВ, сохранив при этом высокий уровень их качества, были разработаны полуавтоматические компенсаторы реактивной мощности — гибрид неавтоматических и автоматических установок УКРМ. В их составе имеются как регулируемые ступени, так и фиксированные. Такие устройства получили широкое распространение ввиду того, что практически всегда некоторая часть нагрузки в высоковольтной сети присутствует постоянно, в круглосуточном режиме. Для этой «фиксированной» части нагрузки и подбираются соответствующие ёмкости конденсаторных батарей, размещаемых в нерегулируемых ячейках конденсаторных установок. Такие ступени в 2-3 раза дешевле по сравнению с автоматическими ступенями аналогичной мощности, что в свою очередь благоприятно сказывается на стоимости устройства компенсации реактивной мощности УКРМ в целом.
4. Фильтровые.
Любые вышеперечисленные высоковольтные установки (нерегулируемые, регулируемые, полуавтоматические) при необходимости исполняются с защитными дросселями от гармонических искажений. При этом в зависимости от типа установки существенно зависит и её стоимость. Правильный выбор типа УКРМ и её параметров позволит обеспечить экономию денежных средств как на этапе покупки данной установки, так и в процессе эксплуатации, обеспечит долговечность работы и минимальный срок окупаемости вложенных денежных средств. Поэтому стоит доверить вопросы выбора типа компенсирующих устройств, их параметров и мест установки профессионалам. В качестве иллюстрации данных слов приведены два примера. На одном из предприятий Ивановской области в связи с предписанием, полученным от электросетевой организации, о необходимости соблюдения договорных условий в части обеспечения значения tgφ было принято решение об установке компенсирующих устройств. «Специалисты» одной проектной организации использовали всем известное выражение для определения мощности компенсирующих устройств
Qку=Рмакс∙(tgφ1- tgφ2), где Qку – необходимая мощность компенсирующих устройств, Рмакс – максимальная потребляемая активная мощность предприятия, tgφ1 – значение tgφ до установки КУ, tgφ2- желаемое значение tgφ после установки КУ.
В результате чего стоимость указанных компенсирующих устройств составила более двух миллионов рублей. После обращения к нам представителей предприятия, специалистами ООО «Электропроект Плюс» было проведено инструментальное обследование электрической сети, выполнены расчеты и предоставлены исчерпывающие данные по местам подключения компенсирующих устройств, параметрам установок и режимам работы (законам управления) указанными компенсирующими установками. Пример заключения приведен в таблице 2.
Таблица 2 Пример заключения по работе
| Место установки | Номинальная мощность КУ, квар | Регулирование | Примечание |
| РУ-0,4 кВ ТП-1 | 300 | Ступенчатое регулирование по cosφ=1, ступень регулирования 33,3 квар, ТТ в одной фазе | Номинальное напряжение не ниже 400 В с возможностью перегрузки по напряжению не менее 10% |
| РУ-0,4 кВ ТП-2 | 200 | Нерегулируемая, включение в начале рабочего дня в 07:00, отключение в конце рабочего дня в 16:00 | Номинальное напряжение не ниже 400 В с возможностью перегрузки по напряжению не менее 10% |
| РУ-0,4 кВ ТП-3 | 400 | Нерегулируемая, включение в начале рабочего дня в 07:00, отключение в конце рабочего дня в 16:00 | Номинальное напряжение не ниже 440 В с возможностью перегрузки по напряжению не менее 10%, перегрузочная способность по току не менее 30% |
| РУ-0,4 кВ ТП-4 | 200 | Ступенчатое регулирование по cosφ=1, ступень регулирования 33,3 квар, ТТ в одной фазе | Номинальное напряжение не ниже 400 В с возможностью перегрузки по напряжению не менее 10% |
В результате чего стоимость указанных компенсирующих устройств составила около восьмиста тысяч рублей, что более чем в два раза меньше первоначально предлагавшихся капитальных вложений. Для другого предприятия силами ООО «Электропроект Плюс» были выполнены работы, целью которых была оценка качества электрической энергии для установки батарей статических конденсаторов. Пример полученных данных по значениям искажения синусоидальности кривой напряжения (%V THD) и тока (%I THD) приведен на рисунках 2 и 3.
Рисунок 2 Суточный график искажения синусоидальности кривой напряжения (%V THD) и тока (%I THD) для лесоперерабатывающего предприятия
Рисунок 3 Значения гармонических составляющих кривой напряжения (%V THD) и тока (%I THD) для лесоперерабатывающего предприятия
В результате было выявлено, что уровень высших гармонических составляющих напряжений по некоторым гармоникам (12, 14, 18, 22, 30, 32, 36, 39 и 40) превышает не только нормально допустимые, но также и предельно допустимые значение (наибольшее превышение достигается в фазе С). Были даны рекомендации по использованию специальной УКРМ. В случае установки обычной УКРМ срок службы её существенно сократился бы, а гарантийные обязательства зачастую не распространяются на выход из строя батарей конденсаторов, связанных с превышением токов высших гармоник установленные заводом-изготовителем пределов.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
        
|
Расчет мощности конденсаторной установки КРМ (УКМ58, АКУ, УКРМ)© 2023 ООО “НПО Промэлектроавтоматика”. Основано в 1997 г.
16.03.2023
Основные принципы расчета и выбора оборудования установок компенсации реактивной мощности
В данной статье рассмотрены ответы на основные вопросы наших клиентов по расчету и выбору оборудования установок компенсации реактивной мощности (УКРМ).
На наш взгляд, перед проектированием УКРМ необходимо провести полноценный анализ сети, включающий в себя измерение напряжения в течение суток, активной мощности P, коэффициента мощности, уровня гармонических искажений напряжения THD-U. Произведем расчет УКРМ на примере измеренных данных.
Исходя из данных измерений, получены следующие параметры: Р=446кВт, cos φ1=0,77 (tg φ1=0,89), напряжение при максимальной нагрузке Uн=400В, максимальное напряжение Umax=427В, THD-U 2,4%.
Мощность компенсирующего устройства определяем по формуле:
QC
= P (tgφ1 – tgφ2)
где Р – расчетная максимальная мощность активной нагрузки объекта, кВт;
φ1 − угол сдвига фаз до включения батареи конденсаторов при Р;
φ2 − угол сдвига фаз после выключения батареи конденсаторов при Р.
Произведем расчет установки компенсации реактивной мощности для повышения коэффициента до cos φ2=0,95 (tg φ2=0,33).
QC
= 446 (0,89 – 0,33) = 249,8 кВАр ≈ 250 кВАр
Следующим шагом идет определение количества ступеней установки и шаг минимальной ступени.
Исходя из опыта эксплуатации УКРМ, а также научных исследований в этой области [1], минимальный шаг ступени выбирается в размере 10% от полной мощности установки, в нашем случае это будет 25кВАр.
Далее определяем количество шагов УКРМ. Чем больше шагов содержит УКРМ, тем точнее будет происходить регулирование коэффициента мощности, но чаще будут происходить коммутации конденсаторов и тем больше будет переходных процессов в сети и негативных процессов, связанных с ними, прежде всего – снижение срока службы самих конденсаторов. По нашему мнению, для большинства систем достаточно 6 ступеней регулирования. При большой мощности установок (более 500кВАр), следует рассматривать установку 7…12 ступеней, количество ступеней свыше 12 нецелесообразно и допускается в исключительных случаях.
В нашем примере, исходя из расчетов, выбираем установку на 6 ступеней, мощность по ступеням будет следующей: 50-50-50-50-25-25кВАр, суммарно 250кВАр.
Проверяем установку по наименьшей нагрузке. По графику минимальная нагрузка составляет 220кВт, или половину от максимальной. Соответственно, максимальная ступень должна составлять не более половины всей мощности УКРМ (125кВАр). В нашем случае максимальная ступень составляет 50кВАр, следовательно, УКРМ будет корректно компенсировать реактивную мощность при минимуме нагрузки.
Схема установки будет выглядеть следующим образом:
Рассмотрим расчет и выбор основных составляющих установки.
1. Компенсационный (косинусный) конденсатор. Является основной частью установки компенсации реактивной мощности, выдавая в сеть емкостную мощность.
Масляные конденсаторы типа MKV ввиду своей малой надежности и пожароопасности постепенно выходят из использования, на смену им приходят так называемые “сухие” конденсаторы, выполненные по технологии MKP, выпускаемые ведущими мировыми производителями, такими, как ZEZ Silko.
Главные преимущества на примере серии CSAD ZEZ SILKO:
- не содержат PCB или ПХБ (полихлорированные бифенилы). Полихлорированные бифенилы относятся к группе стойких органических загрязнителей (СОЗ), мониторинг которых в воздухе, воде и почве является обязательным в развитых индустриальных странах вследствие их высокой опасности для окружающей среды и здоровья населения;
- изготавливаются c использованием технологии MKP. Это означает использование металлизированной полипропиленовой пленки со свойствами самовосстановления и чрезвычайно низкими потерями диэлектрика;
- защищены встроенным разъединителем по давлению, который обеспечивает безопасное отключение конденсатора от сети в случае аварийной перегрузки или в конце срока службы;
- оснащены встроенными разрядными резисторами для безопасности обслуживающего персонала.
Выбор конденсаторов производится по основным параметрам: номинальной частоте, номинальному рабочему напряжению, мощности при рабочем напряжении, классу по устойчивости к гармоническим искажениям напряжения в сети.
В наших сетях стандартной является частота 50Гц, отклонения незначительны, поэтому здесь внимание акцентировать не будем.
Выбор по номинальному напряжению осуществляется, исходя из измеренных значений максимального напряжения в месте подключения УКРМ в течение суток. В нашем случае это напряжение составляет 427В. Следует помнить, что при включении УКРМ в сеть потери напряжения снизятся, что увеличит максимальное напряжение. Поэтому, нужно произвести перерасчет напряжения или выбрать номинальное напряжение конденсатора с запасом. В линейке конденсаторов ZEZ Silko наименьшим номинальным напряжением является 440В, что для нашего случая подходит.
В ассортименте ZEZ Silko
присутствуют три серии конденсаторов, в зависимости от уровня высших гармоник в сети (THD-U):
В нашем примере THD-U составляет 2,4%, поэтому выбираем серию HD.
При наличии в сети THD-U более 4% необходима установка фильтрующих дросселей. Подробно о выборе системы конденсатор-дроссель будет рассказано в отдельной статье.
Выбор конденсаторов по номинальной мощности производим по таблице.
Выберем конденсатор для наименьшей ступени – 25кВАр. Поскольку в нашем примере рабочее напряжение при максимуме нагрузки составляет 400В, то выбор конденсатора осуществляем по третьей колонке, тип конденсатора – CSADG-0,44/30-HD. Данный конденсатор будет выдавать мощность 25кВАр при напряжении 400В. Ввиду того, что конденсатор имеет номинальное напряжение 440В, при минимуме нагрузок и напряжении 427В конденсатор будет выдавать мощность около 28кВАр, не будет испытывать перенапряжений и срок его службы не снизится.
2. Контакторы для конденсаторов. Выполняют функцию коммутации секции конденсатора. Использование обычных контакторов не допускается ввиду больших пусковых токов конденсаторов (в 100 раз и более превышающее номинальный ток). Некоторые азиатские производители используют обычные контакторы, дополненные специальной приставкой для сглаживания пусковых токов, чего недостаточно для коммутации конденсаторов. В контакторах Rade Koncar серии CNNK кроме специальной приставки, сглаживающей пусковой ток конденсатора, применены усиленные силовые контакты, обеспечивающие многократный надежный пуск конденсаторов.
Контактор выбирается, исходя из реальной потребляемой мощности конденсатора. Произведем выбор контактора для конденсатора CSADG-0,44/30-HD, используя таблицу с его паспортным данными. Поскольку максимальное напряжение на конденсаторе составляет 427В, то выбор контактора ведем по мощности на этом напряжении. Как говорилось выше, она составляет приблизительно 28кВАр. Исходя из этого, выбираем контактор CNNK 30 10N.
3. Регулятор реактивной мощности. Назначение – автоматическое включение и отключение ступеней установки для регулирования коэффициента мощности.
Основной параметр для выбора регулятора – количество ступеней регулирования.
Регуляторы реактивной мощности Beluk серий ACX, ACXeco, ACXplus, кроме стандартных для современных регуляторов функций, имеют следующие немаловажные функции:
- контроль температуры (при установке датчика ACX-NTC),
с настраиваемой возможностью отключения установки при превышении температуры либо выводом сигнала в систему телемеханики через аварийный контакт; - контроль параметров сети, включая THDi, THDu, с настраиваемой возможностью отключения установки при отклонении параметров сети;
- настройка мощности каждой ступени индивидуально;
- контроль емкости ступеней, при отклонении более 30% от номинала выводится сигнал на экран для оператора;
- отдельный выход для вентилятора, который можно настроить для регулирования дополнительной ступени (в сериях ACXeco, ACXplus);
- наличие интерфейса с протоколом Modbus, что позволяет вести удаленный мониторинг установки компенсации реактивной мощности (в серии ACXplus).
Дополнительные функции позволяют использовать регуляторы Beluk как устройства мониторинга сети, а также сохранить установку в целостности при превышении параметров выше заданных, контролировать ее состояние и вовремя производить работы по обслуживанию и замене устаревших комплектующих.
В нашем случае специфические требования отсутствуют, поэтому выбираем регулятор BLR-ACX (ACX06R), имеющий 6 ступеней регулирования. Для дополнительной защиты от перегрева оснащаем регулятор датчиком температуры BLR-ACX.
4. Аппарат защиты линии. Основная функция – защита конденсатора и идущей к нему линии от перегрузок и коротких замыканий. Как правило, применяется рубильник с предохранителями, например, XLP, как наиболее дешевый и быстродействующий вариант, имеющий высокую отключающую способность. Такой вариант защиты, как автоматический выключатель используется значительно реже, ввиду значительно более высокой цены.
Плавкие вставки следует выбирать быстродействующие, типа aR.
Ток плавкой вставки или расцепителя автоматического выключателя выбирается, исходя из условия:
где Iн – номинальный ток расцепителя выключателя или плавкой вставки, А;
k – коэффициент надежности, учитывающий разброс по току срабатывания принимаем равным 1,2-1,25 для автоматических выключателей и 1,4-1,6 для плавких вставок.
Произведем расчет плавкой вставки для конденсатора CSADG-0,44/30-HD
при рабочем напряжении 440В. Номинальный ток при напряжении 440В у данного конденсатора составляет 39,4А, произведем расчет:
Исходя из расчета, выбираем плавкую вставку ближайшего наибольшего номинала – 63А. Предохранители устанавливаем в откидной рубильник XLP00-6M8.
5. Вводной аппарат. Необходим для коммутации УКРМ, а также, для защиты сборных шин установки (при их наличии). Чаще всего применяются автоматические выключатели, реже – рубильники или выключатели нагрузки с предохранителями.
Не является обязательной частью установки компенсации реактивной мощности, при близком расположении питающего аппарата необходимости в установке нет. Выбор вводного аппарата производится по той же методике, что и выбор аппарата защиты линии.
Автор выражает благодарность кандидату технических наук Жуковскому Александру Ивановичу за оказание помощи в создании данной статьи и предоставление необходимых материалов по исследованию процессов компенсации реактивной мощности
Задать вопросы автору данной статьи: kuchinskiy@overdrive.by
Уточнить цены, наличие, получить квалифицированную консультацию по продуктам можно по телефонам ☎️ +375 17 247-19-99, +375 44 567-19-99, +375 29 787-19-99 либо у своего менеджера.
Коммерческое предложение действительно на 24.05.2023 г.
