Конденсаторная батарея своими руками

Digital Power Factor controllersЭта статья написана в соавторстве с Павлом Уханевым - инженером-конструктором эл.щитовых.

Поводом для написания данной статьи послужило то, что в последние годы обстоятельства вынуждают нас быть максимально ориентированными на энергосберегающие технологии во всех отраслях жизнедеятельности. Не исключением является и область электроэнергетики. Тут следует отметить, что проблемы энергосбережения за рубежом очень важны!, давно стоят на особом месте и им уделяют первостепенное внимание. Мы пока отстаем, но с каждым годом эта тема становиться все более важной.

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

Работая в данной сфере, можем с уверенностью сказать, что популярность применения конденсаторных установок, далее , с каждым днем приобретает все большую актуальность. Обычно, при обсуждении применения КУ говорят, что они позволяют экономить электроэнергию -- да, это так! Но как в расхожем рекламном слогане – зачем платить больше?... И, если глубже рассмотреть этот аспект, то можно сказать, что, еще снижается нагрузка на кабельные линии, уменьшаются потери в силовых питающих трансформаторах, что увеличивает срок их службы и тем самым уменьшает затраты на их реконструкцию или замену.

То есть применение – выгодно, но «выгодность» КУ необходимо оценивать комплексно.

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

И еще, мы не претендуем на «открытие Америки». В общем, тема КУ известна и об этом много написано в интернете. Дабы не «раздувать» статью и не переписывать то, что уже в большом количестве написано, мы опишем «жизненный вопрос» с которым зачастую сталкиваются проектировщики, а именно:

- Как правильно рассчитать мощность КУ?

Первыми с этой «проблемой» сталкиваются проектанты-электрики. Как рассчитать мощность КУ, если из ТУ (Технических условий, полученных от энергопоставляющей организации потребителю) известно значение Полной мощности, активной мощности и прописано, например, указание - применить КУ?

То есть, как, имея значение Активной мощности - Ррасч и общее значение характера нагрузки (то бишь cos? или «хуже того» tg ? рассчитать мощность КУ?

Начнем с того, что расчет КУ производится после того, как становятся известны все мощности и характер нагрузки объекта. Иными словами, Мощность есть, cos? тоже есть и теперь что?

Да, в интернете и справочниках имеются таблицы, по которым можно определить значение тангенса, коэффициент пересчета и получить требуемое значение. А сам принцип? Инженер должен знать это.

Вообще все просто: - Есть исходное значение мощности, скажем, без использования КУ. И есть значение мощности с использованием КУ. Разница между ними и есть мощность КУ.

А теперь тоже самое, но немного «сложнее»…

Для расчета реактивной мощности нам понадобятся знания из геометрии и векторной алгебры.

Полную мощность – S можно представить в виде суммы двух векторов: активной -Р и реактивной – Q мощностей. Смотрим рисунок ниже.

Полную мощность – S можно представить в виде суммы двух векторов: активной -Р и реактивной – Q мощностей.

А теперь, смотрите – вместе «красное» и «зеленое» - это пространство без использования КУ. Здесь большее значение угла (определяется cos?1) и большее значение реактивной мощности Q1. «Зеленое» - пространство с использованием КУ. Значение угла меньше (определяется cos?2), значение реактивной мощности меньшее – Q2.

Разница между Q1иQ2 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 эл.энергию), 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?1,

Q2 – реактивная мощность при желаемом cos? (желаемое значение – это cos?2, который мы хотим получить при использовнии КУ).

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

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

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

Q1 = tg?1xP

соответственно: Q2 = tg?2xP

 

Таким образом - QКУ = Q1 –Q2

А теперь 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 который фигурирует во многих расчетных таблицах, значение которого, как показывает практика, знают далеко не все, легко просматривается из последний 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:

Формула для расчета тока вводного автоматического выключателя

Где, 1.3 – коэффициент запаса (30% от номинала) и имеем полную информацию.

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

Значение мощности КУ и значение тока КУ,

А теперь серьезно…

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

Теперь необходимо рассчитать конфигурацию КУ.

Для начала необходимо определиться, какое количество ступеней будет иметь наша 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. Хотя можно сделать КУ с избыточным количеством ступеней и КУ будет выполнять свои функции в полной мере. Единственный минус в этом варианте – она будет дороже стоить. А зачем платить больше? При этом срок окупаемости КУ будет увеличен.

Для более полной и точной компенсации применяется 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?). 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 наиболее неподходящий вариант, когда происходит «перекомпенсация». В данном режиме работы КУ начинает генерировать энергию (вносит в сеть избыточную реактивную мощность), что неприемлемо. И за это штрафуют и оплата за генерацию реактивной энергии гораздо больше, чем за потребление.

НО! 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 производиться 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 еще 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, та же вентиляция.

Графики нагрузок

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 оптимальнее подобрана или рассчитана мощность КУ, тем меньше срок окупаемости.

Основной элемент Конденсаторных Установок

У нас был пример, когда заказчик применил КУ на камнедробильном предприятии и эта КУ была практически не эффективна. Заказ был произведен по реактивной мощности предоставленной заказчиком, определена необходимая базовая ступень, определены кол-во 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 информация о схемах подключения, поборе КУ есть 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 нельзя забывать о нормах и правилах описанных в ПУЭ (Глава 5.6 - «Конденсаторные установки).

Примеры исполнения Конденсаторных Установок.

Пример КУ - Конденсаторной Установки

Пример Конденсаторной Установки

Еще один Пример Конденсаторной Установки

 

Об авторах:

 

Доктор Вольт (Псевдоним Автора ТехноБлога).  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.  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.

Источник: http://tehnoblog.org.ua/blogs/a/362-kondensatornyie-ustanovki-pomosch-inzheneru-proektirovschiku

Предыдущая статья: ветрогенератор своими руками подробно

Следущая статья: открытки своими руками барашек

Лучшие статьи: