Розрахунок терміну окупності і ефективність застосування автоматичних установок компенсації реактивної потужності УКРМ

Конденсаторні установки 0,4 кВ під замовлення за 5 днів

від 11 299 грн

Калькулятор розрахунку потужності
конденсаторної установки 0,4 кВ

На сучасних промислових підприємствах впровадження енергозберігаючих програм є найважливішою складовою стратегії підвищення їх конкурентоспроможності. Особливу увагу слід при цьому приділити питанням економічного обґрунтування доцільності впровадження окремих складових таких програм, серед яких можна виділити автоматичні установки компенсації реактивної потужності (УКРМ). У даній статті пропонується проаналізувати один з найважливіших економічних показників проектної оцінки - термін окупності впровадження УКРМ. При розрахунку цього показника фахівці ЕлектроКонтроль.com.ua пропонують враховувати крім економічних аспектів також і технічні особливості впроваджуваних УКРМ, а саме:

• величину втрат в провідниках і трансформаторах;
• втрати холостого ходу трансформаторів;
• точність регулювання cosφ.

Величина втрат на нагрівання в трансформаторах і силових лініях може бути обумовлена ​​як протіканням активної енергії по провіднику, так і протіканням реактивної енергії. У сукупності ці витрати енергії на нагрів провідників становлять непродуктивні витрати електроенергії, які цілком відбиваються на лічильнику активної енергії підприємства і, отже, повинні бути оплачені в установленому порядку.

Втрати на нагрівання в провідниках, обумовлені протіканням активної енергії, неможливо скоригувати без зміни встановленої на підприємстві активної потужності і застосовуваних параметрів з'єднувальних ліній. У свою чергу, реактивна складова втрат може бути скоригована за допомогою конденсаторних установок УКРМ. Тому найбільш простим способом зменшення витрат на оплату споживаної активної енергії є зниження частки реактивної енергії, що протікає в провіднику (прагнення cosφ до одиниці), що зменшує втрати в провіднику при колишньому рівні споживаної активної енергії.

Фізична природа втрат на нагрівання в обмотках трансформаторів схожа з розглянутою вище ситуацією втрат енергії в провідниках. Втрати енергії в трансформаторах залежать від величини їх навантаження і паспортної потужності короткого замикання.

Як показник, що відображає ефективність впровадження батарей конусних конденсаторів (УКРМ), пропонуємо використовувати термін "економія витрат при зниженні реактивних втрат". Ця величина розкриває суму економії коштів на оплату спожитої активної енергії після мінімізації реактивної складової втрат енергії за допомогою компенсаторів реактивної потужності (УКРМ), вона обернено пропорційна квадрату різниці двох величин: "cosφ до компенсації" і "cosφ після компенсації".

Іншими словами, забезпечивши збільшення cosφ на 10%, споживач знижує втрати на нагрів в провідниках і трансформаторах за рахунок реактивної складової на 20%, зменшуючи тим самим суму витрат на оплату споживаної енергії також на 20%.

Проведені фахівцями ЕлектроКонтроль.com.ua розрахунки свідчать про те, що величина річної економії від впровадження УКРМ може досягати 15 тис. Грн. и більше. Наприклад, після впровадження системи автоматичної компенсації реактивної потужності (АКУ) на внутрішньоцеховий комплектної трансформаторної підстанції 1 × 1000кВА відходять алюмінієвими кабелями довжиною до 120 м економія витрат при зниженні реактивних втрат за рахунок підвищення cosφ з 0,6 до 0,95 склала близько 10 -16 тис. грн. на рік. Беручи до уваги той факт, що до впровадження УКРМ витрати на оплату реактивної енергії становили 12-13 тис. Грн. в рік, можна зробити висновок, що сумарна економія витрат на оплату електроенергії від впровадження УКРМ може в 1,5-2 рази перевищувати економію за рахунок тільки зниження оплати за реактивну енергію.

Виходячи з наведеної взаємозв'язку між величиною втрат енергії і скороченням терміну окупності впроваджуваної установки, настійно рекомендуємо здійснювати розрахунки втрат в провідниках і трансформаторах для кожної конкретної системи електропостачання в процесі обґрунтування доцільності впровадження УКРМ.

Ще одна причина, що викликає непродуктивні витрати на реактивну енергію - втрати холостого ходу трансформаторів. Зазначена проблема виникає при поєднанні наведених умов експлуатації:

• завантаження живлять трансформаторів не перевищує 30% їх номінальної потужності;
• лічильники обліку реактивної енергії встановлені на високій стороні живлять трансформаторів.

Втрати холостого ходу трансформаторів незмінні. Навантаження трансформаторів не впливає на ці втрати, які визначаються лише параметрами магнитопроводов трансформаторів. Якщо трансформатори завантажені на повну (100% завантаження) потужність, то співвідношення активних і реактивних складових потужності (cosφ) коливається в інтервалі 0,8 ... 0,9. Якщо ж завантаження трансформаторів не перевищує 30%, то cosφ знижується до рівня 0,5 ... 0,6 і зростає вплив на нього втрат холостого ходу, оскільки на тлі зменшується активної складової потужності складова втрат холостого ходу залишається константою.

В системі напруги 0,4 кВ стандартна УКРМ, регулятор якої підключається до мережі 380 В, здатна підтримувати оптимальне співвідношення активних і реактивних складових потужності на рівні 0,95. Однак найчастіше втрати холостого ходу трансформатора за величиною можна порівняти зі "компенсувати" потужністю, тому реальний cosφ на високій стороні трансформатора буде коливатися в діапазоні 0,8 ... 0,85. А лічильник реактивної енергії буде враховувати цю нічим не компенсувати енергію, породжуючи непродуктивні витрати на оплату реактивної енергії у споживача.

Вихід з такої ситуації фахівці ЕлектроКонтроль.com.ua бачать в застосуванні модифікацій регуляторів з можливістю підключення до високої стороні живильного трансформатора, що дозволить мінімізувати витрати на оплату реактивної енергії незалежно від ступеня завантаження живильного трансформатора, а також наявності "провалів" в споживанні, пов'язаних з вихідними, святковими днями і ін. При обгрунтуванні доцільності застосування зазначених регуляторів, здатних знизити витрати на електроенергію і, отже, скоротити термін окупності впроваджуваних УКРМ, використовується аналіз графіків навантаження підприємства.

Ще одна технічна характеристика, що впливає на термін окупності УКРМ - точність регулювання, тобто здатність підтримувати необхідне співвідношення активних і реактивних складових потужності (cosφ) в будь-який момент часу незалежно від наявності збурень в системі. Фактори, що впливають на точність регулювання:

• величина мінімальної ступені УКРМ або мінімальний крок регулювання;
• швидкодія УКРМ, тобто проміжок часу між виникли зміною величини реактивної потужності в системі і відгуком УКРМ на цю зміну.

Стандартизована методика вибору мінімальної ступені УКРМ відсутня на сьогодні. Однак слід враховувати вплив на такий вибір безлічі чинників, серед яких технологічний цикл роботи підприємства-замовника, мінімальна потужність споживачів електроенергії, найбільш часто підключаються до УКРМ, особливості експлуатації використовуваних електричних пристроїв і установок.

На жаль, на практиці підприємство-замовник рідко аналізує графіки своєї навантаження, коефіцієнти участі різних навантажень або базується на досвіді експлуатації системи при обґрунтуванні мінімальної ступені УКРМ, задовольняючись вибором з того, що пропонують виробники.

Найбільш часто заводи-виробники беруть мінімальну ступінь УКРМ на рівні 10% від повної потужності установки, що не завжди відповідає об'єктивним умовам її експлуатації. Цілком реальна ситуація, коли при значній сумарною навантаженні на підприємстві істотних коливань навантаження в нормальному режимі не спостерігається. Якщо ж діапазон наявних коливань становить менше 80% від мінімальної ступені УКРМ, то виникне постійна недокомпенсація, складова від 50% до 100% мінімальної ступені. Нескомпенсований витрата енергії буде враховуватися лічильником реактивної енергії, що може збільшити щомісячні витрати на оплату енергії приблизно на 10%.

З іншого боку, зменшення кроку регулювання і підвищення швидкодії УКРМ може спричинити за собою різке почастішання включень / відключень регулюючого щабля - до 5-10 разів у порівнянні з базовими ступенями. Це, в свою чергу, буде сприяти швидкій виробленні ресурсу контактора регулюючого щабля з необхідністю його заміни.

Оптимізувати точність регулювання УКРМ фахівці ЕлектроКонтроль.com.ua пропонують шляхом заміни частини контакторів силовими напівпровідниковими ключами. Підвищення точності регулювання дозволить істотно знизити оплату за реактивну енергію, витрата якої викликаний низькою реакцією ступенів на зміну навантаження. Ефект досягається завдяки високій швидкодії регулюючого щабля на напівпровідникових ключах (до 10 циклів включень / відключень в секунду) і значного експлуатаційного ресурсу, який залежить лише від температурного режиму роботи ключа.

Удосконалення характеристик УКРМ досягається шляхом оснащення напівпровідниковими ключами її регулюють ступенів. Отримана в результаті установка є контакторних-напівпровідникової або "змішаної". Вартість "змішаної" УКРМ з 1-2 регулюючими ступенями на напівпровідникових ключах перевищує вартість повністю контакторной установки не більше ніж на 5-10%, а забезпечується економія є суттєвою.

Розглянемо приклад: збільшення швидкодії повністю контакторной установки до максимального значення (1 цикл включень / відключень в 1-2 хвилини) дозволить підвищити точність регулювання і відповідним чином зменшити оплату за "недокомпенсірованную" реактивну енергію. При цьому витрати на заміну контакторів регулюючого щабля (вартість контакторів і оплата робіт по їх заміні) підприємство буде нести приблизно раз в 3 місяці, оскільки висока частота включень / відключень ступені спричинити за собою вироблення ресурсу контактора. Сума описаних витрат може досягати в середньому 1-1,5 тис. Грн. на рік. На нетривалому відрізку часу економія витрат на оплату енергії в результаті підвищення точності регулювання ще зможе покривати витрати на часту заміну контакторів регулюючого щабля,

Застосування регулюють ступенів на напівпровідникових ключах дозволить не тільки удосконалити точність регулювання, збільшивши її на порядок в порівняння зі звичайними установками, але при цьому також повністю виключити витрати на заміну контактора регулюючого щабля. Звідси випливає незаперечна перевага "змішаних" установок перед звичайними за витратами на ремонт та обслуговування при довгостроковій експлуатації УКРМ.

Таким чином, для отримання найбільш точного прогнозу ефективності впроваджуваної установки компенсації реактивної потужності УКРМ і розрахунку реального терміну її окупності доцільно враховувати вищевикладені технічні аспекти роботи установки і особливості системи електропостачання підприємства.