Выбор оптимального уровня компенсации

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Общий метод

Составление ведомости потребления реактивной мощности на стадии проектирования

Такая ведомость составляется аналогично (и одновременно) с ведомостью потребляемой активной мощности, как описывается в разделе Подключение к распределительной сети высокого напряжения. После составления таких ведомостей определяются величины потребляемой активной и реактивной мощности на каждом уровне установки (как правило, в точках основных и промежуточных распределительных цепей).

Технико-экономическая оптимизация для существующей установки

Оптимальная мощность конденсаторов для компенсации коэффициента мощности для существующей установки может определяться на основе следующих основных факторов:

  • счета за электроэнергию до установки конденсаторов;
  • счета за электроэнергию, ожидаемые после установки конденсаторов;
  • затраты:

  -  на приобретение конденсаторов и устройств управления (контакторы, реле, распределительные щиты и т.д.);
  -  на установку и техобслуживание;
  -  связанные с потерями из-за нагрева конденсаторов, в сравнении с пониженными потерями в кабелях, трансформаторе и т.д. после установки конденсаторов.

Несколько упрощенных методов, применяемых в отношении стандартных тарифов (общепринятых в Европе), приводятся в подразделах Метод, основанный на учете штрафных тарифов и Метод, основанный на снижении заявленного (договорного) максимума мощности (кВА)


Упрощенный метод

Общий принцип

Ориентировочный расчет применим, как правило, для большинства практических случаев и может быть основан на предположении о коэффициенте мощности 0,8 (отстающем) до компенсации. Метод повышения коэффициента мощности до значения, достаточного для предотвращения штрафных тарифов (они зависят от местных структур тарифных ставок, но здесь оно полагается равным 0,93) и снижения потерь мощности и напряжения в установке, рассматривается на основе данных, приводимых на рис. L15.

Как видно из приводимой таблицы, повышение коэффициента мощности с 0,8 до 0,93 потребует 0,355 квар на кВт нагрузки. Мощность блока конденсаторов на сборных шинах главного распределительного щита системы составляет:

Q (квар) = 0,355 x P (кВт).

Данный упрощенный метод позволяет быстро определить требуемый тип конденсаторов для компенсации реактивной мощности (централизованные, групповые или индивидуальные).

Пример:
Требуется повысить коэффициент мощности установки 666 кВА с 0,75 до 0,928. Требуемая активная мощность составляет
666 х 0,75 = 500 кВт.
На рис. L17, на пересечении строки «сos φ = 0,75» (до компенсации) и столбца «cos φ = 0,93» (после компенсации) находим значение 0,487 квар компенсации на кВт нагрузки. Следовательно, для нагрузки 500 кВт требуемая мощность емкостей компенсации составляет 500 х 0,487 = 244 квар.

Примечание: данный метод применим при любом уровне напряжения, т.е. не зависит от напряжения.


До компенсации Номинальное значение (квар) блока конденсаторов, устанавливаемого на кВт нагрузки, для повышения cos φ (коэффициент мощности) или tg φ до заданного значения
 tg φ       0,75  0,59 0,48 0,46 0,43 0,40 0,36 0,33 0,29 0,25 0,20 0,14 0,0
tg φ cos φ  cos φ     0,80   0,86 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99  1
2,29 0,40              1,557 1,691 1,805 1,832 1,861 1,895 1,924 1,959 1,998 2,037 2,085 2,146 2,288
2,22 0,41              1,474 1,625 1,742 1,769 1,798 1,831 1,840 1,896 1,935 1,973 2,021 2,082 2,225
2,16 0,42              1,413 1,561 1,681 1,709 1,738 1,771 1,800 1,836 1,874 1,913 1,961 2,022 2,164
2,10 0,43              1,356 1,499 1,624 1,651 1,680 1,713 1,742 1,778 1,816 1,855 1,903 1,964 2,107
2,04 0,44              1,290 1,441 1,558 1,585 1,614 1,647 1,677 1,712 1,751 1,790 1,837 1,899 2,041
1,98 0,45              1,230 1,384 1,501 1,532 1,561 1,592 1,628 1,659 1,695 1,737 1,784 1,846 1,988
1,93 0,46              1,179 1,330 1,446 1,473 1,502 1,533 1,567 1,600 1,636 1,677 1,725 1,786 1,929
1,88 0,47              1,130 1,278 1,397 1,425 1,454 1,485 1,519 1,532 1,588 1,629 1,677 1,758 1,881
1,83 0,48              1,076 1,228 1,343 1,370 1,400 1,430 1,464 1,497 1,534 1,575 1,623 1,684 1,826
1,78 0,49              1,030 1,179 1,297 1,326 1,355 1,386 1,420 1,453 1,489 1,530 1,578 1,639 1,782
1,73 0,50              0,982 1,232 1,248 1,276 1303 1,337 1,369 1,403 1,441 1,481 1,529 1,590 1,732
1,69 0,51              0,936 1,087 1,202 1,230 1,257 1,291 1,323 1,357 1,395 1,435 1,483 1,544 1,686
1,64 0,52              0,894 1,043 1,160 1,188 1,215 1,249 1,281 1,315 1,353 1,393 1,441 1,502 1,644
1,60 0,53              0,850 1,000 1,116 1,144 1,171 1,205 1,237 1,271 1,309 1,349 1,397 1,458 1,600
1,56 0,54              0,809 0,959 1,075 1,103 1,130 1,164 1,196 1,230 1,268 1,308 1,356 1,417 1,559
1,52  0,55              0,769 0,918 1,035 1,063 1,090 1,124 1,156 1,190 1,228 1,268 1,316 1,377 1,519
1,48 0,56              0,730 0,879 0,996 1,024 1,051 1,085 1,117 1,151 1,189 1,229 1,277 1,338 1,480
1,44 0,57              0,692 0,841 0,958 0,986 1,013 1,047 1,079 1,113 1,151 1,191 1,239 1,300 1,442
1,40 0,58              0,665 0,805 0,921 0,949 0,976 1,010 1,042 1,076 1,114 1,154 1,202 1,263 1,405
1,37 0,59              0,618 0,768 0,884 0,912 0,939 0,973 1,005 1,039 1,077 1,117 1,165 1,226 1,368
1,33 0,60              0,584 0,733 0,849  0,878 0,905 0,939 0,971 1,005 1,043 1,083 1,131 1,192 1,334
1,30 0,61              0,549 0,699 0,815 0,843 0,870 0,904 0,936  0,970 1,008 1,048 1,096 1,157 1,299
1,27 0,62              0,515 0,665 0,781 0,809 0,836 0,870 0,902 0,936 0,974 1,014 1,062 1,123 1,265
1,23 0,63              0,483 0,633 0,749 0,777 0,804 0,838 0,870 0,904 0,942 0,982 1,030 1,091 1,233
1,20 0,64              0,450 0,601 0,716 0,744 0,771 0,805 0,837 0,871 0,909 0,949 0,997 1,058 1,200
1,17 0,65              0,419 0,569 0,685 0,713 0,740 0,774 0,806 0,840 0,878 0,918 0,966 1,007 1,169
1,14 0,66              0,388 0,538 0,654 0,682 0,709 0,743 0,775 0,809 0,847 0,887 0,935 0,996 1,138
1,11 0,67              0,358 0,508 0,624 0,652 0,679 0,713 0,745 0,779 0,817 0,857 0,905 0,966 1,108
1,08 0,68              0,329 0,478 0,595 0,623 0,650 0,684 0,716 0,750 0,788 0,828 0,876 0,937 1,079
1,05 0,69              0,299 0,499 0,565 0,593 0,620 0,654 0,686 0,720 0,758 0,798 0,840 0,907 1,049
1,02 0,70              0,270 0,420 0,536 0,564 0,591 0,625 0,657 0,691 0,729 0,769 0,811 0,878 1,020
0,99 0,71              0,242 0,392 0,508 0,536 0,563 0,597 0,629 0,663 0,701 0,741 0,783 0,850 0,992
0,96 0,72              0,213 0,364 0,479 0,507 0,534 0,568 0,600 0,634 0,672 0,712 0,754 0,821 0,963
0,94 0,73              0,186 0,336 0,452 0,480 0,507 0,541 0,573 0,607 0,645 0,685 0,727 0,794 0,936
0,91 0,74              0,159 0,309 0,425 0,453 0,480 0,514 0,546 0,580 0,618 0,658 0,700 0,767 0,909
0,88 0,75              0,132 0,82 0,398 0,426 0,453 0,487 0,519 0,553 0,591 0,631 0,673 0,740 0,882
0,86 0,76              0,105 0,255 0,371 0,399 0,426 0,460 0,492 0,526 0,564 0,604 0,652 0,713 0,855
0,83 0,77              0,079 0,229 0,345 0,373 0,400 0,434 0,466 0,500 0,538 0,578 0,620 0,687 0,829
0,80 0,78              0,053 0,202 0,319 0,347 0,374 0,408 0,440 0,474 0,512 0,552 0,594 0,661 0,803
0,78 0,79              0,026 0,176 0,292 0,320 0,347 0,381 0,413 0,447 0,485 0,525 0,567 0,634 0,776
0,75 0,80    0,150 0,266 0,294 0,321 0,355 0,387 0,421 0,459 0,499 0,541 0,608 0,750
0,72 0,81   0,124 0,240 0,268 0,295 0,329 0,361 0,395 0,433 0,473 0,515 0,582 0,724
0,70 0,82    0,098 0,214 0,242 0,269 0,303 0,335 0,369 0,407 0,447 0,489 0,556 0,698
0,67 0,83    0,072 0,188 0,216 0,243 0,277 0,309 0,343 0,381 0,421 0,463 0,530 0,672
0,65 0,84    0,046 0,162 0,190 0,217 0,251 0,283 0,317 0,355 0,395 0,437 0,504 0,645
0,62 0,85 0,020 0,136 0,164 0,191 0,225 0,257 0,291 0,329 0,369 0,417 0,478 0,620
0,59 0,86      0,109 0,140 0,167 0,198 0,230 0,264 0,301 0,343 0,390 0,450 0,593
0,57 0,87       0,083 0,114 0,141 0,172 0,204 0,238 0,275 0,317 0,364 0,424 0,567
0,54 0,88       0,054 0,085 0,112 0,143 0,175 0,209 0,246 0,288 0,335 0,395 0,538
0,51 0,89       0,028 0,059 0,086 0,117 0,149 0,183 0,230 0,262 0,309 0,369 0,512
0,48 0,90       0,031 0,058 0,089 0,121 0,155 0,192 0,234 0,281 0,341 0,484


           Значение, выбранное для примера в подразделе Упрощенный метод
           Значение, выбранное для примера в подразделе Метод, основанный на снижении заявленного (договорного) максимума мощности (кВА)


Рис. L15 : Реактивная мощность конденсаторов (квар), устанавливаемая на кВт нагрузки для повышения коэффициента мощности

Метод, основанный на учете штрафных тарифов

При определенных (общепринятых) структурах тарифных ставок изучение счетов за период года с наибольшей нагрузкой позволяет определить количество квар компенсации, требуемый для предотвращения излишней платы за реактивную энергию (квар·ч). Период окупаемости конденсаторов для повышения коэффициента мощности и сопутствующего оборудования составляет, как правило, 18 месяцев.

Следующий метод позволяет рассчитать мощность предлагаемого блока (батареи) конденсаторов на основе данных по счетам за электроэнергию в тех случаях, когда структура тарифных ставок соответствует (или аналогична) описываемой в подразделе Снижение стоимости электроэнергии .

Метод определяет минимальную компенсацию, требуемую для предотвращения штрафов за потребление избыточной реактивной энергии (квар·ч).

Метод заключается в следующем:

  • Подборка счетов за электроэнергию за 5 холодных месяцев (во Франции это период с ноября по март, включительно).

Примечание: в странах с тропическим климатом на летние месяцы может приходиться наибольшая нагрузка и максимальное потребление (из-за использования кондиционеров воздуха), и это необходимо учитывать при определении периодов повышенных расходов. В данном примере рассматривается холодный период года во Франции.

  • Просмотр в счетах строк «потребленная реактивная энергия» и «квар·ч к оплате». Выбор счета с максимальной платой за реактивную энергию (квар·ч) (после проверки того, что это не было вызвано некоторой исключительной ситуацией).

Например: 15966 квар·ч в январе.

  • Оценка общего времени рабочей нагрузки установки в течение этого месяца. Например,220 часов (22 дня х 10 ч). Должны учитываться часы в течение наибольшей нагрузки и максимальных (пиковых) нагрузок энергосистемы. Такие данные содержатся в тарифной документации. Как правило, продолжительность периода максимальной нагрузки энергосистемы составляет 16 часов каждого дня (06.00 – 22.00 или 07.00 – 23.00 в зависимости от региона). Вне этих периодов плата за реактивную энергию невелика.
  • Необходимое значение компенсации в квар = квар·ч к оплате/число часов работы [1] = Qc

Как правило, мощность устанавливаемой КБ выбирается немного больше расчетного значения.

Некоторые изготовители прилагают к конденсаторам инструкции, предназначенные специально для такого рода расчетов согласно конкретным тарифам. Сопроводительная документация содержит рекомендации по оборудованию и схемам управления, а также информацию по ограничениям, налагаемым гармоническими напряжениями энергосистемы. Такие напряжения требуют установку конденсаторов с повышенными номинальными данными (теплоотдача, напряжение и ток) или фильтров для подавления гармоник.


Метод, основанный на снижении заявленного (договорного) максимума мощности (кВА)

Для двухставочных тарифов, основанных, отчасти, на заявленном (договорном) максимуме потребляемой мощности кВА, рис. L17, позволяет определить значение компенсирующей мощности в квар, требуемое для снижения заявленного максимума кВА,

и предотвращения его превышения.

Очевидна выгода от снижения заявленной максимальной мощности (кВА) для потребителей, тарифы для которых основаны на постоянной плате за заявленные кВА, плюс доплата за потребленные кВт·ч. Диаграмма на рис. L16 показывает, что по мере повышения коэффициента мощности уменьшается значение кВА при заданном значении кВт (Р). Повышение коэффициента мощности нацелено (кроме других ранее указанных преимуществ) на снижение заявленного максимума и предотвращение его превышения (предотвращение платы по повышенной ставке за кВА в периоды максимального потребления и/или отключения электроснабжения, если имеется ограничитель). Рис. L15 показывает значение квар компенсации на кВт нагрузки, требуемое для повышения значения коэффициента мощности.

Пример: Супермаркет имеет максимальную нагрузку 122 кВА при коэффициенте мощности 0,7 (отставание), активная мощность составляет 85,4 кВт. Договор с таким потребителем основан на пошаговых увеличениях гарантированной мощности (шаг от 6 кВА до 108 кВА и шаг 12 кВА выше этого значения, как это принято для многих типов двухставочных тарифов). В данном случае счет потребителю выставляется на основе 108 + 12 + 12 = 132 кВА. Согласно рис. L15, установка КБ 60 квар позволит повысить коэффициент мощности с 0,7 до 0,95 (0,691 х 85,4 = 59 квар). Заявленный (договорной) максимум кВА составит:

\frac{85,4}{0,95}=90 кВА, т.е., улучшение 30%.


Рис L16.jpg


Рис. L16 : Снижение заявленного (договорного) максимума кВА за счет повышения коэффициента мощности


Примечания

[1] В оплачиваемый период в течение часов оплачиваемой реактивной мощности в рассматриваемом выше случае:

Qc=\frac{15,996}{220} (квар·ч / ч) = 73 квар·ч