Автоматические устройства по компенсации реактивной мощности - Определение дополнительных затрат предприятия от нерегулируемой работы КУ

14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЗАТРАТ ПРЕДПРИЯТИЯ ОТ НЕРЕГУЛИРУЕМОЙ РАБОТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Общие дополнительные затраты предприятия, при наличии нерегулируемых и круглосуточно работающих КУ состоят из следующих компонентов:
затрат от возникновения излишних потерь активной мощности и энергии Зп, определяемых по формуле (37);
затрат Зп от чрезмерного роста напряжения, которое определяется по формуле (38) или (39). Таким образом,
(44)
Затраты Зп связаны с излишним расходованием активной мощности и электроэнергии и могут быть подсчитаны по следующему выражению [13], руб.:
(45)
где дРнб — потери активной мощности при наибольшей нагрузке энергосистемы, кВт, дW — потери электроэнергии за год, кВт-ч, а и в — коэффициенты, численные значения которых определяются по так называемым замыкающим затратам, а — электрическая составляющая (руб/кВт); р — топливная составляющая [руб/(кВт-ч)].
Для предприятия излишние потери активной мощности приводят к дополнительным затратам З'п, определяемым следующим упрощенным выражением:
(46)
где АР — полные потери активной мощности при перекомпенсации, определяемые по формуле (37), кВт; Т — продолжительность режима перекомпенсации, ч; С — стоимость 1 кВт*ч электроэнергии, руб/(кВт-ч).
Дополнительные затраты 3V связаны с ущербом от форсированного износа и старения изоляции обмоток электродвигателей при повышенном напряжении, сокращением срока службы ламп накаливания и теплоэлектронагревательных приборов, уменьшением срока службы самих конденсаторов
Например, для оценки влияния относительного износа изоляции R0 асинхронного двигателя при изменении напряжения от его номинального значения можно воспользоваться следующей формулой [25]
(47)
где Гном — срок службы изоляции обмотки АД при номинальных напряжении и нагрузке, ч;       —срок службы
изоляции обмотки АД при отклонении напряжения от номинального значения и коэффициента нагрузки двигателя
а≠1, ч.
Значение R0 с достаточной точностью можно подсчитать по следующей формуле:
(48)
Срок службы ламп накаливания Сл обратно пропорционален относительному изменению напряжения U0 примерно в степени 13,5, т. е.
(49)
Рост напряжения, а также наличие высших гармоник напряжения и тока отрицательно сказываются и на сроке службы самих конденсаторов Согласно ГОСТ 1282—79 Е конденсаторы должны допускать работу при длительных повышениях напряжения синусоидальной формы до 10 %

сверх номинального значения. В соответствии с этим ГОСТ срок службы конденсаторов увеличен с 20 до 25 лет. Однако чрезмерное повышение напряжения может привести к снижению электрической прочности конденсаторов, к внутренним пробоям, вспучиванию и разрывам их корпусов.
В табл. 9 приведена удельная стоимость отечественных конденсаторов в оптовых ценах.
Таблица 9. Удельная стоимость отечественных конденсаторов

Из табл. 9 видно, что удельная стоимость отечественных конденсаторов изменяется в довольно широких пределах и зависит от множества факторов, в том числе от рабочего напряжения, размеров конденсаторов, их внешнего оформления, стоимости диэлектрика и т. д.

Из формул (25) и (26) видно, что с уменьшением приложенного напряжения стоимость конденсаторов резко возрастает, так как при одной и той же емкости конденсатор высокого напряжения отдает реактивной мощности в (Usn/UnB.)2 раз больше, чем конденсатор низкого напряжения. Поэтому, например, оптовая цена 1 кВар конденсатора типа КМ-0,22 на 220 В составляет 14 руб., а конденсатора типа КМ-10,5 на 10,5 кВ — 3,90 руб.
Кроме того, на повышенную стоимость сравнительно мелких конденсаторов существенное влияние оказывают исполнение их корпуса и выводных изоляторов, заливка и опрессовка, на которые затрачивается гораздо большая стоимость, чем стоимость диэлектрика, которая зависит от размеров конденсатора.
В общем случае для электрических силовых конденсаторов всех типов их удельная стоимость снижается по мере увеличения габаритных размеров, т. е. при возрастании заряда или энергии конденсатора. Более подробный анализ их стоимости показывает, что прейскурантные цены электролитических и металлобумажных конденсаторов зависят в основном от заряда, а конденсаторов с фольговыми обкладками и слюдяных — от запаса энергии.
Все это необходимо учитывать при решении вопроса о размещении конденсаторов в электросетях предприятий. Хотя самым идеальным случаем компенсации реактивной мощности и считается тот, когда у каждого токоприемника установлен индивидуальный конденсатор (индивидуальная компенсация), но при этом удорожается стоимость КУ, сокращается срок службы конденсаторов из-за более частых включений и отключений, ухудшаются условия электро- и пожаробезопасности и т. д.
Помимо АД, ламп и приборов с нитями накала и конденсаторов чувствительны к изменению напряжения и другие виды электроприемников. Так, снижение напряжения на 5 % приводит к снижению производительности электропечей на 2,4—5,4%, а при снижении напряжения на 10% их производительность уменьшается на 9—17% [20]. При производстве сварочных работ в процессе снижения уровня напряжения снижается качество сварки; в процессах производства электролиза алюминия снижение напряжения на 5 % уменьшает производительность электролизных ванн на 6,1 % [24], а при его повышении на 5% сверх номинального приводит к недопустимому перегреву ванн [25]. Снижение напряжения на 1 % в осветительной сети уменьшает световой поток на 3—4 % у ламп накаливания, 1,5 % у люминесцентных ламп и на 2,2 % у ламп ДРЛ.
Повышение напряжения на зажимах синхронных двигателей (СД) вызывает резкое снижение его мощности вследствие возрастания реактивной составляющей тока холостого хода СД. Например, при загрузке двигателя 80 % номинальной мощности и повышении напряжения на зажимах СД от 0,95 до 1,05 номинального значения располагаемая РМ двигателя уменьшается для основной массы СД на 25—35 % [25].

Рис. 45. Ущерб от круглосуточной работы нерегулируемых компенсирующих устройств

На рис. 45 схематично приведены составляющие ущерба от круглосуточной работы нерегулируемых КУ. Все перечисленное выше отрицательно сказывается на характере производства, снижает его эффективность, уменьшает производительность оборудования, ухудшает качество выпускаемой продукции и приводит к потерям энергии.
Таблица 10. Расчетные формулы по определению потерь активной мощности в зависимости от перетоков РМ

Примечание. Коэффициент п = 0,7—коэффициент изменения потерь активной мощности; р—коэффициент загрузки трансформатора по току.
В табл. 10 приведены расчетные формулы по определению потерь активной мощности в зависимости от перетоков РМ в отдельных звеньях системы энергоснабжения.