Выбор параметров конденсаторной батареи устройства компенсации реактивной мощности по экономическим критериям

The article discusses the possibility of accelerating the ferromagnetic fraction through the time constant electromagnetic field of the inductors for use in shotblasting equipment. Investigated the possibility of the creation of acceleratedflow fraction through the solenoid, fed by a constant current. An analysis of the mathematical modeling of the inductance coils of various shapes with the purpose of obtaining an asymmetric magnetic field inside the trunk and conclusions based on simulation results have been made.

Key words: solenoid, coil, accelerator, fraction, shot, shotblasting.

Shevtsov Georgy Alexandrovich, postgraduate, tertonov@ya.ru, Russia, Vladivostok, Far Eastern Federal University

УДК 621.316

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ УСТРОЙСТВА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПО ЭКОНОМИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ

Д.В. Ишутинов, Е.Н. Малышев, Н.С. Сластихин, В.В. Рычков

Рассматриваются вопросы оптимального по капитальным затратам выбора алгоритма работы, количества ступеней и мощности минимальной ступени конденсаторной батареи для устройства компенсации реактивной мощности. Показано, что устройство компенсациис алгоритмом работы 1:2:2и 1:2:4 итремя ступенями регулирования имеет наименьшую стоимость.

Ключевые слова: реактивная мощность, косинусный конденсатор, конденсаторная батарея, устройство компенсации, алгоритм работы, аппроксимация, минимум целевой функции.

Возросший интерес к решению вопросов энергосбережения и повышения энергоэффективности работы оборудования связан, в первую очередь, с экономическими аспектами использования электроэнергии во всех развивающихся отраслях промышленности.

Циркуляция РМ по элементам электрической сети, необходимая для нормальной работы электроустановок, вызывает значительную часть технологических потерь активной электроэнергии, а также просадки напряжения в точках присоединения потребителей электрической энергии к электрической сети. Среди известных способов компенсации реактивной мощности (РМ) достаточно эффективным для потребителей электроэнергии со сравнительно медленно изменяющейся реактивной нагрузкой является емкостная компенсация с помощью автоматических устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ) [1, 2].

518

Оптимальный выбор мощности косинусных конденсаторов позволит снизить капитальные затраты на УКРМ и соответственно срок окупаемости. Известны выражения связывающие между собоймощность минимальной ступени QСТи количество ступеней^ конденсаторной батареи УКРМ для наиболее типичных алгоритмов работы[3]. Однако, как отмечено, данные выражения не позволяют однозначно определить параметры конденсаторной батареи(КБ) и они, как правило, выбирается интуитивно -на основании опыта проектирования УКРМ[4]. Оптимизировать количество ступеней и мощность минимальной ступени позволяет целевая функции вида

Р

где ¿о, ¿1 - коэффициенты, зависящие от параметров КБ.

Очевидно, что от выбора коэффициентов целевой функции зависит точность получаемого оптимального решения. Авторами предлагается вычислять коэффициенты данной целевой функции следующим образом.

Коэффициент ¿о (руб./кВАр) определяется как суммарная стоимость ступени КБ (ЦСТ), коммутационногоаппарата (цк) и силовых проводов (цпр), приведенная к мощности ступениКБ:

¿0 = мстдкдпр.о)=цст±цк±цш- .

В табл. 1 сведены результаты расчетов коэффициента ¿о для типичных значений мощности ступени конденсаторной батареи.

Таблица 1

Расчет коэффициента Ьо

О, кВАр Цена изделия, руб. Относительная цена изделия, руб./кВАр Стоимость, руб./кВАр

Цст Цк Цпр Ц*СТ Ц*к Ц*ПР ¿о

1 91о 825 32,97 91о 825 32,97 1768

1,5 936 825 32,97 624 55о 21,98 1196

2,5 11 о5 825 32,97 442 33о 13,19 785

5 13о4 825 32,97 261 165 6,59 432

6,25 14оо 825 48,97 224 132 7,84 364

7,5 1532 825 48,97 2о4 11о 6,53 321

1о 1599 825 79,97 16о 83 8,оо 25о

12,5 1785 1114 79,97 143 89 6,4о 238

15 2142 1188 127,97 143 79 8,53 231

2о 2572 1489 127,97 129 74 6,4о 2о9

25 2887 1666 232,97 115 67 9,32 191

зо 3866 213о 232,97 129 71 7,77 2о8

33,3 4146 2821 232,97 125 85 7,оо 216

Окончание табл. 1

0, кВАр Цена изделия, руб Относительная цена изделия, руб/кВАр Стоимость, руб/кВАр

Цст Цк Цпр Ц*СТ Ц*к Ц*ПР Ъ0

40 5107 1950 276,97 128 49 6,92 183

50 6242 3530 276,97 125 71 5,54 201

67 8292 3658 465,97 124 55 6,95 185

80 10215 5400 465,97 128 68 5,82 201

100 12484 7059 766,97 125 71 7,67 203

120 15465 5850 766,98 129 49 6,39 184

Таким образом (табл. 1), является функцией мощности минимальной ступени КБ Ост .Аппроксимируязначения Ъо гиперболической функции первого порядка, получим

Ъо

0СТ

Коэффициент Ъ1 - суммарная относительная стоимость монтажных работ косинусного конденсатора (цмст), конденсаторного контактора (цмк) и силовых проводов (цмпр), приведенная к количеству ступеней (ы) КБ:

и Атт тт тт ) ЦМ СТ + ЦМ К + ЦМ ПР

Ъ1 = /

Единичная стоимость (цена) указанных электромонтажных работ утверждена Постановлением Правительства Кировской области [5]. Сметная стоимость работ по монтажу силового оборудования (без учета материалов) в зависимости от мощности косинусного конденсатора согласно стоимости видов работ для силовой части УКРМ сведена в табл. 2.

Таблица 2

Расчет коэффициента Ъ

Q, кВАр Сечение проводов, мм2 Контактор. Цена работ, руб. Конденсатор. Цена работ, руб. Итого

Монтаж Разводка Монтаж Разводка Пайка

1 2 3 4 5 6 7 8

1,0 1,5 456,01 504,06 456,01 204,72 128,67 1749,47

1,5 1,5 456,01 504,06 456,01 204,72 128,67 1749,47

2,5 1,5 456,01 504,06 456,01 204,72 128,67 1749,47

5,0 1,5 456,01 504,06 456,01 204,72 128,67 1749,47

6,3 2,5 456,01 504,06 456,01 204,72 128,67 1749,47

7,5 2,5 456,01 504,06 456,01 204,72 128,67 1749,47

Окончание табл. 2

1 2 3 4 5 6 7 8

10,0 4 456,01 504,06 456,01 204,72 128,67 1749,47

12,5 4 891,01 504,06 456,01 204,72 128,67 2184,47

15,0 6 891,01 504,06 456,01 204,72 128,67 2184,47

20,0 6 891,01 504,06 456,01 204,72 128,67 2184,47

25,0 10 891,01 504,06 456,01 204,72 128,67 2184,47

30,0 10 1206,79 504,06 456,01 204,72 128,67 2500,25

33,3 10 1206,79 504,06 456,01 204,72 128,67 2500,25

40,0 16 1206,79 944,88 456,01 425,13 128,67 3161,48

50,0 16 1206,79 944,88 456,01 425,13 128,67 3161,48

67,0 25 1206,79 1046,70 456,01 476,04 128,67 3314,21

80,0 25 1206,79 1046,70 456,01 476,04 128,67 3314,21

100,0 35 1206,79 1046,70 456,01 476,04 128,67 3314,21

120,0 35 1206,79 1046,70 456,01 476,04 128,67 3314,21

Анализ табл. 2 показывает, что коэффициент Ъ является функцией мощности конденсаторной установки ЯКУ. В результате исследований установлено, что данная зависимость достаточно точно аппроксимируется линейной функцией:

Ъ

Для определения минимума целевой функции (1) при наличии ограничений, связывающихЯСТс^ полученных в виде равенства нулю 8 (Яст , N ) = 0 необходимо решить классическую задачу Лагранжа на условный экстремум. Решение данной задачи показано в [6].

Применение целевой функции для поиска оптимальных параметров УКРМ рассмотрено на примере деревообрабатывающего предприятияООО «Алмис» (г. Слободской, Кировской обл.). Основные характеристики трансформаторных подстанций: установленная мощность трансформаторов БТР, коэффициент загрузки кз, средневзвешенное значение со8фСР, среднее значение реактивной мошностиЯСР и эффективное значение [7] реактивной мощности УКРМ (Яку), представлены в табл. 3.

Таблица 3

Характеристики трансформаторных подстанций

Предприятие Бтр, кВА кз соьфср Яср, кВАр Яку, кВАр

Алмис ТП4-1 400 0,43 0,53 145 125

ТП4-2 400 0,45 0,72 125 100

ТП5 630 0,56 0,63 273 200

В табл. 4 указаны, определенные согласно изложенной выше методике^], параметры конденсаторной батареи и значения целевой функции.

Таблица 4

Расчет оптимального числа и мощности минимальной ступени

конденсаторной батареи

Алгоритм Требуемая Оптимальное значение Рекомендуемое значение Расчетная Значение целевой

мощность КБ, кВАр N Qcт, кВАр N ^Т, кВАр мощность КБ, кВАр функции, руб.

2 50 100 13670

1:1:1. 100 2,4 41,8 3 33,3 100 13780

4 25 100 15090

2 33,3 100 11300

1:2:2. 100 2,2 29,6 3 20 100 11900

4 15 105 13670

2 33,3 100 11300

1:2:4. 100 2,5 20,9 3 15 105 11190

4 7,5 112,5 12610

2 62,5 125 16090

1:1:1. 125 2,5 49,7 3 50 150 17130

4 33,3 133,2 17570

2 50 150 14320

1:2:2. 125 2,3 35,2 3 25 125 13580

4 20 140 15680

2 50 150 14320

1:2:4. 125 2,6 23,9 3 20 140 12870

4 10 150 14260

2 100 200 23370

1:1:1. 200 2,7 73,0 3 67 201 22470

4 50 200 23840

2 67 201 18680

1:2:2. 200 2,4 51,6 3 40 200 18640

4 30 210 21000

2 67 201 18680

1:2:4. 200 2,8 33 3 30 210 17220

4 15 225 18870

Проведенные авторами исследования показывают, что и для других предприятий оптимальными по капитальным затратам в большинстве случаев являются алгоритмы работы УКРМ 1:2:2... и 1:2:4... с числом ступеней регулирования равным трем.

Окончательно установить оптимальный алгоритм работы, обеспечивающий требуемую точность регулирования реактивной мощности, авторами предлагается с помощью математической модели системы электроснабжения с устройством компенсации реактивной мощности.

Список литературы

1. Ишутинов Д.В., Охапкин С.И., Присмотров Н.И. Энергосбережение и средства его реализации на предприятиях лесного комплекса // Тр. VII Междунар. (XVII Всерос.) конф. по автоматизир. Электроприводу / Иванов. гос. энергет. ун-т имени В.И. Ленина. Иваново, 2012. 708 с.

2. Присмотров Н.И., Охапкин С.И., Ишутинов Д.В.Средства реализации энергосберегающих мероприятий на деревообрабатывающих предприятиях Кировской области // Сб. тр. по материалам Междунар. заоч. на-уч.-практ. конф.«Наука и образование в XXI веке». М: «АР-Консалт»,

2013.

4. Выбор элементов и алгоритмов работы устройств повышения качества энергопотребления / Д.В. Ишутинов, С.И. Охапкин, Н.И. Присмотров, М.А. Мищихин // Тр^ШМеждунар. ^^Всерос.) конф. по автоматизир. электроприводу АЭП-2014: в 2 т. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та,

2014.

5. Постановление Правительства Кировской области от 29.01.14 №245/41 «О территориальных сметных нормативах длястроительства на территории Кировской области».

6. Выбор параметровконденсаторной батареи устройства компенсации реактивной мощности / Д.В. Ишутинов, Е.Н. Малышев, В.С. Хороша-вин, М.А. Мищихин // Тр. IX Междунар. (XX Всерос.) науч.-техн.конф. по автоматизир. электроприводу АЭП-2016. С. 42 - 43.

7. Приказ Минпромэнерго РФ от 22 февраля 2007 г. №49. Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергоприни-мающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии.

Ишутинов Дмитрий Владимирович, ст. преподаватель, ishutinov@yyatsu.ru, Россия, Киров, Вятский государственный университет,

Малышев Евгений Николаевич, канд.техн.наук, доц., malyshev@vyatsu.ru, Россия, Киров, Вятский государственный университет,

Сластихин Николай Сергеевич, ст. преподаватель, favt_slastihm@,vyatsu.ru, Россия, Киров, Вятский государственный университет,

Рычков Владимир Викентьевич, канд. физ.-мат. наук, доц.,malyshev@vyatsu.ru, Россия, Киров, Вятский государственный университет

CHOICE OF PARAMETRES OF THE CAPACITOR BANK REACTIVE POWER COMPENSATION DEVICES BY ECONOMIC CRITERIA

D.V.Ishutinov, E.N.Malyshev, N.S.Slastihinv, V.V.Rychkov

523

Questions optimum on capital coast of choice of algorithm of work, quantity of steps and power of the minimum step of the capacitor bank for the reactive power compensation device are considered. It is shown that the device of compensation with algorithm of work 1:2:2 and 1:2:4 and three steps of regulating has the least cost.

Key words: a reactive power, the compensation capacitor, the capacitor bank, compensation device, algorithm of work, approximation, a criterion function minimum.

Ishutinov Dmitriy Vladimirovich, senior lecturer, ishutinov@vyatsu. ru,Russia, Kirov, Vyatka State University,

Malyshev Evgeny Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, maly-shev@vyatsu. ru, Russia, Kirov, Vyatka State University,

Slastihinv Nikolay Sergeevich, senior lecturer, favt_slastihinv@,vyatsu. ru, Russia, Kirov, Vyatka State University,

Rychkov Vladimir Vikentievich, candidate of physical and mathematic sciences, do-cent, rychkov@vyatsu. ru, Russia, Kirov, Vyatka State University

УДК 621.3.01; 621.3.048

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАСЛА НА РАСТИТЕЛЬНОЙ ОСНОВЕ

Г.А. Муратаева, И.А. Муратаев

Предложены математическая модель диэлектрической жидкости на растительной основе и способ определения параметров модели. Представлено аналитическое выражение для определения тангенса угла диэлектрических потерь по удельным параметрам математической модели диэлектрической жидкости. Определены зависимости удельных параметров модели от температуры.

Ключевые слова: математическая модель, диэлектрическая жидкость, диэлектрическая проницаемость, масло на растительной основе, термодиэлектрическая характеристика.

Важную роль в диагностике электроэнергетического оборудования, такого, как силовые трансформаторы, играет контроль диэлектрических свойств электроизоляционной жидкости. В настоящее время в качестве электроизоляционной жидкости используются нефтяные электроизоляционные масла, которым присущ недостаток, связанный с тем, что вследствие их химического состава, они обладают весьма низкой биологической разлагаемостью, по этой причине утечка указанных масел может нанести

524