Анонс: что важно сделать при выборе комплектующих для конденсаторных установок компенсации реактивной мощности. Выбор силовых конденсаторов для конденсаторных установок УКРМ, УКРМТ по факторам напряжения, температуры, емкости.
При реализации планов по компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторных установок УКРМ, УКРМТ владелец объекта (в рамках доступного для инвестирования объема средств) в идеале должен:
- Определить текущую (и в перспективе при планах развития) потребность в реактивной мощности, оптимальный по финансовым вложениям, эффективности способ компенсации, взаимное влияние работы УКРМ (УКРМТ, УКРМФ), силовой сети, оборудования, производственно-технологических процессов и т.д. В принципе это реализуемо при проведении профессионального и скрупулезного энергоаудита объекта, который даст пакет исходных данных для проектирования конденсаторных установок повышения коэффициента мощности.
- Заказать и проверить проект компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторных установок УКРМ, УКРМТ, которые должны defacto, а не декларативно и соответствовать требованиям нормативно-правовой базы, и обеспечивать эти требования в конкретных условиях эксплуатации на объекте.
Здесь речь идет о специфических парадоксах нормативно-правовой документации и реальных предложений УКРМ, УКРМТ от производителей. Так, с одной стороны действует СТО 34.01-3.2.11-012-2017 от "Россетей", где определен пороговый минимальный срок службы конденсаторных установок повышения коэффициента мощности в 30 лет, а также пороговые значения интенсивности отказов конденсаторов в период первые два года и после соответственно ≤1*10-7 и ≤0.5*10-7 1/ч. В то же время почти все производители-сборщики УКРМ, УКРМТ заявляют о среднем сроке службы для конденсаторных установок в климатическом исполнении У1 от 15, а в УХЛ4 – от 25 лет и при этом нарушают даже базовые требования по конструкции и размещению элементов (расстояние между единичными конденсаторами ≥50 мм (по ГОСТ Р 56744), принудительное охлаждение, пороговые радиусы изгиба кабелей, демпфирование пусковых токов и токов гармоник, и т. д.).
Кроме того, далеко не всегда доступна даже информация о ресурсе и частоте коммутации электромагнитных контакторов (или тиристорных вентилей), а по силовым конденсаторам сборщики дают только информацию о заявленных производителями сроках службы, а это nonsense без привязки к конкретным условиям эксплуатации. То есть в итоге УКРМ, УКРМТ с декларируемым сроком службы в 25 лет вполне вероятно придется полностью «пересыпать» с заменой компонентов уже через 3-5 лет (вероятно, и раньше), а это дополнительные и немалые финансовые вложения, причем не говоря о том, что по мере ухудшения реальных электрических характеристик тех же конденсаторов установка будет все более неэффективной, аварийной.
Справка
Стоит помнить и о том, что несмотря на «пробуксовку» в реализации введенный с 18.01.2020 Приказ Минэнерго России № 465 действует и вполне ожидаемо, что начнет работать defacto, а значит при техническом освидетельствовании объекта будут выявлены критические нарушения и, соответственно, вменены санкции для менеджмента и владельца.
Выбор силовых конденсаторов для конденсаторных установок УКРМ, УКРМТ низкого напряжения
Надежность, безотказность (условно) и эффективность работы силовых конденсаторов в конденсаторных установках компенсации реактивной мощности во многом зависит от правильного подбора по напряжению, емкости и ожидаемого температурного режима эксплуатации. Максимальный пакет факторов влияния на интенсивность отказов и срок службы конденсаторов, а также контакторов, свитчей, резисторов, реакторов и пр. детализован в MIL-HDBK-217F NOTICE 2 (стандарт Минобороны США), который стал базовым при разработке IEC TR 62380 (используется большинством производителей), SN 29500 (группа Siemens и др.), программных приложений.
В целом при проектировании УКРМ, УКРМТ (или проверке проекта) можно использовать урезанные формулы и таблицы для расчета интенсивности отказов (λ) и срока службы (tsl) из IEC TR 62380, используя зависимости (tsl=tsl,ref*1/πV*1/πT*1/πC и λ=λref*πV*πT *πC) от факторов температуры (πT), напряжения (πV) и емкости (πC).
Влияние фактора напряжения на интенсивность отказов и срок службы силовых конденсаторов
Voltage Stress Factor (πV) среди других факторов негативного влияния на электрические свойства, надежность и срок службы силовых конденсаторов можно признать одним из главных, поскольку (по MIL-HDBK-217F NOTICE 2) для металлизированных пленочных сборок πV=(S/0.6)5+1 (S – отношение действующего реального к номинальному напряжению на конденсаторе) и уже при S≥0.5 фактор напряжения переваливает за единицу. Тогда, если для УКРМ в силовой сети 380 В использовать конденсаторы с номинальным напряжением 450 В, то S=0.84, πV (по MIL-HDBK-217F NOTICE 2)=6.9 (3.7 по таблицам IEC TR 62380), а значит реальный срок службы уменьшится почти в семь раз в сравнении с декларативным от производителя.
Справка
Несоответствие расчетных формул MIL-HDBK-217F NOTICE 2 справочным таблицам IEC TR 62380 по фактору напряжения правомерно признать лоббированием стандарта европейскими производителями и defacto нельзя считать корректным. В то же время, и MIL-HDBK-217F NOTICE 2, и IEC TR 62380 определяют значение πV=1.0 при отношении действующего реального к номинальному (паспортному) напряжению на конденсаторе меньше 0.5. Т. е. для исключения негатива фактора силовые конденсаторы в УКРМ, УКРМТ должны иметь номинальное или паспортное напряжение в два раза больше реального значения на зажимах.
Влияние фактора температуры на интенсивность отказов и срок службы силовых конденсаторов
По температурному фактору более жесткие нормы у IEC TR 62380, хотя и европейский, и американский стандарты почти сходятся в том, что πT≤1 только при температуре окружающей среды возле конденсатора менее 40 градусов (меньше 30 поMIL-HDBK-217F NOTICE 2). При повышении температуры эксплуатации в шкафу УКРМ, УКРМТ возле конденсаторов до 70 градусов πT становится больше 5 (по IEC TR 62380 - 5.2), а значит число отказов увеличится, а декларируемый срок службы конденсаторов уменьшится сразу в пять раз.
Влияние фактора емкости на интенсивность отказов и срок службы силовых конденсаторов
Согласно MIL-HDBK-217F NOTICE 2 значение Capacitance Factor для металлизированных пленочных конденсаторов нужно определять по формуле πC = С0.9, а значит для типовых силовых сборок с конденсаторными элементами емкостью 40 μF πC=1.4, для 200 μF πC=1.6, для 1000 μF πC=1.9 и число отказов увеличится, декларируемый срок службы конденсаторов уменьшится соответственно в 1.4, 1.6 и 1.9 раз.
По итогу в совокупности при использовании в 380 В УКРМ силового конденсатора емкостью 40 μFс номинальным напряжением 450 В и при температуре 70 градусов Цельсия, декларируемым срок службы 100 тыс. часов в реальности будет 100000/(6.9*5.2*1.4)=1990 часов, т. е. 82.9 суток при непрерывной работе или практически три месяца, но никак не требуемые СТО 34.01-3.2.11-012-2017 30 лет или заявляемые производителем четверть века.
