Рисунок 2 – Фрагмент системы водоснабжения с энергосберегающим устройством.
Типовая структура ПЧ изображена на (рис. 3).
Он состоит из неуправляемого выпрямителя (В), питается от сети, на выход которого через конденсатор (С) подключен трехфазный управляемый автономный инвертор напряжения (АИН), что питает асинхронный двигатель (АД) напряжением регулируемой частоты. Управление ключами АИН (их включение и отключение) осуществляется микропроцессорным блоком управления (БУ) [].
Рисунок 3 – Схема системы преобразователь частоты-асинхронный электродвигатель.
Современные ПЧ удовлетворяют высоким техническим требованиям и обеспечивают мягкий программный пуск двигателя, плавное и экономическое регулирование скорости в широких пределах, высокий и стабильный коэффициент мощности, хорошое использования двигателя, высокие эксплуатационные качества – надежность системы и существенное снижение шума [].
Большинство ПЧ общего назначения имеют следующие функциональные возможности:
1) управление по аналоговому/ цифровому входу;
2) ручное/автоматическое управление;
3) диапазон частот до 400 Гц;
4) возможность формирования ряда типовых зависимости U/f (от 1 до 16 вариантов);
5) возможность векторного управления (по заказу потребителя); диагностика неисправностей как преобразователя, так и двигателя.
6) диагностика неисправностей как преобразователя, так и двигателя.
Преобразователи частоты снабжены широким набором защит []:
1) от мгновенного повышения тока;
2) от перегрузки по току;
3) от повышенного/пониженного напряжения;
4) от потери фазы – электронный;
5) от перегрева двигателя – электронный, программный;
6) от перегрева радиатора транзисторов более 70 … 85 градусов С;
7) от внезапной остановки АО — электронный, программный.
4.1 Вибор частотного преобразователя в насосных станциях ЦТП комунальной сферы
Особенность режимов работы насосов холодного и горячего водоснабжения стоит в том, что расход воды определяется потребителями, а не задается принудительно. Регулируя скорость электродвигателя, можно менять напор, создаваемый насосом.
Экономический эффект может быть установлен на основе измерений и расчетов в такой последовательности []:
Тема работы Разработка системы автоматизированного управления ...
... управления; автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП): комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления ... Дмитрий Николаевич Тема работы: Разработка системы автоматизированного управления блока сепарации установки комплексной подготовки нефти Утверждена приказом ... А. В. к.т.н. 5 6 РЕФЕРАТ ВКР содержит 103 страниц машинописного ...
1. Регистрируют номинальные данные насоса: расход воды, м³/час; номинальное давление, в единицах измерения — миллиметр водяного столба (мм. в.ст.); номинальный КПД насоса и электродвигателя, о.е.; ток , А; частота вращения об / мин; коэффициент мощности.
2. В часы максимального водопотребления (13-15 час в административных зданиях) измеряют давление (мм. в.ст.) на входе и выходе насоса – за манометрами, установленными в системе. В течение одного (или двух) часов делается несколько измерений, результаты которых усредняются.
3. При тех же условиях измеряют ток электродвигателя I, А, с помощью измерительных клещей или по амперметру, если он установлен. Делается несколько последовательных измерений, результаты которых усредняются.
Проверяют соотношение: I< Iном.
1. Измеряют средний расход за сутки Qср, м³/ч, по разнице показаний расходомера в начале Q1 и в конце Q2 контрольных суток:
2. Рассчитывают минимально необходимый общий напор по формуле:
где: C = 3 – для стандартных домов; C = 3,5 – для домов повышенной комфортности и административных зданий;
- D = 10 – для одиночных домов и торговых комплексов;
- D = 15 – для группы отдельно стоящих домов, обслуживаемых ЦТП;
- N – количество этажей, вместе с подвалом.
3. Оцінюють необхідний натиск, що забезпечується регульованим насосом:
Если Hвх (напор в подводной магистрали) существенно изменяется, следует использовать Hвх мин.
4. Определяют необходимую мощность преобразователя частоты:
Величину КПД насосного агрегата определяют по формуле:
5. Определяют цену годовой экономии электроэнергии, грн./год, по формуле:
где: 
– электроэнергия, сэкономленная за год, кВт
Сточные воды и их краткая характеристика
... Станций очистки сточных вод; 8) Выпусков аварийных нечищеных потоков сточных вод. На рис.1.2 показана схема внутренней водоотводящей сети жилого дома. Она состоит из приемников сточных вод внутренней ... расходы образуются в результате выпадения ливней (дождей). Основными характеристиками сточных вод являются: количество сточных вод, характеризуемое расходом, измеряемые в л/с или м 3 /с, ...
- ч;
– число часов работы оборудования в год;
– цена 1 кВт•ч электроэнергии, грн.
6. Определяют цену годовой экономии воды, грн./год
где: 
– вода, сэкономленная за год, м³;
– цена 1 м³ воды, грн.
, 
– напор, что обеспечивается хозяйственными насосами ЦТП.
7. Определяют годовую экономию тепла за счет сокращения потребления горячей воды Гкал / год:
где: С = 1,0 – коэффициент теплоемкости воды, кал / г, ° С;
- Δt – расчетный перепад температуры перегрева горячей воды, ° С;
– горячая вода, сэкономленная за год, т.
Для типовых ЦТП, расчетный расход горячей воды принимается 0,4 от общего расхода воды, подаваемой хозяйственными насосами.
Определяют цену годовой экономии тепла, грн./год:
где: 
– цена 1 Гкал тепла, грн.
8. Оценивают ориентировочно срок окупаемости дополнительного оборудования ТОК, год:
где: 
– стоимость дополнительного оборудования ЧРП, включая установку.
Был осуществлен предварительный расчет, его данные заношу в таблицу 1.
| Параметр | Обозначения | ед.изм. | Значения |
|---|---|---|---|
| Минимально необходимый общий напор |  |
мм. в. ст. | 43,00 |
| Необходимый напор, что обеспечивается регулируемым насосом |  |
мм. в. ст. | 18,00 |
| Коэффициент, учитывающий изменение КПД насосного агрегата при изменении среднесуточного расхода |  |
о.е. | 0,89 |
| КПД насосного агрегата |  |
о.е. | 0,8 |
| Необходимая мощность преобразователя частоты |  |
кВт | 4,73-5,16 |
| Годовая экономия электроэнергии |  |
кВт*ч | 2093,79 |
| Цена годовой экономии электроэнергии |  |
грн./год | 5234,48 |
| Годовая экономия холодной воды |  |
м³ | 3679,20 |
| Цена годовой экономии холодной воды |  |
грн./рік | 66225,60 |
| Годовая экономия тепла за счет сокращения потребления горячей воды |  |
Гкал/год | 44,15 |
| Цена годовой экономии тепла |  |
грн./год | 13245,00 |
| Вместе годовая экономия |  |
грн./год | 84705,08 |
5 Сравнение по надежности и функциональным возможностям АВР напряжением 0,4 кВ на контакторах с микропроцессорным АВР концерна «Моeller»
Эффективным средством повышения надежности электроснабжения является использование устройств автоматического ввода резерва (АВР).
Кроме того, в ПУЭ указано, что «Электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервируемых источников питания, и перерыв их электроснабжения может быть допущена лишь на время автоматического восстановления питания», то есть прямо указывается на необходимость использования устройств АВР [].
5.1 Классификация устройств АВР
Для лучшего понимания особенностей работы АВР кратко напомним классификацию этих устройств.
По функциональному назначению устройства АВР можно разделить на следующие []:
- АВР на вводе – используется для резервирования электроснабжения одной несекционированной системы шин;
- двойной АВР на вводе – используется для резервирования электроснабжения двух секций шин без их объединения;
- секционный АВР – используется для резервирования электроснабжения двух равноценных секций шин с их объединением в послеаварийном режиме;
- сетевой АВР – предназначен для резервирования электроснабжения нескольких РП (распределительных пунктов), которые включены в петлевую сеть.
За режимом приоритетов введений можно разделить []:
- на устройства АВР с фиксированным приоритетом ввода — это АВР, в которых функции основного (главного) ввода постоянно закреплены за одним из источников питания, и резервный ввод осуществляется только в послеаварийном режиме;
- устройства АВР с переменным приоритетом вводов – это АВР, где функции основного ввода можно передавать любому из источников. Приоритетность вводов задается оперативным персоналом исходя из определенных факторов (например, сезонного снижения надежности);
- устройства АВР без приоритета одного из вводов – это АВР, где не выделено основной ввод, и питание подается с ввода, на котором напряжение появилась раньше.
За выдержкой времени при срабатывании устройства АВР делят на:
- устройства АВР без выдержек времени при срабатывании;
- устройства АВР с выдержками времени при срабатывании, что фиксируются (задаются при настройке);
- устройства АВР с выдержками времени, что автоматически меняются в зависимости от вида и места аварии.
5.2 АВР на контакторах
Рисунок 4 – Схема АВР напряжением 0,4 кВ на контакторах.
В устройстве оперативное автоматическое переключение осуществляется с регулируемой выдержкой времени при изменении чередования фаз, асимметрии фазных напряжений, отсутствия одной и более фазы, симметричном снижении напряжения, аварийных режимах короткого замыкания основного и резервного ввода питающей электросети [].
В схеме (рис. 4) есть два трехфазных реле напряжения типа РНПП-301. Эти реле предназначены для наиболее ответственных потребителей, используются в устройствах АВР.
Реле РНПП-301 обеспечивает:
- возможность выбора двух режимов контроля сетевого напряжения: переключение с контроля фазного на контроль линейного напряжения;
- контроль допустимого уровня действующего значения фазного/линейного напряжения и срабатывание по действующему значению напряжения;
- раздельные регулировки уставок по минимальному/максимальному напряжению;
- контроль правильного чередования фаз;
- контроль полнофазности и симметричности сетевого напряжения с регулируемой уставкой по перекосу фаз;
- контроль состояния силовых контактов магнитного пускателя до и после включения нагрузки;
- отключение нагрузки 380 В / 50 Гц путем размыкания цепи питания катушки магнитного пускателя (коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока) при возникновении условий для срабатывания с заданным пользователем временем срабатывания;
- контроль качества сетевого напряжения после отключения нагрузки и автоматического включения ее после восстановления параметров напряжения с заданным пользователем временем автоматического повторного включения;
- отдельную индикацию по каждому типу аварий сетевого напряжения и не переключения силовых контактов магнитного пускателя;
- индикацию напряжения от сети.
АВР на контакторах имеет ряд недостатков:
1) низкая надежность электромеханических узлов реле;
2) повышенное число контактных соединений;
3)низкая функциональность, то есть не может быть пополнен дополнительными функциями;
4) значительные габариты;
5) необходимость реализации какой-либо дополнительной функции ведет к значительному усложнению схемы, а, следовательно, и увеличения габаритов.
Таким образом, исследовав недостатки этой схемы, устанавливаю микропроцессорный АВР.
5.3 Общие характеристики устройств АВР разработки «Моeller»
Устройства АВР концерна «Моeller» на номинальные токи от 40 до 6300 А выполняются на базе силовых автоматических выключателей «Моeller» серий NZM, PMC и IZM. Управление работой выключателей осуществляется программируемыми реле серии EASY.
Устройства спроектированы по принципу «открытой схемы», что позволяет в дальнейшем проводить расширения выполняемых функций. Предусмотрена также возможность настройки пользователем (с паролем) выдержек времени срабатывания при включении и отключении автоматических выключателей АВР [].
По желанию заказчика устройства АВР могут быть выполнены:
- в кожухе со степенью защиты IP54 (рис. 5);
- без кожуха для монтажа на дверях распределительного устройства;
— – для монтажа с возможной визуализацией с помощью многофункционального дисплея MFD-Titan.
Рисунок 5 – Устройство АВР концерна «Moeller» в кожухе
У управляющего реле EASY хранятся алгоритмы контроля напряжения на вводах, их приоритеты, электрические блокировки и управления силовыми автоматическими выключателями. В шкафу устройства АВР (рис. 5) располагаются переключатель функций, а также световая сигнализация состояния автоматических выключателей и наличия напряжения на каждом вводе. Устройство АВР можно эксплуатировать как в автоматическом, так и в ручном режимах управления (есть специальный переключатель).
Обеспечение надежного функционирования устройств АВР гарантировано на двух уровнях:
– каждое изменение состояния автоматических выключателей возможно только после переключения вспомогательных контактов выключателя, что сработал раньше;
- обязательное время задержки перед выполнением следующего программного шага.
Выпускаются три типовые схемы: устройство АВР типов ZA-2.0, ZA-2.1, ZA-3.0.
Устройство ZA-2.0 (рис. 6) обеспечивает питание нагрузки (несекционированных сборных шин) от двух независимых вводов U1 и U2 [].
Рисунок 6 – Блок-схема устройства АВР ZA-2.0
В случае потери напряжения на основном вводе U1 автоматический выключатель Q1 отключает ввод U1 через время Т1, настраиваемый. После отключения U1 за время Т2, настраиваемый, включается автоматический выключатель Q2, подключая шины к резервного ввода U2.
При восстановлении напряжения на основном вводе через время Т3, настраиваемый, выключатель Q2 отключается, а через выдержку времени Т4 включается выключатель Q1, подключая шины снова до основного ввода U1.
Время для всех четырех выдержек времени Т1-Т4, настраиваемые может быть изменен в диапазоне от 5 до 15 с.
Таким образом, в устройстве ZA-2.0 реализован АВР на вводе с фиксированным приоритетом ввода U1 и выдержками времени Т1-Т4, фиксируются.
Устройство ZA-2.1 (рис. 7) обеспечивает питание двух нагрузок (секционированных сборных шин 1 и 2) от двух независимых равноценных вводов U1 и U2 []. При этом устройство АВР руководит работой трех автоматических выключателей Q1, Q2 и Q3.
Рисунок 7 – Блок-схема устройства АВР ZA-2.1
В случае потери напряжения (например, на вводе U1) через время Т1 отключается выключатель Q1, а потом через время Т2 включается выключатель Q3. При этом шина 1 подключается к ввода U2 через шину 2.
При восстановлении напряжения на вводе U1 через время Т3, настраиваемый, выключатель Q3 отключается, а через выдержку времени Т4 включается выключатель Q1, снова подключая шины 1 до своего ввода U1.
Аналогично работает устройство и при отказе ввода U2 (имея соответствующие выдержки времени Т5-Т8).
Диапазон возможных значений выдержек времени для Т1, Т2, Т5 и Т8 составляет от 5 до 10 с, для Т3 и Т4 – от 5 до 15 с, а для Т6 и Т7 – от 8 до 15 с.
Таким образом, в устройстве ZA-2.1 реализован секционный АВР с выдержками времени Т1-Т8, что фиксируются.
Устройство ZA-3.0 (рис. 8) обеспечивает питание несекционированных сборных шин от трех независимых вводов U1, U2 и U3 (последний – автономный источник, как правило) []. Программа работы устройства, заложенная в реле серии EASY, позволяет выбрать любой ввод в качестве основного. Выбор приоритетного ввода осуществляется специальным переключателем, расположенным на лицевой панели устройства.
Если в первоначальный момент на вводе, выбранном в качестве основного, есть напряжение, то через выдержку времени Т1 соответствующий выключатель подключит шины до этого ввода.
Рисунок 8 – Блок-схема устройства АВР ZA-3.0
При отказе основного ввода, он за время Т2 отключается от нагрузки. Если в этот момент напряжение на резервном вводе, то последний подключается через время Т3. В случае падения напряжения на резервном вводе состоится и его отключение через время Т4.
При отсутствии напряжения на основном и резервном вводах шины подключаются до второго резервного ввода с выдержкой времени Т5. При восстановлении напряжения на одном из первых двух вводов третий ввод отключается с выдержкой Т6, а основной или резервный — подключается, соответственно, через время Т1 или Т3.
Диапазон возможных значений выдержек времени для Т1, Т2 и Т5 составляет от 5 до 10 с, для Т3 и Т4 – от 5 до 15 с, а для Т6 – от 8 до 15 с.
Таким образом, в устройстве ZA-3.0 реализован тройной АВР на вводе с переменным приоритетом вводов и выдержками времени Т1-Т6, фиксируются [].
5.4 Новые возможности конструирования устройств АВР
С каждым годом возрастают требования к надежности электроснабжения. И основным средством ее повышения является применение устройств автоматического ввода резерва. Основным узлом каждого такого устройства является блок управления. В подпункте 8.3 мы ознакомились со стандартными блоками управления АВР, реализованными на базе реле EASY. Однако в связи с возрастающими требованиями по функциональной насыщенности, а также для обеспечения более сложных алгоритмов работы с возможностью ручного или дистанционного управления, возникает необходимость в применении более совершенных устройств, таких как, например, панели визуализации со встроенным ПЛК XV.
Блоки управления ZA на базе реле EASY предназначены для управления устройствами АВР, в которых в качестве коммутационных аппаратов используются автоматические выключатели NZM, LZM и IZM, рассчитанные на токи до 6300 А []. Гибкость программы позволяет оперативно менять уставки времени переключения на резерв, возвращение, приоритета ввода, а также вводить дополнительные функции ручного управления или дополнительных блокировок (например, при пожаре).
Блоки позволяют строить устройства АВР на два вводы без секционирования (ZA-2.0) и с секционированием (ZA-2.1), а также АВР на три ввода без секционирования (ZA-3.0).
Применение в блоках управления в качестве элемента, управляющего панелей визуализации с функцией ПЛК серии XV позволяет в значительной степени расширить функциональные возможности устройств АВР, а также реализовать, кроме вышеуказанных схем, более сложные схемы, такие как, например, три вводы и два секционные аппараты или кольцевая схема питания для трех или более вводов [].
Примеры реализации схем АВР на базе блоков ZA-3.2, ZA-4.1, ZA-3.3 приведены на рис. 9.
Рисунок 9 – Схемы устройств АВР: а) ZA-3.2; б) ZA-4.1; в) ZA-3.3
Управления мотор-приводами осуществляется через модули вывода. При использовании анализаторов параметров сети, которые в последнее время достаточно часто применяются в вводных секциях, информация о состоянии вводов может быть взята непосредственно из анализаторов через Modbus-RTU или Profibus-DP протокол. В этом случае нет необходимости в использовании реле контроля фаз, и появляются возможности: вывода оперативных данных о состоянии вводов на экран панели; интерактивного настройки всех порогов срабатывания АВР как по времени, так и по напряжению, частотам и так далее; считывания этой информации через удаленный компьютер.
При использовании в качестве коммутационных аппаратов автоматических выключателей IZM с универсальным расцепителем, модулем измерения IZM-XMH и модулем связи IZM-XCOM-DP, необходимость в реле контроля фаз и анализаторах сети отпадает, поскольку сам автоматический выключатель выполняет при этом все необходимые замеры. Также нет необходимости в выполнении монтажа цепей управления, поскольку обратное управления автоматическими выключателями также осуществляется через шину Profibus-DP.
Структурная схема устройства АВР с применением панели XV и автоматических выключателей IZM (управление через Profibus) приведена на рис. 10.
Кроме основной функции АВР, включая блокирование, такая система дает колоссальный спектр вспомогательных функций []:
1) технический учет электроэнергии по вводах;
2) протоколирование событий по времени (отключений, снижений напряжения, провалов токов);
3) считывания состояния каждого выключателя (количество коммутаций, наработки моточасов, температуру, состояния компонентов, готовность, положение в корзине, и т.п.);
4) предупреждение о всех аварийных режимах сети и нагрузки;
5) дистанционный вывод на персональный компьютер через OPC client или дублирование экрана панели;
6) вывод полной информации о каждом ввод (напряжение, токи, cosφ, мощности, частоты);
7) интерактивная настройка временных параметров и порогов переключения АВР;
8) интерактивное ручное управление АВР.
Рисунок 10 – Структурная схема устройства АВР с управлением через сеть Profibus
(анимация: 6 кадров, 7 циклов повторения, 76,8 килобайт)
( IZMN2-U3200, IZMN2-U3200 – автоматические выключатели, IZM-XCOM-DP – блок связи, Profibus-DP – сеть, соединяющая выключатели АВР с панелью виазуализации, XV-230-57-MNP-1-10 – панель визуализации, Ethernet – оптокабель, соединяющий панель визуализации с отдаленным компьютером)
Использование панелей открывает возможность для последующей модернизации и подключения в сеть Profibus других устройств. Например, впоследствии возможно подключение в сеть автоматических фидерных выключателей NZM с электронными расцепителями и блоками NZM-XDMI612. При этом появится возможность контролировать отходящие линии, и при наличии модуля измерения на вводном автомате осуществлять технический учет по каждой линии. При подключении модулей входов/выходов возможно управление мотор-приводами автоматов отходящих линий или контакторами. Также возможна интеграция системы управления контакторами SmartWIRE в сеть Profibus.
Выводы
В третьем разделе рассмотрели экономический выбор схемы электроснабжения административно-торгового комплекса.
Были рассчитаны основные технико-экономические показатели сравниваемых вариантов. Расчет показал, что более дешевым оказался второй вариант.
Также была произведена оценка экономической эффективности сравниваемых вариантов: количество сэкономленной электроэнергии составило 7662,5 тыс. кВт•ч, стоимость сэкономленной электроэнергии – 7.663 тыс. грн./год, разница в издержках на обслуживание и амортизационных отчислениях на капитальный ремонт – 14.8 тыс. грн./год, балансовая прибыль составила (-7.137) тыс. грн./год.
Рассматриваемые варианты отличались длиной используемого кабеля, потерями электроэнергии и количеством используемых ячеек КСО. Сечение кабеля, количество и мощность трансформаторов одинаковая. Хотя потери электроэнергии в более дорогом варианте I меньше (что в некоторых случаях могло иметь преимущество в период эксплуатации).
Но расчёт показал, что балансовая прибыль получается отрицательной, поэтому выбирается более дешёвый вариант II. Потому, что за срок окупаемости вариантов электрооборудования (4 года), вариант I не компенсирует за счёт меньших потерь электроэнергии стоимость варианта II.
В четвертом разделе был расчитан экономический эффект установки преобразователя частоты (ПЧ) на электродвигатели насосов. Цена годовой экономии тепла составила 13245,00 грн./рік, суммарная годовая экономия – 84705,08 грн./рік.
Так как экономический эффект установки ПЧ превзошел все ожидания, а также ПЧ удовлетворяет высоким техническим требованиям и обеспечивает мягкий программный пуск двигателя, плавное и экономичное регулирование скорости в широких приделах, высокий и стабильный коэффициент мощности, высокие эксплуатационные качества – надежность системы и существенное снижение шума, без всяких сомнений установил его на электродвигатели насосов.
В пятом разделе призведено сравнение по простоте и надежности (характеристикам срабатывания) АВР напряженим 0,4 кВ на контакторах с микропроцессорным АВР.
Так как микропроцессорные АВР более простые в эксплуатации и надежнее, чем АВР на контакторах (нет механических контактов; простая наладка; проверять меньше оперативных цепей, потому что вместо их программа для настройки), устанавливаю их на шинах 0,4 кВ всех трансформаторных подстанций административно-торгвого комплекса.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/na-temu-elektrosnabjenie-zdaniy/
1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т. Т. 1. Электроснабжение./ Под общ. ред. А.А. Федорова.—М.:Энергоатомиздат, 1986. — 568 с.; ил.
2. Насосы, компрессоры и вентиляторы. Шлипченко З.С., К., «Техніка»», 1976. — 368 с.
3. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И.М. Чиженко. К., «Техніка», 1978. — 447с. с ил.
4. «Кабель инвест» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ci.kiev.ua/node/34 .
5. Правила устройства электроустановок. – Х.: Изд-во «Форт», 2009. – 704 с..
6. «Elsnab. Электротехническое снабжение» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.elsnab.ru/moeller/modulnye_pribory.html .
7. «Промышленные системы» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.04kv.com/text/art_av .
