Расчет мощность центральных систем кондиционирования — VRF | celsi.by

                Установленная мощность центральных систем кондиционирования — VRF
 
               Реалиями настоящего времени в области климатической техники, устанавливаемой в Беларуси, является использование центральных систем кондиционирования воздуха иностранного производства. При этом термины в иностранной технической документации не всегда соответствуют отечественным  нормам. Одним из таких терминов является установленная мощность. Как показывает опыт, ее выбор для сложного климатического оборудования часто вызывает трудности у инженерно-технических работников. В статье обсуждается подход к обоснованному определению этой величины для систем VRF (“Variable Refrigerant Flow”). 
 Суммарная установленная мощность оборудования на объекте является одной из величин, на которых основывается договор между потребителем электроэнергии поставщиком систем VRF.
Нормативные документы дают следующие определения мощности:

• установленная мощность кондиционера – это наибольшая активная электрическая мощность, с которой электроустановка может длительно работать без перегрузки в соответствии с техническими условиями или паспортом на оборудование;

• разрешенная мощность кондиционера– это величина электрической мощности, которую на основании технических условий  энергоснабжающая организация разрешила потребителю присоединить к своим сетям.

Суммарная установленная мощность кондиционера VRF, которые хочет использовать потребитель рассчитывается по разрешенной для данного объекта полной мощности, с учетом нормативных коэффициентов спроса, одновременности и мощности (cosφ).
 
Пример: Пусть разрешенная полная расчетная мощность, подводимая к объекту, равна 7,6 кВА.
При произведении коэффициентов спроса и одновременности К_с  х  

К_о =0,7 и нормативном cosφ = 0,92 установленная мощность всех электроприемников не должно превышать P_уст= 7,6 х 0,92 / 0,7=10 кВт (в противном случае потребителю придется заплатить за перекладку кабеля и замену автоматических выключателей на вводе).
Ток однофазной или трехфазной сети рассчитывается по формулам (1) и (2):
                                                                                                                              
               Расчетный ток для однофазной сети объекта с разрешенной полной мощностью 7,6 кВА равен: Пф= 7600 ВА / 220 В = 34,6 А. Далее по величине расчетного тока производится выбор приборов защиты и сечения проводов (из условия нагрева их изоляции).

              Таким образом, если установленная мощность была определена неправильно, то кабель и защитные устройства могут быть подобраны неверно. Наружные агрегаты многозональных кондиционеров VRF могут комплектоваться разным количеством внутренних блоков, поэтому в технической документации вместо установленной мощности

системы кондиционирования приводятся данные по потребляемой мощности наружных блоков в широком диапазоне температур наружного и внутреннего воздуха и при разном проценте их загрузки внутренними блоками.
              Установленная мощность кондиционеров с герметичными компрессорами не равна их номинальной мощности. Это связано с тем, что из-за нестандартного способа охлаждения встроенного электродвигателя его номинальная мощность может быть значительно меньше потребляемой мощности компрессора. Например, номинальная мощность встроенного двигателя компрессора в инверторных кондиционерах RXS20Е, RXS25E и RXS35E фирмы Daikin одинакова и равна 600 Вт, а их максимальные потребляемые мощности (в режиме нагрева) равны 690, 880 и 1150 Вт соответственно.
              Использование одного и того же герметичного компрессора в разных по мощности кондиционерах возможно благодаря переменной частоте вращения двигателя и охлаждению обмоток статора потоком фреона. Увеличение производительности мультизонального кондиционера не приводит к перегрузке электродвигателя компрессора, так как рост потребляемой мощности кондиционера сопровождается увеличением массового расхода фреона, охлаждающего обмотки статора. Это позволяет использовать для привода герметичных компрессоров встроенные двигатели, номинальная мощность которых в 1,5-2 раза меньше, чем у двигателей сальниковых компрессоров той же производительности. В технической документации кондиционеров с герметичными компрессорами приводятся значения мощности в широком диапазоне температур наружного воздуха (обычно +40°С и выше). Для большинства городов Беларуси расчетная летняя температура наружного воздуха по параметрам Б значительно ниже (например, для Минска +24,0°С).
Эксплуатационные факторы, негативно влияющие на потребляемую мощность кондиционера (облучение солнцем, размещение на чердаке, загрязнение поверхности теплообмена и т.д.) часто учитываются проектировщиками с помощью увеличения расчетной температуры. Например, при облучении солнцем конденсаторов с воздушным охлаждением расчетное значение температуры наружного воздуха предлагается увеличивать на 5К, а при размещении их на плоской темной кровле на 10К. Но даже в этом случае наружная расчетная температура для Минска превышает +35°С. В то же время, если принять меры для организации нормального теплообмена (экран от солнца, подсыпка белого гравия на темную кровлю вокруг наружного блока, организация соответствующего воздухообмена на чердаке и т.д.), то эта температура будет ощутимо ниже.Таким образом, можно констатировать, что однозначных рекомендаций по выбору максимальной наружной расчетной температуры в нормативных документах в настоящее время нет.
               Исходя из сказанного, можно предложить два варианта выбора установленной мощности мультизонального кондиционера, работающего в режиме охлаждения. Первый вариант – принять в качестве установленной мощность, потребляемую оборудованием при абсолютном максимуме температуры наружного воздуха, зафиксированном в данной местности. Такой выбор позволяет надеяться, что при правильном монтаже и эксплуатации реальная потребляемая

мощность кондиционера VRF или VRV  не превысит его установленную мощность, которая в то же время не будет завышенной. В этом случае при неправильном монтаже или эксплуатации выбранные проектировщиком внешние защитные устройства кондиционера (например, автоматический выключатель или тепловое реле) должны отключить его от электропитания. Второй вариант – принять в качестве установленной мощность, потребляемую кондиционером при максимальной температуре наружного воздуха, приведенной в документации. В этом случае при неправильном монтаже или эксплуатации должны сработать внутренние защитные устройства кондиционера (например, датчик тока).
                Если кондиционер может работать в режиме теплового насоса, необходимо сравнить потребляемые им мощности при охлаждении и нагреве и выбрать максимальную из них в качестве установленной мощности.
                По выбранной установленной мощности рассчитывается максимальный рабочий ток. Коэффициент мощности cosφ, необходимый для этого расчета, можно вычислить по известным из документации значениям номинальной мощности и номинального тока. Далее по максимальному рабочему току с запасом 25-30% выбирается номинальное значение автоматического выключателя. При превышении предельного тока должна сработать одна из внутренних защит самого кондиционера (токовая, по давлению, по температуре нагнетания).
В зарубежной технической документации для выбора сечения силовых проводов используется расчетная величина, которая называется MCA (рис.1).
 
                                                                        
 Эта аббревиатура расшифровывается как «Minimum circuit conductor ampacity» и переводится как “ток, по которому выбирают минимальное сечение проводника”. Этот ток рассчитывается так:
 
                                                                                                                        MCA = 1,25 *RLA + сумма FLA
 
                   В приведенной формуле используются еще две аббревиатуры, характерные для иностранной технической документации: RLA (Rated Load Amps) — номинальный рабочий ток компрессоров и FLA (Full Load Amps) – максимальный ток вентиляторов наружного блока кондиционера.
Смысл величины MCA состоит в том, что кабель, присоединенный к “мультимоторному” потребителю, не должен разрушиться от тока перегрузки, до срабатывания защитного токового реле, настроенного на нормативную для Европы цифру 125%.
                  В свою очередь, номинальный ток предохранителя кондиционера не должен превышать величину MFA (Max Fuse Amps), которая рассчитывается по формуле:
 
                                                                                                                           MFA=2,25*RLA+сумма FLA
 
               Пример: Выбор установленной мощности трехфазного наружного блока кондиционера VRV фирмы Daikin по таблицам мощности, приведенным в технической документации.
Для предельных условий эксплуатации в Минске (абсолютный максимум наружной температуры +35°С, загрузка внутренними блоками 130%, предельная температура в помещении по мокрому термометру +24°С) потребляемая мощность наружного блока кондиционера серии RXY10P7W1B в режиме охлаждения равна 7,8 кВт.
В случае работы в режиме нагрева при предельных параметрах воздуха Т_нар=+13°С, Т_пом=+18°С потребляемая мощность этого же блока будет равна 9,43 кВт. Эту мощность следует принять в качестве установленной. Для нахождения максимального рабочего тока наружного блока определим его cos φ. Номинальная (стандартная) мощность блока RXY10P7W1B в режиме нагрева при загрузке 100% равна 7,7 кВт. При этом номинальный ток блока равен: Iном=RLA+FLA=11,1+0,9=12А и cosφ= 7700/400/1,73/12=0,927 .
Из формулы Nуст = I x V x 1,73 x cos φ при напряжении 380 В, установленной мощности 9,43 кВт и cos φ= 0,927 максимальный рабочий ток будет равен 15,5 А, соответственно автоматический выключатель можно выбрать на номинальный ток 20 А.
               Максимально возможный номинал автоматического выключателя для наружного блока равен 25 А, так как MFA= 2,25х11,3+0,9 = 26,3 А. 
Провода силового электропитания должны быть рассчитаны на больший ток, чем предохранитель. При номинальном токе предохранителя 20А площадь их сечения можно выбрать по току MCA =21,6 А, приведенному в технической документации на систему кондиционера VRV.

Коэффициенты эффективности кондиционеров COP, EER

Главная » Полезная информация » Коэффициенты эффективности кондиционеров COP, EER

Мощность охлаждения кондиционера иногда путают с потребляемой мощностью. На самом деле, потребляемая кондиционером мощность примерно в три раза меньше мощности охлаждения. Так, к примеру, кондиционер мощностью 2,5 кВт потребляет около 0,8 кВт электроэнергии из сети. Это гораздо меньше потребления утюга или электрочайника. Никакого парадокса и нарушения законов физики здесь нет, так как кондиционер не «производит» холод, а переносит его из окружающей среды в помещение.

При работе на тепло этот коэффициент носит название COP (Coefficient of Performance) и обозначает отношение мощности обогрева к потребляемой мощности.

COP = Q_тепло/N_потр.

При работе на холод используется другой параметр энергетической эффективности – E.E.R. (Energy Efficiency Ratio). Коэффициент E.E.R. равен отношению холодопроизводительности к полной потребляемой мощности.

EER = Q_холод/N_потр.

Кондиционер с более высоким коэффициентом E.E.R. сохраняет больше энергии и является более энергоэффективным.

Чем выше EER (СOP) — тем более эффективна система !!!

EER является интернациональным общепризнанным показателем, понятным для специалистов всех стран и континентов. Именно по EER и только по нему производится деление кондиционеров по классам энергоэффективности.

Согласно действующей Директиве Европейского Сообщества все бытовые кондиционеры должны иметь обязательную маркировку класса энергоэффективности. Это делается для того, чтобы покупатели получали объективную информацию об оборудовании и могли выбирать наиболее энергоэффективные и экологически безопасные кондиционеры.

Существует семь классов энергоэффективности – от A до G. Оборудование класса A – самое энергоэффективное; у оборудования класса G эффективность самая низкая.

Следует заметить, что во всех кондиционерах коэффициент COP всегда немного выше коэффициента EER. Это связанно с тем, что при работе компрессор нагревается и передает часть тепла фреону, который циркулирует между внутренним и наружным блоками кондиционера.

Из вышеописанного так же можно сделать вывод, что эффективно не только охлаждаться кондиционером, но и обогрев помещения при помощи кондиционера гораздо экономичнее использования бытовых отопительных приборов работающих от сети, так как их КПД близок к единице, что в 3 и более раз меньше КПД кондиционеров, а следовательно и гораздо менее эффективно.

Но полностью заменить отопительную систему и работать круглый год кондиционер не способен. Обогрев кондиционером возможен только в межсезонье, то есть весной и осенью. При более низких внешних температурах, в среднем для большинства бытовых кондиционеров при наружной температуре до -7°C (до -15°C для инверторов, inverter), их эксплуатация настоятельно не рекомендуется производителем, использование кондиционера при более низких температурах является нарушением условий гарантии и рано или поздно приведет к сильному износу компрессора и выходу его из строя.

Для работы при более низких температурах наружного воздуха на кондиционеры устанавливают так называемый «низкотемпературный зимний комплект». Он включает в себя подогрев картера компрессора, предотвращающий загустевание масла в нем, электрический кабель подогревающий трубопровод дренажа, монтируется внутрь наружного участка дренажного трубопровода и предотвращает образование ледяной пробки, а микропроцессорный контроллер замедляет работу вентилятора, чтоб предотвратить сильное переохлаждение и обмерзание теплообменника. Все эти меры позволяют расширить диапазон рабочих температур, чтобы использовать кондиционер зимой для работы на ХОЛОД! Температуру работы на тепло с помощью зимнего комплекта можно повысить лишь незначительно, в среднем до -12°C. Все заявления, что с помощью зимнего комплекта можно греться кондиционером зимой являются либо признаком некомпетентности «специалиста» либо ложью.

Одиннадцать причин купить только инверторный кондиционер:

1. Точное поддержание температуры;
2. Быстрое охлаждение или нагрев воздуха;
3. В два раза больше срок эксплуатации компрессора кондиционера;
4. Почти неслышная работа внутреннего и наружного блока;
5. Автоматический перезапуск;
6. Функция самодиагностики;
7. Адаптация к перепадам напряжения;
8. В основном хладагент R410a;
9. Возможность работы при более низких отрицательных температурах (кондиционеры Mitsubishi Electric, Mitsubishi Heavy работают на тепло до -25С).
10. Меньшие потребление электроэнергии. Инвертором компрессором работает на той мощности, которая необходима для подержание температуры. Из-за этого для подержание температуры воздуха в комнате ему требуется на 45% меньше электроэнергии чем не инверторному кондиционеру. Среднегодовая экономия электричества может достичь 70%.
11. Производительность на холод или на тепло больше, чем у аналогичных не инвекторных моделей той же мощности. КПД кондиционера коэффициент эффективности — COP и EER. В кондиционировании — это отношение мощности охлаждения или обогрева к потребляемой мощности, то есть чем выше КПД, тем лучше. Данная величина является главным показателем эффективности работы кондиционера. Чем больше КПД (COP, EER) и ниже уровень шума тем будет дороже стоить Ваш кондиционер.

системы — F.A.Q. о котлах и отоплении

Влияние коэффициента мощности на работу кондиционеров Дата добавления: 21.04.2012 Хиты: 3002 Рейтинг:   Голосовать: — Ответ Что такое Коэффициент мощности Коэффициент мощности — это физическая величина, которая является одной из характеристик электрического тока. Значение коэффициента мощности позволяет сделать оценку насколько эффективно электрооборудование, например  компрессор или вентилятор системы кондиционирования, используют электрическую энергию сети питающего напряжения. Формально коэффициент мощности равен отношению активной и полной мощности потребляемой системой из сети питающего напряжения. Наглядное отображение коэффициента мощности может быть продемонстрировано на векторном графике, представляющим собой зависимость полной, активной и реактивной мощности (Рисунок №1).   Рисунок №1 Векторная диаграмма зависимости активной, реактивной и полной мощности Термины и определения. Активная мощность – это мощность, которая используется для совершения какой либо работы: вращения ротора компрессора или вентилятора или нагрева калорифера теплообменника воздухонагревателя.  Реактивная мощность – это мощность, которая создает индуктивную нагрузку, и не выполняет полезной работы. На практике реактивная мощность является существенной частью электрической мощности потребляемой из сети электродвигателем компрессорного агрегата. Несмотря на то, что активная и реактивная мощность являются частью одного и того же процесса, действие этих двух составляющих смещено во времени. На рисунке №2 показан график временной график действия активной и реактивной составляющей электрической нагрузки электродвигателя компрессора. Как видно из графика, активная и реактивная составляющие электрической нагрузки смещены друг относительно друга по фазе на 900. Поэтому векторы активной и реактивной мощности изображены на графике №1 под  углом 900 .   Рисунок №2 Дейсвие активной и реактивной мощности Влияние коэффициента мощности на эффективность работы электродвигателя. Как известно низкий уровень коэффициента мощности является признаком неэффективного использования электроэнергии. Другими словами, потребляемая мощность компрессора используется не для повышения давления или энтальпии хладагента, а соответственно хладапроизводительности системы кондиционирования, а для повышения индуктивной нагрузки электродвигателя.Для вычисления электрической мощности электродвигателя компрессора или вентилятора обычно используется формула (Рисунок №3)   Рисунок №3 Формула для расчета электрической мощности Данную формулу можно интерпретировать с помощью формулы (Рисунок №4). Как видно из формулы (Рисунок №3), при постоянном значении напряжения питающей сети, уменьшение значения коэффициента мощности сопровождается повышением уровня рабочего тока. Таким образом, малое значение коэффициента мощности компрессора системы кондиционирования непосредственно влияет на эффективность его работы, и косвенно влияет на надежность.   Рисунок №4 Интерпритация формулы (Рисунок№3) Повышение значения коэффициента мощности. В настоящий момент существует несколько вариантов решения задачи по повышению уровня коэффициента мощности. Одним из способов является использование блока косинусных конденсаторов, подключаемых параллельно рабочим обмоткам электродвигателя компрессора. На рисунке №4 показан внешний вид блока конденсаторов, используемых для повышения значения коэффициента мощности в чиллерах малой производительности.   Рисунок №5 Внешний вид блока косинусных конденсаторов, используемых для повышения уровня коэффициента мощности Емкость конденсаторов, необходимых для повышения КМ  от существующего значения cosφ1 до требуемого cosφ2, можно определить по диаграмме (рис. 6 б, в). При построении векторной диаграммы в качестве исходного вектора принят вектор напряжения источника. Если нагрузка представляет собой индуктивный характер, то вектор тока I1 отстает от вектора напряжения на угол φ1Iа совпадает по направлению с напряжением, реактивная составляющая тока Iр отстает от него на 90° (рис. 6 б).   Рисунок №6 Графики для расчета емкости конденсаторов После подключения к потребителю батареи конденсаторов ток I определяется как геометрическая сумма векторов I1 и Ic. При этом вектор емкостного тока опережает вектор напряжения на 90° (рис. 6, в). Из векторной диаграммы видно, что φ2 < φ1, т.е. после включения конденсатора коэффициент мощности повышается от cosφ1 до cosφ2 Емкость конденсатора можно рассчитать при помощи векторной диаграммы токов (рис. 2 в) Ic = Iр1 — Iр = Iа tgφ1 — Iа tgφ2 = ωCU Учитывая, что P = UIа, запишем емкость конденсатора С = (Iа / ωU) х (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) х (tgφ1 — tgφ2). На практике обычно коэффициент мощности повышают не до 1,0, а до 0,97 — 0,98, так как полная компенсация требует дополнительной установки конденсаторов, что часто экономически не оправдано. Категория

Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, формула

Коэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями расходуется электрическая энергия. Другими словами, коэффициент мощности описывает электроприемники с точки зрения присутствия в потребляемом токе реактивной составляющей.

В этой статье мы рассмотрим физическую сущность и основные методы определения cos φ.

Математически cos φ

Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин (отсюда и название параметра).

Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.

Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.

Когда токи / напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.

В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.

Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.

Короткое видео о кратким объяснением, что такое коэффициент мощности:

Повышение коэффициента мощности

Значение коэффициента мощности рассчитывают при проектировании сетей. Поскольку низкое его значение является следствием увеличения величины общих потерь электроэнергии. Для его увеличения в сетях используют различные способы коррекции, повышая его значение до 1.

Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:

1. снижение потерь электроэнергии;
2. рациональное использование цветных металлов на создание электропроводящей аппаратуры;
3. оптимальное использование установленной мощности трансформаторов, генератор и прочих машин переменного тока.

Технически коррекция реализуется в виде введения различных дополнительных схем на вход устройств. Эта техника требуется для равномерного использования мощности фазы, устранения перегрузок нулевого провода 3-х-фазной сети, и является обязательной для импульсных источников питания, установленной мощностью 100 Вт и более.

Помимо этого, компенсация позволяет обеспечить отсутствие всплесков потребляемого тока на пике синусоиды, равномерную нагрузку на питающую линию.

Основные способы коррекции cos φ

1. Коррекция реактивной составляющей мощности производится путём включения реактивного элемента, имеющего противоположное действие. К примеру, для компенсации работы асинхронной машины, обладающей высокой индуктивной реактивной составляющей мощности, в параллель включается конденсатор.

2. Корректировка нелинейности электропотребления. При потреблении тока нагрузкой непропорционально основной гармонике напряжения, для повышения коэффициента мощности в схему вводят пассивный (активный) корректор коэффициента мощности. Наиболее простым примером пассивного корректора cos φ является дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой. Дроссель производит сглаживание импульсного потребления нагрузки и создание низшей, основной гармоники тока.

3. Корректировка естественным способом, не предусматривающая установку дополнительных устройств, предполагает упорядочение технологического процесса, рациональное распределение нагрузок, ведущее к улучшению режима потребления электроэнергии оборудованием, повышению коэффициента мощности.

Подробное видео с объяснением, что такое cosφ :

Как выбрать коэффициент мощности? | Проектирование электроснабжения

При расчете электрических нагрузок мы постоянно сталкиваемся с необходимостью выбора коэффициентов мощности для различных электроприемников. В данной статье хочу рассказать, как выбрать cosϕ и чем руководствоваться в таких случаях.

Чтобы правильно выбрать cosϕ и правильно рассчитать ток самый верный способ – посмотреть в паспорт на оборудование либо руководство по эксплуатации. Лично я очень редко туда заглядываю, т.к. не всегда паспорта имеются под рукой, поэтому пойдем по другому пути.

Проектировщик любое свое решение должен подкреплять требованиями нормативных документов. Кое-что можно найти в ТКП 45-4.04-149-2009 (п.8.1.15, 8.2.18) и СП 31-110-2003 (п.6.12, 6.30).

Также советую иметь у себя:

М788-1069. Справочные данные по расчетным коэффициентам электрических нагрузок.

Скачать М788-1069 можно на форуме.

1 Выбор коэффициента мощности для освещения.

Для освещения выбрать cosϕ проще всего.

Коэффициент мощности зависит от типа лампы. У ламп накаливания он 1,0, у люминесцентных – 0,92; у ДРЛ, ДРИ, МГЛ — 0,85; у светодиодных – до 0,98.

При проектировании наружного освещения и промышленных объектов cosϕ лучше выбирать из каталогов производителей светильников, поскольку они могут немного колебаться от приведенных значений. Не стоит брать коэффициент мощности больше 0,92 для освещения, несмотря на то, что в каталогах можно встретить и 0,96, и 0,98. Пусть будет небольшой запас, поскольку заказчик может купить светильник совсем другого производителя и лучше ориентироваться на требования нормативных документов. Лучше бы производители указывали и потребляемый ток светильников, поскольку часть электроэнергии теряется в ПРА.

Для освещения у меня 3 значения: 1,0; 0,92 и 0,85.

2 Выбор коэффициента мощности для силовых электроприемников.

Коэффициент мощности для электроприемников, которые не нашел ТНПА я выбираю исходя из режима работы и наличия двигательной нагрузки. Если не знаешь cosϕ для силового оборудования  — принимай 0,8 Например, лифты, подъемные механизмы имеют cosϕ около 0,65.

Если мощность ЭП не превышает пару кВт, то не правильно выбранный cosϕ  не значительно  повлияет на расчетный ток.

Для мощных ЭП при выборе коэффициента мощности нужно относиться более ответственно, а также для однотипного оборудования имеющегося в большом количестве.

2.1 Выбор коэффициента мощности для электронно-вычислительной техники.

Отдельным пунктом следует выделить компьютерное оборудование. В проектах для ЭВМ я принимаю cosϕ=0,7. У некоторых он может быть чуть выше, все зависит здесь от блока питания.

2.2 Выбор коэффициента мощности для холодильного оборудования.

Коэффициенты мощности для холодильного оборудования нужно принимать в зависимости от мощности. У данного оборудования cosϕ  от 0,65 до 0,85. Например, у моего холодильника cosϕ=0,85, хотя по ТНПА нужно принимать 0,65. cosϕ=0,75 – среднее значение для всех холодильных установок.

2.3 Выбор коэффициента мощности для нагревательного оборудования.

Чайники, электрические плиты, водонагреватели и другие электронагревательные ЭП имеют коэффициент мощности близкий к 1,0.

Чтобы лучше запомнить, подведем итоги:

• cosϕ для освещения — 1,0; 0,92 и 0,85.
• cosϕ для нагревательного оборудования – 1,0.
• cosϕ для ЭВМ – 0,7.
• cosϕ для холодильников – 0,75.
• cosϕ для других силовых ЭП – 0,65-0,8.

Советую почитать:

Расчёт значения коэффициента мощности CosFi мотора холодильного компрессора БИТЦЕР

 

 Коэффицие́нт мо́щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Можно показать, что если источник синусоидального тока (например, розетка ~220 В, 50 Гц) нагрузить на нагрузку, в которой ток опережает или отстаёт по фазе на некоторый угол от напряжения, то на внутреннем активном сопротивлении источника выделяется повышенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку со сдвинутыми напряжением и током от электростанции требуется больше энергии; избыток передаваемой энергии выделяется в виде тепла в проводах и может быть довольно значительным.

На графиках: 

 

 

Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) имеют фазовый сдвиг φ = 45^о , т.о. Cosφ = 0,71  — нагрузка имеет и активную, и реактивную составляющие. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны из переменного напряжения и тока с коэффициентом мощности, равным 0,71. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) под осью абсцисс показывает, что некоторая часть подводимой мощности всё же возвращается в сеть в течение части цикла, отмеченного φ.

 

Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения. Поэтому в случае синусоидальных напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстают соответствующие фазы. Это можно представить в виде треугольника векторов.

где :

S — полная или «видимая» мощность , потребляемая из сети (kVA)

Q — реактивная или «неактивная» мощность (kvar)

P — активная или «реальная» мощность (kW)

 

Т.о. Cosφ равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А) вместо ватта (Вт).

 

Cosφ — коэффициент мощности каждого потребителя электроэнергии необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях, что выражается в избыточном потреблении электроэнергии и снижении КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.

 

При одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. 

 

Безусловно, холодильный компрессор, в состав которого входит асинхронный трёхфазный двигатель переменного тока, является таковым потребителем, и величина его коэффициента мощности существенно влияет на величину электропотребления всей холодильной установки.

Из теории электрических машин следует, что значение коэффициента мощности Cosφ является величиной переменной и зависит от величины нагрузки на электродвигатель. Т.е. чем ближе текущая нагрузка на валу асинхронного электродвигателя к наибольшей расчётной, тем выше значение Cosφ, тем оно ближе к 1.

Перекачиваемый холодильным компрессором газообразный хладагент  в зависимости от требуемых от холодильной установки холодо- или теплопроизводительности имеет различные рабочие температуры  t_o и  t_c , а следовательно и величины рабочих давлений p_o и p_{c ,} которые могут варьироваться в довольно широком диапазоне (в пределах области допустимого применения разумеется). Т.о. и нагрузка на мотор холодильного компрессора может быть весьма различной — чем выше значения t_o и  t_c , тем нагрузка на мотор выше и, соответственно, чем ниже t_o и  t_c , тем и нагрузка на мотор ниже. Неслучайно, практически все производители компрессорного оборудования предусматривают оснащение нескольких моделей одинаковой объёмной производительности  различными приводными электродвигателями, оптимизированными под различную нагрузку: высоко- , средне- и низкотемпературные модели. Это позволяет не только оптимизировать стоимость компрессоров различного назначения, но и улучшить показатели их энергопотребления.

В программе подбора оборудования BITZER Software 6.3.2 при вычислении потребляемой мощности компрессоров значение Cosφ учитывается следующим образом:  P = S Cosφ (см. векторный треугольник выше). В результатах расчёта конкретного компрессора на определённом режиме работы в графе «Потребл. мощность» указывается теоретическое значение активной потребляемой мощности Р(кВт), а в графе «Ток (400V)» указывается реальное значение рабочего тока I (А), полученное с учётом реально потребляемой компрессором полной мощности S. 

Таким образом, значение Cosφ можно вычислить по простой формуле: Cosφ = P/S = P/(1,732 *U*I).

Обращаю внимание на то, что при расчётах в программе напряжение сети принимается U=400V. Но, если реальная величина напряжения отличается от расчётной, то на величину реальных Р и Cosφ это не влияет, так как выполняется соотношение U * I = const. Т.е. чем ниже напряжение в сети, тем выше рабочий ток.

Рассмотрим два примера расчёта одного и того же самого большого винтового компактного компрессора БИТЦЕР CSH95103-320Y, работающим на R134a с ECO на двух различных режимах:

1 режим —  тепловой насос, t_o =12^оС,   t_c =70^оС    Cosφ =0,89

2 режим —  чиллер ледового катка, t_o = -15^оС,   t_c =25^оС    Cosφ =0,74

Очевидно, что нагрузка на мотор этого компрессора на режиме 2 значительно более низкая, чем на режиме 1. Соответственно, значения коэффициента мощности у одного и того же мотора, но работающего на разных нагрузках получается разное.

 

Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, то есть его повышения до значения, близкого к единице.

Значение коэффициента мощности	Высокое	Хорошее	Удовлетворительное	Низкое	Неудовлетворительное
cos φ	0,95…1	0,8…0,95	0,65…0,8	0,5…0,65	0…0,5

 

 

Из приведённых выше примеров 1 и 2  наглядно видно, что даёт эта коррекция для  холодильных установок, особенно для компрессора чиллера ледового поля — режим 2. Величина реактивной мощности при таком режиме работы становится значительной. Величина полной мощности, учитывающей величину активной мощности, а также потребление из сети и генерацию в сеть реактивной мощности, составляет  S=P/Cosφ = 140kVA

Если в системе электропитания компрессора установить корректирующую систему, повышающую значение  Cosφ  до 0,95 , то это позволит снизить величину полной потребляемой мощности компрессора до 132,7kVA и, таким образом, уменьшить рабочий ток с 201А до 156,6А.

Это реальный аргумент для заказчика большой холодильной машины, электропитание которой ограничено проектным заданием. Известно, что применение системы коррекции коэффициента мощности было успешно применено на объекте  Хладотехника, Новосибирск. Винтовые централи с воздушными маслоохладителями на комплексе фирмы «Инмарко» . На этом комплексе добились существенного снижения полной потребляемой мощности за счёт корректировки  Cosφ уже на этапе проектирования.

 

Коррекция реактивной составляющей полной мощности потребления устройства выполняется путём включения в цепь реактивного элемента, производящего обратное действие. Например, для компенсации действия электродвигателя переменного тока, обладающего высокой индуктивной реактивной составляющей полной мощности, параллельно цепи питания включается конденсатор большой ёмкости.

 

 

В настоящее время многие производственные электротехнические компании предлагают готовые собранные в щите корректирующие системы по вполне приемлемым ценам. См. например, предложение Санкт-Петербургской компании ЭЛЕКТРОМИР на Установки компенсации реактивной мощности (АУКРМ)

Коэффициент мощности — Википедия

Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) синфазны — между ними нет фазового сдвига (φ=0∘{\displaystyle \varphi =0^{\circ }}, cos⁡φ=1{\displaystyle \cos \varphi =1}) — нагрузка полностью активная, нет реактивной составляющей. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны с коэффициентом мощности, равным 1. Как видно, синяя линия (график мгновенной мощности) находится полностью над осью абсцисс (в положительной полуплоскости), вся подводимая энергия преобразуется в работу: переходит в активную мощность, потребляемую нагрузкой. Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) имеют фазовый сдвиг φ=90∘{\displaystyle \varphi =90^{\circ }} (cos⁡φ=0{\displaystyle \cos \varphi =0}) — нагрузка полностью реактивная, нет активной составляющей. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны с коэффициентом мощности, равным 0. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) на оси абсцисс показывает, что в течение первой четверти цикла вся подводимая мощность временно сохраняется в нагрузке, а во второй четверти цикла возвращается в сеть, и так далее, то есть никакой активной мощности не потребляется, полезной работы в нагрузке не совершается. Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) имеют фазовый сдвиг φ=45∘{\displaystyle \varphi =45^{\circ }} (cos⁡φ=0,71{\displaystyle \cos \varphi =0{,}71}) — нагрузка имеет и активную, и реактивную составляющие. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны из переменного напряжения и тока с коэффициентом мощности, равным 0,71. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) под осью абсцисс показывает, что некоторая часть подводимой мощности всё же возвращается в сеть в течение части цикла, отмеченного φ.

Коэффицие́нт мо́щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей и мощности искажения (собирательное название — неактивная мощность). Следует отличать понятие «коэффициент мощности» от понятия «косинус фи», который равен косинусу сдвига фазы переменного тока, протекающего через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения. Второе понятие используют в случае синусоидальных тока и напряжения, и только в этом случае оба понятия эквивалентны.

Коэффициент мощности равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. В случае синусоидальных тока и напряжения полная мощность представляет собой геометрическую сумму активной и реактивной мощностей. Иными словами, она равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной мощностей. В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А) вместо ватта (Вт).

В электроэнергетике для коэффициента мощности приняты обозначения cos⁡φ{\displaystyle \operatorname {cos} \varphi } (где φ{\displaystyle \varphi } — сдвиг фаз между силой тока и напряжением) либо λ{\displaystyle \lambda }. Когда для обозначения коэффициента мощности используется λ{\displaystyle \lambda }, его величину обычно выражают в процентах.

Согласно неравенству Коши—Буняковского, активная мощность, равная среднему значению произведения тока и напряжения, всегда не превышает произведение соответствующих среднеквадратических значений. Поэтому коэффициент мощности принимает значения от нуля до единицы (или от 0 до 100 %).

Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения (в общем случае бесконечномерных). Поэтому в случае синусоидальных напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстоят соответствующие фазы.

В случае синусоидального напряжения, но несинусоидального тока, если нагрузка не имеет реактивной составляющей, коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в полной мощности, потребляемой нагрузкой.

При наличии реактивной составляющей в нагрузке кроме значения коэффициента мощности иногда также указывают характер нагрузки: активно-ёмкостный или активно-индуктивный. В этом случае коэффициент мощности соответственно называют опережающим или отстающим.

Можно показать, что если к источнику синусоидального напряжения (например, розетка ~230 В, 50 Гц) подключить нагрузку, в которой ток опережает или отстаёт по фазе на некоторый угол от напряжения, то на внутреннем активном сопротивлении источника выделяется повышенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку с реактивной составляющей от электростанции требуется больше отвода тепла, чем при работе на активную нагрузку; избыток передаваемой энергии выделяется в виде тепла в проводах, и в масштабах, например, предприятия потери могут быть довольно значительными.

Не следует путать коэффициент мощности и коэффициент полезного действия (КПД) нагрузки. Коэффициент мощности практически не влияет на энергопотребление самого устройства, включённого в сеть, но влияет на потери энергии в идущих к нему проводах, а также в местах выработки или преобразования энергии (например, на подстанциях). Т.е. счётчик электроэнергии в квартире практически не будет реагировать на коэффициент мощности устройств, поскольку оплате подлежит лишь электроэнергия, совершающая работу (активная составляющая нагрузки). В то же время от КПД непосредственно зависит потребляемая электроприбором активная мощность. Например, компактная люминесцентная («энергосберегающая») лампа потребляет примерно в 1,5 раза больше энергии, чем аналогичная по яркости светодиодная лампа. Это связано с более высоким КПД последней. Однако независимо от этого каждая из этих ламп может иметь как низкий, так и высокий коэффициент мощности, который определяется используемыми схемотехническими решениями.

Треугольник мощностей

Коэффициент мощности необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях. Если его снижение вызвано нелинейным, и особенно импульсным характером нагрузки, это дополнительно приводит к искажениям формы напряжения в сети. Чтобы увеличить коэффициент мощности, используют компенсирующие устройства. Неверно рассчитанный коэффициент мощности может привести к избыточному потреблению электроэнергии и снижению КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.

Для расчётов в случае гармонических переменных U{\displaystyle U} (напряжение) и I{\displaystyle I} (сила тока) используются следующие математические формулы:

1. χ=PS{\displaystyle \chi ={\frac {P}{S}}}
2. P=U×I×cos⁡φ{\displaystyle P=U\times I\times \cos \varphi }
3. Q=U×I×sin⁡φ{\displaystyle Q=U\times I\times \sin \varphi }
4. S=∑k=1∞(U)×I=P2+Q2+T2{\displaystyle S=\textstyle \sum _{k=1}^{\infty }\displaystyle (U)\times I={\sqrt {P^{2}+Q^{2}+T^{2}}}}

Здесь P{\displaystyle P} — активная мощность, S{\displaystyle S} — полная мощность, Q{\displaystyle Q} — реактивная мощность, T — мощность искажения.

Типовые оценки качества электропотребления[править | править код]

При одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, то есть его повышения до значения, близкого к единице.

Значение коэффициента мощности	Высокое	Хорошее	Удовлетворительное	Низкое	Неудовлетворительное
cos⁡φ{\displaystyle \operatorname {cos} \varphi }	0,95…1	0,8…0,95	0,65…0,8	0,5…0,65	0…0,5
λ{\displaystyle \lambda }	95…100 %	80…95 %	65…80 %	50…65 %	0…50 %

Например, большинство старых светильников с люминесцентными лампами для зажигания и поддержания горения используют электромагнитные балласты (ЭмПРА), характеризующиеся низким значением коэффициента мощности, то есть неэффективным электропотреблением. Многие компактные люминесцентные («энергосберегающие») лампы, имеющие ЭПРА, тоже характеризуются низким коэффициентом мощности (0,5…0,65). Но аналогичные изделия известных производителей, как и большинство современных светильников, содержат схемы коррекции коэффициента мощности, и для них значение cos⁡φ{\displaystyle \operatorname {cos} \varphi } близко к 1, то есть к идеальному значению.

Несинусоидальность[править | править код]

Низкое качество потребителей электроэнергии, связанное с наличием в нагрузке мощности искажения, то есть нелинейная нагрузка (особенно при импульсном её характере), приводит к искажению синусоидальной формы питающего напряжения. Несинусоидальность — вид нелинейных искажений напряжения в электрической сети, который связан с появлением в составе напряжения гармоник с частотами, многократно превышающими основную частоту сети. Высшие гармоники напряжения оказывают отрицательное влияние на работу системы электроснабжения, вызывая дополнительные активные потери в трансформаторах, электрических машинах и сетях; повышенную аварийность в кабельных сетях.

Источниками высших гармоник тока и напряжения являются электроприёмники с нелинейными нагрузками. Например, мощные выпрямители переменного тока, применяемые в металлургической промышленности и на железнодорожном транспорте, газоразрядные лампы, импульсные источники питания и др.

Коррекция коэффициента мощности при помощи конденсаторов

Коррекция коэффициента мощности (англ. power factor correction (PFC)) — процесс приведения потребления конечного устройства, обладающего низким коэффициентом мощности при питании от силовой сети переменного тока, к состоянию, при котором коэффициент мощности соответствует принятым стандартам.

К ухудшению коэффициента мощности (изменению потребляемого тока непропорционально приложенному напряжению) приводят нерезистивные нагрузки: реактивная и нелинейная. Реактивные нагрузки корректируются внешними реактивностями, именно для них определена величина cos⁡φ{\displaystyle \cos \varphi }. Коррекция нелинейной нагрузки технически реализуется в виде той или иной дополнительной схемы на входе устройства.

Данная процедура необходима для равномерного использования мощности фазы и исключения перегрузки нейтрального провода трёхфазной сети. Так, она обязательна для импульсных источников питания мощностью в 100 и более ватт^{[источник не указан 3159 дней]}. Компенсация обеспечивает отсутствие всплесков тока потребления на вершине синусоиды питающего напряжения и равномерную нагрузку на силовую линию.

Разновидности коррекции коэффициента мощности[править | править код]

• Коррекция реактивной составляющей полной мощности потребления устройства. Выполняется путём включения в цепь реактивного элемента, производящего обратное действие. Например, для компенсации действия электродвигателя переменного тока, обладающего высокой индуктивной реактивной составляющей полной мощности, параллельно цепи питания включается конденсатор. В масштабах предприятия для компенсации реактивной мощности применяются батареи конденсаторов и других компенсирующих устройств.
• Коррекция нелинейности потребления тока в течение периода колебаний питающего напряжения. Если нагрузка потребляет ток непропорционально приложенному напряжению, для повышения коэффициента мощности требуется схема пассивного (PPFC) или активного корректора коэффициента мощности (APFC). Простейшим пассивным корректором коэффициента мощности является дроссель с большой индуктивностью, включённый последовательно с питаемой нагрузкой. Дроссель выполняет сглаживание импульсного потребления нагрузки и выделение низшей, то есть основной, гармоники потребления тока, что и требуется (правда, это достигается в ущерб форме напряжения, поступающего на вход устройства). Активная коррекция коэффициента мощности ценой некоторого усложнения схемы устройства способна обеспечивать наилучшее качество коррекции, приближая коэффициент мощности к 1.