Частотно-регульований електропривод насосних агрегатів привернув увагу водоканалів і підприємств ЖКГ, в першу чергу, можливістю виключення "людського" фактору з процесу регулювання тиску в мережах водопостачання і в автоматичному режимі підтримувати його на заданому рівні незалежно від розходу.

Відсутність гідроударів і збільшення в 2 - 3 рази терміну експлуатації насосів займали другу сходинку в оцінці ефективності частотного регулювання, а на економію електроенергії, років 10 назад, практично ніхто не звертав увагу - електроенергія була дешевою. Сьогодні ситуація докорінно змінилися, і питанням економії електроенергії надається першочергове значення.

Економію електроенергії на насосних станціях отримують за рахунок:

· оптимального вибору режиму роботи насоса;

· експлуатації електродвигуна і перетворювача частоти з найбільшим ККД;

· використання оптимальних законів регулювання технологічними процесами.

Розглянемо більш детально кожну складову енергозбереження на насосних станціях.

Відцентровий (центробежный) насос і економія електроенергії

Почнемо з теорії, згідно якої ідеальний насос витратить в чотири рази менше енергії на перекачування одного і того ж об'єму рідини, працюючи на половинній швидкості ніж на повній, але час роботи, при цьому, збільшується в двічі.

Враховуючи цю обставину можна припустити, що реальний насос, який працює в повторно-короткочастому режимі, або в режимі дроселювання також може дати економію електроенергії, якщо його продуктивність регулювати за допомогою зміни швидкості. Це припущення підтверджується на практиці і досвід експлуатації реальних насосів, при частотному регулюванні швидкості (продуктивності), свідчить про те, що реальна економія електроенергії становить 25 - 40% в залежності від режиму роботи насосної станції.

Коли ж мова заходить про економію 60%, а інколи і 80%, то мають на увазі, що з впровадженням частотного приводу одночасно міняють і насосне обладнання на сучасне, більш ефективне.

Якщо ваш насос працює постійно і його продуктивність не регулюється, то економія електроенергії можлива тільки за рахунок оптимального вибору насосного обладнання і зменшення гідродинамічних втрат в трубопроводах.

Закони регулювання і економія електроенергії

Для автоматичного підтримання тиску, розходу, рівня і т. і. стандартно використовують ПІД-регулятори, які змінюють вихідну частоту і напругу перетворювача частоти таким чином, щоб регулюємий параметр підтримувався з заданою точністю, а на режим роботи насоса "не звертають" увагу.

Наприклад, при оцінці ефективності частотно-регульованого електроприводу станції підкачки багатоповерхового будинку було встановлено:

· при розході 8 кубічних метрів води за годину насос працював на частоті 28 Гц і витрати електроенергії становили 1,2 кВт*год.;

· при розході 14 м3*год. насос працював на частоті 37 Гц, а витрати електроенергії становили 1,6 кВт*год.

економія електроенергія насос електропривод

Нескладно підрахувати, що для даного конкретного випадку режим роботи насоса на частоті 37 Гц на 30% ефективніший ніж при роботі на 28 Гц.

Побудований графік залежності питомих витрат електроенергії на перекачування одного кубічного метра води (кВт год. /м3) від швидкості насоса свідчить про те, що найбільшу економію електроенергії отримаємо при роботі насоса в діапазоні частот 35 - 45 Гц.

Для кожного конкретного випадку необхідно експериментальним шляхом визначити оптимальний частотний діапазон, в якому питомі витрати електроенергії на перекачування води будуть найменшими, і по мірі можливості, працювати в цьому діапазоні. Практичне використання такого "інтелектуального" режиму роботи насосної станції КНС і артезіанської насосної станції детально описано в нашому журналі за №3-4 і №5-6, відповідно статті "Энергосберегающие технологии для предприятий ЖКГ и не только…" і "Экономия электроэнергии в системах водоснабжения на основе артезианских скважин".

Каскадне включення насосів використовується для оптимізації режимів роботи насосних агрегатів при змінному графіку споживання води з метою отримання максимальної економії електроенергії. Потужність насосів повинна бути різною, наприклад - 25 кВт, 50 кВт, 100 кВт, 200 кВт і т.д.

Бажано, щоб всі насоси працювали в оптимальному частотному діапазоні, а для цього вони повинні бути оснащені перетворювачами частоти. Якщо такої можливості нема, то використовуйте режим обходу перетворювача частоти, при якому один перетворювач частоти по черзі працює з одним із насосів, а при необхідності проводить частотний пуск інших насосів. Детальніше про режим обходу на сайті www.tsdservice.com.ua!

Вибір режиму роботи насосних станцій залежить від вас, а для інформації відмітимо, що в імпортних станціях водо підготовки ліній розливу алкогольних і безалкогольних напоїв всі насоси оснащено перетворювачами частоти, а виробники цих ліній вміють рахувати всі витрати.

Вхідний струм перетворювача частоти і економія електроенергії

При аналізі ефективності частно-регульованого електроприводу насосних агрегатів ми звернули увагу на те, що лічильники старого зразку (дискові) не показують споживання реактивної потужності, що цілком закономірно, тому, що коефіцієнт реактивної потужності (cos ц) перетворювача частоти > 0,98. Незважаючи на це, сучасні електронні лічильники чомусь показують споживання реактивної енергії. В чому ж справа?

Річ в тому, що лічильники старого зразку (дискові) вимірюють тільки першу гармоніку, а електронні вимірюють всі гармоніки до 50-тої включно. Саме наявність вищих гармонічних складових напруги і струму приводить до споживання реактивної потужності. Звідки ж беруться ці гармоніки?

Вхідний струм перетворювачів частоти суттєво відрізняється від синусоїдального (на малюнку червона крива) внаслідок чого в мережі живлення генеруються непарні і не кратні 3 гармоніки - 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25 і т.д.

Наука і практика свідчать про те, що на точність вимірювання електричної енергії впливають більш ніж 30 складових,20 з яких виникають за рахунок вищих гармонічних складових напруги і струму в мережах електропостачання.

Встановлено, що при використанні в сучасних лічильниках трансформаторів струму і напруги класу 0,2 в нормальних умовах похибка вимірювання становить ± 0,5%, а за рахунок вищих гармонік сумарна похибка збільшується до ± 3,5%. При використанні трансформаторів струму і напруги класу 1,0 похибка вимірювання становитиме вже ± 2,2%, а за рахунок вищих гармонік сумарна максимальна похибка лічильників активної і реактивної енергії збільшується до ± 13,3%.

Вищі гармонічні складові не тільки збільшують похибку вимірювання лічильників, а і розігрівають силові трансформатори мережі живлення і конденсатори компенсаторів реактивної потужності.

Якщо не вжито ніяких заходів до покращення форми вхідного струму, то максимальна потужність перетворювача частоти не повинна бути більшою 10% від потужності трансформатора живлення.

Для покращення форми вхідного струму використовують силові дроселі на вході перетворювача частоти, або в ланці постійного струму, які суттєво зменшують рівень гармонічних складових (голуба крива на мал.1).

Якщо потужність перетворювача частоти становить більше 40% потужності трансформатора живлення, то на вході перетворювача частоти необхідно встановити вхідний фільтр гармонік. Враховуючи те, що не всі постачальники перетворювальної техніки знають про це, і щоб не потрапити у складне становище, ви повинні взяти це попередження на замітку.

Пасивні фільтри гармонік Danfoss VLT AHF010 і AHF005 дають можливість отримати практично синусоїдальний вхідний струм перетворювача частоти з коефіцієнтом нелінійних спотворень 10% і 5% відповідно. Перетворювач частоти підключають послідовно з фільтром гармонік.

Форма тока с входным фильтром AHF010