CC BY
764
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
33
CCS
зсс
D3
С У
ЭКОНОМИКА БИЗНЕСА
Методика выбора устройств компенсации реактивной мощности по критерию «минимальная стоимость совокупного владения» с учетом качества
Ш!' Ш.
М.А. БУЛАТЕНКО,
аспирант кафедры инженерного менеджмента Национального исследовательского университета «Московский Энергетический Институт»
В.К. ЛОЗЕНКО,
профессор кафедры инженерного менеджмента Национального исследовательского университета «Московский Энергетический Институт», д.т.н.
Одним из способов уменьшения расходов на электроэнергию для предприятий любой отрасли является установка устройств компенсации реактивной мощности (КРМ). В статье предлагается методика выбора устройств КРМ по новому критерию «минимальная стоимость совокупного владения» с учетом качества взамен используемого критерия «минимальная цена закупки». Раскрываются необходимые и достаточные показатели качества КРМ, результаты их ранжирования, а также оценки уровня качества, совокупных затрат и уровня конкурентоспособности сравниваемого оборудования.
Повышение эффективности использования электрической энергии потребителями является одним из основных стратегических направлений развития электроэнергетики Российской Федерации. Для обеспечения рационального использования электроэнергии применяется компенсация реактивной мощности.
Реактивная энергия потребляется нагрузкой, имеющей индуктивный характер, и генерируется - емкостной. Таким образом, она циркулирует между потребителями и генераторами, что дает дополнительную нагрузку (соответственно, и потери) на линии электропередачи, трансформаторы и другое распределительное оборудование, уменьшает их пропускную способность и вызывает падение напряжения в элементах систем электроснабжения.
Потребление электроэнергии телекоммуникационным, компьютерным и другим офисным оборудовани-
S ч.
ни
□□в
ЕПЕ
□в Ключевые слова:
в эффективность выбора, критерий эффективно-
сти, компенсация реактивной мощности,
коэффициент мощности, качество, конкуренто-
способность, конденсаторная установка.
ем также носит активно-индуктивный характер. Следовательно, при его использовании из электросети потребляется и активная, и реактивная мощность. Не скомпенсированная реактивная мощность приводит к увеличению общих расходов на электроэнергию (к дополнительной плате за реактивную электроэнергию).
Показателем потребления электроэнергии с точки зрения наличия реактивной составляющей в нагрузке является безразмерный коэффициент мощности, численно равный косинусу угла сдвига фаз между мгновенными значениями тока, протекающего через нагрузку, и напряжения, приложенного к ней. Определить ^ф можно по формуле 1:
Р Р
cos <р = ~
(1)
где Р - активная мощность, потребляемая из сети, кВт;
О - реактивная мощность, потребляемая из сети, кВАр; Э - полная мощность, потребляемая из сети, кВА.
Из формулы 1 можно сделать вывод: чем ближе значение коэффициента мощности ООБф к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.
** и / ПП
ЭКОНОМИКА БИЗНЕСА АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
ч □□
ч
Компенсаторы реактивной мощности (КРМ) - это электротехнические устройства, обеспечивающие повышение коэффициента мощности оборудования (системы электроснабжения в целом) за счет компенсации реактивной мощности. Их установка в сетях электроснабжения промышленных предприятий позволит существенно снизить общие расходы на электроэнергию, продлить срок службы распределительного оборудования (в том числе линий электропередачи и трансформаторов), повысить качество электроэнергии, эффективно использовать существующие мощности генераторов и трансформаторов.
Для компенсации реактивной мощности используется следующее электротехническое оборудование:
=> Конденсаторные установки (КУ), состоящие из конденсаторов, относящегося к ним вспомогательного электрооборудования (выключателей, разъединителей, разрядных резисторов, устройств регулирования, защиты и т.п.) и ошиновки. КУ могут состоять из конденсаторных батарей или отдельно установленных единичных конденсаторов, присоединенных к сети через коммутационные аппараты [1, с. 388]. Они являются наиболее распространенным средством КРМ при индуктивном характере нагрузки за счет следующих преимуществ их использования: широкий выбор мощностей компенсации; простой монтаж и эксплуатация системы, относительно невысокая стоимость; небольшие эксплуатационные затраты (малые удельные собственные потери активной мощности 0,002...0,005 кВт/квар). Основные недостатки КУ: невозможность плавного регулирования компенсируемой мощности; наличие остаточного заряда (требуются разрядные устройства); чувствительность к несинусоидально-сти напряжения сети.
^ Статические тиристорные компенсаторы (СТК), работающие как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности в силу их способности мгновенно вводить емкостную или индуктивную составляющую в соответствии с запросами сети. СТК повышают коэффициент мощности, фильтруют высшие гармоники тока и напряжения, стабилизирует напряжение и регулируют его по заданному закону [2]. Основные недостатки СТК: ограниченное использование данного устройства по уровням напряжения и требование специальной разработки схемы СТК для конкретного объекта.
^ Фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ), состоящие из конденсаторов, включенных после-
довательно с индуктивностью, и представляющие собой набор параллельных 1_С- либо ЯЮ-цепочек. каждая из которых настроена на подавление части спектра гармоник тока и частичную компенсацию реактивной мощности на основной частоте. ФКУ применяются в случаях, когда необходимо компенсировать реактивную мощность в сети с большими гармоническими искажениями. Основные недостатки: необходимость проектировать ФКУ индивидуально для каждого отдельного случая их применения [3].
^ Шунтирующие реакторы (ШР), обладающие большой индуктивностью и очень малым активным сопротивлением, они потребляют реактивную мощность, компенсируя ее избыток в сети.
^ Синхронные компенсаторы (СК), представляющие собой синхронный двигатель облегченной конструкции, который предназначен для работы именно на холостом ходу. Возбужденные постоянным током СК могут работать с собф=1, в режиме перевозбуждения СК является генератором реактивной мощности, а в режиме недовозбужде-ния - потребителем [4]. Таким образом, изменяя ток возбуждения СК можно плавно регулировать компенсируемую реактивную мощность в сторону и повышения, и понижения напряжения. Основные недостатки СК: наличие вращающихся частей (как следствие, обязательное присутствие квалифицированного персонала), а также большие (по сравнению с другими КРМ) потери активной мощности (0,011-0,049 кВт/кВАр).
В настоящее время КРМ выбирают по экономическому критерию эффективности «минимальная цена закупки», как правило, фигурирующему в конкурсных объявлениях на закупку оборудования. Однако такой подход к выбору энергетического оборудования часто не соответствует критерию экономической целесообразности, так как не учитывает качество и конкурентоспособность оборудования.
Сформулированный общий подход к выбору промышленной продукции по критериям интегрального качества и конкурентоспособности [5], по нашему мнению, в большей степени соответствует критерию экономической целесообразности.
Качество - степень соответствия совокупности присущих характеристик требованиям [6]. То есть в основу проекта любого изделия должен быть положен принцип наиболее полного выполнения требований и пожеланий потребителя. Рассмотрим необходимые и доста-
* Под понятием «изделие» понимается совокупность товаров и услуг, которые может производить или предоставлять компания.
№ 1 • 2013 ВЄКІКАЧЕСТВА
-л ''
3 С '♦
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА ВВЕ ЭКОНОМИКА БИЗНЕСА
за
точные показатели качества применительно к устройствам КРМ.
Необходимые показатели качества
Необходимые показатели качества - это такие характеристики изделия, без удовлетворения которых данный потребитель не выберет конкретное изделие:
1) номинальное входное напряжение сети (примем равным 0,4 кВ);
2) входная частота сети (примем равной номинальному стандартному значению частоты в РФ 50 Гц);
3) тип компенсирующего устройства, который зависит от характера нагрузки и особенностей ее режимов. Для дальнейшего сравнения выбираем сети общего назначения и наиболее распространенные в них средства компенсации реактивной мощности - КУ;
4) возможность регулирования величины вырабатываемой мощности. Для дальнейшего сравнения примем, что нагрузка предприятия подвергается колебаниям реактивной мощности, поэтому необходимо применить регулируемую КУ;
5) климатическое исполнение, обозначающее возможность (невозможность) использования КРМ в определенной климатической зоне и при определенном типе размещения (на открытом воздухе, под навесом, в закрытом помещения и др.). Для дальнейшего сравнения выбираем устройства КРМ с климатическим исполнением УХЛ3 (умеренный и холодный климат, в закрытом помещении без искусственного регулирования климатических условий);
6) мощность компенсирующего устройства. Расчет необходимой мощности регулируемой конденсаторной установки (кВАр) производится по формуле 2 [7]:
<?крм = Р1кт тах - (tg(p - tg <p')t (2)
где: Ра„ - максимальное значение потребляемой ак-
акт шЗХ 1
тивной мощности, кВт;
tg ф - тангенс угла сдвига фаз нагрузки в исходном режиме при максимальной нагрузке; tg ф' - тангенс угла сдвига фаз нагрузки после компенсации при максимальной нагрузке.
Для дальнейшего сравнения примем QKPM= 125 BAp.
Достаточные показатели качества
К достаточным показателям качества (ДПК), которые характеризуют продукцию (изделие) и которые могут быть
неограниченно больше или меньше заданного норматива, относятся:
1) Степень защиты, которая характеризует степень защиты оболочки электрооборудования от проникновения твёрдых предметов и воды. Чем выше значение этого показателя, тем лучше.
2) Масса, которая отображает массу изделия в кг. Показатель влияет на стоимость транспортировки и установки оборудования, а также может быть важен для предприятий, имеющих ограничения по массе устанавливаемого на фундамент оборудования или пространственные ограничения. Чем меньше значение, тем лучше.
3) Гарантийный срок эксплуатации, характеризующий временной интервал, в течение которого покупатель может предъявить свои требования по поводу любых обнаруженных в оборудовании недостатков. Чем выше значение, тем лучше.
4) Регулирование. У регулируемых КУ бывает либо один вид управления (только автоматическое или только ручное управление), либо два вида управления одновременно. Чем выше значение, тем лучше.
5) Количество ступеней регулирования. Регулируемые КУ могут изменять мощность компенсации от 0 до 100% от номинальной мощности, и данный показатель отражает количество интервалов регулирования. Чем выше значение, тем лучше.
6) Быстродействие системы регулирования, что означает время, за которое происходит переключение с одной ступени регулирования на другую. Чем меньше значение, тем лучше.
Оценка уровня качества изделия
Для оценки изделия по совокупности показателей качества рассматриваются только достаточные показатели качества, которые весьма разнородны и имеют самые разные размерности. Для анализа качества нужно привести их к единой системе на основе методов нормирования. Чтобы установить приоритеты среди отобранных показателей качества используются методы ранжирования. В данной статье рассматривается метод рангов.
Таблица 1. Установление приоритетов среди достаточных показателей качества методом рангов
№ Наименование показателя качества (о.е.) Место Баллы Весовой коэффициент
1 Степень защиты 3 4 0,190
2 Масса, кг 6 1 0,048
3 Гарантийный срок эксплуатации, годы 4 3 0,143
4 Регулирование, количество видов, шт. 5 2 0,095
5 Количество ступеней регулирования, шт. 1 6 0,286
6 Быстродействие системы регулирования, с 2 5 0,238
Итого: 21 1,000
ЭКОНОМИКА БИЗНЕСА
Таблица 2. Оборудование, выбранное для сравнения уровня качества и конкурентоспособности устройств КРМ
.** П пп □□□ □□□ Ч пп
ч п
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА
V = 6/5
(4)
Название
АУКРМ стд 25+2x50 квар Арт М12540 Аїрітайс
КРМ 0,4-125-5 УЗ
КРМ-0,4-125-7,5 УЗ
АКУ 0.4-125-12.5 УХЛЗ
АУКРМ -0,4-125-25-УХЛ4
Производитель
Ье^апс!
ЗАО «Электромаш»
УМТес
Ерсов
Конденсаторный завод ООО «Нюкон»
Таблица 3. Определение уровн я качества
№ ДПК Наименование ДПК V 1^>гаш1 | ЗАО «Электромаш» |
Дпк Ч> о.е. Ра, о.е. дпк Ч, о.е. <3а, о.е.
1 Степень защиты 0,190 ІР31 1,000 0,167 ІР30 0,950 0,159
2 Масса, кг 0,048 90 0,567 0,042 100 0,510 0,038
3 Гарантийный срок эксплуатации, годы 0,143 3 1,000 0,157 1 0,333 0,052
4 Регулирование, количество видов, шт. 0,095 2 1,000 0,130 2 1,000 0,130
5 Количество ступеней регулирования, шт. 0,286 5 0,294 0,074 5 0,294 0,074
6 Быстродействие системы регулирования, с 0,238 30 1,00 0,222 60 0,500 0,111
Итого: 1,000 0,777 0,551
№ ДПК У УМТес Ерсоз Нюкон
ДПК <1,о.е. <2а, о.е. Дпк Ч, О.е. <>, о.е. Дпк Ч, о.е. Ра, о.е.
1 0,167 ІР20 0,850 0,142 ГР 31 1,000 0,167 ГР21 0,900 0,150
2 0,074 51 1,000 0,074 120 0,425 0,031 80 0,638 0,047
3 0,157 1 0,333 0,052 1 0,333 0,052 1 0,333 0,052
4 0,130 2 1,000 0,130 1 0,500 0,065 1 0,500 0,065
5 0,250 17 1,000 0,250 10 0,588 0,147 5 0,294 0,074
6 0,222 60 0,500 0,111 40 0,750 0,167 60 0,500 0,111
1,000 0,757 0,652 0,500
Общее количество достаточных показателей качества п = 6. М - место, которое показатель качества занимает у потребителя в первую и в последнюю очередь при выборе конкретного товара. Данный параметр определяется либо с помощью экспертной оценки, либо по приоритетам конкретного покупателя устройств КРМ. Примем, что наиболее важными ДПК применительно к устройствам КРМ являются количество ступеней и быстродействие системы регулирования (см. табл. 1).
Баллы для каждого ПК рассчитываются по формуле 3:
Все данные расчетов сводим в табл. 1.
Для оценки качества и конкурентоспособности устройств КРМ (в частности, регулируемых конденсаторных установок) выберем оборудование ведущих зарубежных и отечественных производителей в данной отрасли.
Для сравнения выбраны КРМ с одинаковыми необходимыми показателями качества и разными достаточными показателями качества [8-12]: регулируемые КУ номинальной мощностью 125 кВАр с входными напряжением 0,4 кВ и частотой сети 50 Гц в климатическим исполнении УХЛЗ (см. табл. 2).
Для сравнения уровня качества выбранных КРМ необходимо получить количественные оценки выбранных изделий с учетом весовых коэффициентов. Результаты этого сравнения сведены в табл. 3.
В столбцах я приведены нормированные значения ДПК. В качестве нормирующей величины (я = 1) выбран лучший из сравниваемых ДПК. Остальные рассчитываем по правилу пропорции. Нужно помнить, что я<1. Далее рассчитываем уровень качества иго
КРМ по тому или иному ДПК по формуле 5: <?, = <?, • V*
(5)
б = 71 + 1 - М
(3)
Суммируя баллы, получаем сумму баллов S.
Весовой коэффициент для каждого ПК рассчитывается по формуле 4:
Тогда интегральный уровень качества изделия определяется по формуле 6:
(6)
На основе анализа полученных результатов получается, что наибольший уровень качества у оборудования _egrand АУКРМ стд 25+2х50 квар Арт М12540 А!р1таИс и VMTec КРМ-0,4-125-7,5 У3.
-л ''
С С '♦
АСПЕКТЫ КАЧЕСТВА ВВЕ ЭКОНОМИКА БИЗНЕСА
за
Таблица 4. Нормирование стоимости владения КРМ й
Параметр —> Производитель^ Стоимость, С, РУб- Эксплуатационные расходы, Э, руб. (С + Э), РУб- Нормированное значение, о.е.
Ье^апсІ 151 000 72 927 223 927 1,766
ЗАО «Электромаш» 53 900 72 927 126 827 1,000
УМТес 61090 72 927 134 017 1,057
ЕрсоБ 58 000 72 927 130 927 1,032
Нюкон 54 500 72 927 127 427 1,005
Таблица 5. Оценка конкурентоспособности КРМ |
Параметр —> Производитель 1 Уровень качества Нормированное значение (С + Э), руб. Уровень конкурентоспособности, о.е.
Ье^апё 0,777 1,766 0,440
ЗАО «Электромаш» 0,551 1,000 0,551
УМТес 0,757 1,057 0,716
ЕрсоБ 0,652 1,032 0,632
Нюкон 0,500 1,005 0,498
ского оборудования по критерию «минимальная цена» требует пересмотра и перехода к другой экономически обоснованной практике выбора энергетического оборудования по критериям «Заданное интегральное качество» и «Минимальная стоимость совокупного владения».
Совокупная стоимость владения
Установление того факта, что одно изделие имеет более высокий уровень качества по сравнению с другим, еще недостаточно для того, чтобы оценить конкурентоспособность изделий. Выбор товара на рынке осуществляется на основании анализа интегрального качества и совокупной стоимости владения. Совокупная стоимость владения имеет две составляющие - капитальную и эксплуатационную. Капитальные затраты - это затраты на приобретение изделия, его транспортировку, монтаж и наладку, а эксплуатационные - затраты, которые необходимы и/или возникают в процессе функционирования изделия.
Уровни конкурентоспособности рассчитаем по следующей формуле 7:
(7)
где С - стоимость изделия, руб.; Э - эксплуатационные расходы.
Примем, что расходы на транспортировку КРМ, их монтаж и пусконаладочные работы для всех КРМ одинаковы.
Для наглядности получаемых результатов проведем нормирование совокупной стоимости владения (С = Э), приняв за единицу минимальное значение, остальные значения рассчитываем по правилу пропорции, при этом нормированные значения будут больше 1.
Все данные расчетов сведены в таблицы 4 и 5. Из данных табл. 5 следует, что наибольший уровень конкурентоспособности у оборудования КРМ-0,4-125-7,5 У3, производитель - VMTec.
Проведенные расчеты позволяют сделать следующий вывод. Устоявшаяся практика выбора энергетиче-
Литература
1. Правила устройства электроустановок: все действующие разделы шестого и седьмого изданий с изменениями и дополнениями по состоянию на 01.02.08. М: КноРус, 2008. 488 с.
2. Статический тиристорный компенсатор [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.ansaldovei.ru/rus/18/.
3. Добрусин Л.А. Фильтрокомпенсирующие устройства для преобразовательной техники. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2003. 84 с.: [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»; Вып. 11(59)].
4. Синхронные компенсаторы. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://seazavod.com/articles/18-sinhronnye-kompensatory.html.
5. Братолюбов В.Б., Кротов Е.Г., Лозенко В.К. Конкурентоспособность промышленной продукции. Новый взгляд // О принципах и показателях деятельности: Сб. Серия «Всё о качестве. Отечественные разработки». 2004. Вып. 31. С. 87-103.
6. ГОСТ Р ИСО 9000-2001 «Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь».
7. Юшков А. Конденсаторы ЕЬ^гопігоп для компенсации реактивной мощности // Компоненты и технологии. 2006. № 3 (56). С. 116-120.
8. Автоматические комплектные конденсаторные установки А1ртйс [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www. legrone.ru/alpimatic.html.
9. Автоматическая конденсаторная установка [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.mobylplus.ru/shop/ index.php?productID=2537.
10. Автоматическая конденсаторная установка VMTec
[Электронный ресурс]. Режим доступа: http://electro-shop. ru/store/krm/element. php? IBLOCK_ID=127&SECTION_
ID=0&ELEMENT_ID=98449.
11. ООО «Норд Вест Электро+» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nweplus.ru/.
12. Регулируемые конденсаторные установки КРМ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nucon.ru/Reactive-power-compensation/adjustable-capacitors.php
