Kompensacja mocy biernej w instalacjach z lampami wyładowczymi
Jeśli w obwodzie nie ma specjalnych kondensatorów kompensacyjnych, wówczas współczynnik mocy lampy fluorescencyjnej - statecznika ustawionego po podłączeniu do sieci jest bardzo niski i mieści się w zakresie 0,5 - 0,55. W obwodach z sekwencyjnym włączeniem dwóch lamp (na przykład urządzenie sterujące typu 2ABZ-40) współczynnik mocy osiąga 0,7, aw obwodach z dwiema lampami działającymi na zasadzie „podziału fazy” (na przykład urządzenie sterujące typu 2UBK-40 ) — 0,9 — 0,95.
Przy niskim współczynniku mocy wzrastają prądy w sieci, co może wymagać zwiększenia przekroju przewodów, danych znamionowych urządzeń sieciowych i mocy transformatorów. Straty sieciowe również nieco rosną. Z tych powodów PUE do niedawna wymagał podwyższenia współczynnika mocy do 0,95 już w miejscach, w których montowane są lampy.
W zasadzie jednak możliwa jest zarówno indywidualna kompensacja mocy biernej — bezpośrednio przy lampach — jak i kompensacja grupowa, gdy kondensatory są zamontowane na ekranach i obsługują całą grupę lamp.
Kompensacja grupowa ma pewne zalety: kondensatory grupowe mogą być bardziej niezawodne i trwalsze niż obecnie stosowane indywidualne kondensatory losowe, które nie są specjalnie zaprojektowane do danego zastosowania. Według niektórych wyliczeń rekompensata grupowa jest również bardziej ekonomiczna niż rekompensata indywidualna.
Możliwość zastosowania jednego lub drugiego systemu kompensacji jest przedmiotem dalszych badań, a rozwiązanie problemu będzie zależeć w szczególności od tego, jakie nowe typy kondensatorów grupowych i indywidualnych zostaną przyjęte przez przemysł.
Tymczasem, gdy stateczniki są używane w naszych instalacjach prawie wyłącznie zgodnie z obwodem rozruchowym dwóch lamp, kwestia kompensacji jest rozwiązywana niejako automatycznie: te same kondensatory, które służą do wytworzenia prądu wiodącego w obwodzie lampy, zapewniają również wzrost współczynnika mocy do około 0,92.
Dla lamp MGL i DRL stosowana jest zarówno indywidualna, jak i grupowa kompensacja mocy biernej.
Zestaw lamp DRL — PRA ma współczynnik mocy około 0,57, co, jak wspomniano powyżej, może skutkować cięższą siatką. Kompensacja mocy biernej może odciążyć sieć, ale z kolei wiąże się z instalacją stosunkowo drogich kondensatorów indywidualnych lub grupowych.
Według dostępnych danych, aby zwiększyć współczynnik mocy do 0,9 — 0,95 w sieciach 220 V, 50 Hz z lampami łukowymi, należy zainstalować kondensatory o następujących mocach (na lampę):
Moc lampy, W 1000 750 500 250 Kondensatory pojemnościowe, μF 80 60 40 20
Kondensatory o takiej pojemności nie są obecnie dostępne, co ogranicza zastosowanie kompensacji indywidualnej.Spośród produkowanych przez przemysł najbardziej odpowiednie są kondensatory metalowo-papierowe typu MBGO o pojemności 10 μF, napięciu 600 V. Kondensatory te należy łączyć równolegle i instalować w stalowych skrzynkach (np. Lampa o mocy 1000 W, niezbędna jest puszka o wymiarach 380x300x200 mm) wraz z rezystorami rozładowczymi, które zapewniają szybkie rozładowanie kondensatorów po ich wyłączeniu.
Rezystancja rozładowania R jest określona wzorem, Ohm:
w którym moc bierna kondensatora Q, kvar, znajduje się na podstawie stosunku
gdzie C jest pojemnością kondensatora, μF; U — napięcie na zaciskach kondensatora, kV.
Dla kondensatora MBGO o pojemności 10 μF moc bierna Q wynosi 0,15 kvar. W przypadku lamp o mocy 1000 W można zaakceptować rezystancję 620 000 omów z powłoką węglową, aw przypadku lamp o mocy 750 W rezystancję 825 000 omów.
W instalacjach z kompensacją grupową wymaganą moc kondensatora Q można określić ze wzoru
gdzie P — moc zainstalowana, kW, w tym straty balastu; φ1 i φ2 to kąty przesunięcia fazowego odpowiadające żądanej (φ2) i początkowej (φ1) wartości współczynnika mocy.
Aby zwiększyć współczynnik mocy z 0,57 do 0,95 na każdy 1 kW zainstalowanej mocy, wymagane są kondensatory 1,1 kvar. Przy kompensacji grupowej można zastosować trójfazowe kondensatory olejowo-papierowe typu KM-0,38-25 o pojemności 25 kvar, a także inne o mniejszej mocy, np. 10 kvar.
Ryż. 1. Możliwy schemat połączenia linii grupowej z kompensacją współczynnika mocy linii grupowej
Ryż. 2. Schemat włączenia rezystancji rozładowania z kondensatorem KM-0,38-25
Każdy kondensator 25 kvar jest wystarczający dla grupy 22 kW, wliczając w to straty balastu. Grupy mogą być rozgałęzione za instalacją kondensatorów, jak pokazano na ryc. 1. Dla linii z kondensatorami KM-0,38-25 ustawienie wyłącznika maszyny nie przekracza 40 A, a prąd każdej z równoległych linii wynosi 36 A.
Rezystancja rozładowania kondensatorów KM-0,38-25, obliczona według pierwszego wzoru, nie powinna przekraczać 87 000 omów. Każdy kondensator może być wyposażony w jedną rurkę rezystancyjną typu U1 o mocy 150 W, rezystancji 40 000 omów, z dwoma sekcjami po 20 000 omów, połączonymi zgodnie ze schematem z rys. 2.
Kondensatory wraz z rezystorami montuje się w pobliżu ekranów w szafach stalowych, zwykle od trzech do pięciu w szafie. Wymiary szafki na pięć kondensatorów to 1250 x 1450 x 700 mm.
Kompensację grupową mocy biernej w podstacji można wykonać za pomocą tych samych kondensatorów KM montowanych w bateriach i przy użyciu szaf zasilających do podłączenia ich do szyn zbiorczych podstacji.
Obliczenia porównawcze wykonane przez „Tyazhpromelektroproject” wykazały, że opcja z kompensacją mocy biernej wzdłuż linii grupowych paneli jest ekonomicznie prawie równoważna opcji bez kompensacji mocy biernej. Można jednak preferować opcję z kompensacją, która ma dodatkowe zalety po stronie wysokiego napięcia zasilania. Ponadto we wszystkich przypadkach, w których brak kompensacji prowadzi do konieczności zwiększenia mocy transformatora, zasadność kompensacji jest niepodważalna.
Zaleca się odmowę kompensacji mocy biernej w przypadkach, gdy do transformatora podłączone jest przekompensowane obciążenie lub gdy występuje przekompensowanie po stronie wysokiego napięcia sieci elektroenergetycznej.
Z powyższego wynika, że problem kompensacji mocy biernej w sieciach oświetleniowych nie może być rozwiązany w oderwaniu od całego spektrum problemów zasilania i bez szczegółowego uwzględnienia lokalnych uwarunkowań.
Można dodać, że przy bardzo krótkich sieciach oświetlenia zasilającego instalacja kondensatorów w pobliżu ekranów grupowych w niewielkim stopniu zmniejsza zużycie metalu przewodzącego, chociaż może prowadzić do zmniejszenia liczby grup. W zależności od wielkości warsztatu i wymagań dotyczących sterowania oświetleniem, te ostatnie mogą być istotne lub nie.
Tym samym w wielu przypadkach rozwiązanie kwestii konieczności i sposobów kompensacji mocy biernej w instalacjach z lampami DRL leży całkowicie w gestii dostawców energii elektrycznej.
Do kwestii celowości indywidualnej kompensacji mocy biernej będzie można powrócić po opracowaniu i opracowaniu przez przemysł specjalnych niezawodnych kondensatorów do lamp DRL, trwałych i tanich; przy zastosowaniu kondensatorów typu MBGO itp. indywidualna kompensacja jest oczywiście niewskazana, jednak zawsze należy mieć na uwadze ważną zaletę eksploatacyjną montowania kondensatorów w układzie sterującym lub zwykle w pobliżu lamp, polegającą na wyłączaniu kondensatorów przy w tym samym czasie co lampy.
Niektóre firmy dostarczają obecnie stateczniki z kondensatorami kompensacyjnymi.Dzięki niezawodnej konstrukcji tego ostatniego jest to oczywiście bardzo wygodne.