Nowoczesne technologie kompensacji mocy biernej

Dla racjonalnego wykorzystania energii elektrycznej konieczne jest zapewnienie ekonomicznych metod jej wytwarzania, przesyłu i dystrybucji przy minimalnych stratach. W tym celu należy wykluczyć z sieci elektrycznych wszystkie czynniki prowadzące do powstania strat. Jednym z nich jest opóźnienie fazowe płynącego prądu od napięcia w obecności obciążenia indukcyjnego, ponieważ obciążenia w przemysłowych i domowych sieciach elektroenergetycznych mają zwykle charakter czynno-indukcyjny.

Cel systemów kompensacja mocy biernej polega na kompensacji całkowitego przesunięcia fazowego poprzez wprowadzenie wyprzedzenia fazowego. Prowadzi to do zmniejszenia prądu przepływającego przez sieci, a co za tym idzie do zmniejszenia pasożytniczych strat czynnych w przewodach i sieci dystrybucyjnej. Niezbędny postęp uzyskuje się poprzez podłączenie kondensatorów równolegle do sieci zasilającej. Aby uzyskać maksymalną wydajność, obwód wyzwalający powinien być podłączony jak najbliżej obciążenia indukcyjnego.

Układy korekcji współczynnika mocy zmniejszają składową bierną prądu płynącego przez sieć elektroenergetyczną. Gdy zmienia się charakter obciążenia, konieczna jest odpowiednia rekonfiguracja obwodów korekcyjnych. W tym celu zwykle stosuje się automatyczne układy korekcyjne, które wykonują stopniowe łączenie lub odłączanie poszczególnych kondensatorów korekcyjnych. Obraz schematycznie przedstawiający zasadę pojawiania się elementów reaktywnych w sieciach.

Korzyści z korekcji współczynnika mocy:

• Okres zwrotu wynosi od 8 do 24 miesięcy ze względu na obniżenie ceny energii elektrycznej. Korekty zmniejszają moc bierną w systemie. Zużycie energii elektrycznej jest zmniejszone, a jej cena proporcjonalnie obniżona.

• Efektywne wykorzystanie sieci. Wysoki współczynnik mocy oznacza bardziej efektywne wykorzystanie sieci dystrybucyjnych (więcej przepływów mocy netto przy tej samej mocy całkowitej).

• Napięcie stabilizujące.

• Mniejszy spadek napięcia.

• Zmniejszając przepływający prąd, z boku przekrój kabla… Alternatywnie, w istniejących systemach, dodatkowa moc może być przesyłana kablem o stałym przekroju.

• Zmniejszenie strat w przesyłaniu energii elektrycznej. Urządzenia transmisyjne i przełączające pracują z mniejszą wartością prądu. W związku z tym zmniejszają się również straty omowe.

Kluczowe elementy układów kompensacji mocy biernej

Kondensatory do korekcji współczynnika mocy zapewniają niezbędne wyprzedzenie fazy dla płynącego prądu, co kompensuje opóźnienie fazowe w obwodach z obciążeniami indukcyjnymi.Kondensatory do obwodów korekcji współczynnika mocy muszą wytrzymać duże prądy rozruchowe (> 100 IR), które występują podczas przełączania kondensatorów. Gdy kondensatory są połączone równolegle w akumulatorze, prądy rozruchowe stają się jeszcze większe (> 150 IR), ponieważ prąd rozruchowy płynie nie tylko z obwodów zasilających, ale także z połączonych równolegle kondensatorów.

EPCOS AG produkuje kondensatory o napięciach od 230 do 800V i mocach od 0,25 do 100kVAr. Oferują kondensatory suche lub olejowe w zależności od warunków pracy.

Główne różnice między kondensatorami tego producenta to:

-szeroki zakres pracy -40...+55°C (-40...+70°C dla kondensatorów serii MKV);

— wytrzymują prądy rozruchowe do 200*In nominalnego (do 300*In dla kompaktowej serii PhaseCap i do 500*In dla serii MKV);

-żywotność kondensatorów od 100 000 h do 300 000 h (w klasie temperaturowej -40/D wg IEC 60831-1);

— dla serii PhaseCap compact i MKV dopuszczalna liczba operacji wynosi odpowiednio 10 000 i 20 000 rocznie;

— wyłącznik nadciśnieniowy jest aktywowany we wszystkich 3 fazach, całkowicie eliminując możliwość potencjalnego porażenia obudowy skraplacza;

— eksploatacja jest dozwolona do wysokości 4000 m n.p.m.

— oczywiście technologia samoleczenia, cięcia fal itp. są obecni

Kontrolery

Nowoczesne regulatory korekcji współczynnika mocy oparte są na mikroprocesorach. Mikroprocesor analizuje sygnał z przekładnika prądowego i wydaje polecenia do sterowania bateriami kondensatorów poprzez łączenie lub odłączanie pojedynczych kondensatorów lub całych baterii.Inteligentne zarządzanie kondensatorami korekcyjnymi pozwala nie tylko zapewnić maksymalne pełne obciążenie baterii kondensatorów, ale także zminimalizować liczbę operacji łączeniowych, a tym samym zoptymalizować żywotność baterii kondensatorów.

W linii produktowej firmy EPCOS AG znajdują się sterowniki krokowe 4x, 6 (7m), 12 (13) stopniowe do sterowania stycznikami zarówno elektromechanicznymi, jak i tyrystorowymi. Istnieją również wersje kombinowane umożliwiające jednoczesne przełączanie obu typów styczników. Na życzenie klienta sterowniki wyposażone są w interfejs do podłączenia do komputera lub systemu AMR.

Główne różnice pomiędzy sterownikami tego producenta to:

-tekstowo-cyfrowe menu w języku rosyjskim;

— wyświetlacz ciekłokrystaliczny dobrze sprawdza się w niskich temperaturach;

— na wyświetlaczu jest podświetlenie;

— ustalanie i przechowywanie głównych parametrów wpływających na żywotność kondensatorów (przepięcia, wzrost temperatury, harmoniczne prądu i napięcia do 19 włącznie, liczba rozruchów i czas pracy każdego stopnia)

— istnieją funkcje zabezpieczające i wyłączające układ kompensacji przy przekroczeniu parametrów wpływających na żywotność kondensatorów i wiele innych

Dostępne są również uproszczone i tańsze modele do zastosowania w prostszych systemach.

Urządzenia przełączające

Styczniki elektromechaniczne lub tyrystorowe służą do przełączania kondensatorów w standardowych układach prostownikowych lub kondensatorów i dławików w układach odstrojonych. Włączenie do obwodów mocy odbywa się za pomocą styków mechanicznych lub za pomocą urządzeń półprzewodnikowych.Preferowane jest przełączanie elektroniczne, zwłaszcza gdy wymagane jest szybkie przełączanie w systemach korekcji dynamicznej. Na przykład, jeśli głównym obciążeniem w sieci elektrycznej są spawarki.

Styczniki elektromechaniczne firmy EPCOS AG dostępne są w mocach do 100 kvar. Styczniki tyrystorowe mają dziś najszerszy asortyment: 10 kvar, 25 kvar, 50 kvar, 100 kvar, 200 kvar dla 400V oraz 50 kvar i 200 kvar dla pracy w sieciach 690V.

Przepustnice

Sieci dystrybucyjne często mają zniekształcenia harmoniczne spowodowane zastosowaniem nowoczesnych urządzeń elektronicznych, które wytwarzają nieliniowe obciążenie. Takimi urządzeniami mogą być np. sterowane napędy elektryczne, zasilacze bezprzerwowe, stateczniki elektroniczne, spawarki itp. Harmoniczne mogą być niebezpieczne dla kondensatorów w obwodach prostownika, zwłaszcza jeśli kondensatory pracują z częstotliwością rezonansową. Włączenie dławika w szereg z kondensatorem korekcyjnym pozwala nieco dostroić częstotliwość rezonansową w układzie i uniknąć jego ewentualnego uszkodzenia.

Piąta i siódma harmoniczna są szczególnie krytyczne (250 i 350 Hz w sieci 50 Hz). Zdezorientowane stopnie kondensatorów zmniejszają zniekształcenia harmoniczne w obwodach mocy.

Gama dławików firmy EPCOS AG ma moce od 10 do 200 kvar.

Akcesoria

Linia produktowa EPCOS AG obejmuje również akcesoria do budowy układów korekcji mocy biernej według specjalnych wymagań:

— zaślepki i obudowy ochronne zwiększające stopień ochrony kondensatorów do IP64;

— dławiki rozładowcze, pozwalające na przyspieszenie układu korekcji mocy biernej o około 1 sekundę bez skracania żywotności kondensatorów oraz specjalnych rezystorów rozładowczych i dławików do układów ze stycznikami tyrystorowymi;

— urządzenia pozwalające, w przeciwieństwie do transformatora sumującego, na jednoczesne sterowanie systemem 4 układów korekcyjnych;

— przejściówki umożliwiające podłączenie sterownika do napięcia sieciowego

Główne 13 czynników w budowaniu korektora

Warto na to zwrócić uwagę przy projektowaniu lub wyborze odpowiedniej instalacji dla siebie:

1. Określ wymaganą moc skuteczną (kvar) kondensatora do korekcji współczynnika mocy.

2. Zaprojektować baterię kondensatorów w taki sposób, aby zapewnić moc kroku przełączania w granicach 15…20% wymaganej mocy. Nie jest konieczne upewnianie się, że kondensatory są przełączane w krokach co 5% lub 10%, ponieważ spowoduje to tylko wysoką częstotliwość przełączania, ale nie wpłynie znacząco na wartość współczynnika mocy.

3. Spróbuj zaprojektować baterię kondensatorów o standardowych wartościach rozdzielczości, najlepiej wielokrotnościach 25 kvar.

4. Nie zapomnij o zachowaniu minimalnych dopuszczalnych odległości między kondensatorami (20 mm) i zabezpiecz je ekranami lub odpowiednią odległością od nagrzewania przez inne elementy układu.

5. Temperatura w miejscu instalacji kondensatorów nie powinna przekraczać 35? C. W przeciwnym razie ich żywotność ulegnie skróceniu.

Pamiętaj, że długotrwałe nagrzewanie kondensatora tylko o 7 ° C powyżej normy skraca jego żywotność 2 razy!

6.Zmierzyć prądy harmoniczne w kablu zasilającym bez kondensatora korekcyjnego i przy różnych obciążeniach. Określ częstotliwość i maksymalną amplitudę każdej z obecnych harmonicznych. Oblicz całkowite zniekształcenie harmoniczne prądu: THD-I = 100 · SQR · [(I3) 2 + (I5) 2 + … + (IR) 2] / I1

7. Oblicz poszczególne współczynniki każdej z harmonicznych: THD-IR = 100 IR / I1

8. Zmierzyć obecność harmonicznych w napięciu zasilającym poza układem. Jeśli to możliwe, zmierz je po stronie wysokiego napięcia. Oblicz całkowite zniekształcenie harmoniczne napięcia: THD-V = 100 · SQR · [(V3) 2 + (V5) 2 + … + (VN) 2] / V1

9. Poziom harmonicznych (mierzony bez kondensatora) powyżej lub poniżej THD-I> 10% lub THD-V> 3%.

Jeśli TAK, użyj ustawionego filtra i przejdź do kroku 7.

Jeśli NIE, użyj standardowego korektora i pomiń kroki 10, 11 i 12.

10. Poziom 3. harmonicznej prądu I3> 0,2 · I5

Jeśli TAK, użyj filtra z p = 14% i pomiń krok 8.

Jeśli NIE, użyj filtra z p = 7% lub 5,67% i przejdź do kroku 8.

11. Jeśli THD -V = 3 … 7% — potrzebny jest filtr o p = 7%

> 7% — wymagany jest filtr o p = 5,67%.

> 10% — wymagana specjalna konstrukcja filtra. Prosimy o kontakt z przedstawicielstwem EPCOS AG w Rosji i krajach WNP.

Nie oszczędzaj na dławikach w obecności harmonicznych w sieci elektrycznej! Jak pokazuje praktyka, ta „oszczędność” doprowadzi do awarii kondensatorów w ciągu 6-10 miesięcy! Wymiana kondensatorów, biorąc pod uwagę koszt instalacji, będzie kosztować tyle samo pieniędzy, ile pójdzie na wstępną instalację dławików!

12.Dobierz odpowiednie komponenty korzystając z tabel opracowanych przez EPCOS (lub z pomocą przedstawiciela firmy) dla wyregulowanych korektorów filtrów oraz standardowych wartości dla mocy efektywnej, napięcia sieciowego, częstotliwości i z góry określonego współczynnika p.

Zawsze używaj tylko oryginalnych komponentów EPCOS zaprojektowanych do budowy skorygowanych współczynników mocy filtra. Należy pamiętać, że dławiki są podane dla ich skutecznej mocy dla wybranego napięcia i częstotliwości zasilania. Ta moc jest efektywną mocą obwodu LC przy częstotliwości podstawowej.

Napięcie znamionowe kondensatorów filtra rozstrojonego musi być wyższe niż napięcie zasilania, ponieważ połączenie szeregowe cewki indukcyjnej spowoduje przepięcie.Styczniki kondensatorów są specjalnie zaprojektowane do niezawodnej pracy z obciążeniami pojemnościowymi i muszą zapewniać zmniejszony prąd rozruchowy.

13. Jako zabezpieczenia przeciwzwarciowe mogą być stosowane bezpieczniki lub samoczynne bezpieczniki elektromagnetyczne. Bezpieczniki nie chronią kondensatorów przed przeciążeniem. Służą tylko do ochrony przed zwarciem. Prąd zadziałania bezpiecznika musi przekraczać prąd znamionowy kondensatora 1,6 ... 1,8 razy.