Instalacje kompensacji mocy biernej

W artykule opisano przeznaczenie oraz elementy konstrukcyjne zespołów kompensacyjnych energii biernej.

Kompensacja biernej energii elektrycznej jest jednym z najskuteczniejszych sposobów oszczędzania zasobów energetycznych. Nowoczesna produkcja jest nasycona dużą liczbą silników, sprzętu spawalniczego, transformatorów mocy. Zużywa to znaczną ilość mocy biernej do tworzenia pól magnetycznych w sprzęcie elektrycznym. W celu ograniczenia zużycia tego rodzaju energii z sieci zewnętrznych stosuje się układy kompensacji biernej energii elektrycznej. Konstrukcja, zasady działania i cechy ich wykorzystania zostaną omówione w tym artykule.

Stosowanie baterii kondensatorów do redukcji obciążenia biernego jest znane od dawna. Ale włączenie oddzielnych kondensatorów równolegle z silnikami jest ekonomicznie uzasadnione tylko przy znacznej mocy tych ostatnich. Zazwyczaj bank kondensatorów jest podłączony do silników o mocy większej niż 20-30 kW.

Jak rozwiązać problem redukcji obciążeń biernych w fabryce odzieżowej, w której stosuje się setki silników małej mocy? Do niedawna w podstacjach zakładowych podłączano stały zestaw baterii kondensatorów, który wyłączano ręcznie po zakończeniu zmiany roboczej. Z oczywistą niedogodnością zestawy takie nie nadążały za wahaniami mocy odbiorników w godzinach pracy i były nieefektywne. Nowoczesne agregaty skraplające mogą znacznie poprawić efektywność.

Sytuacja zmieniła się wraz z pojawieniem się specjalizowanych sterowników mikroprocesorowych, które mierzą wartość mocy biernej pobieranej przez odbiorniki, obliczają wymaganą wartość mocy baterii kondensatorów i podłączają (lub odłączają) ją od sieci. W oparciu o takie regulatory powstała szeroka gama automatycznych zespołów kondensatorów do kompensacji energii biernej. Ich moc waha się od 30 do 1200 kVar (moc bierna mierzona jest w kVarach).

Możliwości sterowników nie ograniczają się do pomiaru i przełączania baterii kondensatorów. Mierzą temperaturę w komorze urządzenia, mierzą wartości prądu i napięcia, monitorują kolejność podłączania akumulatorów i ich stan. Kontrolery mogą przechowywać informacje o sytuacjach awaryjnych, a także wykonywać dziesiątki określonych funkcji, zapewniając niezawodne działanie systemu kompensacji.

Bardzo ważną rolę w projektowaniu układów kompensacji mocy biernej odgrywają specjalne styczniki, które na sygnał ze sterownika załączają i rozłączają baterie kondensatorów.Na zewnątrz niewiele różnią się od zwykłych rozruszników magnetycznych używanych do przełączania silników.

Ale specyfika łączenia kondensatorów polega na tym, że w momencie przyłożenia napięcia do jego styków rezystancja kondensatora jest praktycznie zerowa. Na ładunek kondensatora pojawia się prąd rozruchowy, który często przekracza 10 kA. Takie przepięcia mają szkodliwy wpływ zarówno na sam kondensator, urządzenie przełączające, jak i sieć zewnętrzną, powodując erozję styków zasilających i powodując szkodliwe zakłócenia w okablowaniu elektrycznym.

Aby przezwyciężyć te problemy, opracowano specjalną konstrukcję styczników, w której po przyłożeniu napięcia do kondensatora jego ładunek przechodzi przez pomocnicze obwody ograniczające prąd, a dopiero potem włączane są główne styki zasilania. Taka konstrukcja pozwala uniknąć znacznych skoków prądu ładowania kondensatorów, wydłużyć żywotność zarówno baterii kondensatorów, jak i samego specjalnego stycznika.

Wreszcie głównymi i najdroższymi elementami układów kompensacyjnych są baterie kondensatorów... Nałożone na nie wymagania są dość surowe i sprzeczne. Z drugiej strony muszą być zwarte i mieć niskie straty wewnętrzne. Muszą być odporne na częste procesy ładowania i rozładowywania oraz charakteryzować się długą żywotnością. Ale kompaktowość i niskie straty wewnętrzne prowadzą do wzrostu skoków prądu ładowania, wzrostu temperatury wewnątrz opakowania produktu.

Nowoczesne kondensatory wykonane w technologii cienkowarstwowej.Używają metalizowanej folii i hermetycznie zamkniętego uszczelniacza bez impregnacji olejem. Taka konstrukcja umożliwia uzyskanie produktów o niewielkich rozmiarach o znacznej mocy. Na przykład kondensatory cylindryczne o pojemności 50 kVar mają wymiary: średnica 120 mm i wysokość 250 mm.

Podobne stare baterie kondensatorów olejowych ważyły ​​ponad 40 kg i były 30 razy większe niż nowoczesne produkty. Ale ta miniaturyzacja wymaga podjęcia działań w celu schłodzenia obszaru, w którym zainstalowane są baterie kondensatorów. Dlatego w instalacjach automatycznych wymuszony przedmuch wentylatorami komory skraplacza jest obowiązkowy.

Ogólnie rzecz biorąc, tworzenie jednostek kondensatorowych wymaga uwzględnienia dużej liczby parametrów pracy: stanu sieci elektrycznych użytkownika, zapylenia, charakteru obciążenia silnika i wielu innych czynników wpływających na niezawodność i wydajność układów kompensacyjnych.