- Вступ
- споживачі електроенергії
- Основи компенсації реактивної потужності
- Види компенсації реактивної потужності
- Потреба в реактивної потужності
- Порівняння конденсаторної техніки
- MKP (метало плівкові) конденсатори виробництва компанії Electronicon
- MKPg - нове покоління сухих конденсаторів виробництва компанії Electronicon
- розрядні модулі
- Розрахунок потужності компенсації за рахунками за електроенергію
- Висновки
- Інші статті на цю тему:
2006
Дана стаття присвячена питанням компенсації реактивної потужності за допомогою металлоплёночних конденсаторів компанії Electronicon.
Вступ
При нормальних робочих умовах всі електричні споживачі, режим яких супроводжується постійним виникненням і зникненням магнітних полів (наприклад, індукційні двигуни, обладнання для зварювання), забирають від мережі не тільки активну, а й індуктивну реактивну потужність. Ця реактивна потужність необхідна для бездоганної роботи обладнання і, в той же час, може бути розглянута як небажана додаткове навантаження мережі. Коефіцієнт потужності споживача cosφ визначається як співвідношення споживаної активної потужності до повної потужності, дійсно взятої з мережі. Чим ближче значення cosφ до одиниці, тим менше частка взятої з мережі реактивної потужності.
споживачі електроенергії
Всі споживачі електроенергії діляться на лінійні і нелінійні. Лінійні споживачі беруть з мережі при доданому синусоїдальній напрузі синусоїдальний струм, який може бути зміщений щодо напруги по фазі. Лінійними споживачами є:
- електродвигуни трифазного струму;
- конденсатори;
- лампи розжарювання;
- резистивні нагрівальні елементи.
Нелінійні споживачі беруть з мережі при доданому синусоїдальній напрузі несинусоїдальний струм. Нелінійними споживачами є:
- вентильні електроприводи;
- перетворювачі частоти;
- агрегати і блоки резервного живлення;
- диммери, телевізійні апарати;
- елементи з насиченим магнітопроводом;
- світильники з газорозрядними лампами;
- дугові печі, зварювальні апарати;
- силові напівпровідникові прилади.
Основи компенсації реактивної потужності
Потужність P, що забирається від електричної мережі, є твір напруги мережі на споживаний струм:
Цей вислів дійсно для синусоїдальних періодичних величин тільки тоді, коли вони перебувають в одній фазі (рис. 1).
Мал. 1. Активне навантаження
Це відповідає випадку активного споживання електроенергії, такого як лампа розжарювання або електродвигун. При такому перетворенні потужності можна говорити про активному навантаженні.
Умовою для роботи електродвигунів і трансформаторів є наявність електромагнітного поля. Для таких пристроїв використовується інша частина споживаної електроенергії, вона називається реактивної енергією Q.
За рахунок індуктивного опору котушок індуктивності відбувається зрушення струму щодо напруги (рис. 2).
Мал. 2. Індуктивне навантаження
Проходження струмом точки «0» зрушено щодо напруги на фазовий кут φ. Так як струм своє значення змінює в часі після напруги, то йдеться про відставання струму від напруги по фазі (рис. 3).
Для створення магнітного поля необхідний реактивний струм, тому електричні виробничі потужності (лінії електропередач, генератори, трансформатори і т. Д.) Повинні бути розраховані на цю додаткову частину струму, тобто на геометричну суму активної і реактивної складових (рис. 3).
Мал. 3. Сума активної та реактивної складових повної потужності
При передачі струму непотрібна реактивна частина повинна бути по можливості мінімальною. З іншого боку, реактивну потужність використовує споживач, тому її потрібно намагатися підвести НЕ через мережу загального електропостачання, а іншим шляхом. У цьому допомагають конденсатори (ємнісні споживачі), що мають випереджаючий реактивний струм (рис. 4).
Мал. 4. Ємнісна навантаження
Якщо ємнісний опір одно за величиною індуктивному, то дії їх струмів взаємно знищуються. Таким чином, споживана від енергомереж (оплачувана) реактивна потужність може бути знижена або взагалі видалена (рис. 5).
Мал. 5. Баланс потужності
Процес зрівнювання кількості енергії електричного поля (конденсатора) і магнітного поля (індуктивності) називається компенсацією реактивної потужності.
Співвідношення активної потужності Pіполной потужності S показує cosφ:
Для компенсується реактивної потужності отримуємо:
Конденсатор рівній потужності Qc повністю компенсує реактивну потужність і підвищить коефіцієнт потужності до одиниці (cosφ = 1).
На практиці коефіцієнт потужності після компенсації в більшості випадків знаходиться в межах від 0,9 до 0,99 (рис. 5).
Необхідна потужність конденсаторів визначається наступним чином:
Види компенсації реактивної потужності
Індуктивної реактивної навантаженні, необхідної електричним споживачам, можна протидіяти за допомогою ємнісний навантаження, підключаючи точно розрахований конденсатор. Це дозволяє знизити реактивну потужність, що забирається з мережі, і називається коригуванням коефіцієнта потужності або компенсацією реактивної потужності. Залежно від підключення і форми застосування конденсаторів розрізняють кілька видів компенсації:
- Індивідуальна або постійна компенсація, при якій индуктивная реактивна потужність компенсується безпосередньо в місці її виникнення, що веде до розвантаження підвідних проводів (типово для окремих, в тривалому режимі працюють споживачів з постійною або щодо великою потужністю - асинхронні двигуни, трансформатори, зварювальні інструменти, розрядні лампи і т.д.).
- Групова компенсація, в якій аналогічно локальної компенсації для декількох одночасно працюючих індуктивних споживачів підключається спільний постійний конденсатор (що лежать поблизу один від одного електродвигуни, групи розрядних ламп). Тут також розвантажується підводить лінія, правда, тільки до розподільника на окремі споживачі.
- Централізована компенсація, при якій певне число конденсаторів підключається до головного або групового розподільного шаф. Таку компенсацію застосовують зазвичай у великих електричних системах зі змінним навантаженням. Конденсатори управляються електронним регулятором, який постійно аналізує потребу реактивної потужності в мережі. Такі регулятори включають або відключають конденсатори, за допомогою яких компенсується миттєва реактивна потужність загального навантаження і, таким чином, зменшується сумарна потреба мережі.
Компенсаційна установка складається з певного числа конденсаторних гілок, які в своєму побудові і ступенях підганяються до особливостей окремої конкретної мережі і до потреб її в реактивної потужності. Дуже поширені гілки в 12,5, 25 і 50 кВАр. Більші ступені включення, наприклад, в 100 кВАр або ще вище, досягаються включенням декількох малих гілок. Таким чином, знижується навантаження мережі струмами включення і, отже, зменшуються випливають з цього перешкоди (наприклад, імпульси струму). Якщо в мережі міститься велика частка вищих гармонік, то конденсатори зазвичай захищають дросселями (реакторами фільтруючого контуру).
Потреба в реактивної потужності
Одинична компенсація трансформаторів
Покриватися повинна тільки реактивна потужність холостого ходу трансформатора. Для трифазних трансформаторів, залежно від їх потужності, що компенсується потужність становить від 3 до 10% від номінальної потужності (табл. 1).
Таблиця 1. Нормативний показник потужності конденсаторів в залежності від напруги
Одинична компенсація зварювальних апаратів
Потужність конденсаторів обмежується потужністю зварювального трансформатора і становить від 40 до 50% його повної потужності. У зварювальних напівпровідникових випрямлячах постійного струму потужність становить 10% від їх повної потужності. Для зварювальних перетворювачів вибір проводиться так само, як і для електродвигунів змінного струму.
Одинична компенсація електродвигунів
Реактивна потужність конденсаторів не повинна перевищувати реактивну потужність холостого ходу електродвигуна. Надійність збільшується, якщо конденсатор підключається окремим контактором (табл. 2).
Таблиця 2. Нормативний показник споживання реактивної потужності
Одинична компенсація асинхронних генераторів
Потужність конденсаторів повинна становити від 35 до 50% від номінальної потужності генератора. Оскільки робоча потужність генератора схильна до великих коливань, потужність підключаються конденсаторів повинна регулюватися автоматично.
Таблиця 3. Нормативні показники для усередненого cosφ в залежності від приймачів електроенергії
Таблиця 4. Нормативні показники для усередненого cosφ в залежності від обладнання
Таблиця 5. Нормативні показники для усередненого cosφ в залежності від навантаження
Таблиця 6. Зниження величини струму і теплових втрат при встановленні конденсаторів
Порівняння конденсаторної техніки
Раніше при розрахунку установок компенсації реактивної потужності можна було виходити з мінімального терміну служби конденсаторів 10 років. Сьогодні спостерігаються більш часті випадки виходу конденсаторів з ладу при меншому терміні їх служби.
Використовуючи свій багаторічний досвід, компанія Electronicon виділяє три групи причин:
- Підвищення температури в виробничих будівлях за рахунок ущільнення виробничих потужностей і більш спекотного літа в останні роки.
- Значне збільшення навантаження за рахунок впливу вищих гармонік, підвищення коливань напруги мережі і збільшення частоти включення.
- Збільшення кількості застосовуваних дешевих конденсаторів з гранично розрахованими параметрами в порівнянні з попередніми роками.
Одним з найважливіших факторів, що впливають на термін служби конденсаторів, є температура навколишнього середовища. Її підвищення, наприклад, на 7 ° С знижує очікуваний термін служби майже вдвічі.
Важливими чинниками також є імпульсна струмовий навантаження, навантаження вищими гармоніками і втрати потужності в конденсаторі.
MKP (метало плівкові) конденсатори виробництва компанії Electronicon
конструкція
Конденсатори виконані з металізованої Al-Zn поліпропіленової плівки з самовідновлюватися діелектриком, наповнені PUR-смолою. Монтуються дані конденсатори в алюмінієвому корпусі з захистом від надмірного тиску (рис. 1, 2).
Обидві торцеві сторони секції металлизируются методом напилення і гарантують високу струмовий навантаження і нізкоіндуктівний контакт між висновками і секцією. Для корпусу конденсатора з кріпильним болтом використовується пресований алюміній.
Секція сушиться під вакуумом. Після монтажу корпус конденсатора наповнюється поліуретанової смолою. Цим досягається збільшення терміну служби конденсатора, стабільність його ємності і поліпшення захисту від впливів зовнішнього середовища.
Переваги конденсаторів МКР
За рахунок безпосередньої металізації плівки при однакових розмірах плівки і однаковою напруженості поля вони мають менші габаритні розміри, ніж використовувані раніше конденсатори MPP. При ідентичних з MPP розмірах можна досягти більшого навантажувального напруги (при відповідній товщині діелектрика). Через відсутність паперової прокладки немає необхідності в дорогому процесі сушіння в вакуумі.
Однофазні та трифазні конденсатори мають діаметр 75-136 мм, корпус з пресованого алюмінію з кріпильним гвинтом і алюмінієвою кришкою.
Додаткові переваги конденсаторів МКР:
- особливо сприятливі для навколишнього середовища;
- незалежність робочих властивостей конденсаторів від способу монтажу;
- герметичність і надійність;
- значне зменшення ваги в порівнянні з МРР.
MKPg - нове покоління сухих конденсаторів виробництва компанії Electronicon
Застосування просочувальних матеріалів і наповнювачів необхідно для захисту конденсаторних електродів від впливів кислот, вологості та інших перешкод зовнішнього середовища. Без такої ізоляції відбудеться корозія металевих обкладок і зростання числа окремих часткових розрядів. Наслідком цього було б зростання електричних втрат і скорочення терміну служби. Вже багато років фахівці компанії Electronicon досліджують різні шляхи для досягнення надійного консервування конденсатора. Хоча до останнього часу з застосовуваними для цих цілей PUR-смолою і мінеральним маслом були досягнуті чудові успіхи, фахівці вирішили для особливо високих вимог навколишнього середовища розробити новий тип конденсатора. Цей тип заснований на зарекомендувала себе протягом багатьох років в умовах підвищених перевантажень MPP-технології.
Мал. 6. Пристрій Металоплівкові конденсатора, виготовленого за технологією MKP / MKPg
Таблиця 7. Порівняльні характеристики конденсаторів, виготовлених по MKP- і MKPg-технологій
Після численних лабораторних досліджень і тривалих практичних випробувань компанія Electronicon представляє нове покоління MKP-конденсаторів з екологічно чистим наповнювачем (газом) - MKPg. Нова технологія гарантує ті ж високі технічні якості, ту ж випробувану робочу безпеку і надійність, що і виготовляються до теперішнього часу MKP-конденсатори з наповнювачем з синтетичної смоли.
Ці конденсатори:
- Особливо сприятливі для навколишнього середовища - газ, яким заповнюється новий конденсатор, повністю нейтральний. Таким чином, при знищенні старих конденсаторів не виникає проблеми витоку шкідливих рідин або газів.
- Мають зручний монтаж при високому ступені захисту, який гарантує оптимальну герметизацію конденсатора, дозволяє зручне підключення кабелів з перетином до 25 мм2, дозволяє прямий монтаж розрядних дроселів.
- Мають герметичністю і надійністю. При дотриманні нормального обслуговування конденсаторів витік газу майже неможлива. Навіть якщо витік станеться, це не буде пов'язано з перешкодами і забрудненнями. Витік газу в тривалий період часу може вести до зниження значення ємності. Проведені дослідження показали, що цей процес розтягується на багато років, протягом яких конденсатор залишається функціонально чинним. Навіть в разі пошкодження конденсатора, наприклад, виник в результаті тривалих перевантажень або невідновлюваних пробоїв в діелектрику, наростання внутрішнього тиску в конденсаторі буде відбуватися з достатньою силою і швидкістю, яка передбачає можливість відключення механізмом розриву ланцюга. Іншими словами, навіть в разі втрати газу механізм захисту спрацьовує безвідмовно.
- Значне зменшення ваги. Завдяки використанню інертного газу в якості наповнювача вага конденсаторів MKPg менше аналогів в середньому на 15-20%. Це принесе не тільки переваги при перевезенні та обслуговуванні, але і більше надійності при будь-якому варіанті монтажу конденсаторів.
Однофазні та трифазні конденсатори з діаметром 35-75 мм, трифазні конденсатори з діаметром 50-75 мм.
Корпус-пресований алюміній з кріпильним болтом.
Кришка пластикова, корпус з гумовим ущільненням.
Для конденсаторів серій 275.ХХХ і 276.ХХХ в залежності від вимог, що пред'являються в тому числі і до характеристик висновків, використовуються різні конструктивні виконання. На рис. 7 показані найбільш часто застосовуються рішення.
Мал. 7. Приклади конструктивного виконання конденсаторів Electronicon
розрядні модулі
Для конденсаторів з конструктивним виконанням L / M компанія Electronicon пропонує шість різних розрядних модулів (3 × 68, 82, 100, 120, 180, 300 кому) для розрядки як одиночних конденсаторів, так і груп послідовно з'єднаних конденсаторів. Опору змонтовані в захищеному від дотиків корпусі (IP20). Розрядні модулі розраховані таким чином, щоб розряд до 50 В відбувався менш ніж за 60 с.
Для конденсаторів з конструктивним виконанням A також пропонуються аналогічні розрядні групи (IP00). Розрядні модулі розраховані так, щоб розряд до 50 В відбувався менш ніж за 70 с.
Конденсатори з конструктивним виконанням K укомплектовуються внутрішніми розрядними модулями, розрахованими на розряд до 50 В менш ніж за 60 с.
Конкретні значення модулів можуть бути розраховані за наступними формулами:
t - час розряду, CT - ємність однієї фази, Ctotal - загальна ємність, UB - робоча напруга, UE - максимально допустима напруга за час t, R - значення опору.
На закінчення розглянемо кілька прикладів вибору необхідної конденсаторної потужності на практиці.
Розрахунок потужності компенсації за рахунками за електроенергію
Робочий тариф
У підсумку за електроенергію місячне споживання активної та реактивної енергії варто окремо. При досягненні коефіцієнта потужності cosφ = 0,9 витрати на реактивну енергію не враховуються, так як величина реактивної енергії становить не більше 50% від активної.
З місячного рахунку за електроенергію візьмемо величини витраченої активної і реактивної електроенергії.
приклад 1
Витрата активної енергії: 17 500 кВт⋅ч.
Витрата реактивної енергії: 21 000 кВт⋅ч.
Ці величини пов'язані між собою за допомогою tanφ:
Приймаємо для tanφ = 1,2 відповідний cosφ = 0,64. При роботі підприємства в середньому по 170 годин на місяць визначаємо середньогодинну навантаження (потужність):
Для того щоб домогтися підвищення коефіцієнта потужності від cosφ = 0,64 до cosφ = 0,9, потрібно взяти перерасчетний коефіцієнт
Для отримання необхідної потужності конденсаторів потрібно перемножити среднечасовую потужність на перерасчетний коефіцієнт f:
Потужність компенсаційної установки з прийнятним резервом приймаємо рівною 100 кВАр.
Тариф максимального навантаження
За основу в розрахунку візьмемо максимальну пікове навантаження за місяць. Так як енергозберігаюча організація враховує в даному випадку не активну, а повну потужність, потрібно прагнути до підвищення коефіцієнта потужності до одиниці.
З місячного рахунку за електроенергію візьмемо величину піку максимуму навантаження і актуальний (чинний).
приклад 2
Пік максимуму навантаження: 175 кВт.
Коефіцієнт потужності: cosφ1 = 0,7
Для бажаного cosφ2 = 1 отримуємо перерасчетний коефіцієнт f = 1,02.
Потужність компенсаційної установки з прийнятним резервом приймаємо рівною 200 кВАр.
Висновки
На практиці постійно намагаються компенсувати переваги і недоліки різних технологій виготовлення конденсаторів. При ретельному зважуванні технічних і економічних сторін питання вибору потрібно враховувати, що конденсатори, вироблені компанією Electronicon Kondensatoren, випускаються з резервом по напрузі і при максимальній напрузі навантажені на 80-85% можливого розрахункового напруги. Також варто взяти до уваги властивості самовідновлення використовуваного діелектрика.
Обидві описані технології виготовлення конденсаторів мають свої переваги і недоліки. Вирішальними критеріями при виборі є розрахунок матеріалів, якість виробництва і прийняття до уваги всіх технічних умов.
Застосування даних конденсаторів дає наступні вигоди:
- З поліпшенням коефіцієнта потужності споживач може знизити загальні витрати на електроенергію.
- Зменшення реактивного навантаження дозволяє виробникові енергії при тій же загальній потужності постачати додаткових споживачів корисним навантаженням.
- Поліпшення коефіцієнта потужності зменшує навантаження компонентів розподільчої мережі. Це подовжує термін їх служби.
Завантажити статтю в форматі PDF 
Інші статті на цю тему:
повідомити про помилку