Принцип коррекции коэффициента мощности
Нагрузки, такие как асинхронные двигатели, вызывают значительную реактивную мощность из системы питания, и может возникнуть плохой общий коэффициент мощности. Поток реактивной мощности увеличивает падение напряжения через последовательные реактивные сопротивления, такие как трансформаторы и реакторы, он использует некоторую текущую пропускную способность установки энергосистемы и увеличивает резистивные потери в энергосистеме.
Советы по коррекции коэффициента мощности и хорошей защите конденсаторов (на фото: защита PFC и конденсаторов, кредит: janitza.com)
Чтобы компенсировать потери и ограничения в мощности установок, которые они берут на себя и помогать в регулировании напряжения, коммунальные услуги обычно применяют тарифные санкции к крупным промышленным или коммерческим клиентам для эксплуатации своего завода с чрезмерно низким коэффициентом мощности.
Таким образом, заказчик повышает коэффициент мощности своей системы, и может быть экономически выгодным установить фиксированное или переменное оборудование для коррекции коэффициента мощности для повышения или регулирования коэффициента мощности установки до приемлемого уровня. Шунтирующие конденсаторы часто используются для повышения коэффициента мощности.
Основа для компенсации проиллюстрирована на рисунке 1, где ∠φ 1 представляет собой нескорректированный угол коэффициента мощности, а ∠φ 2 - угол, относящийся к требуемому коэффициенту мощности, после коррекции.
Рисунок 1 - Принцип коррекции коэффициента мощности
Из этой векторной диаграммы можно вывести следующее:
Некорректированный коэффициент мощности = кВт / кВтA 1 = cos∠φ 1
Корректированный коэффициент мощности = кВт / кВтA 2 = cos∠φ 2
Уменьшение кВА = кВА 1 - кВА 2
Если известны мощность кВт и нескорректированные коэффициенты мощности, то значение конденсатора в кваре для достижения заданной степени коррекции может быть рассчитано из:
Конденсатор kVAr = кВт × (tan cos∠φ 1 - tan cos∠φ 2)
Таблицу можно легко построить, чтобы вычислить требуемое количество компенсации для достижения желаемого коэффициента мощности.
Конденсаторный контроль
Если нагрузка на установку или коэффициент мощности установки сильно различаются, необходимо контролировать коррекцию коэффициента мощности, поскольку чрезмерная коррекция приведет к чрезмерному напряжению в системе и ненужным потерям.
В некоторых промышленных системах конденсаторы переключаются вручную, когда это необходимо, но автоматические контроллеры являются стандартной практикой.
Контроллер обеспечивает автоматическую коррекцию коэффициента мощности путем сравнения коэффициента мощности работы с целевым значением.
Основываясь на доступных группировках, подходящий объем емкости включается или выходит для поддержания оптимального среднего коэффициента мощности. Контроллер оснащен релейным элементом «потеря напряжения», чтобы гарантировать, что все выбранные конденсаторы будут отключены мгновенно, если произойдет прерывание напряжения питания.
Когда напряжение питания восстанавливается, конденсаторы последовательно подключаются по мере запуска установки. Чтобы гарантировать, что группы конденсаторов деградируют примерно с одинаковой скоростью, контроллер обычно поворачивает выбор или произвольно выбирает группы того же размера, чтобы выровнять время соединения.
Предоставление защиты от перенапряжения для отключения конденсаторной батареи также желательно в некоторых приложениях. Это будет предотвращать серьезное перенапряжение системы, если контроллер коррекции коэффициента мощности (ПФУ) не сможет предпринять быстрые корректирующие действия.
Конструкция установок PFC должна учитывать, что многие промышленные нагрузки генерируют гармонические напряжения, в результате конденсаторы PFC могут поглощать значительные гармонические токи. Может потребоваться гармоническое исследование для определения тепловых характеристик конденсатора или необходимости использования последовательных фильтров.
Коррекция коэффициента мощности двигателя
При работе с коррекцией коэффициента мощности нагрузки двигателя групповая коррекция не всегда является наиболее экономичным методом. Некоторые промышленные потребители применяют конденсаторы к отдельным моторным подстанциям, а не применяют всю коррекцию на основных сборных подстанциях.
Иногда коррекция коэффициента мощности может даже применяться к отдельным моторам, что приводит к оптимальному коэффициенту мощности, который достигается при всех условиях агрегатной нагрузки двигателя.
В некоторых случаях лучший запуск двигателя также может быть результатом улучшения регулирования напряжения из-за конденсатора. Конденсаторы двигателей часто являются шестиконтактными устройствами, и конденсатор может быть удобно подключен непосредственно к каждой обмотке электродвигателя.
Важное значение для конденсатора важно, так что ведущий коэффициент мощности не возникает при любом состоянии нагрузки. Если к двигателю приложена избыточная емкость, то может произойти самовозбуждение при выключенном двигателе или при сбое питания. Это может привести к высокому напряжению или механическому повреждению при внезапном восстановлении подачи.
Поскольку большинство стартеров звезды / дельта или автотрансформатора, кроме типов «Korndorffer», связаны с переходным разрывом в питании, обычно рекомендуется, чтобы номинальная мощность конденсатора не превышала 85% реактивной мощности намагничивания двигателя.
Защита конденсатора
При рассмотрении защиты конденсаторов следует учитывать временный пусковой ток, возникающий при включении, так как это может достигать пиковых значений около 20-кратного нормального тока. Распределительное устройство для использования с конденсаторами обычно значительно ухудшается, чтобы это можно было сделать. Пусковые токи могут быть ограничены резистором последовательно с каждым конденсатором или банком конденсаторов.
Защитное оборудование требуется для предотвращения разрыва конденсатора из-за внутренней неисправности, а также для защиты кабелей и связанного с ними оборудования от повреждений в случае отказа конденсатора.
Если для трехфазного конденсатора предусмотрен предохранитель, следует использовать предохранители HRC с номинальным током не менее чем в 1, 5 раза от номинального тока конденсатора.
Рисунок 2 - Защита банков конденсаторов
Конденсаторы среднего напряжения могут быть защищены схемой, показанной на рисунке 2 выше. Поскольку гармоники увеличивают ток конденсатора, реле будет реагировать более правильно, если оно не имеет встроенной настройки для подавления гармоник.
Двухконтурные конденсаторные батареи используются при среднем напряжении.
Как показано на рисунке 3, трансформатор тока в межзвездном соединении может использоваться для управления защитным реле для обнаружения токов внебаланса, которые будут протекать, когда элементы конденсатора будут замыкаться или разомкнуты.
Реле будет иметь настраиваемые параметры тока, и он может содержать схему смещения, подаваемую из внешнего трансформатора напряжения, которая может быть отрегулирована для компенсации постоянного тока разлива в межзвездном соединении.
Рисунок 3 - Защита банков-конденсаторов с двойной звездой
Некоторые промышленные нагрузки, такие как дуговые печи, связаны с большими индуктивными компонентами, и коррекция часто применяется с использованием очень больших высоковольтных конденсаторов в различных конфигурациях.
Другая конфигурация конденсатора высокого напряжения представляет собой схему «разделенной фазы», в которой элементы, составляющие каждую фазу конденсатора, разделяются на два параллельных пути.
Ссылка // Руководство по сетевой защите и автоматизации от General Electric (ex Alstom)