Funkcja, zasada działania i obliczanie pojemności baterii kondensatorów

1. Podstawowa zasada działania

Większość obciążeń elektrycznych w przemysłowych systemach elektroenergetycznych to obciążenia indukcyjne, takie jak silniki asynchroniczne, transformatory, spawarki, lampy fluorescencyjne i elektromagnesy. Z punktu widzenia elektrycznego obciążenia te można uznać za kombinację rezystancji i indukcyjności połączonych szeregowo. W rezultacie prąd obciążenia opóźnia się w stosunku do napięcia, generując dużą ilość indukcyjnego prądu biernego i mocy biernej.

 

Całkowity prąd w obwodzie składa się z dwóch składników:

Prąd aktywny, który jest w fazie z napięciem i wykonuje użyteczną pracę, taką jak napędzanie silników i wytwarzanie ciepła;

 

Prąd bierny, który opóźnia napięcie o 90 stopni i służy wyłącznie do ustanawiania i utrzymywania pól elektromagnetycznych bez wytwarzania efektywnej pracy.

Chociaż prąd bierny nie generuje użytecznej mocy wyjściowej, nadal zajmuje pojemność transformatora i linii, zwiększa straty w systemie i zmniejsza ogólną jakość energii. Jest to jedna z głównych przyczyn marnotrawstwa energii w przemysłowych systemach elektroenergetycznych.

 

Natomiast prąd kondensatora wyprzedza napięcie o 90 stopni, co jest przeciwne w fazie do indukcyjnego prądu biernego. Gdy kondensatory są połączone równolegle z obciążeniami indukcyjnymi, pojemnościowy prąd bierny kompensuje część lub całość indukcyjnego prądu biernego, uzyskując w ten sposób kompensację mocy biernej. Jest to podstawowa zasada działania baterii kondensatorów.

2. Podstawowe funkcje baterii kondensatorów

Baterie kondensatorówsą szeroko stosowane w przemysłowych systemach dystrybucji energii-niskiego napięcia w celu poprawy współczynnika mocy, zmniejszenia strat mocy biernej, poprawy jakości energii i uzyskania oszczędności energii.

 

Do ich głównych funkcji należą:

• Poprawa współczynnika mocy

Pojemnościowa moc bierna generowana przez kondensatory kompensuje indukcyjną moc bierną obciążenia, zmniejszając różnicę faz między napięciem i prądem oraz skutecznie poprawiając współczynnik mocy systemu.

 

• Zmniejszanie strat linii i zapobieganie przeciążeniom

Redukując niepotrzebny prąd bierny w systemie, zmniejsza się odpowiednio całkowity prąd linii, co zmniejsza straty mocy w kablach i transformatorach oraz pomaga zapobiegać przeciążeniom spowodowanym nadmierną mocą bierną.

 

• Stabilizacja napięcia sieciowego

Ciężkie obciążenia indukcyjne często powodują spadki i wahania napięcia, które mogą mieć wpływ na normalną pracę sprzętu elektrycznego. Kompensacja kondensatorów pomaga ustabilizować napięcie na zaciskach i poprawić niezawodność zasilania.

 

• Zwolnienie mocy transformatora

Moc bierna zajmuje część mocy znamionowej transformatora, ograniczając jego zdolność do dostarczania mocy czynnej. Kompensacja mocy biernej uwalnia moc transformatora i poprawia efektywność wykorzystania sprzętu.

 

3. Struktura gabinetu i działanie Charakterystyka

3.1 Główne komponenty

Standardowy zespół kondensatorów niskiego-napięcia składa się głównie z:

• Obudowa szafki
• Szyny zbiorcze
• Wyłączniki automatyczne
• Przełączniki izolujące
• Styczniki prądu przemiennego
• Przekaźniki termiczne
• Odgromniki
• Kondensatory kompensacyjne
• Reaktory szeregowe
• Automatyczne regulatory współczynnika mocy
• Przyrządy pomiarowe
• Pierwotne i wtórne systemy okablowania
• Listwy zaciskowe

 

3.2 Charakterystyka robocza

Bateria kondensatorów działa automatycznie w normalnych warunkach i generalnie nie wymaga rutynowej ręcznej interwencji. Uruchamia się i zatrzymuje razem z głównym systemem zasilania.

 

Wbudowany-inteligentnykontrolerstale monitoruje warunki obciążenia i współczynnik mocy systemu w czasie rzeczywistym. W zależności od zapotrzebowania na moc bierną automatycznie włącza lub wyłącza baterie kondensatorów, aby utrzymać optymalny stan kompensacji i zminimalizować straty mocy biernej.

 

W przypadku rutynowej konserwacji należy przeprowadzać regularne inspekcje w celu sprawdzenia:

• Wyciek oleju z kondensatora lub jego spęcznienie
• Nienormalny hałas lub przegrzanie
• Luźne połączenia przewodów
• Starzejące się kable lub uszkodzone komponenty

 

4. Zagrożenia związane z niskim współczynnikiem mocy (nadmierna moc bierna)

Jeżeli w układach z dużymi obciążeniami indukcyjnymi nie zostanie zainstalowana kompensacja mocy biernej, współczynnik mocy znacznie się zmniejszy, co doprowadzi do następujących problemów:

• Wyższy prąd liniowy zwiększa straty cieplne w kablach i transformatorach, co skutkuje większym zużyciem energii i marnotrawstwem energii elektrycznej;
• Nadmierny spadek napięcia powoduje niestabilne i obniżone napięcie sieciowe, co może mieć wpływ na normalną pracę urządzeń elektrycznych;
• Moc bierna zajmuje pojemność transformatora i ogranicza dostępną moc czynną, zmniejszając efektywność wykorzystania urządzeń do dystrybucji energii.

 

5. Metoda obliczania wymaganej zdolności kompensacyjnej

Metoda doboru empirycznego do zastosowań przemysłowych

W praktycznych zastosowaniach inżynieryjnych wymaganą zdolność kompensacyjną przyjmuje się zazwyczaj jako mniej więcej-jedną trzecią wydajności znamionowej transformatora (jednostka: kVAR).

W zależności od rzeczywistej charakterystyki obciążenia i warunków pracy, zdolność kompensacyjna mieści się zazwyczaj w zakresie od 30% do 40% mocy znamionowej transformatora.

 

Przykład

Dla transformatora rozdzielczego 200 kVA:

Zalecana zdolność kompensacyjna:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 kVAR

Dlatego ogólnie zaleca się stosowanie baterii kondensatorów o pojemności od 60 kVAR do 80 kVAR, aby spełnić-wymagania dotyczące kompensacji mocy biernej na miejscu.