+7 (495) 981-9839
+7 (495) 642-5882

Rus Eng
Заказ обратного звонка
заказать звонок тел.: +7 (495) 981-9839
+7 (495) 642-5882
+7 (498) 653-4068
sales@khomovelectro.ru
Отправить заявку
Компания «Хомов электро» — завод-изготовитель, имея многолетний опыт работы на рынке электротехнического оборудования по производству конденсаторных установок и налаженные прямые поставки комплектующих высокого качества для компенсации реактивной мощности от мировых производителей, — признанных лидеров в своих отраслях бизнеса, готова оперативно и качественно выполнить ваш заказ на изготовление и поставку оборудования в срок.
большой опыт работы
качество продукции
оперативность выполнения
индивидуальный подход

Расчет компенсирующего устройства


	
		
			

Типичным примером компенсации реактивной мощности, который не так часто рассматривается, но однозначно важен для практики, является компенсация реактивной мощности трансформатора, используемого для распределения электроэнергии. По сути, задача заключается в компенсации реактивной мощности, потребляемой ненагруженным трансформатором (что характерно для ночного времени). Расчет необходимой мощности компенсирующего устройства несложен и основан на выражении:

где

I0% – ток намагничивания трансформатора;

AN – полная мощность трансформатора [кВА];

При отсутствии указанных параметров удобно воспользоваться следующей таблицей.

Полная мощность трансформатора (кВА) Масляный трансформатор (квар) Сухой трансформатор (квар)
10 1 1,5
20 2 1,7
50 4 2
75 5 2,5
100 5 2,5
160 7 4
200 7,5 5
250 8 7,5
315 10 7,5
400 12,5 8
500 15 10
630 17,5 12,5
800 20 15
1000 25 17,5
1250 30 20
1600 35 22
2000 40 25
2500 50 35
3150 60 50

Рассмотрим еще один пример коррекции коэффициента мощности и расчета компенсирующего устройства – индивидуальную компенсацию трехфазных асинхронных двигателей. Наиболее вероятные значения реактивных мощностей приведены в таблице:

Мощность двигателя Требуемая реактивная мощность (квар)
л.с. кВт 3000 об/мин 1500 об/мин 1000 об/мин 750 об/мин 500 об/мин
0,4 0,55 - - 0,5 0,5 -
1 0,73 0,5 0,5 0,6 0,6 -
2 1,47 0,8 0,8 1 1 -
3 2,21 1 1 1,2 1,6 -
5 3,66 1,6 1,6 2 2,5 -
6 5,15 2 2 2,5 3 -
10 7,36 3 3 4 4 5
15 11 4 5 5 6 6
30 22,1 10 10 10 12 15
50 36,8 15 20 20 25 25
100 73,6 25 30 30 30 40
150 110 30 40 40 50 60
200 147 40 50 50 60 70
250 184 50 60 60 70 80

Будьте осторожны: при индивидуальной компенсации реактивной мощности электрических машин и прямом подключении конденсатора к зажимам машины емкость конденсатора не должна быть слишком большой. Конденсатор, включенный в параллель с машиной, может выступать в качестве "источника питания" для двигателя, что приводит к сильным перенапряжениям (явление самовозбуждения). Для машин с фазным ротором емкость конденсатора следует увеличить на 5%.

Коррекция коэффициента мощности: технические аспекты

Недавнее упразднение государственного регулирования рынка электроснабжения и появление многочисленных электроснабжающих компаний привели к появлению множества способов тарификации, во многих из которых коэффициент мощности не тарифицируется явно.

Однако конечная стоимость электроэнергии стабильно растет, и оптимизация коэффициента мощности становится все более и более оправданной.

В большинстве случаев установка оборудования для улучшения коэффициента мощности окупается за несколько месяцев.

Установка конденсаторной батареи дает следующие преимущества:

  • уменьшение потерь в сети и трансформаторах за счет уменьшения протекающего тока;
  • уменьшение падения напряжения в линиях;
  • оптимизация типоразмеров оборудования распредсистемы.

Ток I, текущий в системе, определяется формулой:

где

P – активная мощность;

V – номинальное напряжение.

По мере увеличения cos ? ток, необходимый для получения одной и той же активной мощности, снижается. Как следствие, снижаются потери в сети и необходимая мощность трансформаторов. Как следствие, появляется возможность сэкономить на оборудовании за счет снижения необходимой мощности и типоразмеров.

Правильный выбор мощностей и типоразмеров оказывает влияние на падение напряжения в линиях. Это легко понять из следующей формулы:

где

P – активная мощность в сети (кВт);

Q – реактивная мощность в сети (квар);

R – активное сопротивление кабеля, а X – его индуктивное сопротивление (R<

Установка конденсаторной батареи приводит к снижению Q, благодаря чему уменьшается падение напряжения. Если в результате неправильного расчета емкости конденсаторной батареи "реактивный" компонент уравнения станет отрицательным, вместо снижения падения напряжения мы получим повышение напряжение на конце линии (эффект Феранти), что может быть опасным для подключенных к ней нагрузок.

Ниже приведен пример, иллюстрирующий изложенные выше положения:

  1. Потери активной мощности (кВт) для медного кабеля 3х25 мм2, питающего нагрузку 40 кВт/400 В, в функции cos ?;
  2. Выдаваемая трансформатором мощностью 100 кВА активная мощность, в функции cos ?.
cos φ 1) 2)
0,5 3,2 50
0,6 2,3 60
0,7 1,6 70
0,8 1,3 80
0,9 1 90
1   100

Нетрудно видеть, что с ростом коэффициента мощности снижаются потери в сети и растет активная мощность, которую можно снять с трансформатора при одной и той же полной мощности (кВА).

Это позволяет оптимизировать параметры оборудования распредсистемы.

Расчет компенсирующего устройства: гармоники в сети

Искажения формы напряжения и тока вызываются нелинейными нагрузками (инверторами, насыщающимися трансформаторами, выпрямителями и т.д.). Они могут приводить к следующим проблемам:

  • На двигателях переменного тока наблюдается повышенная вибрация, которая может снизить их срок службы. Повышение потерь приводит к перегреву и ускоренному старению изоляции.
  • В трансформаторах возрастают потери в стали и в меди, что может привести к повреждению обмоток. Присутствие постоянной составляющей в токе приводит к насыщению магнитопровода и росту тока намагничивания.
  • Конденсаторы страдают от перегрева и перенапряжений, что снижает их срок службы.

На рис. 1 показана форма тока (или напряжения), создаваемого нелинейной нагрузкой. Она представляет собой периодическую функцию и может быть представлена как сумма множества синусоидальных составляющих. Составляющая с частотой 50 Гц называется основной гармоникой, а составляющие с кратными 50 Гц частотами – высшими гармониками или просто гармониками.

Установка систем коррекции коэффициента мощности без учета картины с высшими гармониками не рекомендуется. Это связано с тем, что даже при применении усиленных конденсаторов, устойчивых к перегрузкам, их установка может привести к росту токов гармоник и различным негативным последствиям. Например, при равенстве индуктивного и емкостного сопротивлений, возникает явление резонанса:

Идеальный источник тока на схеме замещения моделирует двигатель, представляющий собой источник гармоник. Ток указанных гармоник не зависит от индуктивности внешней цепи. Индуктивность LCC, образующая с конденсатором С колебательный контур, представляет собой индуктивность на стороне источника питания системы (обычно она соответствует индуктивности короткого замыкания трансформатора). Резонансная частота контура при этом составит:

Scc – мощность короткого замыкания сети (МВА)

Q – мощность конденсаторной батареи КРМ (квар)

A – номинальная мощность трансформатора (кВА)

Vcc% - напряжение короткого замыкания трансформатора, %

N – порядок резонансной гармоники

При параллельном резонансе в цепи ток и напряжение в контуре LCC – C резко возрастают, и то же самое происходит с близкими к резонансной частоте токами гармоник.

Например:

A = 630 кВА (номинальная мощность трансформатора)

Vcc% = 6 (напряжение короткого замыкания, %)

Q = 300 квар (реактивная мощность батареи КРМ)

Полученный результат означает, что контур "трансформатор – конденсаторная батарея" имеет частоту параллельного резонанса 300 Гц (Nx50 Гц). Это означает высокую вероятность усиления токов 5-й и 7-й гармоник.

Наиболее удобным решением, позволяющими избежать резонанса, является использование расстраивающего фильтра, который образуется при установке дополнительного реактора последовательно с конденсаторами. При этом образуется более сложная цепь, которая тоже склонна к резонансу, но частота его лежит ниже частоты первой имеющейся гармоники.

При использовании данного решения, частота параллельного резонанса

Обычно резонансная частота между конденсатором и последовательной индуктивностью сдвигается ниже 250 Гц и принимается между 135 и 210 Гц. При этом более низкие частоты соответствую повышению нагрузки из-за гармоник.

При установке индуктивности последовательно с конденсатором частота последовательного резонанса составляет:

Если в системе присутствует ток гармоники Ih с частотой, равной частоте последовательного резонанса, этот ток будет полностью зашунтирован колебательным контуром и не попадет в сеть. Это явление можно использовать для снижения суммарного коэффициента искажений тока (THD) в системе:

I1 – составляющая с частотой основной гармоники (50 Гц) в общем токе;

I3 , I5… - гармоники с частотами кратными частоте основной гармоники (150 Гц, 250 Гц, 350 Гц, ...)

Выбор параметров резонансных/пассивных фильтров связан со следующими характеристиками системы:

  • импеданс сети (ослабление гармоник тем выше, чем ниже мощность короткого замыкания сети; в некоторых случаях целесообразно устанавливать последовательно с линией реактор для повышения эффективности фильтрации);
  • присутствие других нагрузок, генерирующих гармоники в других узлах сети;
  • типы конденсаторов.

По последнему пункту хотелось бы отметить следующее. Конденсаторы, как известно, постепенно теряют емкость с течением времени, что неизбежно приводит к изменению резонансной частоты:

Это явление может быть опасным, поскольку в системе могут возникнуть условия для появления параллельного резонанса. В этом случае фильтр не только не поглощает гармоники, но и даже усиливает их. Для того, чтобы гарантировать постоянство емкости, мы используем специальные конденсаторы на базе фольгированной бумаги и полипропилена с масляной пропиткой. Помимо пассивных фильтров, состоящих из конденсаторов и реакторов, для подавления гармоник применяется и другой тип фильтров – активные фильтры. Их принцип действия основан на вводе токов, находящихся в противофазе с токами гармоник, создаваемыми нелинейными нагрузками.

Расчет компенсирующего устройства: присутствие искажений напряжения

Во многих промышленных системах электроснабжения, а также коммерческом секторе, присутствуют нелинейные нагрузки (инверторы, сварочные аппараты, газоразрядные лампы компьютеры, электроприводы и т.д.), которые искажают форму тока. Для учета их влияния используется параметр THDI%.

Если ток синусоидален, то THDI% равен нулю; чем больше искажения, тем выше THDI%.

В системах с очень сильными искажениями тока оборудование для коррекции коэффициента мощности выполняется в виде "батарей с фильтрами" (или "антирезонансных", "отстроенных" и т. п. батарей), содержащих реакторы, не позволяющие токам гармоник протекать через конденсаторы и снижать их срок службы.

Обычно напряжение в сети остается синусоидальным даже при очень сильных искажениях тока. Однако, если внутреннее сопротивление трансформатора СН/НН велико, возможно искажение формы напряжения. В этом случае несинусоидальный ток вызывает падение напряжения на указанном сопротивлении, форма которого соответствует форме тока. Как следствие, к потребителям на стороне НН поступает несинусоидальное напряжение (с некоторым THDV%).

Значение THDV% довольно редко достигает 8% (предел, установленный МЭК EN 50160), но это возможно, если, например, трансформатор СН/НН имеет большое внутреннее сопротивление и/или перегружен (насыщен).

На объекте с искажениями напряжения могут возникать различные проблемы, характер которых зависит от имеющегося оборудования (поломка или ненормальная работа электронных устройств, таких как реле, ПЛК, контроллеры, компьютеры, выпуск несоответствующей продукции и т.п.). Применительно к задачам коррекции коэффициента мощности, высокий THDV% негативно влияет на отсекающие реакторы, используемые в установках компенсации реактивной мощности.

Это может приводить к насыщению и перегреву реакторов, вплоть до их выхода из строя, и/или проблемам с конденсаторами, что потребует отключения батареи, используемой для коррекции коэффициента мощности. Это влечет за собой убытки (штрафы за низкий cos ?) и проблемы технического плана, связанных с увеличением токов через линии (кабели, шины) и трансформаторы.

Для подобных случаев компания Хомов электро разработала специальные серии устройств КРМФ. В них применяются усиленные конденсаторы на основе пленки с двусторонней металлизацией и качественные измерительные приборы для контроля электрических параметров. Высокая линейность реактивного сопротивления позволяет длительно работать при THDV до 8% включительно.

Расчет компенсирующего устройства: присутствие солнечных энергоустановок

Если на объекте промышленного потребителя установлена солнечная электростанция, активная мощность, потребляемая из сети, снижается, поскольку она вырабатывается солнечной энергоустановкой и потребляется непосредственно на объекте.

Как следствие, изменяется соотношение между активной и реактивной мощностями, потребляемыми из сети, и коэффициент мощности с солнечной энергоустановкой оказывается ниже, чем без нее. Поэтому, во избежание штрафов за низкий коэффициент мощности, особое внимание должно быть коррекции коэффициента мощности, т.к. в противном случае низкий cos ? может свести на нет все выгоды от собственной электростанции.

Рассмотрим коррекцию коэффициента мощности как с точки зрения установленной мощности, так и с точки зрения конструкции. Увеличение коэффициента мощности фактически меняет условия возникновения резонанса с участием питающего систему трансформатора СН/НН. Если солнечная энергоустановка в состоянии выработать больше электроэнергии, чем потребляется в текущий момент, избыточную энергию можно отдавать в сеть. В этом случае корректор коэффициент мощности должен иметь возможность работы во всех четырех квадрантах. При этом два "стандартных" квадранта используются при работе потребителей, потребляющих из сети как активную, так и реактивную мощность, а два дополнительных – для работы объекта в качестве "генератора", когда активная мощность отдается в сеть, хотя реактивная мощность все равно потребляется.

Все электронные контроллеры cos ?, выпускаемые компанией Хомов электро, способны работать в четырех квадрантах. При этом можно задавать два целевых значения cos ? для оптимизации экономических показателей системы. Для "генерирующих" квадрантов может изменять ряд настроек. Рекомендуется задавать величину, равную 1, для оптимизации работы батареи КРМ. Более подробная информация по контроллерам cos ? приведена в соответствующих руководствах по эксплуатации. Для получения максимальной выгоды от установки батареи КРМ, мы рекомендуем применение конденсаторов на основе бумаги с двусторонней металлизацией, поскольку только такие конденсаторы гарантируют срок службы, соизмеримый со сроком службы солнечной энергоустановки.

143405, Московская область, г. Красногорск, ул. Ильинский тупик, д.6, Бизнес-центр "Березовая роща", офис 5.
Тел.: +7 (495) 981-98-39, +7 (495) 642-58-82, +7 (498) 653-40-68, факс:+7 (498) 653-40-69.
E-mail: sales@khomovelectro.ru. Время работы: с 8:00 до 17:00. © 2017 «Хомов электро»