Что такое конденсаторные батареи?

Блоки конденсаторов представляют собой сборки из нескольких силовых конденсаторных элементов, соединенных последовательно, параллельно или смешанным образом, чтобы группа соответствовала целевому номиналу напряжения и требуемой реактивной мощности (кВАр). Предприятия обычно подключают такую сборку параллельно (шунтом) к шине или нагрузке для подачи местной реактивной мощности и повышения коэффициента мощности.

Это руководство охватывает роль установки, то, как опережающие токи компенсируют индуктивные двигатели, основные типы, выбор места размещения и случаи, когда гармоники делают обычную конденсаторную батарею неверным первым шагом. Инструкции по расчету мощности в квар см. в нашей отдельной расчет мощности конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности статья вместо того, чтобы использовать эту страницу как калькулятор.

Что такое конденсаторная батарея

Батарея конденсаторов — это не один корпус с двумя выводами, а спроектированная группа конденсаторных блоков, скомпонованных так, чтобы номиналы напряжения и киловар (кВАр) соответствовали требованиям конкретного применения.

Каждый блок запасает энергию в электрическом поле между проводниками, разделенными диэлектриком. Последовательные цепочки увеличивают напряжение, которое сборка может выдержать. Параллельные ветви увеличивают общую реактивную мощность.

Готовая батарея может располагаться на открытом стеллаже, в металлическом шкафу, на мачтовой раме или в шкафу низковольтной компенсации.

На языке растений вы также услышите батарея шунтирующих конденсаторов или батарея конденсаторов для повышения коэффициента мощности. А шунтовое соединение это означает, что батарея конденсаторов подключена параллельно нагрузке или шине — стандартная промышленная схема. Последовательные батареи, включенные в разрыв длинной линии электропередачи, решают другую задачу энергосистемы и остаются за рамками данного обсуждения оборудования НН.

Роль конденсаторных установок в электрической системе предприятия

Конденсаторные батареи устанавливаются на предприятиях главным образом для компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторных установокони обеспечивают поставку реактивной мощности на месте, поэтому индуктивное оборудование не потребляет столько отстающего тока через вышестоящие трансформаторы, кабели и фидеры энергосистемы.

Двигатели, трансформаторы и многие пускорегулирующие аппараты для освещения нуждаются в намагничивающем токе. Этот ток выполняет мало полезной механической или тепловой работы, но тем не менее учитывается в полной мощности (кВА). Коэффициент мощности — активная мощность, деленная на полную мощность — падает, когда этот отстающий реактивный спрос велик.

Многие коммунальные предприятия США могут взимать дополнительные платы, когда коэффициент мощности на объекте падает ниже примерно 0,95. Даже без штрафа отдельной строкой лишний ток все равно создает нагрузку на заводское оборудование.

Когда правильно установленная конденсаторная установка генерирует опережающую реактивную мощность вблизи таких нагрузок, энергоснабжающая организация и главные трансформаторы предприятия видят меньшую реактивную составляющую. Ток в фидере может снижаться при той же активной мощности технологической нагрузки, а высвободившаяся мощность трансформаторов становится доступной для роста производства.

Если вам все еще нужна общая идея самой компенсации, начните с Что такое компенсация реактивной мощности?, а затем вернитесь сюда, чтобы ознакомиться с концепцией банка как оборудования.

Как конденсаторные батареи генерируют реактивную мощность

Конденсаторные батареи вырабатывают реактивную мощность, потребляя опережающий ток, который компенсирует отстающий ток, потребляемый индуктивными нагрузками.

В сети переменного тока ток идеального конденсатора опережает напряжение на его заделах примерно на девяносто градусов. Намагничивающий ток асинхронного двигателя отстает от напряжения. Если подключить конденсатор параллельно фидеру двигателя или общей шине, эти два реактивных тока частично компенсируют друг друга.

Настоящая мощность по-прежнему поступает на вал. “Поперечный” реактивный обмен происходит более локально — между двигателем и конденсатором, вместо того чтобы передаваться на всё расстояние от электростанции.

Представьте реактивную мощность как ту часть тока, которая поддерживает существование магнитных полей. Эта батарея становится локальным резервуаром для такого обмена. Контроллеры и переключатели определяют, сколько ступеней этого резервуара задействовано по мере изменения нагрузки предприятия.

Выбор глубоких кВАр, таблицы тангенсов фи и рабочие таблицы целевого коэффициента мощности должны находиться в руководстве по расчету под напряжением, ссылка на которое приведена выше. Этот раздел лишь фиксирует механизм, чтобы последующие выборы типа и риска имели смысл.

Основные типы конденсаторных батарей в общих чертах

В большинстве проектных обсуждений конденсаторные установки классифицируются по способу управления и наличию рассогласования гармоник, а не по брендам.

Маркировочные ярлыки на электротехнических объектах или объектах среднего напряжения — открытых стеллажах, металлических сборных корпусах, рамах на опорах или мобильных прицепах — описывают тип корпуса и способ монтажа, а не иное электротехническое назначение. На низковольтных промышленных объектах чаще реализуется та же идея в виде ступеней, устанавливаемых в шкафу, с контакторами или полупроводниковыми ключами, иногда интегрированными в интеллектуальный конденсатор модули.

Тип защиты (конструкции со встроенными предохранителями, внешними предохранителями или без предохранителей на стеллажах среднего напряжения) имеет значение для технического обслуживания и поведения при неисправностях. Он не меняет первый вопрос читателя: является ли это статической конденсаторной батареей, автоматической конденсаторной батареей или расстроенной конденсаторной батареей?

Где устанавливаются конденсаторные установки на предприятии

Конденсаторные батареи устанавливаются там, где проблема реактивной мощности концентрируется в достаточной степени для оправдания затрат на оборудование — и где их коммутация не создаст проблем для чувствительного оборудования.

Отделы закупок часто начинают с централизации, поскольку смета выглядит простой. Технологи-инженеры иногда предпочитают местные трансформаторы (или пускатели) для самых крупных двигателей, чтобы главная шина никогда не несли этот намагничивающий ток.

Смешанные установки используют и то, и другое: скромную центральную батарею плюс локальную компенсацию на нескольких мощных машинах. Правильная карта зависит от измеренных профилей нагрузки, а не от универсального лозунга.

Пределы, гармоники и когда банк — неправильный первый шаг

Батарея конденсаторов может дать сбой (или вызвать обратный выброс) при коммутационных переходных процессах или параллельном подключении. гармонический резонанс с нелинейными нагрузками перегружают диэлектрик, плавкие предохранители и близлежащие приводы.

Включение батареи конденсаторов — это не мягкий процесс. Броски тока и возмущения напряжения возникают при взаимодействии емкости с индуктивностью системы. Коммутация по схеме «спина к спине» — включение одной батареи при уже работающей на той же шине другой — может оказаться еще более суровой.

Контроллеры, импеданс перед включением или коммутация при переходе через ноль существуют специально для того, чтобы обуздать этот стресс.

Гармоники меняют развитие событий дальше. Нелинейные нагрузки (преобразователи частоты, сварочные аппараты, входные цепи ИБП) генерируют токи на частотах, кратных 60 Гц. Емкостное сопротивление падает с ростом частоты, поэтому эти токи устремляются в батарею.

Если емкость батареи и индуктивность питающей сети входят в резонанс вблизи характерной гармоники (часто 5-й или 7-й), искажения напряжения могут возрасти, предохранители могут перегреваться, а конденсаторы могут выйти из строя преждевременно.

Из поля: Обсуждения на профессиональных форумах описывают автоматические установки компенсации реактивной мощности, издающие громкое гудение, перегрерывающиеся реакторы или конденсаторы и перегоревшие предохранители — порой настолько серьезно, что операторы оставляют оборудование выключенным “из-за страха пожара”. Этот язык является предупреждением о резонансе и нелинейных нагрузках, а не поводом полностью отказаться от коррекции коэффициента мощности.

Важно: Не считайте простую конденсаторную установку без расстройки безопасной на шине с преобладанием частотно-регулируемых приводов только потому, что коэффициент мощности по основному току выглядит низким в счете за электроэнергию. Измерьте искажения напряжения и тока, оцените риск резонанса и рассмотрите возможность использования токоограничивающий реактор с конденсаторами — или другой технологией реактивной мощности — перед добавлением ступеней. — источник: Гармоники IPQDF и конденсаторы для повышения коэффициента мощности

Когда нагрузки быстро колеблются, когда требуются двунаправленные вары или когда спектры гармоник постоянно смещаются, электронные решения, такие как статический генератор реактивной мощности (SVG), могут подойти лучше, чем еще одна конденсаторная ступень. Батарея конденсаторов остается мощным и экономичным средством для покрытия стабильного отстающего реактивного спроса в достаточно чистой сети — она не является универсальным решением по умолчанию.

Выбор оборудования для конденсаторов низкого напряжения и следующие шаги

Для низковольтных электротехнических установок начните с проверенных модулей шунтирующих конденсаторов и управляемой коммутации, а затем ознакомьтесь со статьей по расчету номинальной мощности, прежде чем окончательно утвердить общие значения квар.

Хаб компенсатора реактивной мощности CNBYG группирует части, которые обычно появляются вместе в низковольтной батарее: блоки шунтирующих конденсаторов, интеллектуальные конденсаторные модули, последовательные реакторы, контроллеры и коммутационные аксессуары. Интеллектуальные конденсаторы серии BY81 объедините измерение и управление с синхронным переключением при переходе через ноль, чтобы ступени могли включаться без неконтролируемого пускового тока, возникающего при простом замыкании контактора.

Самовосстанавливающийся шунтирующий конденсатор BSMJ блоки конденсаторов с металлизированной пленкой составляют основу реактивной мощности, которую до сих пор используют многие шкафы. Там, где гармоники требуют расстройки, соедините конденсаторы с последовательным реактором, таким как Серия CKSG.

Ни одна из этих страниц товаров не заменяет замер на объекте или расчетную таблицу кивар. Когда вы будете готовы получить цифры, переходите к расчет мощности конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности. Используйте эту страницу определений, чтобы следить за словарем, вариантами размещения и гармоническими границами, пока продолжается эта работа по изменению размера.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между конденсатором и конденсаторной батареей?

Одиночный силовой конденсатор представляет собой один герметичный блок с номинальными значениями напряжения и реактивной мощности (квар). Конденсаторная батарея представляет собой сборку из нескольких таких блоков, а также рамы, корпуса, предохранителей, переключателей и зачастую контроллера, соединенных таким образом, чтобы группа соответствовала общим требованиям приложения по напряжению и реактивной мощности.

Зачем заводы устанавливают конденсаторные установки?

Предприятия устанавливают конденсаторные установки для обеспечения местных потребителей реактивной мощностью для индуктивных нагрузок, повышения коэффициента мощности, уменьшения избыточного тока в фидерах и трансформаторах, а также — при наличии соответствующих тарифов — во избежание штрафов за низкий коэффициент мощности, которые многие энергоснабжающие организации могут применять при его значениях ниже примерно 0,95.

Являются ли конденсаторные батареи тем же самым, что и компенсация реактивной мощности?

Конденсаторная батарея является одним из наиболее распространенных видов оборудования, используемого для параллельной компенсации реактивной мощности, однако “компенсация реактивной мощности” — это системная цель. Коррекция также может включать в себя методы эксплуатации, другое оборудование или электронную поддержку реактивной мощности. См. также Что такое компенсация реактивной мощности?.

Фиксированная или автоматическая — какая из них подходит для изменяющихся нагрузок двигателя?

Фиксированная батарея конденсаторов подходит для относительно постоянной индуктивной нагрузки. Автоматическая батарея конденсаторов подключает и отключает ступени квар в зависимости от изменения производственной нагрузки, чтобы предприятие не оставалось перекомпенсированным или недокомпенсированным в течение смен.

Могут ли конденсаторные батареи создавать проблемы с гармониками?

Да. Вместе с индуктивностью системы батарея может образовывать параллельный гармонический резонанс вблизи гармонической частоты.

На предприятиях с большим количеством частотно-регулируемых приводов это проявляется в виде перегрева, срабатывания плавких предохранителей, шума или роста уровня гармонических искажений. Расстроенная конденсаторная батарея, фильтры или альтернативные технологии компенсации реактивной мощности позволяют устранить этот риск после проведения измерений.

Где должен подключаться банк на заводе?

Централизованная установка на главном щите, группировка на распределительных щитах или локальное размещение у крупных машин — это три классические схемы. Выбирайте в зависимости от того, где сосредоточена реактивная мощность и какое колебание напряжения в шине вы можете допустить при коммутации ступеней.

Как рассчитать необходимую мощность в квар (кВАр)?

Используйте измеренную реальную мощность и углы между текущим и целевым коэффициентами мощности — или эквивалентный рабочий лист — на нашем выделенном расчет конденсаторной установки страница. В этой словарной статье намеренно не приводится эта математика.

Когда стоит задуматься об использовании интеллектуального конденсатора или рассогласованного (фильтрового) реактора?

Рассмотрите использование интеллектуального модуля конденсаторов, когда в низковольтном шкафу требуются встроенные датчики и управляемое коммутирование при переходе через ноль. Добавьте последовательный реактор, если измерения гармоник показывают риск резонанса при использовании обычных конденсаторных ступеней. Ознакомьтесь с вариантами от компенсатор реактивной мощности хаб перед заморозкой спецификации материалов.

Ссылки

1. Министерство энергетики США — Снижение затрат на реактивную мощность
2. Навигатор технологий IEEE — Конденсаторные батареи
3. Электротехника — Характеристики и применение конденсаторных батарей
4. IEEE SA — Руководство IEEE 1036-2020 по применению шунтирующих силовых конденсаторов
5. IPQDF — Гармоники и конденсаторы коэффициента мощности