Tụ điện nhóm là gì?
tụ điện ghép nối là các cụm bao gồm nhiều đơn vị tụ điện lực được mắc nối tiếp, song song hoặc cả hai để nhóm này đáp ứng định mức điện áp mục tiêu và công suất phản kháng (kvar). Các nhà máy thường đấu nối cụm thiết bị đó mắc song song với một thanh cái hoặc tải để cung cấp công suất phản kháng tại chỗ và cải thiện hệ số công suất.
Hướng dẫn này bao gồm vai trò của tủ bù, cách dòng điện dẫn trước bù trừ cho động cơ cảm ứng, các loại chính ở mức độ cao, các lựa chọn vị trí, và thời điểm sóng hài khiến một bộ tụ thông thường trở thành bước đi sai lầm đầu tiên. Đối với toán học tính toán kích thước kvar, hãy mở phần riêng của chúng tôi tính toán dung lượng tụ bù cho việc nâng cao hệ số công suất bài báo thay vì coi trang này như một máy tính.
Tụ điện ngân hàng
Dãy tụ điện không phải là một bình đơn với hai cực mà là một nhóm các khối tụ điện được thiết kế sắp xếp sao cho khả năng điện áp và công suất phản kháng (kvar) cộng lại đáp ứng được nhu cầu của ứng dụng.
Mỗi đơn vị lưu trữ năng lượng trong một điện trường giữa các dây dẫn được ngăn cách bởi một chất điện môi. Các dãy nối tiếp làm tăng điện áp mà tổ hợp có thể chịu được. Các nhánh song song làm tăng tổng công suất phản kháng.
Dãy tụ điện hoàn chỉnh có thể được đặt trong giá đỡ hở, vỏ kim loại, khung cột hoặc tủ bù hạ thế.
Trong ngôn ngữ của loài cây, bạn cũng sẽ lắng nghe tụ bù mắc song song hoặc tụ bù công suất phản kháng. A mắc song song nghĩa là các dãy tụ điện được mắc song song với tải hoặc thanh cái—kiểu công nghiệp thông thường. Các dãy tụ mắc nối tiếp nằm trên cùng một mạch truyền tải dài giải quyết một vấn đề khác của ngành điện và không nằm trong phạm vi thảo luận về nhà máy hạ thế này.
Vai trò của các bộ tụ bù trong hệ thống điện nhà máy
Các ngân hàng tụ điện tồnιβ chủ yếu trong các nhà máy nhằm mục đích hiệu chỉnh hệ số công suất bằng tụ điệnchúng cung cấp công suất phản kháng tại chỗ để các thiết bị cảm ứng không hút quá nhiều dòng điện trễ qua các máy biến áp, cáp và đường dây cấp điện phía trên.
Động cơ, máy biến áp và nhiều chấn lưu đèn cần có dòng điện từ hóa. Dòng điện đó ít thực hiện công cơ học hoặc nhiệt hữu ích, nhưng nó vẫn được tính vào công suất biểu kiến (kVA). Hệ số công suất—công suất thực chia cho công suất biểu kiến—giảm xuống khi nhu cầu phản kháng trễ pha đó lớn.
Nhiều công ty điện lực ở Hoa Kỳ có thể áp dụng các khoản phụ phí khi hệ số công suất của cơ sở nằm dưới khoảng 0,95. Ngay cả khi không có khoản phạt chi tiết cụ thể, dòng điện dư thừa vẫn gây căng thẳng cho thiết bị của nhà máy.
Khi một bộ tụ điện được lắp đặt đúng cách bổ sung công suất kháng dẫn dòng gần các phụ tải đó, thì công ty điện lực và các máy biến áp chính của nhà máy sẽ nhận thấy thành phần kháng nhỏ hơn. Dòng điện trên đường dây cấp nguồn có thể giảm xuống đối với cùng một tải công suất tác dụng (kilowatt), và công suất máy biến áp được giải phóng sẽ sẵn sàng phục vụ cho việc mở rộng sản xuất.
Nếu bạn vẫn cần ý tưởng rộng hơn về chính sự bồi thường, hãy bắt đầu với bù công suất phản kháng, sau đó quay lại đây để xem quan điểm ngân hàng như một thiết bị.
Cách Các Dụm Tụ Cung Cấp Công Suất Phản Kháng
Các dãy tụ điện cung cấp công suất phản kháng bằng cách hút dòng điện vượt trước để bù đắp cho dòng điện trễ do các tải cảm kháng yêu cầu.
Trên một lưới điện xoay chiều, dòng điện của một tụ điện lý tưởng dẫn trước điện áp đầu của nó khoảng chín mươi độ. Dòng điện từ hóa của một động cơ cảm ứng chậm pha hơn điện áp. Đặt tụ điện mắc song song với đường cấp nguồn của động cơ hoặc một thanh cái chung và hai dòng điện phản kháng sẽ triệt tiêu lẫn nhau một phần.
Công suất thực vẫn truyền đến trục. Sự trao đổi phản kháng “ngang” diễn ra cục bộ hơn giữa động cơ và tụ điện thay vì phải truyền tải toàn bộ từ máy phát điện của hệ thống điện lực.
Hãy coi công suất phản kháng là phần dòng điện duy trì sự tồn tại của từ trường. Tụ bù trở thành một hồ chứa cục bộ cho sự trao đổi đó. Các bộ điều khiển và công tắc quyết định có bao nhiêu bậc của hồ chứa đó được đưa vào hoạt động khi tải của nhà máy thay đổi.
Lựa chọn kVAR sâu, bảng tanφ và bảng tính hệ số công suất (PF) mục tiêu nằm trong hướng dẫn chọn kích thước trực tiếp được liên kết ở trên. Phần này chỉ khóa cơ chế để các lựa chọn loại và rủi ro sau đó có ý nghĩa.
Các loại tụ bù phổ biến ở mức tổng quan
Hầu hết các cuộc thảo luận về dự án đều phân loại các tụ bù theo cách chúng được điều khiển và có tích hợp cuộn kháng lọc sóng hài hay không—chứ không phải theo thương hiệu.
| Loại | Những gì bạn nhận được | Vừa vặn thông thường |
|---|---|---|
| Tụ bù tĩnh | Một khối tụ bù (kvar) cố định luôn được duy trì trạng thái đóng điện bất cứ khi nào mạch có điện | Tải cảm ứng ổn định và ít khi dao động |
| Tụ bù tự động | Nhiều cấp được chuyển mạch bởi bộ điều khiển hệ số công suất hoặc bộ điều khiển kvar | Ca làm việc, quy trình theo lô hoặc hồ sơ tải hàng ngày |
| Tụ bù kháng điện | Các cấp tụ điện kết hợp với cuộn kháng nối tiếp giúp dịch chuyển tần số cộng hưởng xuống dưới các sóng hài bậc thấp thông thường | Các nhà máy có biến tần, bộ chỉnh lưu hoặc các tải phi tuyến tính khác |
Nhãn bao bì trên các dự án điện hoặc trung thế—giá đỡ ngoài trời, cụm lắp ráp bọc kim loại, khung lắp trên cột hoặc xe moóc di động—mô tả phần vỏ và cách lắp đặt, chứ không phải mục đích điện khác. Các địa điểm công nghiệp hạ thế thường thể hiện ý tưởng tương tự với các bước lắp trên tủ có công tắc tơ hoặc công tắc bán dẫn, đôi khi được tích hợp vào tụ điện thông minh Các mô-đun.
Kiểu bảo vệ (cấu trúc có cầu chì bên trong, cầu chì bên ngoài, hoặc không dùng cầu chì trên các giá đỡ trung thế) quan trọng đối với việc bảo trì và ứng xử khi có sự cố. Nó không thay đổi câu hỏi đầu tiên của người đọc: đây là tủ tụ bù cố định, tủ tụ bù tự động, hay tủ tụ bù kháng điện?
Vị trí của các dãy tụ điện trong nhà máy
Các dãy tụ điện được đặt ở nơi vấn đề phản kháng tập trung đủ để xứng đáng với phần cứng—và nơi việc chuyển mạch sẽ không làm bất ngờ các thiết bị nhạy cảm.
| Vị trí | Ý tưởng kết nối | Sức mạnh | Cẩn thận |
|---|---|---|---|
| Tập trung | Gần tủ phân phối chính đầu vào hoặc thanh cái hạ thế chính | Một gói, một bộ điều khiển, dễ nhìn trên một dòng | Có thể bỏ lỡ các trung tâm phụ tải ở xa; các bước lớn hơn có thể làm dao động toàn bộ thanh cái |
| Nhóm / phi tập trung | Tại các tủ phân phối cấp nguồn cho các nhóm động cơ | Đáp ứng nhu cầu phản kháng gần hơn với các tải tạo ra nó | Nhiều tấm pin cần bảo trì và phối hợp hơn |
| Cục bộ | Tại một máy nén khí lớn, nhà máy nghiền, hoặc máy cảm ứng chiếm ưu thế khác | Khắc phục tác nhân gây hại nặng nhất với lượng lưu lượng truy cập ngược dòng tối thiểu | Nhiều ngân hàng nhỏ tính thêm chi phí nếu mỗi động cơ có một động cơ riêng |
Các đội thu mua thường bắt đầu theo hình thức tập trung vì báo giá có vẻ đơn giản. Các kỹ sư quy trình đôi khi thích dùng các máy biến dòng (hoặc tụ bù/thiết bị) cục bộ cho các động cơ lớn nhất để thanh cái chính không bao giờ phải chịu dòng điện từ hóa đó.
Các trạm hỗn hợp sử dụng cả hai: một trạm chính vừa phải kết hợp bù cục bộ cho một số máy móc nặng. Sơ đồ phù hợp phụ thuộc vào biểu đồ phụ tải được đo đạc, chứ không phải dựa vào một khẩu hiệu chung chung nào.
Giới hạn, Sóng hài, và Khi nào ngân hàng không phải là bước đi đầu tiên phù hợp
Dãy tụ điện có thể gây ra hiện tượng phản tác dụng khi chuyển mạch quá độ hoặc đấu song song cộng hưởng hài hòa với tải phi tuyến tính làm quá tải chất điện môi, cầu chì và các ổ đĩa gần đó.
Việc đóng điện một bộ tụ điện không phải là một sự kiện nhẹ nhàng. Dòng điện xung kích và các nhiễu loạn điện áp xuất hiện khi điện dung gặp điện cảm của hệ thống. Việc đóng cắt nối tiếp—đóng một bộ tụ trong khi một bộ khác đã hoạt động trên cùng một thanh cái—thậm chí có thể khắc nghiệt hơn nhiều.
Bộ điều khiển, điện trở cắm trước hoặc đóng cắt tại điểm không tồn tại đặc biệt để kiểm soát mức ứng suất đó.
Sóng hài làm thay đổi câu chuyện đi xa hơn. Các tải phi tuyến tính (biến tần, máy hàn, tầng đầu vào của bộ lưu điện UPS) bơm các dòng điện ở các bội số của 60 Hz. Trở kháng dung giảm xuống khi tần số tăng lên, do đó các dòng điện đó ưu tiên đi vào tụ điện.
Nếu ngân hàng tụ điện và độ tự cảm của nguồn cộng hưởng gần một bậc sóng hài đặc trưng (thường là bậc 5 hoặc bậc 7), độ méo điện áp có thể tăng cao, cầu chì có thể bị nóng và tụ điện có thể hỏng sớm.
Từ lĩnh vực: Các cuộc thảo luận về nhà máy trên các diễn đàn chuyên 1nghề mô tả các tầng hệ số công suất (PF) tự động phát ra tiếng vo ve lớn, các cuộn kháng hoặc tụ điện bị quá nhiệt, và đứt cầu chì—thỉnh thoảng nghiêm trọng đến mức người vận hành phải tắt thiết bị “vì sợ cháy”. Ngôn từ đó là một lời cảnh báo về hiện tượng cộng hưởng và tải phi tuyến tính, chứ không phải là lý do để từ bỏ hoàn toàn việc hiệu chỉnh hệ số công suất.
Quan trọng: Đừng coi một bộ tụ điện trần, không được tinh chỉnh là vô hại trên một thanh cái chịu tải biến tần (VFD) nặng chỉ vì hệ số công suất dịch chuyển trông thấp trên bảng tóm tắt hóa đơn tiền điện. Hãy đo độ méo điện áp và dòng điện, xem xét rủi ro cộng hưởng và cân nhắc một cuộn kháng nối tiếp với các tụ điện—hoặc một công nghệ phản kháng khác—trước khi thêm các bước. Sóng hài IPQDF và tụ điện hệ số công suất
Khi tải dao động nhanh, khi cần công suất phản kháng hai chiều, hoặc khi phổ sóng hài liên tục thay đổi, các giải pháp dựa trên điện tử công suất như SVG có thể phù hợp hơn một dãy tụ điện thông thường. Dãy tụ vẫn là một công cụ mạnh mẽ, kinh tế đối với nhu cầu công suất phản kháng chậm ổn định trong một lưới điện tương đối sạch – nó không phải là lựa chọn mặc định cho mọi trường hợp.
Lựa chọn phần cứng tụ điện hạ thế và các bước tiếp theo
Đối với các tổ hợp thiết bị điện hạ áp, hãy bắt đầu với các khối tụ bù song song đã được kiểm chứng và thiết bị đóng cắt có điều khiển, sau đó mở tài liệu về cách tính kích thước trước khi bạn chốt tổng số kvar.
Trung tâm bù công suất phản kháng của CNBYG nhóm các bộ phận thường xuất hiện cùng nhau trong một tủ điện hạ thế (LV bank): các bộ phận tụ bù, các module tụ thông minh, cuộn kháng lọc sóng hài, bộ điều khiển và các phụ kiện đóng cắt. Tụ điện thông minh dòng BY81 kết hợp đo lường và điều khiển với chuyển mạch qua điểm không đồng bộ để các bước có thể đóng tải mà không bị dòng điện xung kích không kiểm soát như khi đóng cắt bằng khởi động từ thông thường.
Tụ bù tự phục hồi BSMJ Các thiết bị này cung cấp các khối màng kim loại hóa mà nhiều tủ điện vẫn sử dụng làm lõi bù công suất phản kháng kvar. Trường hợp sóng hài đòi hỏi phải chỉnh tần số lệch (detuning), hãy ghép nối các tụ điện với một cuộn kháng mắc nối tiếp chẳng hạn như Dòng CKSG.
Không có trang sản phẩm nào trong số đó thay thế cho việc đo đạc thực tế tại công trình hoặc bảng tính kvar. Khi bạn đã sẵn sàng để có các số liệu cụ thể, hãy tiếp tục đến tính toán dung lượng tụ bù cho việc nâng cao hệ số công suất. Sử dụng trang định nghĩa này để giữ cho từ vựng, các lựa chọn sắp xếp và ranh giới hòa âm được nhất quán trong khi công việc định kích thước đó tiến hành.
Câu hỏi thường gặp
Sự khác nhau giữa tụ điện (capacitor) và dãy tụ điện (capacitor bank) là gì?
Một tụ điện công suất đơn là một thiết bị kín đơn lẻ với điện áp danh định và công suất phản kháng (kvar) định mức trên nhãn. Một dãy tụ điện là một tập hợp gồm nhiều thiết bị — cộng với khung, vỏ, cầu chì, công tắc và thường là một bộ điều khiển — được nối dây sao cho nhóm này đáp ứng được tổng nhu cầu về điện áp và kvar của ứng dụng.
Tại sao các nhà máy lại lắp đặt tụ bù?
Các dàn tụ điện được lắp đặt để cung cấp công suất phản kháng cục bộ cho các tải cảm ứng, nâng cao hệ số công suất, giảm dòng điện không cần thiết trong các đường dây cấp điện và máy biến áp, đồng thời — khi áp dụng biểu giá — tránh các khoản phí do hệ số công suất thấp mà nhiều công ty điện lực có thể áp dụng đối với mức dưới khoảng 0,95.
Tụ điện bù có giống với việc hiệu chỉnh hệ số công suất không?
Bộ tụ điện là một trong những phần cứng phổ biến nhất được sử dụng cho việc bù công suất phản kháng mắc song song, nhưng “bù công suất phản kháng” là mục tiêu của hệ thống. Việc bù cũng có thể liên quan đến quy trình vận hành, các thiết bị khác, hoặc hỗ trợ công suất phản kháng dựa trên điện tử. Xem thêm bù công suất phản kháng.
Cố định hay tự động — loại nào phù hợp với tải trọng động cơ thay đổi?
Một dãy tụ điện cố định phù hợp với nhu cầu cảm kháng tương đối ổn định. Một dãy tụ điện tự động thêm và bớt các bước công suất phản kháng (kvar) khi tải sản xuất thay đổi để cơ sở không bị bù thừa hoặc bù thiếu trong các ca làm việc.
Tụ bù có thể gây ra vấn đề sóng hài không?
Vâng. Cùng với điện cảm của hệ thống, một tụ bù có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng sóng hài song song gần một tần số sóng hài.
Ở các nhà máy có hàm lượng VFD cao, tình trạng đó biểu hiện bằng hiện tượng quá nhiệt, đứt cầu chì, tiếng ồn hoặc độ méo ngày càng tăng. Một dãy tụ điện được chỉnh tần số, bộ lọc hoặc các công nghệ Q thay thế sẽ giải quyết rủi ro đó sau khi đo đạc.
Ngân hàng nên kết nối ở vị trí nào trong nhà máy?
Tập trung tại bảng điện chính, nhóm lại tại các tủ phân phối, hoặc cục bộ tại các máy lớn là ba mô hình cổ điển. Hãy lựa chọn dựa trên vị trí tập trung nhu cầu công suất phản kháng và mức độ dao động điện áp thanh cái mà bạn có thể chấp nhận khi các bước chuyển mạch.
Làm thế nào để tính toán kích thước kvar?
Sử dụng công suất thực tế đã đo và các góc hệ số công suất hiện tại so với mục tiêu—hoặc một bảng tính tương đương—trên trang chuyên dụng của chúng tôi tính toán dung lượng tụ bù Bài viết định nghĩa này cố ý không lặp lại phần toán học đó.
Khi nào tôi nên cân nhắc sử dụng tụ điện thông minh hoặc cuộn kháng lọc sóng hài?
Hãy cân nhắc sử dụng một mô-đun tụ điện thông minh khi bạn cần tích hợp cảm biến và chuyển mạch điểm không có điều khiển trong tủ hạ thế. Thêm một cuộn kháng nối tiếp khi các phép đo sóng hài cho thấy nguy cơ cộng hưởng với các cấp tụ điện thông thường. Xem xét các tùy chọn từ bộ bù công suất phản kháng trung tâm trước khi đóng băng định mức vật tư.