Λειτουργία, Αρχή Εργασίας και Υπολογισμός Χωρητικότητας Τραπεζών Πυκνωτών

1. Θεμελιώδης Αρχή Εργασίας

Τα περισσότερα ηλεκτρικά φορτία στα βιομηχανικά συστήματα ισχύος είναι επαγωγικά φορτία, όπως ασύγχρονοι κινητήρες, μετασχηματιστές, μηχανές συγκόλλησης, λαμπτήρες φθορισμού και ηλεκτρομαγνήτες. Ηλεκτρικά, αυτά τα φορτία μπορούν να θεωρηθούν ως συνδυασμός αντίστασης και αυτεπαγωγής που συνδέονται σε σειρά. Ως αποτέλεσμα, το ρεύμα φορτίου υστερεί σε σχέση με την τάση, δημιουργώντας μεγάλη ποσότητα επαγωγικού άεργου ρεύματος και άεργου ισχύος.

 

Το συνολικό ρεύμα σε ένα κύκλωμα αποτελείται από δύο στοιχεία:

Ενεργό ρεύμα, το οποίο βρίσκεται σε φάση με την τάση και εκτελεί χρήσιμα έργα όπως η οδήγηση κινητήρων και η παραγωγή θερμότητας.

 

Αδραστικό ρεύμα, το οποίο υστερεί στην τάση κατά 90 μοίρες και χρησιμοποιείται μόνο για τη δημιουργία και τη διατήρηση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων χωρίς να παράγει αποτελεσματικό έργο.

Αν και το άεργο ρεύμα δεν παράγει χρήσιμη ισχύ εξόδου, εξακολουθεί να καταλαμβάνει χωρητικότητα μετασχηματιστή και γραμμής, αυξάνει τις απώλειες του συστήματος και μειώνει τη συνολική ποιότητα ισχύος. Αυτή είναι μια από τις κύριες αιτίες σπατάλης ενέργειας στα βιομηχανικά συστήματα ισχύος.

 

Αντίθετα, το ρεύμα ενός πυκνωτή οδηγεί την τάση κατά 90 μοίρες, η οποία είναι αντίθετη σε φάση από το επαγωγικό άεργο ρεύμα. Όταν οι πυκνωτές συνδέονται παράλληλα με τα επαγωγικά φορτία, το χωρητικό άεργο ρεύμα αντισταθμίζει μέρος ή όλο το επαγωγικό άεργο ρεύμα, επιτυγχάνοντας έτσι αντιστάθμιση άεργου ισχύος. Αυτή είναι η βασική αρχή λειτουργίας μιας τράπεζας πυκνωτών.

2. Βασικές Λειτουργίες Τραπεζών Πυκνωτών

Τράπεζες πυκνωτώνχρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα βιομηχανικής διανομής χαμηλής{0}τάσης για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος, τη μείωση των απωλειών άεργου ισχύος, τη βελτίωση της ποιότητας ισχύος και την επίτευξη εξοικονόμησης ενέργειας.

 

Οι κύριες λειτουργίες τους περιλαμβάνουν:

• Βελτίωση του Συντελεστή Ισχύος

Η χωρητική άεργος ισχύς που παράγεται από τους πυκνωτές αντισταθμίζει την επαγωγική άεργο ισχύ του φορτίου, μειώνοντας τη διαφορά φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος και βελτιώνοντας αποτελεσματικά τον συντελεστή ισχύος του συστήματος.

 

• Μείωση απωλειών γραμμής και πρόληψη υπερφόρτωσης

Μειώνοντας το περιττό άεργο ρεύμα στο σύστημα, το συνολικό ρεύμα της γραμμής μειώνεται ανάλογα, γεγονός που μειώνει τις απώλειες ισχύος στα καλώδια και τους μετασχηματιστές και βοηθά στην αποφυγή υπερφόρτωσης που προκαλείται από υπερβολική άεργο ισχύ.

 

• Σταθεροποίηση τάσης δικτύου

Τα βαριά επαγωγικά φορτία προκαλούν συχνά πτώσεις τάσης και διακυμάνσεις, που μπορεί να επηρεάσουν την κανονική λειτουργία του ηλεκτρικού εξοπλισμού. Η αντιστάθμιση πυκνωτή βοηθά στη σταθεροποίηση της τάσης ακροδεκτών και στη βελτίωση της αξιοπιστίας του τροφοδοτικού.

 

• Χωρητικότητα μετασχηματιστή απελευθέρωσης

Η άεργος ισχύς καταλαμβάνει μέρος της ονομαστικής χωρητικότητας του μετασχηματιστή, περιορίζοντας την ικανότητά του να παρέχει ενεργό ισχύ. Η αντιστάθμιση άεργου ισχύος απελευθερώνει τη χωρητικότητα του μετασχηματιστή και βελτιώνει την απόδοση χρήσης του εξοπλισμού.

 

3. Δομή και Λειτουργία Γραφείου Χαρακτηριστικά

3.1 Κύρια εξαρτήματα

Μια τυπική τράπεζα πυκνωτών χαμηλής-τάσης αποτελείται κυρίως από:

• Περίβλημα ντουλαπιού
• Λεωφορεία
• Αυτόματοι διακόπτες κυκλώματος
• Απομονωτικοί διακόπτες
• Επαφές AC
• Θερμικά ρελέ
• Αλεξικέραυνα
• Πυκνωτές αντιστάθμισης
• Αντιδραστήρες σειράς
• Αυτόματοι ελεγκτές συντελεστή ισχύος
• Όργανα μέτρησης
• Πρωτεύοντα και δευτερεύοντα συστήματα καλωδίωσης
• Μπλοκ ακροδεκτών

 

3.2 Λειτουργικά Χαρακτηριστικά

Η συστοιχία πυκνωτών λειτουργεί αυτόματα υπό κανονικές συνθήκες και γενικά δεν απαιτεί χειροκίνητη επέμβαση ρουτίνας. Ξεκινά και σταματά μαζί με το κύριο σύστημα τροφοδοσίας.

 

Το ενσωματωμένο-έξυπνοελεγκτήςπαρακολουθεί συνεχώς τις συνθήκες φορτίου και τον συντελεστή ισχύος του συστήματος σε πραγματικό χρόνο. Σύμφωνα με τη ζήτηση άεργου ισχύος, ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί αυτόματα τις συστοιχίες πυκνωτών για να διατηρήσει μια βέλτιστη κατάσταση αντιστάθμισης και να ελαχιστοποιήσει τις απώλειες άεργου ισχύος.

 

Για την τακτική συντήρηση, θα πρέπει να διενεργούνται τακτικές επιθεωρήσεις για να ελέγχονται για:

• Διαρροή ή διόγκωση λαδιού πυκνωτή
• Μη φυσιολογικός θόρυβος ή υπερθέρμανση
• Χαλαρές συνδέσεις καλωδίωσης
• Γερασμένα καλώδια ή κατεστραμμένα εξαρτήματα

 

4. Κίνδυνοι συντελεστή χαμηλής ισχύος (Υπερβολική άεργη ισχύς)

Εάν δεν εγκατασταθεί αντιστάθμιση άεργου ισχύος σε συστήματα με μεγάλα επαγωγικά φορτία, ο συντελεστής ισχύος θα μειωθεί σημαντικά, οδηγώντας στα ακόλουθα προβλήματα:

• Το υψηλότερο ρεύμα γραμμής αυξάνει τις θερμικές απώλειες σε καλώδια και μετασχηματιστές, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας και σπατάλη ηλεκτρικής ενέργειας.
• Η υπερβολική πτώση τάσης προκαλεί ασταθή και μειωμένη τάση δικτύου, η οποία μπορεί να επηρεάσει την κανονική λειτουργία του ηλεκτρικού εξοπλισμού.
• Η άεργος ισχύς καταλαμβάνει τη χωρητικότητα του μετασχηματιστή και περιορίζει τη διαθέσιμη ενεργή ισχύ εξόδου, μειώνοντας την αποδοτικότητα χρήσης του εξοπλισμού διανομής ισχύος.

 

5. Μέθοδος υπολογισμού για την απαιτούμενη ικανότητα αντιστάθμισης

Εμπειρική Μέθοδος Μεγεθών Βιομηχανικών Εφαρμογών

Σε πρακτικές εφαρμογές μηχανικής, η απαιτούμενη ικανότητα αντιστάθμισης λαμβάνεται γενικά ως περίπου το ένα-ένα τρίτο της ονομαστικής χωρητικότητας του μετασχηματιστή (μονάδα: kVAR).

Ανάλογα με τα πραγματικά χαρακτηριστικά φορτίου και τις συνθήκες λειτουργίας, η ικανότητα αντιστάθμισης είναι γενικά εντός ενός εύρους από 30% έως 40% της ονομαστικής χωρητικότητας του μετασχηματιστή.

 

Παράδειγμα

Για μετασχηματιστή διανομής 200 kVA:

Συνιστώμενη ικανότητα αντιστάθμισης:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 kVAR

Επομένως, μια συστοιχία πυκνωτών με χωρητικότητα μεταξύ 60 kVAR και 80 kVAR συνιστάται γενικά να πληροί-τις απαιτήσεις αντιστάθμισης άεργου ισχύος στην τοποθεσία.