В статье описывается назначение и конструктивные элементы установок компенсации реактивной электроэнергии.
Компенсация реактивной электрической энергии является одним из эффективных способов экономии энергетических ресурсов. Современное производство насыщено большим количеством двигателей, сварочным оборудованием, силовыми трансформаторами. При этом расходуется значительное количество реактивной энергии на создание магнитных полей в электрооборудовании. Для снижения потребления этого вида энергии из внешних сетей применяют установки компенсации реактивной электрической энергии. О конструкции, принципах работы и особенностях их использования пойдет речь в данной статье.
Использование конденсаторных батарей для снижения реактивной нагрузки известно давно. Но включение отдельных конденсаторов параллельно двигателям экономически оправдано только при значительной мощности последнего. Обычно конденсаторную батарею подключают к двигателям с мощность более 20-30 кВт.
А как решать задачу снижения реактивных нагрузок на швейном предприятии, где используются сотни маломощных двигателей? До недавнего времени на подстанциях предприятий подключали фиксированный набор конденсаторных батарей, который в после окончания рабочей смены вручную отключался. При очевидном неудобстве, подобные наборы не могли отследить колебания мощности нагрузок в течение рабочего времени и были неэффективны. Значительно повысить эффективность позволяют современные конденсаторные установки.
Ситуация изменилась с появлением специализированных микропроцессорных контроллеров, которые измеряют величину потребляемой реактивной мощности нагрузками, вычисляют необходимое значение мощности конденсаторной батареи и подключают (или отключают) ее от сети. На базе подобных контроллеров сейчас выпускается широкий перечень автоматических конденсаторных установок для компенсации реактивной энергии. Их мощность перекрывает диапазон от 30 до 1200 кВар (реактивную мощность измеряют в кВарах).
Возможности контроллеров не ограничиваются только измерением и коммутацией конденсаторных батарей. Они измеряют температуру в отсеке установки, измеряют значение тока и напряжения, следят за очередностью подключения батарей и их состоянием. Контроллеры могут хранить информацию об аварийных ситуациях и еще выполняют десятки специфических функций, обеспечивая надежную работу системы компенсации.
Очень важную роль в конструкции установки компенсации реактивной мощности играют специальные контакторы, которые по сигналу контроллера подключают и отключают конденсаторные батареи. Внешне они мало отличаются от распространенных магнитных пускателей, используемых для коммутации двигателей.
Но особенность подключения конденсаторов такова, что в момент подачи напряжения на его контакты, сопротивление конденсатора практически равно нулю. При заряде конденсатора возникает бросок тока, который часто превышает значение 10 кА. Подобные броски пагубно действуют как на сам конденсатор, так и на коммутирующее устройство и внешнюю сеть, вызывая эрозию силовых контактов и создавая вредные помехи в электрической проводке.
Для преодоления этих проблем была разработана специальная конструкция контакторов, при которой после подачи напряжения на конденсатор его заряд идет через вспомогательные цепи с ограничением тока, а только потом включаются основные силовые контакты. Подобная конструкция позволяет избежать значительных бросков тока заряда конденсаторов, продлить срок службы как конденсаторной батареи, так и самого специального контактора.
И наконец, основными и самыми дорогими элементами систем компенсации являются конденсаторные батареи. Предъявляемые к ним требования являются достаточно жесткими и противоречивыми. С оной стороны, они должны быть компактными и иметь малые собственные потери. Они должны быть устойчивыми к частым процессам заряда и разряда и иметь значительный срок службы. Но компактность и малые собственные потери приводят к увеличению бросков зарядного тока, увеличению температуры на корпусе изделия.
Современные конденсаторы изготавливают по тонкопленочной технологии. В них используется металлизированная пленка и герметичное уплотнения без пропитки маслом. Подобная конструкция позволяет получить малогабаритные изделия значительной мощности. Например, цилиндрические конденсаторы мощностью 50 кВар имеют размеры: диаметр 120 мм и высота 250 мм.
Аналогичные масляные конденсаторные батареи старого образца весили более 40 кг и имели размеры, в 30 раз превышающие современные изделия. Но эта миниатюризация потребовала принятия мер по охлаждению зоны установки конденсаторных батарей. Поэтому в автоматических установках в обязательном порядке предусматривается принудительный обдув вентиляторами отсека с конденсаторами.
В целом, создание конденсаторных установок требует учета большого числа эксплуатационных параметров: состояния электрических сетей потребителя, запыленности, характера моторных нагрузок и множества других факторов, влияющих на надежность и эффективность работы компенсирующих систем.