Анонс: ключевые моменты подбора установок компенсации реактивной мощности для увеличения их эффективности и снижения рисков аварийности. Силовые конденсаторы для конденсаторных установок компенсации реактивной мощности.
В идеале конденсаторная установка повышения коэффициента мощности должна четко и безотказно генерировать требуемые объемы реактивной энергии в зависимости от времени работы и нагрузки оборудования. Генерируемые «порции» реактивной энергии зависят от мощности ступеней — групп, модулей, единичных конденсаторов —, от скорости принятия решений контроллером, срабатывания контакторов или тиристорных ключей, и при определенных допусках вполне реально подобрать пакет комплектующих для УКРМ или УКРМТ на полупроводниковых ключах под любую динамику изменения потребности в реактивной энергии без критических значений пере- или недокомпенсации.
С другой стороны, суммарная величина инвестиций в компенсацию реактивной мощности напрямую зависит не только от стоимости УКРМ, УКРМТ, но и от срока службы, а также вероятности отказов комплектующих — конденсаторов, контакторов, резисторов, реакторов, кабелей и пр. Значит, чем чаще необходима замена элементов и, как правило, с остановкой производственно-технологического процесса, тем менее эффективна аварийная установка. Т. е. при интеграции в свою силовую сеть УКРМ, УКРМТ или фильтровых УКРМФ, УКРМТФ нужно одновременно стараться решить сразу два вопроса:
- Подобрать необходимые параметры
Мощность, дискретность ступеней конденсаторной установки и способ коммутации, включения, выключения батарей, конденсаторов, сборок, модулей по реальному режиму эксплуатации и потребности в реактивной энергии оборудования, причем максимально возможно учитывая все источники генерации мощности емкостного характера в силовой сети, в том числе, передаваемую трансмиссией через трансформаторы из других сегментов своей и распределительной сети. Эту задачу мощно и нужно решать только на основеполного энергоаудита объекта с глубоким анализом пакета сетевых параметров, а не по опросному листу или советам специалистов-менеджеров. - Подобрать комплектующие
Они подбираются для конденсаторной установки по реальному, а не заявленному сроку службы, в зависимости от реальных условий эксплуатации, учитывая негативное влияние на число отказов и общий срок службы температуры, перенапряжения, набросов тока,включая гармоники, потерь емкости для конденсаторов, или индуктивности для реакторов, числа включений/отключений и т.д., что позволит снизить аварийность и повысить эффективность УКРМ, а также самого процесса компенсации реактивной мощности.
Важно
Следует четко понимать, что объем генерируемой реактивной мощности конденсатора, конденсаторного модуля, батареи-ступени напрямую зависит от величины на напряжения на зажимах, что в упрощенном варианте демонстрируется формулой Qr=Qn*(Us/Un)2, где Qr и Qn — реальная и номинальная (паспортная) мощности конденсатора, модуля, ступени, Us и Un — соответственно, действующее реальное и номинальное напряжение. При подключении каждой из ступеней в установке происходит падение напряжения, а значит реальная мощность генерации падает в сравнении с расчетным значением (по номинальным параметрам).
Кроме того, при повышении температуры от номинального значения начинается различный дрейф емкости у конденсаторов с разным типом диэлектрика, что нужно учитывать при выборе, с течением времени происходит процесс старения диэлектрического материала, заливки, из-за чего емкость конденсаторных элементов и, соответственно, объемы генерируемой мощности падают, а на число пробоев конденсаторов с возникновением аварийной ситуации влияет наличие и амплитуды гармонических искажений тока и напряжения в месте подключения УКРМ, УКРМТ.
Силовые конденсаторы для конденсаторных установок компенсации реактивной мощности
Силовые конденсаторы используются уже более ста лет с тех пор, как появились первые трехфазные электрические сети переменного тока, но , если говорить упрощенно, в аспекте электротехники единственное, что изменилось за это время — технология изготовления и, как следствие, повысились КПД, экологическая безопасность и срок службы, а снизились частота отказов или аварийность вместе с массогабаритными характеристиками.
Несмотря на достаточно развитую нормативно-правовую базу по формализации силовых конденсаторов (за рубежом IEC 60062, EN ISO 1043 и др., в нашей стране ГОСТ IEC 60050-436-2014, ГОСТ Р 57437-2017, ГОСТ Р 59032.4-2020 и т. д.), defacto и не без участия производителей классификация по типу, виду, конструктивным особенностям оставляет желать лучшего, а наиболее лаконичный и точный DIN 41379 формально сегодня не действует.
Тем не менее, основная доля силовых косинусных конденсаторов для установок повышения коэффициента мощности в низковольтных сетях — металлизированные пленочные на базе диэлектрика из полипропилена. Чаще со смешанным или комбинированным диэлектриком типа MKV. Это обусловлено неплохими электрическими свойствами наравне с финансовой доступностью полипропиленовой пленки и возможностью изготовления «самовосстанавливающихся» после, например, локального пробоя конденсаторных элементов.
Упрощенно, элемент обмотки конденсатора MKV состоит из диэлектрика — полипропиленовой пленки и электрода на двусторонней металлизированной бумаге, что обеспечивает низкие потери и высокую способность выдерживать импульсные токи. Все полости между обмотками и между обмотками и корпусом заполнены пропиткой для увеличения диэлектрической прочности и улучшения отвод тепла изнутри конденсатора, причем сегодня пропиточные вещества не содержат галогенов и основаны на минеральных маслах или чистых синтетических углеводородах.
Поскольку MKV-конденсаторы работают в закрытых конденсаторных батареях (в шкафах), при проектировании необходимо учитывать их температурную зависимость: номинальная емкость определяется при температуре испытания 20 °C и в диапазоне частот измерения от 50 до 120 Гц. В самом же шкафу УКРМ, УКРМТ нужно обеспечить эффективную, а в идеале принудительную вентиляцию для охлаждения. Производитель должен предоставить определенный диапазон допуска емкости в установленном диапазоне температур, но изменения (дрейф) ёмкости носит нелинейный, а также обратимый и необратимый характеры, что в итоге может привести к потере ёмкости конденсаторного элемента, конденсатора, снижению мощности генерации ступенью-батареей и конденсаторной установкой в целом.
О правильном подборе силовых конденсаторов для конденсаторных установок УКРМ, УКРМТ низкого напряжения в следующем материале.