Анонс: элементная база конденсаторных установок. Силовые конденсаторы в установках компенсации реактивной мощности. Реакторы (дроссели) в сборках конденсаторных установок повышения коэффициента мощности.
Ключевыми элементами любой эффективной конденсаторной установки для компенсации реактивной мощности сегодня остаются силовые конденсаторы, реакторы для нивелирования негативного влияния гармоник на батареи, коммутационные аппараты (контакторы или тиристорные вентиля), управляющий контроллер, а также автоматика защиты. Все эти элементы вместе с кабельными проводками должны быть не только правильно размещены в шкафу соответствующего размера с обеспечением охлаждения естественной, а чаще принудительной вентиляцией (см. подробнее предыдущий материал цикла), но и грамотно подобраны по электрическим параметрам.
Силовые конденсаторы в установках компенсации реактивной мощности
В текущей ситуации ограничения поставок импортных комплектующих для установок повышения коэффициента мощности и в условиях явного провала программ импортозамещения, компании-сборщики УКРМ, УКРМТ (с тиристорными свитчами), УКРМФ (фильтровых с реакторами), УКРМТФ столкнулись с острой проблемой нехватки комплектации и в основном для быстродействующих тиристорных версий УКРМТ (и УКРМТФ). Пофактуконтроллеры APFC (automaticpowerfactor (correction) controller) доступны с аналоговыми и/или дискретными входами-выходами, полупроводниковые свитчи остаются пока в дефиците, номенклатура силовых (косинусных) конденсаторов ограничена по емкости (мощности), а значит осложняется подбор ступеней для УКРМ.
Так, если при наличии полупроводниковых вентилей можно было бы «раздробить» генерируемую мощность установки из трёх батарей (или конденсаторов) и шести ключей на 11 вариантов генерации для более плавного регулирования, а из четырёх конденсаторов и семи ключах на 25 (более детально), то сегодня пока доступны семь вариантов для 3-хступенчатой УКРМ с контакторами или пятнадцать — для сборки с четырьмя ступенями (соответственно 1;1:2;1:3;2;2:3;3;1:2:3 и 1;2;3;4;1:2;1:3;1:4;2:3;2:4;3:4;1:2:3;1:2:4;1:3:4;2:3:4;1:2:3:4). Вместе с тем, пока остается приоритетным подбор мощности ступеней по порядку двоичного кода с нивелированием рисков возможной пере- или недокомпенсации шунтирующим реактором, причем в УКРМ:
- реакторы из-за больших выделений тепла должны быть размещены отдельно и выше конденсаторов (а также предохранителей, контроллера, тиристорных свитчей или контакторов, шины основного ввода и т.д., что регламентировано в ГОСТ IEC 61921-2013);
- расстояние между конденсаторами должно быть не менее 50 мм, как того требует ПУЭ 7 в п. 5.6.30 и ГОСТ Р 56744-2015 в п. 5.3.4.2, и подбираться в зависимости от реальных условий эксплуатации и охлаждения элементов в шкафу конденсаторной установки;
- конденсаторы нужно защитить от набросов токов гармоник реакторами, но при последовательном соединении это вызовет повышение напряжения на выводах конденсаторов.
- Конденсаторы следует подбирать не по заявленному производителем, а по реальному сроку службы и интенсивности отказов, которые определены рядом стандартов, в том числе IEC 61709, где даны зависимости коэффициентов напряжения и температуры (см. графики зависимости коэффициентов для разных типов конденсаторов в этом материале).
Важно
Реактивная мощность конденсатора зависит от напряжения и эта зависимость (упрощенно) определяется формулой Qr=Qn·(Us/Un)2, где Qr — расчетная мощность конденсатора, Qn — номинальная мощность при номинальном напряжении, Us — напряжение в сети, Un — номинальное (паспортное) напряжение конденсатора. Т.е., например, для конденсатора (батареи) с паспортной мощностью 20 кВАр и номинальным напряжением 440 В при реальном напряжении в сети 400 В реальная генерируемая реактивная мощность будет 20·(0.4/0.44)2=16.5 кВАр, а значит существует риск недокомпенсации со всеми её негативами для силовой сети, оборудования и производственно-технологических процессов.
Реакторы в сборках конденсаторных установок повышения коэффициента мощности
Реакторы или дроссели используются в сборках конденсаторных установок коррекции коэффициента мощности для защиты конденсаторов от перенапряжения и бросков токов гармоник, требования к создаваемым контурам регламентированы в IEEE 18-2012, IEEE 1036-2020, а отечественный ГОСТ Р 59032.4-2020 определяет порог перенапряжения на конденсаторах не выше 1.1 Un.
Емкость и индуктивность последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности (реактора) создают резонансный контур с собственной частотой fr, причем для частот ниже fr, в том числе 50 Гц, схема имеет емкостной характер, что делает возможной компенсацию индуктивной реактивной мощности, а для всех частот выше собственной резонансной частоты акцепторная цепь имеет индуктивный характер. Это предотвращает явление резонанса между батареей конденсаторов и силовой сетью, а в расстроенных фильтрах параметры L и C должны иметь такое значение, чтобы значение собственной частоты конденсаторной батареи было меньше частоты гармоники низшего порядка, присутствующей в питающей электрической сети.
Например, если установлено, что в сети присутствуют гармоники пятого, седьмого, одиннадцатого и тринадцатого порядков, то параметры LC-контура необходимо подобрать так, чтобы резонансная частота находилась в диапазоне 174-210 Гц (обычно 189 Гц). На выбор резонансной частоты (и соответственно индуктивности реактора) влияет именно наличие и амплитуда гармоник в силовой сети, а поэтому критически важным является превентивное проведение энергоаудита сегмента силовой сети с полным анализом гармонических искажений. Помимо демпфирования токов гармоник реакторы вызывают повышение напряжения на последовательно соединенных с ними конденсаторах, что не только изменяет мощность ступеней, установки в целом и может вызвать эффект перекомпенсации с его негативами, но и создает риски перенапряжения на конденсаторах в УКРМ (УКРМФ, УКРМТФ).
Подробнее о правильном расчете резонансных контуров для проверки качества конденсаторных установок компенсации реактивной мощности в следующем материале цикла.
