A kondenzátor bankok funkciója, működési elve és kapacitásszámítása

1. Alapvető működési elv

Az ipari energiaellátó rendszerekben a legtöbb elektromos terhelés induktív terhelés, például aszinkron motorok, transzformátorok, hegesztőgépek, fénycsövek és elektromágnesek. Elektromosan ezek a terhelések sorba kapcsolt ellenállás és induktivitás kombinációjának tekinthetők. Ennek eredményeként a terhelési áram elmarad a feszültségtől, nagy mennyiségű induktív meddőáramot és meddőteljesítményt generálva.

 

Az áramkörben a teljes áram két összetevőből áll:

Aktív áram, amely fázisban van a feszültséggel, és hasznos munkát végez, például motorokat hajt és hőt termel;

 

Meddő áram, amely 90 fokkal késlelteti a feszültséget, és csak elektromágneses mezők létrehozására és fenntartására szolgál hatékony munka nélkül.

Bár a meddőáram nem termel hasznos kimeneti teljesítményt, mégis lefoglalja a transzformátor- és vezetékkapacitást, növeli a rendszer veszteségeit és csökkenti az általános áramminőséget. Ez az energiapazarlás egyik fő oka az ipari villamosenergia-rendszerekben.

 

Ezzel szemben a kondenzátor árama 90 fokkal vezeti a feszültséget, ami fázisban ellentétes az induktív meddőárammal. Ha a kondenzátorokat induktív terhelésekkel párhuzamosan csatlakoztatják, a kapacitív meddőáram az induktív meddőáram egy részét vagy egészét eltolja, ezáltal a meddőteljesítmény kompenzációja érhető el. Ez a kondenzátortelep működési elve.

2. A kondenzátor bankok alapvető funkciói

Kondenzátor bankokszéles körben használják az alacsony feszültségű ipari áramelosztó rendszerekben a teljesítménytényező javítása, a meddőteljesítmény-veszteségek csökkentése, az energiaminőség javítása és az energiamegtakarítás elérése érdekében.

 

Fő funkcióik a következők:

• A teljesítménytényező javítása

A kondenzátorok által generált kapacitív meddőteljesítmény kompenzálja a terhelés induktív meddőteljesítményét, csökkenti a feszültség és áram közötti fáziskülönbséget és hatékonyan javítja a rendszer teljesítménytényezőjét.

 

• A vonalvesztés csökkentése és a túlterhelés megelőzése

A rendszerben a szükségtelen meddőáram csökkentésével a teljes vonaláram ennek megfelelően csökken, ami csökkenti a kábelek és transzformátorok teljesítményveszteségét és segít megelőzni a túlzott meddőteljesítmény okozta túlterhelést.

 

• Stabilizáló hálózati feszültség

A nagy induktív terhelések gyakran feszültségesést és ingadozást okoznak, ami befolyásolhatja az elektromos berendezések normál működését. A kondenzátorkompenzáció segít stabilizálni a kapocsfeszültséget és javítja a tápellátás megbízhatóságát.

 

• Transzformátorkapacitás felszabadítása

A meddőteljesítmény a transzformátor névleges kapacitásának egy részét elfoglalja, ami korlátozza az aktív teljesítmény leadási képességét. A meddőteljesítmény-kompenzáció felszabadítja a transzformátor kapacitását és javítja a berendezések kihasználtságát.

 

3. A szekrény felépítése és működése Jellemzők

3.1 Főbb összetevők

A szabványos kisfeszültségű{0}}kondenzátortelep főként a következőkből áll:

• Szekrény burkolat
• Gyűjtők
• Áramköri megszakítók
• Leválasztó kapcsolók
• AC kontaktorok
• Hőrelék
• Villámhárítók
• Kompenzációs kondenzátorok
• Sorozatos reaktorok
• Automatikus teljesítménytényező-szabályozók
• Mérőműszerek
• Elsődleges és másodlagos vezetékrendszerek
• Sorkapcsok

 

3.2 Működési jellemzők

A kondenzátortelep normál körülmények között automatikusan működik, és általában nem igényel rutin kézi beavatkozást. A fő áramellátó rendszerrel együtt indul és áll le.

 

A beépített{0}}intelligensvezérlőfolyamatosan, valós időben figyeli a terhelési viszonyokat és a rendszer teljesítménytényezőjét. A meddőteljesítmény igényének megfelelően automatikusan be- vagy kikapcsolja a kondenzátortelepeket, hogy fenntartsa az optimális kompenzációs állapotot és minimalizálja a meddőteljesítmény-veszteséget.

 

A rutinszerű karbantartáshoz rendszeres ellenőrzéseket kell végezni, hogy ellenőrizze:

• A kondenzátorolaj szivárgása vagy duzzanata
• Rendellenes zaj vagy túlmelegedés
• Laza vezetékek csatlakozásai
• Elöregedő kábelek vagy sérült alkatrészek

 

4. Az alacsony teljesítménytényező veszélyei (túlzott reaktív teljesítmény)

Ha a meddőteljesítmény-kompenzáció nincs beépítve nagy induktív terhelésű rendszerekbe, a teljesítménytényező jelentősen csökken, ami a következő problémákhoz vezet:

• A nagyobb vezetékáram növeli a hőveszteséget a kábelekben és a transzformátorokban, ami nagyobb energiafogyasztást és pazarló villamos energiát eredményez;
• A túlzott feszültségesés instabil és csökkent hálózati feszültséget okoz, ami befolyásolhatja az elektromos berendezések normál működését;
• A meddő teljesítmény lefoglalja a transzformátor kapacitását és korlátozza a rendelkezésre álló aktív teljesítményt, csökkentve az áramelosztó berendezések kihasználtságát.

 

5. A szükséges kompenzációs kapacitás számítási módszere

Empirikus méretezési módszer ipari alkalmazásokhoz

A gyakorlati mérnöki alkalmazásokban a szükséges kompenzációs kapacitást általában a transzformátor névleges kapacitásának (mértékegysége: kVAR) nagyjából egy-harmadának tekintik.

A tényleges terhelési jellemzőktől és az üzemi feltételektől függően a kompenzációs kapacitás általában a transzformátor névleges kapacitásának 30-40%-a között van.

 

Példa

200 kVA elosztó transzformátorhoz:

Ajánlott kompenzációs kapacitás:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 kVAR

Ezért általában egy 60 kVAR és 80 kVAR közötti kapacitású kondenzátortelep használata javasolt a helyszíni meddőteljesítmény-kompenzációs követelmények teljesítéséhez.