Kondensaattoripankkien toiminta, toimintaperiaate ja kapasiteetin laskenta

1. Perustoimintaperiaate

Suurin osa teollisuuden sähköjärjestelmien sähkökuormista on induktiivisia kuormia, kuten asynkroniset moottorit, muuntajat, hitsauskoneet, loistelamput ja sähkömagneetit. Sähköisesti näitä kuormia voidaan pitää sarjaan kytkettynä resistanssin ja induktanssin yhdistelmänä. Seurauksena on, että kuormitusvirta jää jäljessä jännitteestä, mikä tuottaa suuren määrän induktiivista loisvirtaa ja loistehoa.

 

Piirin kokonaisvirta koostuu kahdesta osasta:

Aktiivinen virta, joka on vaiheissa jännitteen kanssa ja suorittaa hyödyllistä työtä, kuten moottoreita ja lämmön tuotantoa;

 

Loisvirta, joka viivästää jännitettä 90 astetta ja jota käytetään vain sähkömagneettisten kenttien muodostamiseen ja ylläpitämiseen ilman tehokasta työtä.

Vaikka loisvirta ei tuota hyödyllistä lähtötehoa, se käyttää silti muuntajan ja linjakapasiteetin, lisää järjestelmähäviöitä ja alentaa yleistä tehonlaatua. Tämä on yksi suurimmista energian tuhlauksen syistä teollisuuden sähköjärjestelmissä.

 

Sitä vastoin kondensaattorin virta johtaa jännitettä 90 astetta, mikä on vastavaiheessa induktiiviseen loisvirtaan. Kun kondensaattorit kytketään rinnan induktiivisten kuormien kanssa, kapasitiivinen loisvirta siirtää osan tai kokonaan induktiivista loisvirtaa, jolloin saavutetaan loistehokompensointi. Tämä on kondensaattoripankin perustoimintaperiaate.

2. Kondensaattoripankkien ydintoiminnot

Kondensaattoripankitkäytetään laajalti pienjännitteisissä teollisuuden sähkönjakelujärjestelmissä tehokertoimen parantamiseksi, loistehohäviöiden vähentämiseksi, virranlaadun parantamiseksi ja energiansäästöjen saavuttamiseksi.

 

Niiden päätoimintoihin kuuluvat:

• Tehotekijän parantaminen

Kondensaattorien tuottama kapasitiivinen loisteho kompensoi kuorman induktiivista loistehoa, pienentää jännitteen ja virran välistä vaihe-eroa ja parantaa tehokkaasti järjestelmän tehokerrointa.

 

• Linjahäviöiden vähentäminen ja ylikuormituksen estäminen

Vähentämällä järjestelmän tarpeetonta loisvirtaa, linjan kokonaisvirta pienenee vastaavasti, mikä pienentää kaapeleiden ja muuntajien tehohäviöitä ja auttaa estämään liiallisesta loistehosta aiheutuvaa ylikuormitusta.

 

• Stabiloiva verkkojännite

Raskaat induktiiviset kuormat aiheuttavat usein jännitteen pudotuksia ja vaihteluita, jotka voivat vaikuttaa sähkölaitteiden normaaliin toimintaan. Kondensaattorin kompensointi auttaa stabiloimaan liitinjännitettä ja parantamaan virransyötön luotettavuutta.

 

• Muuntajan kapasiteetin vapauttaminen

Loisteho vie osan muuntajan nimelliskapasiteetista, mikä rajoittaa sen kykyä tuottaa pätötehoa. Loistehon kompensointi vapauttaa muuntajan kapasiteettia ja parantaa laitteiden hyötysuhdetta.

 

3. Kaapin rakenne ja toiminta Ominaisuudet

3.1 Pääkomponentit

Tavallinen matalajännite{0}}kondensaattoriryhmä koostuu pääasiassa:

• Kaapin kotelo
• Kiskot
• Katkaisijat
• Eristävät kytkimet
• AC-kontaktorit
• Lämpöreleet
• Salamansammuttimet
• Kompensaatiokondensaattorit
• Sarjan reaktorit
• Automaattiset tehokertoimen säätimet
• Mittauslaitteet
• Ensisijaiset ja toissijaiset johdotusjärjestelmät
• Päätelohkot

 

3.2 Käyttöominaisuudet

Kondensaattoripankki toimii automaattisesti normaaleissa olosuhteissa eikä yleensä vaadi rutiinia manuaalista toimenpiteitä. Se käynnistyy ja pysähtyy yhdessä päävirransyöttöjärjestelmän kanssa.

 

Sisäänrakennettu{0}}älykäsohjaintarkkailee jatkuvasti kuormitusolosuhteita ja järjestelmän tehokerrointa reaaliajassa. Loistehotarpeen mukaan se kytkee automaattisesti kondensaattoriparistot päälle tai pois päältä optimaalisen kompensointitilan ylläpitämiseksi ja loistehohäviöiden minimoimiseksi.

 

Rutiinihuoltoa varten on suoritettava säännölliset tarkastukset, jotta voidaan tarkistaa:

• Kondensaattoriöljyvuoto tai turvotus
• Epänormaalia ääntä tai ylikuumenemista
• Löysät johtoliitännät
• Vanhentuneet kaapelit tai vaurioituneet osat

 

4. Pienen tehokertoimen vaarat (liiallinen loisteho)

Jos loistehon kompensointia ei asenneta järjestelmiin, joissa on suuria induktiivisia kuormia, tehokerroin pienenee merkittävästi, mikä johtaa seuraaviin ongelmiin:

• Suurempi linjavirta lisää lämpöhäviöitä kaapeleissa ja muuntajissa, mikä lisää energiankulutusta ja hukkaa sähköä;
• Liiallinen jännitehäviö aiheuttaa epävakaan ja pienentyneen verkkojännitteen, mikä voi vaikuttaa sähkölaitteiden normaaliin toimintaan;
• Loisteho varaa muuntajan kapasiteetin ja rajoittaa käytettävissä olevaa pätötehoa, mikä vähentää tehonjakelulaitteiden hyötysuhdetta.

 

5. Vaaditun kompensointikapasiteetin laskentamenetelmä

Empiirinen mitoitusmenetelmä teollisiin sovelluksiin

Käytännön suunnittelusovelluksissa vaadittava kompensointikapasiteetti on yleensä noin yksi -kolmas muuntajan nimelliskapasiteetista (yksikkö: kVAR).

Todellisista kuormitusominaisuuksista ja käyttöolosuhteista riippuen kompensointikapasiteetti on yleensä 30-40 % muuntajan nimelliskapasiteetista.

 

Esimerkki

200 kVA:n jakelumuuntajalle:

Suositeltu korvauskapasiteetti:

200 × (30 % ~ 40 %)=60 ~ 80 kVAR

Siksi yleensä suositellaan kondensaattoripankkia, jonka kapasiteetti on välillä 60 kVAR ja 80 kVAR, täyttämään paikan päällä -loistehokompensointivaatimukset.