для чего нужны конденсаторные батареи
Что такое конденсаторные установки
Конденсаторная установка – это электроустановка, которая состоит из конденсаторов и дополнительного электрооборудования, и применяется для компенсации реактивной мощности электрооборудования. Вследствие работы трансформаторов, электродвигателей, пусковых устройств, происходит производство, как активной энергии, так и реактивной.
Принцип действия
Активная энергия применяется по назначению и превращается в тепловую, механическую, а реактивная отсылается на создание электромагнитных полей и не дает никакой пользы. При этом создаёт дополнительную нагрузку на кабельные линии и проекты электроснабжения приходится разрабатывать с учетом появления реактивной мощности. А реактивная мощность оплачивается по счетчику согласно тарифу наряду с активной, а это довольно большая часть потребления электроэнергии.
Конденсаторные установки снижают потерю в кабельных линиях, что приводит соответственно к уменьшению общего энергопотребления и снижению токовой нагрузки на линию.
Конструкция конденсаторной установки выполнена в виде электроприбора, состоящего из конденсатора и дополнительного электрического оборудования. Данная установка предназначена для компенсации реактивной мощности оборудования, создающей электромагнитные поля и дополнительную нагрузку на электроприборы.
Для регулировки нагрузки используются различные устройства, в том числе конденсаторы, контакторы, контроллеры и защитная аппаратура. С их помощью каждая конденсаторная установка может легко компенсировать реактивную мощность. Они довольно просты в монтаже и эксплуатации, работают практически бесшумно, способствуют сокращению потерь в кабельных линиях.
Принцип действия конденсаторных установок основан на эффекте динамической или коммутируемой компенсации реактивной мощности. С этой целью применяется специальная система конденсаторов, располагающихся в определенной последовательности. Непосредственная коммутация осуществляется с помощью контакторов или тиристоров. Первый вариант используется в большинстве конденсаторных установок с электромеханическими реле. Они обладают универсальной конструкцией, просты в использовании, стоят сравнительно недорого.
Второй вариант с использованием тиристорных систем считается более дорогим, однако он хорошо зарекомендовал себя в сетях с резко изменяющимися нагрузками. Подключение любого устройства может производиться на любых участках электрической сети, независимо от принципа действия.
Назначение установок КРМ
Конденсаторные установки известны еще и как установки КРМ – то есть компенсаторы реактивной мощности. Они широко используются в энергетике, трансформаторах, асинхронных двигателях и другом оборудовании с появляющейся реактивной мощностью. Данное явление доставляет определенные неприятности подключенному оборудованию из-за создания дополнительного напряжения в сети. Для снижения негативных последствий и предназначены установки, компенсирующие реактивную мощность.
Очень часто возникает вопрос, зачем нужна конденсаторная установка для чего используется это устройство? Основной функцией данных систем является поддержание заданного уровня коэффициента мощности потребителя. С этой целью в реальном времени отслеживаются изменения нагрузки, после чего в нужный момент происходит включение или отключение нужного количества конденсаторных батарей.
Большая часть нагрузки современных электрических сетей создается на промышленных предприятиях электродвигателями, трансформаторами и другим оборудованием с электромагнитными системами. Для их работы используется реактивная энергия, под действием которой появляется фазовый сдвиг между током и напряжением. При включении нагрузки происходит потребление не только активной, но и реактивной энергии. В связи с этим полная мощность увеличивается в среднем на 20-25% относительно активной мощности. Это соотношение и будет коэффициентом мощности.
Для того чтобы исключить попадание в сеть реактивной мощности применяются различные виды конденсаторных установок. За счет этого она вырабатывается и остается на месте, где и потребляется электрическими нагрузками.
Существует несколько видов установок компенсации реактивной мощности: автоматические высоковольтные и низковольтные, тиристорные, фильтрокомпенсирующие, а также тиристорные установки с фильтрацией высших гармоник. Отдельно следует отметить конденсаторные установки нерегулируемые, компенсирующие реактивную мощность постоянных нагрузок. Типичными примерами такого оборудования различные виды насосов, особенно используемых в системах тепло- и водоснабжения. В этом случае коэффициент мощности повышается за счет приложения постоянной мощности конденсаторов напрямую к реактивной нагрузке.
Преимущества использования конденсаторных установок
Основными положительными качествами компенсационных систем является отсутствие каких-либо вращающихся частей, небольшие удельные потери активной мощности, возможность подбора любой практически необходимой мощности компенсации, возможность подключения к любой точке сети, простая эксплуатация и монтаж, отсутствие шумов во время работы, относительно низкие капиталовложения.
Конденсаторные установки бывают в двух вариантах:
Если предприятие работает, круглые сутки и образование реактивной энергии случается постоянно, то выгодно чтобы конденсаторные установки работали круглые сутки. Но если на производстве, работа распределена неравномерно, предположим, в ночное время нагрузка значительно снижается, необходимо обеспечивать их выключение, так как непрерывная работа может привести к лишнему увеличению напряжения в электросетях.
Таким производствам больше подходят установки с автоматической регулировкой. Они имеют автоматический регулятор, он постоянно следит за значение коэффициента мощности, и, регулирует количество подключенных батарей, что позволяет максимально возмещать её объем.
Срок окупаемости при правильном выборе, может составить от шести месяцев до полутора лет.
Установка выключателя: схема установки, как подключить провода
Установка электросчетчика в квартире
Установка и монтаж ГРЩ
Установка солнечных батарей
Розетки в ванной: выбор и правила установки
Конденсаторные установки распределительных подстанций – назначение, особенности эксплуатации
Реактивная мощность необходима для работы таких потребителей, как асинхронные двигатели различного назначения, насосы, дуговые плавильные печи. Для работы данных потребителей нужно небольшое количество реактивной мощности, но на практике в электрической сети протекают большие объемы реактивной мощности, которая возникает из-за большой нагрузки потребителей с активно-индуктивной нагрузкой.
Наличие большого объема реактивной мощности в электрической сети приводит к дополнительной загрузке линий электропередач, трансформаторов и другого оборудования, является одной из причин падения напряжения на линиях электропередач. Поэтому вопрос о компенсации реактивной мощности на подстанциях является достаточно актуальным. Одним из способов компенсации реактивной мощности является установка на распределительных подстанциях конденсаторных установок.
Включение групп конденсаторов в электрическую сеть осуществляется при помощи контакторов или тиристоров. Современные конденсаторные установки работают в автоматическом режиме, осуществляя автоматическое включение и отключение батарей конденсаторов в зависимости от величины реактивной составляющей в электрической сети.
Конденсаторные установки выпускают в широком диапазоне номинального напряжения – от 0,4 до 35 кВ. Высоковольтные установки напряжением 6, 10, 35 кВ устанавливают, как правило, на шинах распределительных подстанций, где требуется компенсация реактивной мощности. Такие установки называют централизованными. Существуют также индивидуальные и групповые конденсаторные установки, которые компенсируют реактивную мощность непосредственно у потребителя.
Низковольтные конденсаторные установки на напряжение 0,4-0,66 кВ служат для компенсации реактивной мощности непосредственно на нагрузках – сварочных аппаратах, насосах, электродвигателях и других потребителях с активно-индуктивным характером нагрузки. Низковольтные компенсаторы позволяют компенсировать, как постоянную, так и скачкообразную реактивную мощность благодаря высокому быстродействию.
Эксплуатация конденсаторных установок
Для обеспечения продолжительности срока службы конденсаторных установок необходимо придерживаться правил по их эксплуатации.
Компенсаторы, как и любое электрическое оборудование, рассчитаны на работу при заданных номинальных электрических параметрах – тока нагрузки и напряжения.
Допускается перегрузка установки на 30-50% по току (в зависимости от типа конденсаторной установки) и 10% по напряжению. Запрещается работа компенсаторов в случае возникновения больших перекосов фазных токов, а также при различном напряжении на отдельных конденсаторах (группах конденсаторов). Для компенсации реактивной мощности не симметричной нагрузки существует отдельные типы конденсаторных установок.
Конденсаторные установки имеют защиту от аварийных режимов работы. Поэтому в случае отключения установки действием встроенных защит запрещается вводить ее в работу до выявления причины срабатывания защитных устройств.
В процессе эксплуатации конденсаторных установок необходимо производить их периодические осмотры для своевременного обнаружения неисправностей, повреждений элементов. Установки выводятся из работы при обнаружении следующих признаков: течь пропиточной жидкости конденсаторов, признаки пробоя обкладок, деформация стенок конденсаторов. Также следует обратить внимание на состояние опорных изоляторов, ошиновки и контактных соединений.
Компенсаторы могут работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. Выбор режима зависит от требований к качеству электроснабжения. Если требуется поддерживать коэффициент мощности (соотношение реактивной мощности к полной мощности) на высоком уровне, то установки работают в автоматическом режиме.
При отсутствии жестких требований к величине реактивной составляющей, конденсаторные установки включаются обслуживающим персоналом, который осуществляет контроль над режимом работы оборудования подстанции, в частности контролирует уровень реактивной мощности в электрической сети.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Суперконденсаторы: что это, зачем и где применяется
Энергетика — крайне интересная сфера, которая развивается бурными темпами много лет подряд. На Хабре публикуются самые разные статьи об альтернативных источниках энергии, аккумуляторных батареях от Маска, электромобилях и т.п.
Но есть одна тема, которая затрагивается не так уж и часто. Речь идет о суперконденсаторах. Им как раз посвящена эта статья, в ней раскрывается суть суперконденсатора, сферы применения, плюс описываются кейсы из разных отраслей — промышленности, транспорта и т.п., где используются эти системы.
Суперконденсатор, что ты такое?
Все мы знаем, что такое аккумулятор — это источник постоянной мощности, ограниченный током разряда. Батареи бывают большие и маленькие, применяются они крайне широко — от транспорта до игрушек.
Но эта статья посвящена суперконденсаторам, так что пришло время рассказать о них. Так вот, любой суперконденсатор — это источник не постоянной, а импульсной мощности. Она ограничена лишь эквивалентным внутренним сопротивлением, которое позволяет элементу работать, фактически, на токах короткого замыкания.
Но при этом, в отличие от аккумулятора, это источник кратковременных, хотя и мощных импульсов энергии. Соответственно, и используются суперконденсаторы там, где нужна большая мощность на небольшой срок.
Суперконденсаторы называют еще ионисторами. Эти элементы состоят обычно из двух погруженных в электролит электродов и сепаратора. Последний нужен для того, чтобы не допустить перемещение заряда между двумя электродами с противоположной полярностью.
У суперконденсаторов два положительных свойства — высокая мощность и низкое внутренне сопротивление, чем они и отличаются от конденсаторов и аккумуляторных батарей. Чаще всего материал электрода суперконденсаторов — активный углерод, у которого две важные особенности, включая очень большую площадь поверхности и небольшое расстояние между разделенными зарядами.
Еще один положительный момент — длительный срок хранения и продолжительный срок службы суперконденсаторов. Все это — благодаря особенностям накопления энергии. Так, суперконденсаторы работают за счет разделения зарядов. Этот процесс легко обратим, так что отдавать энергию суперконденсаторы могут действительно быстро.
Теперь немного об определении характеристик суперконденсаторов. В отличие от аккумуляторов, где основная характеристика — это емкость, измеряемая в Ампер-часах, у суперконденсаторов это Фарад. Вот формула, которая позволяет определить энергию суперконденсатора:
Энергия (Дж) = 1/2*Емкость (Ф) * Напряжение в квадрате (В)
Есть несколько видов суперконденсаторов:
Во втором — система включает два твердых электрода и базируется на двух механизмах сохранения энергии. Это фарадеевские процессы и электростатическое взаимодействие.
Третий вариант — переходный между конденсаторами и аккумуляторами. Электроды здесь выполнены из разных материалов, а накопление заряда осуществляется благодаря разным механизмам.
Где могут использоваться суперконденсаторы?
Вполне логичный ответ — в отраслях, где нужно отдавать энергию быстро и в большом объеме. В частности, это может быть:
Примеры
Их можно привести большое количество, но разумно будет ограничиться тремя наиболее показательными.
Частотно-регулируемый электропривод. Здесь суперконденсаторы нужны при просадках напряжения и кратковременном, не более 10 секунд, блэкауте. Такие приводы используются на участках непрерывного технологического цикла на производственных объектах. Кроме того, суперконденсаторы стоит использовать на предприятии и в системах, которые снабжают объект газом, водой, теплом и энергией, т.п. на компрессорных станциях, в котельных, насосных станциях и т.п.
Источник бесперебойного питания. В этом случае суперконденсаторы дают возможность компенсировать провалы напряжения, которые приводят к проблемам с непрерывностью технологических процессов. Здесь речь идет о крупных объектах, включая промышленность и разного рода инфраструктуру — например, транспортную.
Суперконденсаторы, в частности, используются на заводе Skoda в Чехии, а именно — роботизированном цехе по покраске корпусов автомобилей. Если процесс окрашивания по какой-либо причине остановится, потом корпус придется возвращать в начало цикла.
Регулирование выходной мощности турбин ветрогенераторов. Большая проблема альтернативной энергетики — сложность поддержания выходной мощности турбин на одном уровне. Чем выше скорость ветра и сам он мощнее, тем больше вырабатывается энергии. Чем ниже, соответственно — тем энергии меньше. В итоге выходная мощность турбин может меняться, и очень значительно.
В этом случае суперконденсатор может помочь, причем сразу несколькими способами:
Производят ли суперконденсаторы в России?
Да, на Хабре еще несколько лет назад публиковалась новость о том, что в НИТУ «МИСис» разработала технологию, которая открыла возможность отечественной компании запустить производство суперконденсаторов.
Так, в 2017 году компания ТЭЭМП запустила в г. Химки производство высокоэффективных суперконденсаторов и модулей на их основе. При этом все это — чисто российские разработки. ТЭЭМП, к слову, производит плоские единичные элементы в ламинированном корпусе, который может использоваться в химических источниках тока с органическими электролитами: суперконденсаторах, литий-ионных аккумуляторах, металло-воздушных источниках тока.
При этом, ТЭЭМП производит ячейки собственной запатентованной конструкции – призматическая ячейка с токосъемом по всей ее поверхности. И сделано это не для того, чтобы показать свою уникальность, а чисто с практической точки зрения – распределенный по всей поверхности токосъем обеспечивает равномерность тепловых полей, тем самым замедляя процесс деградации и продлевая срок службы суперконденсатора.
В сухом остатке
В качестве вывода можно подвести итоги, указав преимущества и недостатки суперконденсаторов. Некоторые из них упоминались выше, но сейчас стоит перечислить все это отдельно.
Как понять,что нужна конденсаторная установка? Самый важный критерий
Как понять, что нужна конденсаторная установка? Самый главный критерий.
Конденсаторная установка, на сегодняшний день, одно из самых эффективных устройств, которое способно сэкономить предприятию достаточно серьезные средства.
С каждым повышением стоимости электрической энергии интерес к конденсаторным установкам нарастает. Причиной является то, что, во-первых, вместе с ростом цены на активную энергию, растет стоимость реактивной, а во-вторых, одним из эффектов включения в сеть устройства компенсации реактивной энергии является снижение потребления активной энергии (в пределах 1,5-4%).
Но давайте не забывать, что конденсаторная установка все же более эффективно компенсирует именно реактивную мощность.
Разумеется, после внедрения конденсаторной установки разгружается вся сеть, что увеличивает долговечность оборудования и позволяет подключать дополнительную нагрузку и уменьшать потребление активной энергии. Но в этой статье остановимся на том – как просто, буквально на глаз, определить, что на вашем предприятии имеет смысл компенсировать реактив.
Хочу напомнить своим коллегам-энергетикам, что ни одна конденсаторная установка не доведет реактивную энергию до нуля, т.к. его часть (потребляемый реактив) необходима для того, чтоб оборудование работало. Например, двигатель без реактивной энергии не сможет функционировать. Поэтому думать, что с установкой компенсационного устройства вы перестанете платить за реактив – заблуждение.
Для того, чтоб понять, что нужна конденсаторная установка недостаточно считать деньги, которое предприятие тратит на реактив, важно ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ НА СООТНОШЕНИЕ ПОТРЕБЛЕННОЙ АКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ К РЕАКТИВНОЙ, за тот же промежуток времени.
Это легко можно увидеть в счетах, которые Вашему предприятию выставляет энергопоставляющая компания.
Если значение потребленной реактивной энергии (в кВар) равно 20-25% от значения потребленной активной энергии (в кВт), то на вашем предприятии, все,относительно, нормально. Скорее всего косинус Фи на уровне 0,91-0,95. А это значит, что внедренная конденсаторная установка будет окупаться очень долго.
Безусловно, эффект разгрузки сетей никуда не денется, но математически, если смотреть с точки зрения соотношения потраченных средств на установку к уменьшению оплат за реактив – амортизация установки может растянуться на года.
Опять же, мы говорим о потребленной реактивной энергии, если у Вас на предприятии реактив каким-то образом, генерируется, то убрать его может только конденсаторная установка.
Если значение потребления реактивной энергии на Вашем предприятии выше 25% от значения актива за тот же период – это означает, что установка устройства компенсации реактивной мощности будет иметь хороший экономический эффект.
Батареи Статических Конденсаторов (БСК)
Источники реактивной мощности это практически все электродвигатели, как большие, так и маленькие (например, вентилятор в компьютерном блоке). Более сложными устройствами-источниками реактивной мощности являются нелинейные элементы — например, полупроводниковые устройства (регуляторы, выпрямители, импульсные блоки питания и др.), которые широко применяются в современных электроустановках потребителей.
В большинстве электроустановок потребителей генерируется значительная индуктивная реактивная мощность. Это относится как к промышленным предприятиям, так и офисным и бытовым центрам нагрузки.
Реактивная мощность не только бесполезно отнимает часть энергии, произведённой генераторами в сети. С ростом индуктивной мощности происходит снижение напряжения на шинах подстанций потребителей электроэнергии. А особенностью современных полупроводниковых регуляторов является то, что со снижением напряжения, они начинают потреблять больший ток. Что в свою очередь приводит к ещё большему росту реактивной мощности. Это может вести к каскадной аварии — так называемой лавины напряжения. Когда снижение напряжения во внешней сети (например, в результате ремонта или аварии) ведёт к взрывному росту реактивной нагрузки у потребителя и к аварийному снижению напряжения в сети.
Поэтому, компенсация реактивной мощности это не только средство повысить эффективность работы оборудования, качество электрической энергии, но и средство обеспечить надёжность электроснабжения.
Поскольку большая часть электроустановок потребителей генерирует индуктивную мощность, её можно компенсировать при помощи специальных конденсаторных установок — батарей статических конденсаторов (БСК). Электрически БСК представляет собой конденсатор, чья мощность примерно равна эквивалентной индуктивной мощности электроустановки потребителя. БСК компенсирует снижение напряжения на шинах и увеличивает коэффициент мощности.
Батарея статических конденсаторов (шунтовая конденсаторная батарея) – электроустановка, состоящая из конденсаторов, вспомогательного электрооборудования и ошиновки, предназначенная для компенсации реактивной мощности и повышения напряжения. БСК устанавливаются в электрических сетях переменного тока напряжением 0,4 – 500 кВ.
Принцип работы и область применения БСК
Несмотря на простоту принципа действия, БСК является технически сложной системой.
Во-первых, потребление и генерация реактивной мощности отличается в разных режимах сети. В некоторых случаях БСК может быть неуправляемой, а в некоторых требуется осуществлять переключения внутри батареи, изменяя её мощность (управляемая БСК).
Во-вторых, в зависимости от режимов работы БСК должна быть рассчитана на разный уровень токов. Поэтому выбор параметров БСК и характеристик её регулирования должен базироваться на исследовании существующей сети и проектной проработке (расчётах).
В третьих, электрическое сопротивление конденсатора уменьшается с ростом частоты тока, поэтому через батарею могут протекать значительные токи высокой частоты. В четвёртых, как было сказано выше, конденсатор накапливает в себе электрический заряд. При возмущениях в сети (коммутациях, коротких замыканиях) конденсатор возвращает эту энергию в сеть, что может приводить к броскам токов и перенапряжениям, которые опасны для электроустановок. Всё это требует включения в состав БСК демпфирующих реакторов, предупреждающих эти явления. Параметры демпфирующих реакторов должны выбираться на основе расчётов переходных режимов сети.
БСК генерируют реактивную мощность, тем самым компенсируя потребление реактивной мощности электродвигателями и активно-индуктивной нагрузкой, а также потери реактивной мощности в индуктивном сопротивлении элементов электрических сетей. В ряде случаев за счёт применения БСК удаётся повысить пропускную способность линий электропередачи и силовых трансформаторов. Снижение полной мощности позволяет пропускать по элементам сети более высокие значения активной мощности без увеличения номинальной мощности трансформаторов и строительства новых линий.
Конструкция БСК
Конструктивно БСК состоит из конденсаторных блоков, установленных в оцинкованные кассеты на опорных изоляторах, соединенных между собой для обеспечения требуемой емкости и наибольшего рабочего напряжения. При высоких значениях тока ударного короткого замыкания на шинах подстанции или при установке на подстанции двух и более БСК в состав конденсаторных батарей также входят токоограничивающие (демпфирующие) реакторы.
Конденсаторы открытого типа, которые сейчас наиболее востребованы, размещают в прочных оцинкованных металлических конструкциях с антикоррозионным покрытием, которые устойчивы к различным атмосферным явлениям.
Комплектация БСК определяется классом напряжения и режимом заземления нейтрали сети, а также техническими требованиями.
Компания «КПМ» имеет собственное производство воздушных демпфирующих реакторов, что позволяет снизить затраты и срок поставки БСК. Специалисты компании «КПМ» готовы осуществить полное сопровождение проекта: технические расчеты, производство, комплектацию, монтаж и наладку оборудования.
Многолетний опыт работы строительства объектов электроэнергетики и наличие собственной производственной базы позволяют собирать БСК с учётом индивидуальных технических требований, пожеланий заказчика и условий эксплуатации.