Διόρθωση συντελεστή ισχύος: Διαστασιολόγηση συστοιχίας πυκνωτών, αρμονικές και προστασία

Για τον υπολογισμό του μεγέθους ενός χαμηλής τάσης πυκνωτικού συστοιχίας διόρθωσης συντελεστή ισχύος, υπολογίστε την άεργο ισχύ που απαιτείται για τη μετάβαση από τον μετρούμενο συντελεστή ισχύος στον συντελεστή ισχύος στόχο και, στη συνέχεια, επαληθεύστε το αποτέλεσμα σε σχέση με το ελάχιστο φορτίο, το φάσμα αρμονικών, τον κύκλο μεταγωγής, το διαθέσιμο ρεύμα βραχυκύκλωσης και τα όρια θερμοκρασίας του πίνακα. Ο υπολογισμός παράγει μια θεωρητική απαίτηση σε kvar. Από μόνος του, δεν επιλέγει μια ασφαλή πυκνωτική συστοιχία, επαφέα, πηνίο, ασφάλεια ή αυτόματο διακόπτη.

Ο βασικός υπολογισμός είναι:

Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)

όπου:

• Qc είναι η απαιτούμενη χωρητική άεργος ισχύς σε kvar;
• P είναι η αντιπροσωπευτική ενεργός ισχύς σε kW;
• phi1 είναι η γωνία φάσης που αντιστοιχεί στον υπάρχοντα συντελεστή ισχύος μετατόπισης;
• phi2 είναι η γωνία φάσης που αντιστοιχεί στον συντελεστή ισχύος μετατόπισης στόχο.

Ο τελικός σχεδιασμός πρέπει να παραμένει ελαφρώς επαγωγικός εντός του δηλωμένου εύρους λειτουργίας του, εκτός εάν η επιχείρηση κοινής ωφέλειας ή η μελέτη του ηλεκτρικού συστήματος απαιτεί διαφορετική συμπεριφορά. Μην στοχεύετε αυτόματα σε συντελεστή ισχύος 1,00 και μην εγκαθιστάτε μια τυπική συστοιχία πυκνωτών σε ένα δίκτυο με υψηλή περιεκτικότητα σε αρμονικές χωρίς να ελέγξετε τον κίνδυνο συντονισμού.

Σύνοψη τεχνικής απόφασης

• Υπολογίστε τα απαιτούμενα kvar από τη μετρούμενη ενεργό ισχύ και τον συντελεστή ισχύος μετατόπισης υπό αντιπροσωπευτικές συνθήκες λειτουργίας, όχι μόνο από το συνδεδεμένο φορτίο.
• Ελέγξτε τους τρόπους λειτουργίας με ελάχιστο φορτίο και γεννήτρια, ώστε τα σταθερά ή υπερμεγέθη βήματα να μην οδηγήσουν την εγκατάσταση σε χωρητικό συντελεστή ισχύος.
• Μετρήστε τις αρμονικές συνθήκες πριν επιλέξετε τυπικούς πυκνωτές, αποσυντονισμένα πηνία, συντονισμένα φίλτρα ή ενεργή εξάλειψη αρμονικών· δεν υπάρχει καθολικό ποσοστό THD που να καθορίζει κάθε έργο.
• Συντονίστε τους πυκνωτές, τα πηνία, τις συσκευές μεταγωγής, τις προστατευτικές διατάξεις, τους αγωγούς, τα εξαρτήματα εκφόρτισης και τον εξαερισμό ως ένα ενιαίο σύνολο.
• Αντιμετωπίστε τον υπολογισμό ως προκαταρκτικό διαστασιολόγηση. Η τελική επαλήθευση πρέπει να χρησιμοποιεί δεδομένα ρεύματος σφάλματος του έργου, πίνακες εφαρμογών του κατασκευαστή και τις ισχύουσες απαιτήσεις συναρμολόγησης IEC.

Απαιτούμενα δεδομένα σχεδιασμού πριν από τη διαστασιολόγηση

Μια τεκμηριωμένη επιλογή ξεκινά με μετρημένα δεδομένα λειτουργίας, όχι μόνο με τα kVA του μετασχηματιστή, την ιπποδύναμη του συνδεδεμένου κινητήρα ή τον χαμηλότερο συντελεστή ισχύος που παρατηρήθηκε σε έναν λογαριασμό κοινής ωφέλειας.

Είσοδος	Γιατί έχει σημασία	Προτιμώμενα αποδεικτικά στοιχεία
Τάση συστήματος, συχνότητα, φάσεις και διάταξη γείωσης	Καθορίζει τις απαιτήσεις σύνδεσης, μόνωσης, μεταγωγής και προστασίας του πυκνωτή	Μονογραμμικό διάγραμμα και επιτόπια μέτρηση
Προφίλ ενεργού ισχύος σε kW	Καθορίζει το πραγματικό φορτίο που χρειάζεται αντιστάθμιση	Μετρητής διαστήματος ή καταγραφή ποιότητας ισχύος κατά τη διάρκεια ενός αντιπροσωπευτικού κύκλου
Υφιστάμενος συντελεστής ισχύος μετατόπισης	Καθορίζει τον υπολογισμό των kvar θεμελιώδους συχνότητας	Μετρητής ικανός να αναφέρει τον συντελεστή ισχύος μετατόπισης, όπου διατίθεται
Πραγματικός συντελεστής ισχύος και αρμονικό φάσμα	Αποκαλύπτει παραμόρφωση που οι πυκνωτές από μόνοι τους ενδέχεται να μην διορθώνουν	Αναλυτής ποιότητας ισχύος στο προβλεπόμενο σημείο σύνδεσης
Ελάχιστο, κανονικό και μέγιστο φορτίο	Αποτρέπει την υπεραντιστάθμιση κατά τις περιόδους ελαφρού φορτίου	Καταγεγραμμένο προφίλ φορτίου, όχι μία στιγμιαία μέτρηση
Στοχευόμενος συντελεστής ισχύος	Καθορίζει τον στόχο διόρθωσης	Τιμολόγιο παρόχου, συμφωνία σύνδεσης ή απαίτηση έργου
Απογραφή μη γραμμικών φορτίων	Υποδεικνύει κίνδυνο συντονισμού και αρμονικών ρευμάτων	Ονομαστικά χαρακτηριστικά και πρότυπο λειτουργίας VFD, συστημάτων UPS, ανορθωτών, συσκευών συγκόλλησης, φορτιστών EV και παρόμοιων φορτίων
Ονομαστική ισχύς και σύνθετη αντίσταση μετασχηματιστή	Επηρεάζει την αντοχή σε βραχυκύκλωμα και τον συντονισμό του δικτύου	Πινακίδα μετασχηματιστή και δεδομένα μελέτης
Διαθέσιμο ρεύμα βραχυκύκλωσης	Απαιτείται για τον συντονισμό των διατάξεων προστασίας και του συγκροτήματος	Μελέτη σφαλμάτων ή επαληθευμένη τιμή σχεδιασμού
Συνθήκες εγκατάστασης	Επηρεάζουν την ψύξη, τις αποστάσεις, τον βαθμό προστασίας περιβλήματος και τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων	Θερμοκρασία περιβάλλοντος, υψόμετρο, αερισμός, ρύπανση και δεδομένα περιβλήματος

Εάν ο αναγνώστης χρειάζεται μόνο την ορολογία και την αρχή λειτουργίας, χρησιμοποιήστε το υπάρχον Πλήρης ονομασία APFC και οδηγός λειτουργίας. Αυτή η σελίδα ξεκινά από εκεί που τελειώνει αυτός ο ορισμός: μετατροπή δεδομένων εγκατάστασης σε προκαταρκτική προδιαγραφή πίνακα.

Ο συντελεστής ισχύος μετατόπισης δεν είναι πάντα ο πραγματικός συντελεστής ισχύος

Για ένα σχεδόν ημιτονοειδές ηλεκτρικό σύστημα, ο συντελεστής ισχύος αντιπροσωπεύεται συνήθως ως cos phi, το συνημίτονο της γωνίας φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος. Σε ένα δίκτυο που τροφοδοτεί μη γραμμικά φορτία, η παραμόρφωση του ρεύματος προσθέτει ένα επιπλέον αποτέλεσμα.

• Συντελεστής ισχύος μετατόπισης περιγράφει τη σχέση φάσης μεταξύ της θεμελιώδους τάσης και του θεμελιώδους ρεύματος.
• Πραγματικός συντελεστής ισχύος είναι η ενεργός ισχύς διαιρεμένη με τη φαινόμενη ισχύ χρησιμοποιώντας τις πλήρεις κυματομορφές RMS.

Ένας πυκνωτής παράλληλης σύνδεσης παρέχει άεργο ισχύ θεμελιώδους συχνότητας και μπορεί να βελτιώσει τον συντελεστή ισχύος μετατόπισης. Δεν εξουδετερώνει το αρμονικό ρεύμα που δημιουργείται από έναν ανορθωτή, έναν ρυθμιστή στροφών (VFD), ένα UPS ή ένα τροφοδοτικό μεταγωγής. Επομένως, μια εγκατάσταση μπορεί να παρουσιάζει βελτιωμένο συντελεστή ισχύος μετατόπισης, ενώ ο πραγματικός συντελεστής ισχύος παραμένει περιορισμένος λόγω παραμόρφωσης.

Αυτή η διάκριση αλλάζει την απόφαση σχεδιασμού. Εάν ο χαμηλός συντελεστής ισχύος προκαλείται κυρίως από επαγωγική άεργο ισχύ, μια συστοιχία πυκνωτών μπορεί να είναι κατάλληλη. Εάν η παραμόρφωση αποτελεί σημαντικό παράγοντα, το έργο ενδέχεται επίσης να απαιτεί πηνία, συντονισμένο φίλτρο, ενεργό αρμονικό φίλτρο ή αλλαγές στα μη γραμμικά φορτία. Η λύση πρέπει να ακολουθεί τις μετρημένες κυματομορφές και μια μελέτη δικτύου αντί για μία συνολική τιμή PF.

Υπολογισμός της απαιτούμενης ισχύος kvar της συστοιχίας πυκνωτών

Βήμα 1: Επιλογή αντιπροσωπευτικής ενεργού ισχύος

Χρησιμοποιήστε την ενεργό ισχύ που σχετίζεται με την κατάσταση λειτουργίας την οποία αναμένεται να εξυπηρετήσει το σύστημα διόρθωσης. Μια σταθερή συστοιχία συνδεδεμένη σε έναν κινητήρα με συνεχή φόρτιση μπορεί να χρησιμοποιήσει τα δηλωμένα δεδομένα λειτουργίας του κινητήρα, υπό την προϋπόθεση των ορίων του κατασκευαστή του κινητήρα. Μια κεντρική αυτόματη συστοιχία θα πρέπει κανονικά να βασίζεται σε ένα προφίλ φορτίου που περιλαμβάνει περιόδους ελάχιστης, κανονικής και μέγιστης λειτουργίας.

Βήμα 2: Μετατροπή του συντελεστή ισχύος σε συντελεστές άεργου ισχύος

Για κάθε συντελεστή ισχύος:

tan phi = sqrt(1 - PF^2) / PF

Στη συνέχεια υπολογίστε:

Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)

Ο τύπος και οι πρόσθετοι υπολογισμοί του πίνακα συνοψίζονται επίσης στο VIOX ηλεκτρικοί τύποι για τον σχεδιασμό πινάκων χαμηλής τάσης.

Υπολογίστε τα kvar της συστοιχίας πυκνωτών με το εργαλείο VIOX

Χρησιμοποιήστε την Εργαλείο υπολογισμού και διόρθωσης συντελεστή ισχύος VIOX για να εισαγάγετε την ενεργό ισχύ, τον υφιστάμενο συντελεστή ισχύος, τον συντελεστή ισχύος στόχο, την τάση και τη διάταξη φάσεων. Υπολογίζει την προκαταρκτική απαίτηση αντιστάθμισης και συγκρίνει τη φαινόμενη ισχύ και το ρεύμα γραμμής πριν και μετά τη διόρθωση.

Ο υπολογιστής μοντελοποιεί ένα ισορροπημένο σημείο λειτουργίας χρησιμοποιώντας τη σχέση του τριγώνου ισχύος. Το αποτέλεσμα σε kvar δεν αποτελεί τελική προδιαγραφή συστοιχίας, διότι δεν μοντελοποιεί τη διακύμανση του φορτίου, τα πρακτικά βήματα μεταγωγής, τον αρμονικό συντονισμό, τις ανοχές των πυκνωτών, τον συντονισμό των προστατευτικών διατάξεων ή την άνοδο της θερμοκρασίας του πίνακα. Συνεχίστε με τους παρακάτω ελέγχους πριν επιλέξετε εξοπλισμό.

Παράδειγμα εφαρμογής: 400 kW από 0,75 σε 0,95 PF

Υποθέστε ένα ισορροπημένο τριφασικό φορτίο με:

• ενεργός ισχύς: P = 400 kW;
• υφιστάμενος συντελεστής ισχύος μετατόπισης: PF1 = 0.75 επαγωγικός;
• συντελεστής ισχύος μετατόπισης στόχος: PF2 = 0.95 επαγωγικός;
• τάση συστήματος: 400 V πολική τάση;
• η καταλληλότητα για αρμονικές δεν έχει ακόμη καθοριστεί.

tan phi1 = sqrt(1 - 0.75^2) / 0.75 = 0.882
tan phi2 = sqrt(1 - 0.95^2) / 0.95 = 0.329

Qc = 400 x (0.882 - 0.329)
Qc = 221 kvar περίπου

Η θεωρητική απαίτηση είναι επομένως περίπου 221 kvar στο αναφερόμενο σημείο λειτουργίας.

Η φαινόμενη ισχύς και το ρεύμα της ανάντη γραμμής αλλάζουν επίσης:

Κατάσταση	Φαινόμενη ισχύς	Κατά προσέγγιση ρεύμα γραμμής στα 400 V
Πριν από τη διόρθωση, PF 0.75	400 / 0.75 = 533 kVA	533.000 / (sqrt 3 x 400) = 770 A
Μετά τη διόρθωση, PF 0.95	400 / 0.95 = 421 kVA	421.000 / (sqrt 3 x 400) = 608 A

Αυτή η μείωση ισχύει ανάντη του σημείου σύνδεσης της αντιστάθμισης. Δεν μειώνει το ρεύμα εντός των περιελίξεων του κινητήρα ούτε εξαλείφει τις απώλειες εντός του ίδιου του φορτίου.

Μην μετατρέπετε τα 221 kvar απευθείας σε εντολή αγοράς. Η επιλεγμένη ονομαστική συστοιχία και τα βήματά της πρέπει να ταιριάζουν στο προφίλ φορτίου, τις διαθέσιμες τυπικές ονομαστικές τιμές, την ανοχή τάσης, την ανοχή του πυκνωτή, το αρμονικό φορτίο, τον σχεδιασμό του αντιδραστήρα, τη συμπεριφορά του ελεγκτή και τον κίνδυνο χωρητικού συντελεστή ισχύος στο ελάχιστο φορτίο.

Επιλέξτε την αρχιτεκτονική διόρθωσης

Η θέση και η μέθοδος μεταγωγής καθορίζουν ποιο μέρος του ηλεκτρικού συστήματος λαμβάνει το όφελος της εκτόνωσης ρεύματος και πώς συμπεριφέρεται η συστοιχία καθώς μεταβάλλεται το φορτίο.

Αρχιτεκτονική	Καλύτερη εφαρμογή	Κύριο όριο σχεδιασμού
Μεμονωμένη σταθερή αντιστάθμιση	Ένα σταθερό επαγωγικό φορτίο που λειτουργεί για μεγάλες περιόδους	Πρέπει να είναι αλληλομανδαλωμένο με το φορτίο και να παραμένει εντός των επιτρεπόμενων kvar του κατασκευαστή του εξοπλισμού
Ομαδική αντιστάθμιση	Πολλαπλά φορτία που εκκινούν και σταματούν μαζί	Η κατάσταση λειτουργίας της ομάδας πρέπει να είναι προβλέψιμη
Κεντρική αυτόματη βαθμιδωτή συστοιχία	Μεταβλητό φορτίο εγκατάστασης με πολλαπλούς συνδυασμούς λειτουργίας	Ο ελεγκτής, ο μετασχηματιστής έντασης (CT), η ανάλυση βαθμίδων, ο ρυθμός μεταγωγής, οι αρμονικές και η συμπεριφορά σε ελαφρύ φορτίο πρέπει να είναι συντονισμένα
Ταχεία διόρθωση με μεταγωγή θυρίστορ	Ταχέως μεταβαλλόμενα φορτία όπου η μεταγωγή με επαφέα είναι πολύ αργή ή προκαλεί υπερβολική φθορά	Απαιτείται ειδικός σχεδιασμός για τη θερμική προστασία, τους ημιαγωγούς, τις αρμονικές και την προστασία ανάλογα με την εφαρμογή

Η κεντρική αυτόματη διόρθωση είναι συχνά πρακτική επειδή εξυπηρετεί ολόκληρο το κατάντη φορτίο και συγκεντρώνει τη συντήρηση σε μία τοποθεσία. Δεν απομακρύνει το άεργο ρεύμα από τις γραμμές τροφοδοσίας που βρίσκονται κατάντη της συστοιχίας. Η μεμονωμένη διόρθωση μπορεί να αποφορτίσει περισσότερο τη γραμμή τροφοδοσίας, αλλά απαιτεί στενότερο συντονισμό με κάθε φορτίο.

Ελέγξτε τους τρόπους λειτουργίας της γεννήτριας και του μετασχηματιστή

Μια συστοιχία σχεδιασμένη για λειτουργία με το δίκτυο ενδέχεται να είναι ακατάλληλη όταν η εγκατάσταση μεταφέρεται σε γεννήτρια με χαμηλότερη αντοχή σε βραχυκύκλωμα ή διαφορετική ικανότητα άεργου ισχύος. Καθορίστε εάν η συστοιχία πρέπει να αποκλείεται, να περιορίζεται ή να ελέγχεται διαφορετικά κατά τη λειτουργία της γεννήτριας. Επίσης, αξιολογήστε τους μετασχηματιστές με ελαφρύ φορτίο: μια μόνιμα συνδεδεμένη συστοιχία μπορεί να παράγει χωρητική άεργο ισχύ όταν απουσιάζει το κύριο επαγωγικό φορτίο.

Επιλογή μεγέθους βαθμίδας χωρίς τη δημιουργία χωρητικού συντελεστή ισχύος

Για μια αυτόματη συστοιχία, το συνολικό kvar είναι μόνο μία μεταβλητή σχεδιασμού. Το μικρότερο βήμα ελέγχει την ανάλυση, ενώ η ακολουθία των βημάτων ελέγχει πόσο πιστά ακολουθεί η συστοιχία το φορτίο.

Χρησιμοποιήστε το καταγεγραμμένο προφίλ άεργου ισχύος για να απαντήσετε σε τέσσερα ερωτήματα:

1. Ποια είναι η μικρότερη επαναλαμβανόμενη μεταβολή σε επαγωγικό kvar που θα πρέπει να ενεργοποιεί μια βαθμίδα;
2. Ποιο είναι το χαμηλότερο φορτίο στο οποίο η συστοιχία θα παραμείνει ενεργοποιημένη;
3. Θα δημιουργήσει η μικρότερη συνδεδεμένη βαθμίδα χωρητικό συντελεστή ισχύος στο ελάχιστο φορτίο;
4. Πόσο συχνά θα μεταβαίνει κάθε βαθμίδα κατά τη διάρκεια ενός κανονικού κύκλου παραγωγής;

Μια ενδεικτική συστοιχία 225 kvar θα μπορούσε να χωριστεί σε ίσα ή άνισα βήματα, αλλά η σωστή ακολουθία δεν μπορεί να επιλεγεί μόνο από το συνολικό kvar. Ένα μικρότερο πρώτο βήμα βελτιώνει την ανάλυση, αλλά προσθέτει διατάξεις μεταγωγής, προστασία, καλωδίωση, θερμότητα, κόστος και σημεία συντήρησης. Ένας ελεγκτής με κυκλική χρήση βημάτων μπορεί να κατανείμει τον φόρτο λειτουργίας, αλλά το πρόγραμμα μεταγωγής του πρέπει να αντιστοιχεί στις ονομαστικές τιμές των φυσικών βημάτων.

Η καθυστέρηση απόκρισης του ελεγκτή έχει επίσης σημασία. Μια σύντομη καθυστέρηση μπορεί να ακολουθεί βραχείες μεταβολές του φορτίου και να επιταχύνει τη φθορά των επαφών. Μια μεγάλη καθυστέρηση μπορεί να αφήσει ένα φορτίο που μεταβάλλεται ταχέως χωρίς επαρκή διόρθωση. Για φορτία που μεταβάλλονται ταχύτερα από ό,τι μπορεί να ακολουθήσει μια συστοιχία με επαφέα, αξιολογήστε ένα στατικό ή υβριδικό σύστημα αντί να μειώσετε απλώς την καθυστέρηση του ελεγκτή.

Οι αρμονικές μπορούν να μετατρέψουν έναν σωστό υπολογισμό kvar σε μια αποτυχημένη συστοιχία

Η επαγωγή του ανάντη δικτύου και η προστιθέμενη χωρητικότητα σχηματίζουν ένα συντονιζόμενο σύστημα. Εάν η φυσική του συχνότητα βρίσκεται κοντά σε μια αρμονική που υπάρχει στην εγκατάσταση, η τάση και το ρεύμα μπορεί να ενισχυθούν. Οι συνέπειες μπορεί να περιλαμβάνουν υπερένταση πυκνωτή, καμένες ασφάλειες, ζημιά στον επαφέα, υπερθέρμανση αντιδραστήρα, ανεπιθύμητες ενεργοποιήσεις ή υπερβολική παραμόρφωση τάσης.

Το πρότυπο IEC 61642 παρέχει καθοδήγηση για φίλτρα και πυκνωτές παράλληλης σύνδεσης σε βιομηχανικά δίκτυα AC που επηρεάζονται από αρμονικές. Ο τεχνικός οδηγός της ABB εξηγεί ομοίως ότι ένας αντιδραστήρας σε σειρά μπορεί να επιλεγεί έτσι ώστε ο συνδυασμός πυκνωτή-αντιδραστήρα να συντονίζεται κάτω από τη χαμηλότερη σημαντική αρμονική, μειώνοντας τον κίνδυνο συντονισμού με το δίκτυο.

Μην χρησιμοποιείτε ένα καθολικό όριο THD

Μια δήλωση όπως “χρησιμοποιήστε αντιδραστήρες πάνω από 5% THD” δεν αποτελεί πλήρη κανόνα επιλογής. Ο κίνδυνος εξαρτάται από:

• τα μεγέθη των επιμέρους αρμονικών και τις σχέσεις φάσης τους·;
• αντοχή του ηλεκτρικού συστήματος σε βραχυκύκλωμα και σύνθετη αντίσταση μετασχηματιστή;
• kvar της συστοιχίας πυκνωτών και ο αριθμός των συνδεδεμένων βαθμίδων;
• θέση των μη γραμμικών φορτίων και της συστοιχίας;
• αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου και τη λειτουργία της γεννήτριας;
• υπάρχοντα φίλτρα, καλώδια και άλλοι πυκνωτές.

Μετρήστε το φάσμα αρμονικών στο προτεινόμενο σημείο σύνδεσης υπό αντιπροσωπευτικές καταστάσεις λειτουργίας. Ένα αμπεροτσιμπίδα true-RMS μπορεί να εντοπίσει μη φυσιολογικό ρεύμα πυκνωτή, αλλά απαιτείται αναλυτής ποιότητας ισχύος και μελέτη συστήματος για τον προσδιορισμό της τάξης των αρμονικών, του κινδύνου συντονισμού και ενός τεκμηριωμένου σχεδιασμού μετριασμού.

Επιλέξτε την απόκριση αρμονικών, όχι μόνο μια τάση πυκνωτή

Κατάσταση δικτύου	Προκαταρκτική κατεύθυνση	Απαιτείται επαλήθευση
Κατά κύριο λόγο γραμμικά φορτία, χαμηλή μετρούμενη παραμόρφωση, δεν εντοπίστηκε ανησυχία για συντονισμό	Μια τυπική συστοιχία πυκνωτών ενδέχεται να είναι κατάλληλη	Επιβεβαιώστε τις ονομαστικές τιμές του πυκνωτή, της μεταγωγής, της προστασίας και της διάταξης
Σημαντικό μη γραμμικό φορτίο και κίνδυνος συντονισμού	Συστοιχία πυκνωτών-αντιδραστήρων με αποσυντονισμό	Φάσμα αρμονικών, συντονισμός, τάση καταπόνησης πυκνωτή, θερμική ονομαστική τιμή αντιδραστήρα και μελέτη τοπολογίας
Μία ή περισσότερες αρμονικές τάξεις απαιτούν σκόπιμη απορρόφηση	Συντονισμένο παθητικό φίλτρο	Μελέτη φίλτρου ανά περίπτωση, συμπεριλαμβανομένων των ανοχών των εξαρτημάτων και των μεταβολών του δικτύου
Ευρύ ή μεταβαλλόμενο φάσμα αρμονικών όπου η αντιστάθμιση αέργου ισχύος και ο έλεγχος παραμόρφωσης αποτελούν ξεχωριστές ανάγκες	Μια ενεργή ή υβριδική λύση ενδέχεται να είναι κατάλληλη	Μελέτη ποιότητας ισχύος, δυναμικές απαιτήσεις και συμβατότητα εξοπλισμού

A ένας αποσυντονισμένος αντιδραστήρας δεν αποτελεί αυτόματα φίλτρο αρμονικών. Ο κύριος σκοπός του σε μια συστοιχία PFC είναι συνήθως η μετατόπιση του συντονισμού σειράς κάτω από τη χαμηλότερη σημαντική αρμονική και ο περιορισμός της ενίσχυσης. Ένα συντονισμένο παθητικό φίλτρο έχει σχεδιαστεί σκόπιμα ώστε να παρέχει χαμηλή σύνθετη αντίσταση γύρω από μια επιλεγμένη αρμονική τάξη. Αυτές οι λειτουργίες δεν πρέπει να καθορίζονται ως εναλλάξιμες.

Η προσθήκη ενός αντιδραστήρα αυξάνει επίσης την τάση θεμελιώδους συχνότητας στον πυκνωτή. Επομένως, η ονομαστική τάση του πυκνωτή πρέπει να συντονίζεται με τον συντονισμό του αντιδραστήρα, την τάση του ηλεκτρικού συστήματος, τις ανοχές και τις αρμονικές συνθήκες. Η επιλογή ενός πυκνωτή μόνο με βάση την ονομαστική τάση του ζυγού μπορεί να είναι ανεπαρκής σε μια συστοιχία με αποσυντονισμό (detuned bank).

Συντονισμός του πλήρους πίνακα PFC

Το ονομαστικό ρεύμα πυκνωτή για μια ισορροπημένη τριφασική συστοιχία είναι:

Ic = 1000 x Qc / (sqrt 3 x U)

Για το παράδειγμα των 225 kvar, 400 V:

Ic = 1000 x 225 / (sqrt 3 x 400)
Ic = 325 A περίπου

Αυτό είναι ένα ονομαστικό ρεύμα θεμελιώδους συχνότητας, όχι ονομαστικό μέγεθος για αυτόματο διακόπτη, ασφάλεια, επαφέα, καλώδιο ή ζυγό. Οι ονομαστικές τιμές των εξαρτημάτων πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τις ισχύουσες ανοχές των πυκνωτών, τη διακύμανση της τάσης, το αρμονικό ρεύμα, τις μεταβατικές καταστάσεις μεταγωγής, τις συνθήκες περιβάλλοντος, την ομαδοποίηση και τον δοκιμασμένο ή επαληθευμένο σχεδιασμό της διάταξης.

Πυκνωτές και αντιδραστήρες

Καθορίστε το πρότυπο του πυκνωτή, την ονομαστική τάση, την ονομαστική ισχύ σε kvar στην πραγματική τάση λειτουργίας, τη συχνότητα, την ανοχή, το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα, τη διάταξη εκφόρτισης, την κατηγορία θερμοκρασίας και τον μηχανισμό ασφαλείας τέλους ζωής. Για μια συστοιχία με αποσυντονισμό, καθορίστε τον συνδυασμό πυκνωτή-αντιδραστήρα, τα δεδομένα συντονισμού, τις απώλειες του αντιδραστήρα, την κλάση θερμοκρασίας, τη θερμική προστασία και τον απαιτούμενο εξαερισμό.

Διατάξεις μεταγωγής

Η ενεργοποίηση του πυκνωτή δημιουργεί μια μεταβατική κατάσταση ρεύματος εισόδου υψηλής συχνότητας. Ένας επαφέας γενικής χρήσης που επιλέγεται μόνο με βάση τα αμπέρ μόνιμης κατάστασης ενδέχεται να μην είναι κατάλληλος. Καθορίστε έναν επαφέα για φορτία πυκνωτών ή άλλη διάταξη μεταγωγής με δηλωμένη ικανότητα μεταγωγής πυκνωτών, κατάλληλο έλεγχο ρεύματος εισόδου και συντονισμό με τη διάταξη προστασίας από βραχυκύκλωμα. Η κατηγορία χρήσης επαφέα IEC AC-6b σχετίζεται με τη μεταγωγή συστοιχιών πυκνωτών· ο οδηγός VIOX οδηγός κατηγορίας χρήσης επαφέα εξηγεί γιατί η κατηγορία χρήσης έχει σημασία.

Όπου το φορτίο απαιτεί ταχεία μεταγωγή, επαληθεύστε εάν δικαιολογείται η μεταγωγή με θυρίστορ. Η ημιαγωγική μεταγωγή αλλάζει τον θερμικό σχεδιασμό, τον σχεδιασμό απομόνωσης, σφαλμάτων και ελέγχου· δεν αποτελεί απλώς μια ταχύτερη αντικατάσταση ενός επαφέα.

Προστασία από βραχυκύκλωμα και υπερφόρτιση

Το σύστημα προστασίας πρέπει να αντιμετωπίζει το διαθέσιμο ρεύμα σφάλματος και τη συνεχή και μεταβατική συμπεριφορά της συστοιχίας πυκνωτών. Επιβεβαιώστε:

• αναμενόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος στο σημείο σύνδεσης της συστοιχίας·;
• ικανότητα διακοπής και ζεύξης της προστατευτικής διάταξης·;
• θερμική ικανότητα αγωγού και ζυγού·;
• ενεργός τιμή (RMS) ρεύματος πυκνωτή και πηνίου υπό το δηλωμένο φάσμα αρμονικών·;
• ρεύμα εισόδου κατά τη ζεύξη χωρίς ανεπιθύμητη λειτουργία·;
• συντονισμός με κάθε βαθμίδα και την εισερχόμενη διάταξη της συστοιχίας·;
• απαιτήσεις απομόνωσης και ασφαλούς συντήρησης·;
• πίνακες συντονισμού κατασκευαστή ή επαληθευμένα στοιχεία συναρμολόγησης.

Μην εφαρμόζετε έναν γενικό πολλαπλασιαστή αυτόματου διακόπτη ή ασφάλειας χωρίς να ελέγξετε τον επιλεγμένο πυκνωτή, τον αντιδραστήρα, τη συσκευή μεταγωγής, την καμπύλη της προστατευτικής διάταξης και το ισχύον πρότυπο. Η VIOX παρέχει ξεχωριστούς πόρους προϊόντων για MCCBs και ασφάλειες χαμηλής τάσης, αλλά η τελική ονομαστική τιμή πρέπει να προέρχεται από τον μελετημένο συνδυασμό και όχι από μια γενική αναλογία ιστολογίου.

Έλεγχος εκφόρτισης και αποθηκευμένης ενέργειας

Οι πυκνωτές μπορούν να διατηρήσουν επικίνδυνη τάση μετά την αποσύνδεση. Καθορίστε τις διατάξεις εκφόρτισης και επαληθεύστε την απόδοση υπολειπόμενης τάσης και χρόνου εκφόρτισης που απαιτείται από το ισχύον πρότυπο και το έργο. Ο σχεδιασμός πρέπει επίσης να αποτρέπει την επανασύνδεση πριν η υπολειπόμενη τάση πέσει στο επιτρεπτό επίπεδο. Μια καθυστέρηση του ελεγκτή δεν υποκαθιστά μια επαληθευμένη διάταξη εκφόρτισης.

Διάταξη ελεγκτή και μετασχηματιστή έντασης (CT)

Ένας αυτόματος ελεγκτής χρειάζεται πληροφορίες τάσης και έντασης που αντιπροσωπεύουν τόσο το φορτίο όσο και την επίδραση της συστοιχίας πυκνωτών. Σε μια κοινή κεντρική διάταξη, ο μετασχηματιστής έντασης εγκαθίσταται ανάντη της σύνδεσης του φορτίου και της συστοιχίας, ώστε ο ελεγκτής να βλέπει την καθαρή ανταλλαγή άεργου ισχύος με την πηγή. Η ακριβής τοποθέτηση, η ανάθεση φάσης, ο λόγος μετασχηματισμού, η πολικότητα και η αναφορά φάσης του ελεγκτή πρέπει να ακολουθούν το διάγραμμα του κατασκευαστή.

Η εσφαλμένη πολικότητα ή συσχέτιση φάσης του μετασχηματιστή έντασης (CT) μπορεί να κάνει τον ελεγκτή να προσθέτει χωρητικότητα όταν θα έπρεπε να την αφαιρεί. Ελέγξτε τις αρχές μέτρησης στο Μετασχηματιστές ρεύματος έναντι μετασχηματιστών τάσης και επαληθεύστε την ένδειξη του ελεγκτή σε σχέση με μια γνωστή κατάσταση φορτίου κατά τη θέση σε λειτουργία.

Περίβλημα και θερμικός σχεδιασμός

Οι πυκνωτές, οι αντιδραστήρες, οι επαφείς, οι προστατευτικές διατάξεις, οι αγωγοί και οι ζυγοί συμβάλλουν όλοι στη θερμότητα. Οι αντιδραστήρες ενδέχεται να απαιτούν ειδική ροή αέρα ή φυσικό διαχωρισμό από τους ευαίσθητους στη θερμοκρασία πυκνωτές. Ο σχεδιασμός του πίνακα πρέπει να επαληθεύει:

• τη θερμοκρασία περιβάλλοντος και το υψόμετρο;
• την εσωτερική αύξηση της θερμοκρασίας και τη διαδρομή αερισμού;
• την απόσταση μεταξύ των εξαρτημάτων και τους κανόνες προσανατολισμού του κατασκευαστή;
• τη φέρουσα ικανότητα ρεύματος των ζυγών και των αγωγών;
• τις διηλεκτρικές αποστάσεις και τις αποστάσεις διαρροής;
• τον βαθμό προστασίας του περιβλήματος από εισχώρηση ξένων σωμάτων και τις συνθήκες ρύπανσης;
• θερμοστάτης αντιδραστήρα, θερμοστάτης ερμαρίου, έλεγχος ανεμιστήρα και στρατηγική συναγερμού όπου χρησιμοποιείται;
• πρόσβαση για επιθεώρηση, επαλήθευση ασφαλούς εκφόρτισης και αντικατάσταση.

Χάρτης προτύπων για προδιαγραφή προσανατολισμένη στο IEC

Πρότυπο	Σχετικό πεδίο εφαρμογής σε αυτόν τον σχεδιασμό
IEC 61921	Συστοιχίες πυκνωτών διακλάδωσης AC χαμηλής τάσης για διόρθωση συντελεστή ισχύος, συμπεριλαμβανομένων συστοιχιών με ενσωματωμένο εξοπλισμό μεταγωγής και ελέγχου
IEC 60831-1	Self-healing shunt capacitor units and banks for AC systems up to and including 1,000 V; performance, rating, safety, installation, and operation
IEC 61642	Εφαρμογή παθητικών φίλτρων και πυκνωτών αντιστάθμισης σε βιομηχανικά δίκτυα AC που επηρεάζονται από αρμονικές
IEC 61439-1 και εφαρμοστέο μέρος για συγκροτήματα	Επαλήθευση του πλήρους συγκροτήματος πινάκων χαμηλής τάσης και διατάξεων ελέγχου, όπου εφαρμόζεται
Σειρά προτύπων IEC 60947	Σχετικές διατάξεις μεταγωγής, ελέγχου, απομόνωσης και προστασίας σύμφωνα με το πεδίο εφαρμογής του προϊόντος τους

Ένα εξάρτημα που φέρει αναφορά IEC δεν καθιστά τον ολοκληρωμένο πίνακα συμμορφούμενο. Ο κατασκευαστής του συγκροτήματος πρέπει να επαληθεύσει τον πλήρη σχεδιασμό σύμφωνα με το εφαρμοστέο πρότυπο συγκροτημάτων και τις δηλωμένες συνθήκες λειτουργίας. Οι περιφερειακοί κανονισμοί των οργανισμών κοινής ωφέλειας, οι εθνικοί κώδικες εγκαταστάσεων και οι προδιαγραφές του έργου ενδέχεται να προσθέτουν απαιτήσεις.

Ακολουθία θέσης σε λειτουργία

Η θέση σε λειτουργία θα πρέπει να αποδεικνύει την αλυσίδα μέτρησης, τη λογική μεταγωγής, την ηλεκτρική απόκριση και τη θερμική συμπεριφορά, αντί να δείχνει απλώς ότι όλα τα βήματα μπορούν να ολοκληρωθούν.

1. Απομονώστε τον πίνακα, επαληθεύστε την απουσία τάσης και βεβαιωθείτε ότι όλοι οι πυκνωτές έχουν εκφορτιστεί πριν από την επιθεώρηση.
2. Ελέγξτε τις ονομαστικές τιμές των εξαρτημάτων, τις διατομές των αγωγών, τα αρχεία ροπής σύσφιξης, τη γείωση, τις αποστάσεις ασφαλείας, την αντιστοίχιση αντιδραστήρα-πυκνωτή και τον συντονισμό των προστατευτικών διατάξεων.
3. Επαληθεύστε τις αναφορές τάσης του ελεγκτή, τον λόγο μετασχηματισμού CT, την πολικότητα CT, την ανάθεση φάσεων και τις διατάξεις αλληλομανδάλωσης της γεννήτριας ή τις εξωτερικές αλληλομανδαλώσεις.
4. Τροφοδοτήστε το κύκλωμα ελέγχου και επιβεβαιώστε τους συναγερμούς και τις εισόδους θερμοκρασίας πριν επιτρέψετε την αυτόματη μεταγωγή βαθμίδων.
5. Μεταγωγίστε κάθε βαθμίδα ξεχωριστά και επιβεβαιώστε την αναμενόμενη μεταβολή στα ρεύματα φάσης, τα kvar, τη φορά του συντελεστή ισχύος και την ένδειξη του ελεγκτή.
6. Ελέγξτε ότι καμία βαθμίδα δεν προκαλεί χωρητικό συντελεστή ισχύος στο δηλωμένο ελάχιστο φορτίο λειτουργίας.
7. Καταγράψτε τα ρεύματα των πυκνωτών και των αντιδραστήρων με όργανα true-RMS και συγκρίνετέ τα με τις δηλωμένες ονομαστικές τιμές και τη μελέτη σχεδιασμού.
8. Μετρήστε τις αρμονικές τάσης και ρεύματος με αντιπροσωπευτικά μη γραμμικά φορτία σε λειτουργία.
9. Επαληθεύστε τη συχνότητα μεταγωγής, την περιστροφή των βαθμίδων, την καθυστέρηση εκφόρτισης/επανασύνδεσης, τον εξαερισμό και τους συναγερμούς μη φυσιολογικής θερμοκρασίας.
10. Πραγματοποιήστε θερμικό έλεγχο υπό φορτίο αφού το ηλεκτρικό σύστημα φτάσει σε σταθερές συνθήκες λειτουργίας και διατηρήστε τα αρχικά αποτελέσματα για τη συντήρηση.

Οποιοδήποτε ανεξήγητο υπερρεύμα, ταχεία λειτουργία ασφαλειών, τρέμουλο επαφέα, μη φυσιολογικός θόρυβος αντιδραστήρα, υπερθέρμανση ή αύξηση της παραμόρφωσης τάσης απαιτεί διερεύνηση πριν από τη συνέχιση της αυτόματης λειτουργίας.

Λίστα ελέγχου RFQ για συστοιχία πυκνωτών

Παρέχετε στον προμηθευτή ή τον κατασκευαστή πίνακα τις ακόλουθες πληροφορίες:

• τάση συστήματος, συχνότητα, φάσεις, διάταξη γείωσης και σημείο σύνδεσης;
• ελάχιστο, κανονικό και μέγιστο προφίλ φορτίου kW/kvar;
• υφιστάμενος και επιδιωκόμενος συντελεστής μετατόπισης και πραγματικός συντελεστής ισχύος;
• φάσμα αρμονικών και σημείο μέτρησης;
• απογραφή μη γραμμικών φορτίων και πρόγραμμα λειτουργίας;
• kVA μετασχηματιστή, σύνθετη αντίσταση και τρόποι λειτουργίας γεννήτριας;
• διαθέσιμο ρεύμα βραχυκύκλωσης και απαιτούμενη ονομαστική τιμή βραχυκύκλωσης διάταξης;
• υπολογισμένη αντιστάθμιση kvar και προτιμώμενη σταθερή/αυτόματη/ταχεία αρχιτεκτονική;
• απαιτούμενη ανάλυση βαθμίδας και αναμενόμενη συχνότητα μεταγωγής;
• απόφαση σχεδιασμού για πρότυπο, αποσυντονισμένο, συντονισμένο φίλτρο, ενεργό ή υβριδικό σύστημα;
• ονομαστικές τιμές πυκνωτή και πηνίου, δεδομένα συντονισμού και θερμική προστασία;
• τεκμηρίωση λειτουργίας συσκευής μεταγωγής και συντονισμού βραχυκυκλώματος;
• απαιτήσεις εισερχόμενης και βαθμιδωτής προστασίας, απομόνωσης και εκφόρτισης;
• λειτουργίες ελεγκτή, λεπτομέρειες CT, επικοινωνίες, συναγερμοί και αλληλομανδαλώσεις;
• βαθμός προστασίας IP περιβλήματος, θερμοκρασία περιβάλλοντος, υψόμετρο, αερισμός, είσοδος καλωδίων και διαθέσιμος χώρος;
• εφαρμοστέα πρότυπα IEC, εθνικοί κανόνες, τεκμηρίωση, περιοδική επαλήθευση και αρχεία θέσης σε λειτουργία.

Για υποστήριξη επιλογής, παρέχετε στη VIOX την τάση του ηλεκτρικού συστήματος, το μετρούμενο προφίλ φορτίου, τον υφιστάμενο και τον επιδιωκόμενο PF, την αναφορά αρμονικών, τα δεδομένα μετασχηματιστή, το επίπεδο σφάλματος, τις απαιτήσεις βαθμίδων και τις συνθήκες του περιβλήματος. Αυτά τα δεδομένα εισόδου είναι απαραίτητα πριν από τον συντονισμό των επαφέων, της προστασίας κυκλώματος, των εξαρτημάτων διανομής και του υλικού του πίνακα.

Συχνές Ερωτήσεις

Πρέπει μια συστοιχία πυκνωτών να διαστασιολογείται για την επίτευξη συντελεστή ισχύος 1.00;

Όχι εξ ορισμού. Η διακύμανση του φορτίου και της μέτρησης μπορεί να μετατρέψει έναν στόχο μονάδας σε χωρητικό συντελεστή ισχύος κατά τη διάρκεια ελαφρύτερης λειτουργίας. Χρησιμοποιήστε τον στόχο της επιχείρησης κοινής ωφέλειας ή του έργου και διατηρήστε ένα κατάλληλο περιθώριο επαγωγικού συντελεστή, εκτός εάν μια μελέτη συστήματος ορίζει διαφορετικά.

Μπορούν οι πυκνωτές να διορθώσουν τον συντελεστή ισχύος αρμονικών;

Οι πυκνωτές διορθώνουν την άεργο ισχύ της θεμελιώδους συχνότητας. Δεν εξουδετερώνουν το αρμονικό ρεύμα από μη γραμμικά φορτία. Επομένως, ο πραγματικός συντελεστής ισχύος μπορεί να παραμείνει χαμηλότερος από τον συντελεστή ισχύος μετατόπισης μετά τη διόρθωση.

Πότε ένας αυτόματος πυκνωτής είναι προτιμότερος από έναν σταθερό;

Ένας αυτόματος κλιμακωτός πυκνωτής είναι γενικά καταλληλότερος όταν τα επαγωγικά kvar μεταβάλλονται σημαντικά κατά τη διάρκεια του κύκλου λειτουργίας. Ένας σταθερός πυκνωτής είναι κατάλληλος μόνο όταν το αντισταθμιζόμενο φορτίο και η κατάσταση λειτουργίας του είναι επαρκώς σταθερά και ο πυκνωτής δεν μπορεί να παραμείνει συνδεδεμένος χωρίς αυτό το φορτίο.

Αφαιρεί ένας αποσυντονισμένος αντιδραστήρας τις αρμονικές;

Όχι απαραίτητα. Σε μια συστοιχία PFC, ένας αποσυντονισμένος αντιδραστήρας χρησιμοποιείται συνήθως για να μετατοπίσει τον συντονισμό πυκνωτή-αντιδραστήρα κάτω από τη χαμηλότερη σημαντική αρμονική και να μειώσει τον κίνδυνο ενίσχυσης. Ένα συντονισμένο παθητικό φίλτρο σχεδιάζεται σκόπιμα γύρω από μια επιλεγμένη αρμονική τάξη.

Πού πρέπει να εγκατασταθεί ο μετασχηματιστής ρεύματος (CT) του ελεγκτή APFC;

Η θέση του πρέπει να επιτρέπει στον ελεγκτή να μετρά το καθαρό φορτίο και την επίδραση της συστοιχίας πυκνωτών. Σε μια κοινή κεντρική διάταξη, αυτό σημαίνει ανάντη τόσο του φορτίου όσο και της συστοιχίας, αλλά η ακριβής φάση, η πολικότητα και η καλωδίωση πρέπει να ακολουθούν το διάγραμμα του κατασκευαστή του ελεγκτή.

Πηγές και Πρότυπα

• IEC 61921:2017 – Πυκνωτές ισχύος: Συστοιχίες διόρθωσης συντελεστή ισχύος χαμηλής τάσης
• IEC 60831-1:2014 – Self-healing shunt power capacitors up to 1,000 V
• IEC 61642:1997 – Βιομηχανικά δίκτυα AC που επηρεάζονται από αρμονικές
• ABB – Διόρθωση συντελεστή ισχύος και φιλτράρισμα αρμονικών σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις
• Eaton – Διόρθωση συντελεστή ισχύος: Ένας οδηγός για τον μηχανικό εγκαταστάσεων
• Schneider Electric – Οδηγός για τον σχεδιασμό και την παραγωγή ερμαρίων διόρθωσης συντελεστή ισχύος LV