Kompensacja mocy biernej: dobór baterii kondensatorów, wyższe harmoniczne i zabezpieczenia

Na tej stronie

Aby dobrać wielkość niskonapięciowej baterii kondensatorów do kompensacji mocy biernej, należy obliczyć moc bierną potrzebną do przejścia z mierzonego współczynnika mocy do docelowego współczynnika mocy, a następnie zweryfikować ten wynik pod kątem minimalnego obciążenia, widma harmonicznych, cyklu łączeniowego, dostępnego prądu zwarciowego oraz limitów temperatury rozdzielnicy. Obliczenie to daje teoretyczne zapotrzebowanie w kvar. Samo w sobie nie pozwala ono na dobór bezpiecznej baterii kondensatorów, stycznika, dławika, bezpiecznika ani wyłącznika automatycznego.

Podstawowy wzór obliczeniowy to:

Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)

gdzie:

Qc to wymagana pojemnościowa moc bierna w kvar;
P to reprezentatywna moc czynna w kW;
phi1 to kąt fazowy odpowiadający istniejącemu współczynnikowi mocy przesunięcia fazowego;
phi2 to kąt fazowy odpowiadający docelowemu współczynnikowi mocy przesunięcia fazowego.

Projekt końcowy musi wykazywać nieznaczne opóźnienie w zadeklarowanym zakresie pracy, chyba że zakład energetyczny lub analiza systemu wymagają innego zachowania. Nie należy automatycznie dążyć do współczynnika mocy równego 1,00 ani instalować standardowej baterii kondensatorów w sieci o wysokim poziomie harmonicznych bez sprawdzenia ryzyka rezonansu.

Podsumowanie decyzji inżynierskich

Wymaganą wartość kvar należy obliczyć na podstawie zmierzonej mocy czynnej i współczynnika mocy przesunięcia w reprezentatywnych warunkach pracy, a nie wyłącznie na podstawie podłączonego obciążenia.
Należy sprawdzić tryby pracy przy minimalnym obciążeniu oraz tryby pracy generatora, aby stałe lub przewymiarowane stopnie nie doprowadziły instalacji do wyprzedzającego współczynnika mocy.
Przed wyborem standardowych kondensatorów, dławików odstrajających, filtrów nastrojonych lub aktywnej redukcji harmonicznych należy zmierzyć warunki harmoniczne; nie istnieje uniwersalny procentowy wskaźnik THD, który decyduje o każdym projekcie.
Kondensatory, dławiki, urządzenia łączeniowe, urządzenia zabezpieczające, przewody, elementy rozładowcze i wentylację należy skoordynować jako jeden zespół.
Obliczenia należy traktować jako wstępny dobór wielkości. Ostateczna weryfikacja musi wykorzystywać dane projektowe dotyczące prądów zwarciowych, tabele aplikacyjne producenta oraz odpowiednie wymagania IEC dotyczące zespołów.

Dane wejściowe wymagane przed doborem wielkości

Uzasadniony dobór zaczyna się od zmierzonych danych operacyjnych, a nie tylko od wartości kVA transformatora, mocy silników w koniach mechanicznych czy najniższego współczynnika mocy zaobserwowanego na rachunku za energię elektryczną.

Wejście	Dlaczego to ma znaczenie	Preferowane dowody
Napięcie systemu, częstotliwość, liczba faz i układ uziemienia	Określa wymagania dotyczące podłączenia kondensatora, izolacji, przełączania i zabezpieczeń	Schemat jednokreskowy i pomiar w obiekcie
Profil mocy czynnej w kW	Określa rzeczywiste obciążenie wymagające kompensacji	Licznik interwałowy lub rejestracja jakości energii w reprezentatywnym cyklu
Istniejący współczynnik mocy przesunięcia fazowego	Określa obliczenia kvar dla częstotliwości podstawowej	Miernik zdolny do raportowania współczynnika mocy przesunięcia fazowego, jeśli jest dostępny
Rzeczywisty współczynnik mocy i widmo harmonicznych	Ujawnia zniekształcenia, których same kondensatory mogą nie skorygować	Analizator jakości energii w zamierzonym punkcie przyłączenia
Obciążenie minimalne, normalne i maksymalne	Zapobiega nadkompensacji w okresach lekkiego obciążenia	Zarejestrowany profil obciążenia, a nie pojedynczy odczyt chwilowy
Docelowy współczynnik mocy	Określa cel kompensacji	Taryfa zakładu energetycznego, umowa przyłączeniowa lub wymagania projektowe
Wykaz obciążeń nieliniowych	Wskazuje na ryzyko rezonansu i prądów harmonicznych	Dane znamionowe i charakterystyka pracy VFD, systemów UPS, prostowników, spawarek, ładowarek EV i podobnych obciążeń
Moc znamionowa i impedancja transformatora	Wpływa na wytrzymałość zwarciową i rezonans sieci	Tabliczka znamionowa transformatora i dane projektowe
Dostępny prąd zwarciowy	Wymagane do koordynacji urządzeń zabezpieczających i rozdzielnic	Analiza zwarciowa lub zweryfikowana wartość projektowa
Warunki instalacji	Wpływają na chłodzenie, odstępy izolacyjne, stopień ochrony obudowy i trwałość komponentów	Temperatura otoczenia, wysokość n.p.m., wentylacja, zanieczyszczenie i dane obudowy

Jeśli czytelnik potrzebuje jedynie terminologii i zasady działania, należy skorzystać z istniejącego Pełna nazwa APFC i instrukcja obsługi. Ta strona zaczyna się tam, gdzie kończy się ta definicja: przekształcanie danych obiektu w wstępną specyfikację rozdzielnicy.

Przesunięciowy współczynnik mocy nie zawsze jest rzeczywistym współczynnikiem mocy

Dla układu niemal sinusoidalnego współczynnik mocy jest powszechnie przedstawiany jako cos phi, cosinus kąta przesunięcia fazowego między napięciem a prądem. W sieci zasilającej odbiorniki nieliniowe zniekształcenia prądu dodają kolejny efekt.

Przesunięciowy współczynnik mocy opisuje zależność fazową między napięciem podstawowym a prądem podstawowym.
Rzeczywisty współczynnik mocy to moc czynna podzielona przez moc pozorną z wykorzystaniem pełnych przebiegów RMS.

Kondensator bocznikowy dostarcza moc bierną o częstotliwości podstawowej i może poprawić współczynnik mocy przesunięcia fazowego. Nie eliminuje on prądu harmonicznego wytwarzanego przez prostownik, przemiennik częstotliwości, zasilacz UPS lub zasilacz impulsowy. W związku z tym w obiekcie można zaobserwować poprawę współczynnika mocy przesunięcia fazowego, podczas gdy rzeczywisty współczynnik mocy pozostaje ograniczony przez zniekształcenia.

To rozróżnienie zmienia decyzję projektową. Jeśli niski współczynnik mocy jest spowodowany głównie indukcyjną mocą bierną, odpowiednia może być bateria kondensatorów. Jeśli główną przyczyną są zniekształcenia, projekt może również wymagać dławików, filtra nastrojonego, aktywnego filtra harmonicznych lub zmian w obciążeniach nieliniowych. Rozwiązanie musi opierać się na zmierzonych przebiegach i analizie sieci, a nie na jednej całkowitej wartości PF.

Obliczanie wymaganej mocy baterii kondensatorów w kvar

Krok 1: Wybierz reprezentatywną moc czynną

Użyj mocy czynnej związanej ze stanem pracy, dla którego ma służyć układ kompensacji. Stała bateria podłączona do jednego stale obciążonego silnika może wykorzystywać deklarowane dane operacyjne tego silnika, z zastrzeżeniem ograniczeń producenta silnika. Centralna bateria automatyczna powinna zazwyczaj opierać się na profilu obciążenia, który uwzględnia okresy minimalnego, normalnego i szczytowego obciążenia.

Krok 2: Przelicz współczynnik mocy na współczynniki mocy biernej

Dla każdego współczynnika mocy:

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

Następnie oblicz:

Qc = P x (tan phi1 - tan phi2)

Wzór oraz dodatkowe obliczenia dla rozdzielnicy zostały również podsumowane w VIOX wzory elektryczne dla projektowania rozdzielnic niskiego napięcia.

Obliczanie mocy biernej baterii kondensatorów w kvar za pomocą narzędzia VIOX

Użyj Narzędzie VIOX do obliczania i korekcji współczynnika mocy aby wprowadzić moc czynną, istniejący współczynnik mocy, docelowy współczynnik mocy, napięcie oraz układ faz. Oblicza ono wstępne zapotrzebowanie na kompensację oraz porównuje moc pozorną i prąd linii przed i po korekcji.

Kalkulator modeluje jeden zrównoważony punkt pracy przy użyciu zależności trójkąta mocy. Wynik w kvar nie stanowi ostatecznej specyfikacji baterii, ponieważ nie uwzględnia zmienności obciążenia, praktycznych stopni łączeniowych, rezonansu harmonicznych, tolerancji kondensatorów, koordynacji urządzeń zabezpieczających ani wzrostu temperatury w rozdzielnicy. Przed wyborem sprzętu należy wykonać poniższe sprawdzenia.

Przykład obliczeniowy: 400 kW przy zmianie PF z 0,75 na 0,95

Przyjmij zrównoważone obciążenie trójfazowe z:

moc czynna: P = 400 kW;
istniejący współczynnik mocy przesunięcia fazowego: PF1 = 0,75 indukcyjny;
docelowy współczynnik mocy przesunięcia fazowego: PF2 = 0,95 indukcyjny;
napięcie w instalacji elektrycznej: 400 V międzyfazowe;
przydatność w warunkach występowania harmonicznych nie została jeszcze określona.

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 = w przybliżeniu 221 kvar

Teoretyczne zapotrzebowanie wynosi zatem około 221 kvar w podanym punkcie pracy.

Moc pozorna oraz prąd linii zasilającej również ulegają zmianie:

Stan	Moc pozorną	Przybliżony prąd linii przy 400 V
Przed korekcją, PF 0.75	`400 / 0,75 = 533 kVA`	`533 000 / (sqrt 3 x 400) = 770 A`
Po korekcji, PF 0,95	`400 / 0,95 = 421 kVA`	`421 000 / (sqrt 3 x 400) = 608 A`

Ta redukcja dotyczy części instalacji znajdującej się przed punktem przyłączenia kompensacji. Nie zmniejsza ona prądu wewnątrz uzwojeń silnika ani nie eliminuje strat w samym odbiorniku.

Nie należy przeliczać 221 kvar bezpośrednio na zamówienie. Wybrana bateria kondensatorów oraz jej stopnie muszą być dostosowane do profilu obciążenia, dostępnych wartości znamionowych, tolerancji napięcia, tolerancji kondensatorów, obciążenia harmonicznymi, konstrukcji dławików, działania sterownika oraz ryzyka wystąpienia wyprzedzającego współczynnika mocy przy minimalnym obciążeniu.

Przykład obliczeniowy baterii kondensatorów w kvar dla obciążenia 400 kW skompensowanego ze współczynnika mocy 0,75 do 0,95

Wybierz architekturę korekcji

Lokalizacja i metoda przełączania określają, która część instalacji elektrycznej odnosi korzyści z odciążenia prądowego oraz jak zachowuje się bateria kondensatorów przy zmianach obciążenia.

Architektura	Najlepsze dopasowanie	Główna granica projektowa
Indywidualna kompensacja stała	Jedno stabilne obciążenie indukcyjne pracujące przez długi czas	Musi być połączone blokadą z obciążeniem i mieścić się w zakresie kvar dopuszczalnym przez producenta urządzenia
Kompensacja grupowa	Kilka obciążeń, które uruchamiają się i zatrzymują jednocześnie	Stan pracy grupy musi być przewidywalny
Centralna automatyczna bateria kondensatorów stopniowanych	Zmienne obciążenie obiektu z wieloma kombinacjami pracy	Sterownik, przekładnik prądowy (CT), rozdzielczość stopni, częstotliwość przełączania, harmoniczne oraz zachowanie przy lekkim obciążeniu muszą być skoordynowane
Szybka korekcja przełączana tyrystorowo	Szybko zmieniające się obciążenia, w przypadku których przełączanie stycznikowe jest zbyt wolne lub powoduje nadmierne zużycie	Wymaga projektu uwzględniającego specyficzne dla danej aplikacji parametry termiczne, półprzewodnikowe, harmoniczne oraz zabezpieczenia

Centralna automatyczna korekcja jest często praktyczna, ponieważ obsługuje całe obciążenie odbiorcze i skupia konserwację w jednym miejscu. Nie usuwa ona prądu biernego z linii zasilających znajdujących się za baterią. Korekcja indywidualna może bardziej odciążyć linię zasilającą, ale wymaga ściślejszej koordynacji z każdym obciążeniem.

Sprawdzić tryby pracy generatora i transformatora

Bateria kondensatorów zaprojektowana do pracy z siecią elektroenergetyczną może okazać się nieodpowiednia w przypadku przełączenia instalacji na zasilanie z generatora o niższej mocy zwarciowej lub innej zdolności generowania mocy biernej. Należy określić, czy bateria musi być blokowana, ograniczana lub sterowana w inny sposób podczas pracy z generatorem. Należy również ocenić transformatory pracujące przy niewielkim obciążeniu: na stałe podłączona bateria może generować wyprzedzającą moc bierną w przypadku braku głównego obciążenia indukcyjnego.

Dobór wielkości stopnia bez wywoływania wyprzedzającego współczynnika mocy

W przypadku baterii automatycznej całkowita moc kvar jest tylko jednym z parametrów projektowych. Najmniejszy stopień decyduje o rozdzielczości, natomiast sekwencja załączania stopni określa, jak dokładnie bateria podąża za obciążeniem.

Wykorzystaj zarejestrowany profil mocy biernej, aby odpowiedzieć na cztery pytania:

Jaka jest najmniejsza powtarzalna zmiana mocy biernej indukcyjnej, która powinna wyzwolić załączenie stopnia?
Jaki jest najniższy poziom obciążenia, przy którym bateria pozostanie włączona?
Czy najmniejszy podłączony stopień spowoduje powstanie wyprzedzającego współczynnika mocy przy minimalnym obciążeniu?
Jak często każdy stopień będzie przełączany podczas normalnego cyklu produkcyjnego?

Przykładową baterię 225 kvar można podzielić na równe lub nierówne stopnie, jednak samej poprawnej sekwencji nie da się dobrać wyłącznie na podstawie całkowitej wartości kvar. Mniejszy pierwszy stopień poprawia rozdzielczość, ale zwiększa liczbę urządzeń łączeniowych, zabezpieczeń, okablowania, wydzielanie ciepła, koszty oraz liczbę punktów wymagających konserwacji. Sterownik z rotacyjnym wykorzystaniem stopni może rozkładać obciążenie robocze, ale jego program łączeniowy musi być zgodny z fizycznymi wartościami znamionowymi stopni.

Istotne jest również opóźnienie reakcji sterownika. Krótkie opóźnienie może powodować „gonienie” krótkotrwałych zmian obciążenia i przyspieszać zużycie styków. Długie opóźnienie może pozostawić szybko zmieniające się obciążenie niedokompensowanym. W przypadku obciążeń zmieniających się szybciej, niż jest w stanie nadążyć bateria przełączana stycznikami, należy rozważyć system statyczny lub hybrydowy zamiast jedynie skracać opóźnienie sterownika.

Harmoniczne mogą sprawić, że poprawnie obliczona wartość kvar doprowadzi do awarii baterii

Indukcyjność sieci zasilającej oraz dodana pojemność tworzą układ rezonansowy. Jeśli jego częstotliwość drgań własnych znajduje się w pobliżu harmonicznej obecnej w instalacji, napięcie i prąd mogą ulec wzmocnieniu. Konsekwencje mogą obejmować przeciążenie prądowe kondensatorów, przepalenie bezpieczników, uszkodzenie stycznika, przegrzanie dławika, niepożądane wyzwolenia lub nadmierne odkształcenie napięcia.

Norma IEC 61642 zawiera wytyczne dotyczące filtrów i kondensatorów bocznikowych w przemysłowych sieciach AC narażonych na harmoniczne. Przewodnik inżynierski firmy ABB wyjaśnia również, że dławik szeregowy można dobrać tak, aby układ kondensator-dławik był dostrojony poniżej najniższej znaczącej harmonicznej, co zmniejsza ryzyko rezonansu z siecią.

Nie należy stosować jednego uniwersalnego progu THD

Stwierdzenie typu “stosować dławiki powyżej 5% THD” nie jest kompletną zasadą doboru. Ryzyko zależy od:

wartości poszczególnych harmonicznych oraz ich relacji fazowych;
wytrzymałość zwarciowa instalacji elektrycznej i impedancja transformatora;
wartość kvar baterii kondensatorów oraz liczba podłączonych stopni;
lokalizacja odbiorników nieliniowych oraz baterii;
zmiany w topologii sieci i pracy generatora;
istniejące filtry, kable i inne kondensatory.

Należy zmierzyć widmo harmonicznych w proponowanym punkcie przyłączenia w reprezentatywnych stanach pracy. Miernik cęgowy true-RMS może zidentyfikować nieprawidłowy prąd kondensatora, jednak do określenia rzędu harmonicznych, ryzyka rezonansu oraz opracowania uzasadnionego projektu układu ograniczającego wymagany jest analizator jakości energii oraz analiza systemu.

Należy dobrać odpowiedź harmoniczną, a nie tylko napięcie kondensatora

Stan sieci	Wstępne wytyczne	Wymagana weryfikacja
Obciążenia głównie liniowe, niskie zmierzone odkształcenia, brak zidentyfikowanego ryzyka rezonansu	Standardowa bateria kondensatorów może być odpowiednia	Potwierdzić parametry znamionowe kondensatora, układu przełączającego, zabezpieczeń oraz zespołu
Znaczące obciążenie nieliniowe i ryzyko rezonansu	Dławikowa bateria kondensatorów (odstrojona)	Analiza widma harmonicznych, strojenia, obciążenia napięciowego kondensatorów, obciążalności cieplnej dławików oraz topologii
Jeden lub więcej rzędów harmonicznych wymaga celowej absorpcji	Strojony filtr pasywny	Analiza filtra dla konkretnego przypadku, uwzględniająca tolerancje komponentów i zmiany w sieci
Szerokie lub zmienne widmo harmonicznych, w przypadku gdy kompensacja mocy biernej i kontrola odkształceń są odrębnymi potrzebami	Rozwiązanie aktywne lub hybrydowe może być odpowiednie	Analiza jakości energii, wymagania dynamiczne oraz kompatybilność urządzeń

Ramy inżynieryjne doboru standardowej, odstrajanej, strojonej filtracyjnie lub aktywnej hybrydowej odpowiedzi harmonicznej

A dławik odstrajający nie jest automatycznie filtrem harmonicznych. Jego głównym celem w baterii kondensatorów PFC jest zazwyczaj przesunięcie rezonansu szeregowego poniżej najniższej znaczącej harmonicznej i ograniczenie wzmocnienia. Strojony filtr pasywny jest celowo zaprojektowany tak, aby zapewnić niską impedancję w okolicach wybranego rzędu harmonicznej. Funkcje te nie mogą być określane zamiennie.

Dodanie dławika podnosi również napięcie o częstotliwości podstawowej na kondensatorze. Napięcie znamionowe kondensatora musi zatem zostać skoordynowane z dostrojeniem dławika, napięciem instalacji elektrycznej, tolerancjami oraz warunkami harmonicznych. Dobór kondensatora wyłącznie na podstawie nominalnego napięcia szyny może być niewystarczający w przypadku baterii dławionej.

Skoordynuj kompletną szafę PFC

Nominalny prąd kondensatora dla zrównoważonej baterii trójfazowej wynosi:

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

Dla przykładu 225 kvar, 400 V:

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

Jest to nominalny prąd o częstotliwości podstawowej, a nie wartość znamionowa wyłącznika automatycznego, bezpiecznika, stycznika, przewodu lub szyny zbiorczej. Wartości znamionowe komponentów muszą uwzględniać odpowiednie tolerancje kondensatora, wahania napięcia, prąd harmonicznych, stany przejściowe łączeniowe, warunki otoczenia, grupowanie oraz przetestowaną lub zweryfikowaną konstrukcję zespołu.

Kondensatory i dławiki

Należy określić normę kondensatora, napięcie znamionowe, znamionową moc w kvar przy rzeczywistym napięciu roboczym, częstotliwość, tolerancję, maksymalny dopuszczalny prąd, układ rozładowania, kategorię temperaturową oraz mechanizm bezpieczeństwa końca okresu eksploatacji. W przypadku baterii dławikowej należy określić dopasowaną kombinację kondensator-dławik, dane dotyczące strojenia, straty w dławiku, klasę termiczną, zabezpieczenie temperaturowe oraz wymaganą wentylację.

Urządzenia łączeniowe

Załączanie kondensatora powoduje powstanie szybkozmiennego stanu nieustalonego prądu rozruchowego o wysokiej częstotliwości. Stycznik ogólnego przeznaczenia dobrany wyłącznie na podstawie prądu w stanie ustalonym może być nieodpowiedni. Należy określić stycznik do załączania kondensatorów lub inne urządzenie łączeniowe z deklarowaną zdolnością do załączania kondensatorów, odpowiednią kontrolą prądu rozruchowego oraz koordynacją z urządzeniem zabezpieczającym przed zwarciem. Kategoria użytkowania styczników IEC AC-6b jest związana z załączaniem baterii kondensatorów; VIOX przewodnik po kategoriach użytkowania styczników wyjaśnia, dlaczego kategoria użytkowania ma znaczenie.

W przypadku gdy obciążenie wymaga szybkiego przełączania, należy zweryfikować, czy uzasadnione jest zastosowanie przełączania tyrystorowego. Przełączanie półprzewodnikowe zmienia projekt w zakresie parametrów termicznych, izolacji, zwarć i sterowania; nie jest to po prostu szybszy zamiennik stycznika.

Zabezpieczenie przed zwarciem i przeciążeniem

System zabezpieczeń musi uwzględniać dostępny prąd zwarciowy oraz zachowanie baterii kondensatorów w stanie ustalonym i nieustalonym. Należy potwierdzić:

spodziewany prąd zwarciowy w punkcie przyłączenia baterii;
zdolność wyłączania i załączania urządzenia zabezpieczającego;
obciążalność cieplna przewodów i szyn zbiorczych;
wartość skuteczna prądu kondensatora i dławika przy zadeklarowanym widmie harmonicznych;
prąd rozruchowy łączeniowy bez niepożądanego zadziałania;
koordynacja z każdym stopniem oraz urządzeniem wejściowym baterii;
wymagania dotyczące izolacji i bezpiecznej konserwacji;
tabele koordynacji producenta lub zweryfikowane dowody montażowe.

Nie należy stosować uniwersalnego mnożnika dla wyłącznika automatycznego lub bezpiecznika bez sprawdzenia wybranego kondensatora, dławika, urządzenia łączeniowego, charakterystyki urządzenia zabezpieczającego oraz obowiązującej normy. VIOX udostępnia oddzielne zasoby produktowe dla MCCB oraz bezpieczniki niskonapięciowe, jednak ostateczna wartość znamionowa musi wynikać z zaprojektowanej kombinacji, a nie z ogólnego współczynnika podanego na blogu.

Rozładowanie i kontrola energii zgromadzonej

Kondensatory mogą utrzymywać niebezpieczne napięcie po odłączeniu. Należy określić urządzenia rozładowujące i zweryfikować deklarowane parametry napięcia resztkowego oraz czasu rozładowania wymagane przez obowiązującą normę i projekt. Projekt musi również zapobiegać ponownemu załączeniu przed spadkiem napięcia resztkowego do dopuszczalnego poziomu. Opóźnienie sterownika nie zastępuje zweryfikowanego układu rozładowującego.

Układ sterownika i przekładników prądowych (CT)

Automatyczny sterownik wymaga informacji o napięciu i prądzie, które odzwierciedlają zarówno obciążenie, jak i wpływ baterii kondensatorów. W typowym układzie centralnym przekładnik prądowy jest instalowany przed punktem przyłączenia obciążenia i baterii, dzięki czemu sterownik widzi wypadkową wymianę mocy biernej ze źródłem. Dokładne rozmieszczenie, przypisanie faz, przekładnia, polaryzacja oraz odniesienie fazowe sterownika muszą być zgodne ze schematem producenta.

Nieprawidłowa polaryzacja przekładnika prądowego lub przypisanie faz może spowodować, że sterownik będzie dołączał pojemność, gdy powinien ją odłączać. Należy przejrzeć zasady pomiarowe w Przekładniki prądowe a przekładniki napięciowe i zweryfikować wskazania sterownika w odniesieniu do znanego stanu obciążenia podczas uruchomienia.

Obudowa i projekt termiczny

Kondensatory, dławiki, styczniki, urządzenia ochronne, przewody i szyny zbiorcze generują ciepło. Dławiki mogą wymagać dedykowanego przepływu powietrza lub fizycznego oddzielenia od wrażliwych na temperaturę kondensatorów. Projekt panelu musi uwzględniać:

temperaturę otoczenia i wysokość n.p.m.;
wzrost temperatury wewnętrznej i drogę wentylacji;
odstępy między komponentami i zasady orientacji określone przez producenta;
obciążalność prądową szyn zbiorczych i przewodów;
odstępy izolacyjne i drogi upływu;
stopień ochrony obudowy i warunki zanieczyszczenia;
termostat reaktora, termostat szafy, sterowanie wentylatorem oraz strategia alarmowa, jeśli jest stosowana;
dostęp w celu inspekcji, weryfikacji bezpiecznego rozładowania oraz wymiany.

Mapa norm dla specyfikacji zgodnej z IEC

Standard	Odpowiedni zakres w niniejszym projekcie
IEC 61921	Niskonapięciowe baterie kondensatorów bocznikowych AC do kompensacji mocy biernej, w tym baterie z wbudowanym wyposażeniem łączeniowym i sterowniczym
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	Zastosowanie filtrów pasywnych i kondensatorów bocznikujących w przemysłowych sieciach AC narażonych na wyższe harmoniczne
IEC 61439-1 oraz odpowiednia część dotycząca rozdzielnic	Weryfikacja kompletnej rozdzielnicy niskiego napięcia i sterownicy, jeśli ma zastosowanie
Seria IEC 60947	Odpowiednie urządzenia łączeniowe, sterownicze, izolacyjne i zabezpieczające zgodnie z ich zakresem przedmiotowym

Komponent posiadający odniesienie do normy IEC nie czyni gotowej rozdzielnicy zgodną z normami. Producent rozdzielnicy musi zweryfikować kompletny projekt zgodnie z obowiązującą normą przedmiotową oraz deklarowanymi warunkami pracy. Regionalne przepisy zakładów energetycznych, krajowe przepisy instalacyjne oraz specyfikacje projektowe mogą nakładać dodatkowe wymagania.

Sekwencja uruchomienia

Uruchomienie powinno potwierdzić tor pomiarowy, logikę przełączania, odpowiedź elektryczną oraz zachowanie termiczne, a nie tylko wykazać, że wszystkie kroki mogą zostać zamknięte.

Odizolować rozdzielnicę, sprawdzić brak napięcia i upewnić się, że wszystkie kondensatory są rozładowane przed przystąpieniem do kontroli.
Sprawdzić parametry znamionowe komponentów, przekroje przewodów, protokoły momentów dokręcania, uziemienie, odstępy izolacyjne, dopasowanie dławik-kondensator oraz koordynację urządzeń zabezpieczających.
Zweryfikować wartości odniesienia napięcia sterownika, przekładnię przekładników prądowych (CT), polaryzację CT, przypisanie faz oraz blokady generatora lub zewnętrzne.
Podłączyć napięcie do obwodu sterowania i potwierdzić działanie alarmów oraz wejść temperaturowych przed zezwoleniem na automatyczne przełączanie stopni.
Przełączyć każdy stopień indywidualnie i potwierdzić oczekiwaną zmianę prądów fazowych, wartości kvar, kierunku współczynnika mocy oraz wskazań sterownika.
Sprawdzić, czy żaden stopień nie powoduje wyprzedzającego współczynnika mocy przy deklarowanym minimalnym obciążeniu roboczym.
Zmierzyć prądy kondensatorów i dławików za pomocą mierników true-RMS i porównać je z deklarowanymi wartościami znamionowymi oraz projektem.
Zmierzyć harmoniczne napięcia i prądu przy pracujących reprezentatywnych odbiornikach nieliniowych.
Zweryfikuj częstotliwość przełączania, rotację stopni, opóźnienie rozładowania/ponownego załączenia, wentylację oraz alarmy nieprawidłowej temperatury.
Przeprowadź przegląd termiczny pod obciążeniem po osiągnięciu przez instalację elektryczną stabilnych warunków pracy i zachowaj wyniki bazowe do celów konserwacji.

Każdy niewyjaśniony przetężenie, szybkie zadziałanie bezpiecznika, drgania stycznika, nietypowy hałas dławika, przegrzewanie się lub wzrost odkształcenia napięcia wymaga zbadania przed kontynuowaniem pracy automatycznej.

Lista kontrolna zapytania ofertowego dla baterii kondensatorów

Dostarcz dostawcy lub producentowi rozdzielnic następujące informacje:

napięcie w instalacji elektrycznej, częstotliwość, fazy, układ uziemienia oraz punkt przyłączenia;
minimalny, normalny i maksymalny profil obciążenia w kW/kvar;
istniejący i docelowy współczynnik przesunięcia fazowego oraz rzeczywisty współczynnik mocy;
widmo harmonicznych i punkt pomiarowy;
inwentaryzacja obciążeń nieliniowych i harmonogram pracy;
wartość kVA transformatora, impedancja i tryby pracy generatora;
dostępny prąd zwarciowy i wymagana znamionowa zdolność zwarciowa zespołu;
obliczona moc kompensacji kvar oraz preferowana architektura stała/automatyczna/szybka;
wymagana rozdzielczość stopni i oczekiwana częstotliwość przełączania;
decyzja projektowa dotycząca układu standardowego, dławionego, z filtrem aktywnym, aktywnego lub hybrydowego;
wartości znamionowe kondensatorów i dławików, dane strojenia oraz zabezpieczenie termiczne;
obciążalność łącznika oraz dowód koordynacji zwarciowej;
wymagania dotyczące zabezpieczeń wejściowych i stopniowych, izolacji oraz rozładowania;
funkcje sterownika, szczegóły przekładników prądowych (CT), komunikacja, alarmy i blokady;
stopień ochrony IP obudowy, temperatura otoczenia, wysokość n.p.m., wentylacja, wprowadzenie kabli oraz dostępna przestrzeń;
obowiązujące normy IEC, przepisy krajowe, dokumentacja, weryfikacja okresowa oraz protokoły z uruchomienia.

W celu uzyskania wsparcia przy doborze, należy dostarczyć firmie VIOX napięcie instalacji, zmierzony profil obciążenia, istniejący i docelowy współczynnik mocy (PF), raport harmonicznych, dane transformatora, poziom prądu zwarciowego, wymagania dotyczące stopniowania oraz warunki obudowy. Dane te są niezbędne przed przystąpieniem do koordynacji styczników, zabezpieczeń obwodów, komponentów rozdzielczych oraz osprzętu szafy sterowniczej.

Pytania i odpowiedzi

Czy bateria kondensatorów powinna być zwymiarowana w celu osiągnięcia współczynnika mocy 1,00?

Nie domyślnie. Zmienność obciążenia i pomiarów może sprawić, że dążenie do jedności doprowadzi do uzyskania wyprzedzającego współczynnika mocy podczas pracy przy mniejszym obciążeniu. Należy stosować cel określony przez zakład energetyczny lub projekt i zachować odpowiedni margines indukcyjny, chyba że studium systemu stanowi inaczej.

Czy kondensatory mogą poprawić współczynnik mocy przy obecności harmonicznych?

Kondensatory korygują moc bierną dla częstotliwości podstawowej. Nie eliminują one prądu harmonicznych pochodzącego od odbiorników nieliniowych. W związku z tym rzeczywisty współczynnik mocy może pozostać poniżej współczynnika mocy przesunięcia fazowego po dokonaniu korekcji.

Kiedy automatyczna bateria kondensatorów jest lepsza od baterii stałej?

Automatyczna bateria stopniowana jest zazwyczaj bardziej odpowiednia, gdy zapotrzebowanie na moc bierną indukcyjną (kvar) znacząco zmienia się w trakcie cyklu pracy. Bateria stała jest odpowiednia tylko wtedy, gdy kompensowane obciążenie i jego stan pracy są wystarczająco stabilne, a bateria nie może pozostać podłączona bez tego obciążenia.

Czy dławik odstrajający usuwa harmoniczne?

Niekoniecznie. W baterii do kompensacji mocy biernej dławik odstrajający jest powszechnie stosowany w celu przesunięcia rezonansu układu kondensator-dławik poniżej najniższej znaczącej harmonicznej i zmniejszenia ryzyka wzmocnienia. Dostrojony filtr pasywny jest celowo projektowany dla wybranego rzędu harmonicznej.

Gdzie powinien być zainstalowany przekładnik prądowy (CT) sterownika APFC?

Jego lokalizacja musi umożliwiać sterownikowi pomiar wypadkowego obciążenia oraz wpływu baterii kondensatorów. W typowym układzie centralnym oznacza to miejsce przed obciążeniem i baterią, jednak dokładna faza, polaryzacja i okablowanie muszą być zgodne ze schematem producenta sterownika.