В энергосистемах неуравновешенная реактивная мощность приводит к снижению коэффициента мощности, увеличению потерь в линии и снижению загрузки оборудования. Низковольтные конденсаторы , являясь основным компонентом компенсации реактивной мощности, стали предпочтительным решением этих проблем благодаря своим преимуществам: низкой стоимости, высокой эффективности и гибкости монтажа. В данной статье подробно рассматривается, как достичь двойной цели: эффективной работы энергосистемы и экономии затрат предприятия за счет научно обоснованной конфигурации конденсаторов. В статье рассматриваются функции, методы компенсации, ключевые технические моменты и расчет емкости компенсации реактивной мощности с помощью низковольтных конденсаторов.
I. Основное значение компенсации реактивной мощности с помощью низковольтных конденсаторов: четыре функции оптимизации энергосистем
Компенсируя реактивную мощность, низковольтные конденсаторы значительно улучшают энергосистемы по четырем параметрам: использование оборудования, потребление энергии, стабильность напряжения и оптимизация затрат на электроэнергию, — выступая для предприятий ключевым средством снижения затрат и повышения эффективности.
1. Низковольтные конденсаторы повышают эффективность использования оборудования для преобразования и распределения электроэнергии, снижая инвестиционные затраты
Нагрузки с низким коэффициентом мощности занимают большую часть мощности оборудования для преобразования и распределения электроэнергии (например, трансформаторов и распределительных шкафов), что приводит к «потерям мощности». Параллельное включение низковольтных конденсаторов для компенсации реактивного тока может снизить ток нагрузки и требуемую мощность оборудования.
- Основная логика расчёта : Приведённая мощность (ΔS) оборудования для преобразования и распределения электроэнергии может быть рассчитана по формуле: Приведённая мощность = Активная мощность нагрузки ÷ Коэффициент мощности до компенсации - Активная мощность нагрузки ÷ Коэффициент мощности после компенсации. Формулу можно также упростить следующим образом: (Активная мощность нагрузки × (Коэффициент мощности после компенсации - Коэффициент мощности до компенсации)) ÷ (Коэффициент мощности после компенсации × Коэффициент мощности до компенсации).
- Пример эффекта : Возьмём в качестве примера нагрузку 1000 кВт и увеличение коэффициента мощности с 0,7 (до компенсации) до 0,95 (после компенсации). Таким образом, мощность оборудования может быть снижена на 376 кВА согласно вышеизложенной логике. Для новых проектов это означает выбор трансформаторов и распределительных шкафов меньшей мощности для снижения затрат на закупку оборудования; для существующих проектов это может снизить расходы на оплату электроэнергии (в некоторых регионах плата за электроэнергию взимается в зависимости от мощности оборудования), что позволит сэкономить более 10 000 юаней в год.
2. Низковольтные конденсаторы снижают потери в электросети и экономят потребление
Потери в электросети пропорциональны квадрату тока, и чрезмерный реактивный ток значительно увеличивает потери в линии. Низковольтные конденсаторы снижают общий ток в линии за счёт компенсации реактивной мощности, что существенно снижает потери.
- Закон изменения потерь : когда коэффициент мощности нагрузки падает от 1 до определенного значения (COSφ), процентное увеличение потерь мощности приблизительно составляет (1 ÷ (квадрат коэффициента мощности после компенсации) - 1) × 100%. Например, если коэффициент мощности падает с 1 до 0,8, потери увеличатся на 56,25%; если коэффициент мощности увеличится до 0,95 за счет низковольтных конденсаторов, потери могут быть снижены примерно на 31%.
- Пример применения : линия электропередачи напряжением 10 кВ в промышленном парке обеспечивает электроснабжение завода, расположенного в 2 км. До компенсации потери на линии составляли 8%; после установки двух комплектов низковольтных конденсаторов мощностью 200 кВАр потери снизились до менее 5%. При годовой выработке электроэнергии в 1 млн кВт·ч годовая экономия электроэнергии составляет 30 000 кВт·ч, что эквивалентно экономии на оплате электроэнергии более 20 000 юаней.
3. Низковольтные конденсаторы уменьшают падение напряжения в сети и обеспечивают стабильность
В периоды пикового потребления электроэнергии недостаточная реактивная мощность легко приводит к падению напряжения на конце линии (например, двигатели в мастерских не запускаются из-за низкого напряжения, а бытовые электроприборы часто отключаются). Низковольтные конденсаторы могут компенсировать реактивную мощность в режиме реального времени, снижая ток в линии и минимизируя потери напряжения.
- Практический пример : В период пикового летнего потребления электроэнергии на предприятии пищевой промышленности напряжение в цехе часто опускалось до 190 В (по национальному стандарту 220 В ±7%), что приводило к отключению холодильного оборудования. После установки трёх комплектов низковольтных конденсаторов мощностью 150 кВАр напряжение стабилизировалось на уровне 210–220 В, частота отказов оборудования снизилась на 40%, а непрерывность производства значительно улучшилась.
4. Низковольтные конденсаторы повышают коэффициент мощности и снижают расходы на
В документе «Меры Китая по корректировке тарифов на электроэнергию в зависимости от коэффициента мощности» четко указано, что различные типы потребителей должны соблюдать соответствующие стандарты коэффициента мощности (например, промышленные потребители высокого напряжения ≥ 0,9, сельскохозяйственные потребители ≥ 0,8). Несоблюдение стандарта влечет за собой штрафы. Низковольтные конденсаторы могут точно повышать коэффициент мощности до требуемого значения, даже превышая его (например, выше 0,95), что помогает предприятиям избегать штрафов и получать скидки на электроэнергию в некоторых регионах.
- Сравнение штрафов: для промышленного пользователя мощностью 1000 кВА предусмотрен штраф в размере 5% от общей платы за электроэнергию (более 50 000 юаней в год) при коэффициенте мощности 0,7; после установки низковольтных конденсаторов для повышения коэффициента мощности до 0,95 не только удается избежать штрафов, но и получить скидку на 1% на плату за электроэнергию, что позволяет сэкономить более 60 000 юаней в год.
II. Три способа компенсации реактивной мощности с помощью низковольтных конденсаторов: выбор подходящих решений по мере необходимости
В зависимости от диапазона электропитания и особенностей распределения нагрузки компенсация реактивной мощности низковольтными конденсаторами подразделяется на две основные категории: «централизованная компенсация» и «локальная компенсация» (локальная компенсация, в свою очередь, подразделяется на индивидуальную и распределённую). Предприятиям необходимо выбирать вариант компенсации, исходя из собственных условий, для достижения максимального эффекта.
1. Централизованная компенсация с низковольтными конденсаторами: подходит для крупномасштабных сценариев и сценариев
- Способ установки : сконфигурировать несколько комплектов низковольтных конденсаторов (обычно это батареи конденсаторов шкафного типа с мощностью одного комплекта 50–300 квар) на распределительной шине низковольтной распределительной станции для централизованной компенсации реактивной мощности во всем диапазоне электроснабжения;
- Основные преимущества : Удобное управление, автоматическое переключение через единый контроллер (например, ПЛК), подходит для сценариев с одновременной работой нескольких нагрузок (например, промышленные парки, крупные торговые центры);
- Сценарий применения : Например, в районах с относительно концентрированной нагрузкой и короткими линиями (≤ 500 метров) распределительная станция промышленного парка установила четыре комплекта низковольтных конденсаторов мощностью 200 квар, охватывающих 10 малых и средних заводов, а общий коэффициент мощности был увеличен до значения выше 0,92.
2. Локальная компенсация с помощью низковольтных конденсаторов: предпочтительно для сценариев
Местная компенсация подразделяется на «индивидуальную локальную компенсацию» и «распределенную локальную компенсацию», обе из которых предусматривают установку низковольтных конденсаторов вблизи нагрузки для снижения потерь при передаче реактивного тока в линии:
- Индивидуальная локальная компенсация: установите низковольтные конденсаторы непосредственно рядом с одним мощным устройством (например, двигателями мощностью более 50 кВт, насосами насосной станции) и подавайте питание параллельно с устройством, чтобы локально компенсировать реактивную мощность устройства;
- Распределенная локальная компенсация: установите низковольтные конденсаторы в шине силового блока или локальной распределительной цепи низкого напряжения, чтобы компенсировать общую потребность в реактивной мощности нескольких маломощных устройств в цепи;
- Пример применения: сельские ирригационные станции (длина линии 1–3 км), крупные заводские электродвигатели (например, компрессоры мощностью 100 кВт). Например, после установки одного низковольтного конденсатора мощностью 80 кВАр для насоса системы орошения сельскохозяйственных угодий потери в линии сократились на 35%, эффективность орошения увеличилась на 20%, и не нужно было ждать наступления пикового потребления электроэнергии для запуска устройства.
III. Технические аспекты компенсации реактивной мощности низковольтными конденсаторами: избежание рисков и обеспечение стабильности
При применении низковольтных конденсаторов необходимо уделять особое внимание трем ключевым вопросам: «предотвращение пусковых токов, предотвращение усиления гармоник и предотвращение самовозбуждения», чтобы избежать повреждения оборудования или отказов системы и обеспечить безопасную и надежную работу системы компенсации.
1. Предотвращение пускового тока для низковольтных конденсаторов: предотвращение повреждения
При подключении низковольтных конденсаторов к электросети вероятно возникновение пускового тока с пиковым значением в 5–10 раз больше номинального, что может привести к пробою изоляционного слоя конденсатора или перегоранию контактора.
- Решения :
- Выбирайте низковольтные конденсаторы с токоограничивающими резисторами или последовательно подключайте токоограничивающие реакторы во входную цепь, чтобы уменьшить пиковый пусковой ток;
- Использовать технологию отложенного переключения, чтобы избежать одновременного переключения нескольких конденсаторов (интервал времени ≥ 30 секунд);
- Значение пускового тока : Величина пускового тока зависит от мощности короткого замыкания в месте установки и ёмкости конденсатора. При проектировании убедитесь, что пиковый пусковой ток не превышает номинального значения более чем в 5 раз.
2. Предотвращение усиления гармоник в низковольтных конденсаторах: обеспечение стабильности
Низковольтные конденсаторы и линейные катушки индуктивности образуют LC-цепь. При наличии в электросети гармоник (например, 3-й, 5-й и 7-й) вероятно возникновение резонанса, приводящего к усилению гармоник, перегреву конденсаторов и аномальному повышению напряжения.
- Решения :
- Подключите реакторы с определенным значением индуктивного сопротивления последовательно в цепь низковольтного конденсатора (выберите в зависимости от гармонических условий: 12% индуктивного сопротивления для высоких гармоник 3-го порядка, 4,5% индуктивного сопротивления для высоких гармоник 5-го порядка и 0,5% индуктивного сопротивления для низких гармоник);
- Установите детекторы гармоник для мониторинга гармонического состава электросети в режиме реального времени. При коэффициенте гармонических искажений более 5% необходимо совместное использование активных фильтров мощности.
3. Предотвращение самовозбуждения низковольтных конденсаторов: защита изоляции
Если емкость низковольтных конденсаторов слишком большая, это приведет к тому, что при выключении двигателя возникнет напряжение самовозбуждения, что приведет к переходу двигателя в режим генерации электроэнергии и повреждению изоляции оборудования.
- Решения :
- Компенсационная ёмкость должна быть меньше холостого хода двигателя, обычно составляя 0,9 от холостого хода двигателя. Логика расчёта следующая: ёмкость компенсирующего конденсатора = 0,9 × 3 × напряжение системы × ток холостого хода двигателя;
- Например, двигатель мощностью 10 кВт имеет ток холостого хода 5 А и напряжение сети 380 В. Согласно вышеизложенной логике, подходящая ёмкость низковольтного конденсатора составляет приблизительно 5 кВАр, чтобы избежать самовозбуждения, вызванного избыточной ёмкостью.
IV. Расчет емкости и управление переключением низковольтных конденсаторных компенсаций: точное соответствие требованиям
Научное определение ёмкости низковольтных конденсаторов и выбор подходящего метода управления переключением являются ключом к обеспечению эффекта компенсации. Строгие расчёты, основанные на параметрах нагрузки, необходимы для предотвращения «перекомпенсации» или «недокомпенсации».
1. Расчет емкости низковольтного конденсатора компенсации: точный расчет на основе целевых значений
- Основная логика : Требуемая емкость низковольтного конденсатора = Активная мощность нагрузки × (Значение тангенса коэффициента мощности до компенсации - Значение тангенса целевого коэффициента мощности после компенсации);
- Пример расчёта : для цеха с активной мощностью нагрузки 800 кВт коэффициент мощности до компенсации составляет 0,7 (тангенс угла диэлектрических потерь ≈ 1,02), а целевой коэффициент мощности после компенсации — 0,95 (тангенс угла диэлектрических потерь ≈ 0,33). Требуемая ёмкость конденсаторов = 800 × (1,02 - 0,33) = 552 квар. На практике можно выбрать шесть комплектов низковольтных конденсаторов по 100 квар (общая ёмкость 600 квар), чтобы обеспечить небольшой запас для компенсации колебаний нагрузки.
2. Режимы управления переключением низковольтных конденсаторов: выбор по устойчивости
- Ручное переключение : подходит для ситуаций со стабильной нагрузкой и низкой частотой использования (например, для небольших двигателей в мастерских). Низковольтные конденсаторы переключаются вручную с помощью переключателей, что экономит средства;
- Автоматическое переключение : подходит для ситуаций с большими колебаниями нагрузки и непрерывной работой (например, торговые центры, химические заводы). ПЛК или специализированные контроллеры используются для автоматического переключения конденсаторных батарей в зависимости от коэффициента мощности (например, включение при коэффициенте мощности ниже 0,9 и выключение при коэффициенте мощности выше 0,95), чтобы избежать чрезмерной компенсации.
- Принцип выбора : при одинаковом компенсационном эффекте высокого и низкого напряжения приоритет следует отдавать низковольтному автоматическому коммутационному оборудованию, которое позволяет не только снизить затраты на управление, но и уменьшить потери в оборудовании высоковольтной стороны.
V. Заключение: низковольтные конденсаторы — экономичный выбор для оптимизации
В условиях растущего спроса на электроэнергию и ужесточения требований к энергосбережению компенсация реактивной мощности низковольтными конденсаторами стала для предприятий основным средством оптимизации энергосистем, полагаясь на тройное преимущество: «повышение эффективности, снижение потерь и экономия затрат». Будь то промышленное производство, коммерческая деятельность или сельскохозяйственное орошение, ценность низковольтных конденсаторов может быть в полной мере раскрыта благодаря научному выбору методов компенсации, точному расчету мощности и избежанию технических рисков, что позволяет достичь двойной цели: стабильной работы системы электроснабжения и повышения экономической эффективности.
Если ваше предприятие сталкивается с такими проблемами, как неудовлетворительный коэффициент мощности, высокие тарифы на электроэнергию или трудности с запуском оборудования, пожалуйста, оставьте сообщение, указав тип нагрузки (например, мощность двигателя, длину линии электропередачи) и текущий коэффициент мощности. Компания Hengrong Electric CO., LTD. разработает для вас эксклюзивное решение по компенсации реактивной мощности с использованием низковольтных конденсаторов, которое поможет вашему предприятию снизить затраты и повысить эффективность!