Регулятор коэффициента мощности

2022-05-05 Статьи  Комментариев нет

Сегодня мы поговорим об устройствах, предназначенных для  коррекции коэффициента мощности. Рассмотрим, для чего они применяются и как работают.

Но прежде немного расскажу о том, для чего вообще нужна компенсация реактивной мощности и что такое коэффициент мощности.

Компенсация реактивной мощности

Как известно, в сетях присутствует две составляющие энергии – активная и реактивная.

И если активная совершает полезную работу, трансформируясь в нужный нам вид энергии (тепло, свет и т.д.), то реактивная, несмотря на то, что какая-то ее часть  служит для питания магнитных цепей электрических машин, в основном не связана с выполнением полезной работы, а несет в себе негативные последствия.

В первую очередь это связано с увеличением потребляемого тока, что в свою очередь приводит к перегрузке трансформаторов, созданию дополнительной нагрузки на силовые линии питания.

Вследствие этого происходят дополнительные потери мощности, перепады напряжения в распределительных линиях, возникает необходимость в увеличении сечения проводников линий электропередач и распределительных сетей.

Также для промышленных потребителей это приводит к возрастанию расходов на оплату электроэнергии, что вызвано:

  • штрафами, накладываемыми поставщиками электроэнергии за избыточную реактивную мощность
  • увеличением потребления полной мощности (измеряемой в кВА)
  • повышенным энергопотреблением внутри электроустановок

Поэтому возникает необходимость использования устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ), целью которых является увеличение (коррекция) коэффициента мощности. Достигается это путем подключения к сети конденсаторных батарей. Подключенные параллельно индуктивным нагрузкам, конденсаторы позволяют увеличить коэффициент мощности, тем самым снижая реактивную мощность и увеличивая долю полезной активной мощности.

Благодаря этому происходит оптимизация работы электроустановки за счет снижения энергопотребления и увеличения доступной мощности. Кроме того, КРМ позволяет сократить расходы на электроэнергию в среднем на 5-10%.

Коррекция коэффициента мощности

Каждая электрическая машина потребляет или производит активную P (измеряемую в кВт) и реактивную Q (измеряемую в кВАр) мощность. Их векторная сумма является полной мощностью S, измеряемой в кВА.

Полная мощность = √ (Активная мощность2 + Реактивная мощность2)

Отношение активной мощности (кВт) к полной (кВА) называется коэффициентом мощности (КМ).

КМ = (кВт) / (кВА).

Если токи и напряжения синусоидальны, то КМ = cosϕ. Чем ближе это значение к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Регулятор коэффициента мощности (PFC)

Существует два типа компенсации – нерегулируемая одноступенчатая и автоматически регулируемая ступенчатая.

В первом случае включение конденсаторных батарей никак не регулируется, то есть они либо все включены, либо все выключены. Включение может быть ручным, с помощью рубильника или автомата,  или полуавтоматическим, с помощью контактора.

Этот тип компенсации используется, если полная мощность относительно невелика (< 15% мощности трансформатора), а график нагрузки ровный.

Во втором случае конденсаторная батарея набирается из отдельных секций с возможностью регулирования реактивной мощности путем их ступенчатого подключения.

В этом случае для регулирования и управления применяются регуляторы мощности – контроллеры. Они автоматически управляют подключением ступеней установок компенсации реактивной мощности на основе анализа основных сетевых параметров.

В качестве устройств, которыми управляет регулятор, обычно выступают специализированные контакторы с демпфирующими резисторами, к которым непосредственно подключаются конденсаторные батареи.

Конденсаторные контакторы

Как работает регулятор коэффициента мощности?

Принцип работы регулятора мощности основан на измерении мгновенных значений напряжения и тока. Затем, из этих значений, прибор вычисляет: коэффициент мощности, эффективные значения напряжения и тока, гармоническое искажение по напряжению и току.

Расчет необходимой мощности для компенсации производится при помощи установленного требуемого значения коэффициента реактивной мощности в приборе. На основании этих значений регулятор включает или отключает  соответствующие конденсаторные ступени.

Регулятор коэффициента мощности ERN 11007

Рассмотрим работу устройства коррекции коэффициента мощности на примере регулятора ERN 11007 компании Gruppo Energia.

Регулятор коэффициента мощности ERN 11007

Данная линейка включает в себя несколько типов регуляторов — ERN-11007,  ERN-11005, ERN 11206 и ERN 11214.

Все они являются полностью автоматическими, то есть, при подключении нет необходимости в предварительной настройке. Регулятор автоматически определяет как способ подключения, так и величину отдельных присоединенных компенсирующих ступеней. Хотя, при необходимости, есть возможность и ручной настройки параметров.

Все модели способны выполнять следующие функции:

  • Измерение
  • Регистрацию
  • Анализ напряжения, силы тока, активной, реактивной, полной мощности, THD (u) и спектра гармоник с 3 по 19 включительно
  • Рассчитывать количество кВАр, требуемого для выхода на предустановленный коэффициент мощности
  • Вести журнал с регистрацией аварийных сигналов

На следующем рисунке показана схема подключения регулятора.

Схема подключения регулятора мощности

Напряжение питание регулятора подается на клеммы 3 и 4. На клеммы 1 и 2 подключаются выходы с измерительного трансформатора тока.

Обратите внимание, что в случае отключения трансформатора тока, необходимо убедиться, что токовые клеммы трансформатора закорочены, в противном случае это может привести к выходу его из строя.

Клеммы с 5 по 12 являются релейными выходами, которые управляют конденсаторными контакторами.

Последний 12-й выход можно настроить как выход аварийной сигнализации для различных нестандартных состояний, таких как перенапряжение, пропадание напряжения, превышение настроенного уровня гармонических искажений, неисправность ступени, недокомпенсации или перекомпенсации и т.д.

Физически подключение осуществляется с тыльной стороны прибора, при помощи съемного клеммника.

Подключение регулятора мощности

На лицевой панели прибора расположены цифровой индикатор, кнопки управления и светодиоды.

Регулятор коэффициента мощности

На дисплей выводятся данные о текущих измеренных значениях – напряжение, ток, мощность, косинус, а также параметры регулятора и сообщения об ошибках.

Светодиоды, расположенные слева от индикатора, отображают разность между действительным текущим значением реактивной мощности в сети и величиной оптимальной реактивной мощности , которая отвечала бы заданной величине требуемого косинуса.

Если разность меньше, чем половина мощности наименьшего конденсатора, оба светодиода отключены. Если разность больше, чем половина, но меньше чем мощность наименьшего конденсатора , мигает соответствующий светодиод . В случае недокомпенсации мигает IND, при перекомпенсации мигает CAP.

Режим работы светодиодов, расположенных справа, зависит от режима отображения измеренных значений на дисплее.

Если выводится значение cosϕ или мощность, то горит светодиод cos, если отображаются значения, имеющие отношение к электрическому току, то загорается светодиод  А, а если отображаемые значения относятся к напряжению – то светодиод V.

Светодиоды, расположенные снизу под индикатором, отвечают за индикацию релейных выходов регулятора. Если релейный выход замкнут, то горит соответствующий данному выходу светодиод.

В нижней части прибора расположены еще три светодиода.

Светодиод Manual мигает в случае, если регулятор переведен в ручной режим.

Индикатор Export индицирует направление переноса активной энергии. Если он не активен, энергия течет от предполагаемого источника к потребителю. Если светодиод горит, энергия перетекает в обратном направлении.

Наконец, светодиод  Alarm сигнализирует о том, что сработал контакт аварийного реле.

Ввод в эксплуатацию

Весь процесс первичной настройки регулятора, включающий в себя автораспознавание подключения и автораспознавание мощностей ступеней, может происходить автоматически, без участия пользователя, при определенных условиях.

В случае автоматического автораспознавания подключения должно быть подключено измерительное напряжение и подключены конденсаторы хотя бы к двум из выходов 1….4.

Если измерительное напряжение не подключено, на дисплее отобразится мигающее сообщение об ошибке U=0.

При автораспознавании мощностей ступеней также должен быть задан способ подключения измерительного напряжения и тока. По умолчанию способ подключения не определен, но в процессе автораспознавания подключения, регулятор должен сам определить этот параметр, в противном случае необходимо задать его вручную в параметре 16.

В случае, если процесс распознавания не удалось завершить успешно, на дисплее отобразится мигающее сообщение P=0. В этом случае можно задать способ подключения вручную, либо повторно вызвать запуск процесса автоматического распознавания.

Процессы автораспознавания состоят из нескольких шагов, во время которых регулятор проводит пробные замеры, вычисления, подключение и отключение выходов.

При успешном окончании этих процессов регулятор должен начать процесс регулирования.

Также следует помнить о том, что изначально регулятор настроен на стандартные величины и процесс инициализации происходит, исходя из этих данных. Если данные величины устраивают, то достаточно дождаться окончания автонастройки, в противном случае требуется внести изменения в настройки параметров.

Редактирование параметров осуществляется следующим образом:

  1. Последовательным нажатием кнопок вверх-вниз регулятор переходит в режим индикации параметров.
  2. Таким же образом выбирается требуемый параметр.
  3. Нажатие кнопки вправо позволяет перейти к редактированию параметра, при этом необходимо удерживать кнопку до тех пор, пока данные на дисплее не начнут мигать.
  4. Кнопками вверх-вниз выбирается требуемое значение.
  5. Для сохранения заданного значения нажать кнопку вправо. При этом заданная величина записывается в память регулятора, данные на дисплее перестают мигать.

Более подробную информацию обо всех возможных настройках регулятора, можно узнать из технической документации.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Яндекс

Комментарии

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>