Схемы включения статических конденсаторов в сеть. Конденсаторные установки: назначение, принцип действия и схемы включения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Каково назначение конденсаторных установок. Как работает принцип компенсации реактивной мощности. Какие существуют схемы включения конденсаторных батарей. Почему важно применять конденсаторные установки в электрических сетях.

Содержание

Назначение конденсаторных установок

Конденсаторные установки предназначены для компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Их основные задачи:

Повышение коэффициента мощности до требуемых значений
Снижение потерь электроэнергии в сетях
Регулирование напряжения
Улучшение качества электроэнергии
Разгрузка трансформаторов и кабельных линий
Снижение расходов на оплату электроэнергии

Применение конденсаторных установок позволяет оптимизировать режимы работы электрических сетей и повысить их энергоэффективность. Это один из самых экономичных способов улучшения технико-экономических показателей систем электроснабжения.

Принцип действия конденсаторных установок

Принцип действия конденсаторных установок основан на компенсации индуктивной составляющей тока нагрузки за счет емкостной составляющей тока конденсаторов. Это позволяет снизить полный ток, протекающий по сети.

Основные элементы конденсаторной установки:

Силовые конденсаторы
Коммутационная аппаратура (контакторы, выключатели)
Регулятор реактивной мощности
Защитная аппаратура

Регулятор отслеживает изменение коэффициента мощности и автоматически включает или отключает нужное количество конденсаторных ступеней для поддержания заданного значения. Это обеспечивает динамическую компенсацию реактивной мощности.

Схемы включения конденсаторных батарей

Существуют следующие основные схемы включения конденсаторных батарей:

1. Параллельное включение

Конденсаторы подключаются параллельно нагрузке. Это самая распространенная схема для компенсации реактивной мощности в распределительных сетях низкого и среднего напряжения.

2. Последовательное включение

Конденсаторы включаются последовательно в цепь нагрузки. Применяется для продольной компенсации в линиях электропередачи.

3. Комбинированное включение

Сочетание параллельного и последовательного включения. Используется для более гибкого регулирования режимов в сложных электрических сетях.

Преимущества использования конденсаторных установок

Основные преимущества применения конденсаторных установок:

Снижение потерь электроэнергии в сетях на 10-20%
Разгрузка силовых трансформаторов на 10-30%
Увеличение пропускной способности линий на 20-30%
Улучшение качества напряжения
Снижение платы за потребляемую реактивную энергию
Простота монтажа и обслуживания
Высокая надежность и длительный срок службы

Все это делает конденсаторные установки очень эффективным средством повышения энергоэффективности систем электроснабжения.

Где применяются конденсаторные установки

Основные области применения конденсаторных установок:

Промышленные предприятия
Распределительные электрические сети
Тяговые подстанции электрифицированного транспорта
Коммунально-бытовой сектор
Сельскохозяйственные потребители

Наиболее широко конденсаторные установки используются на промышленных предприятиях с большим количеством электродвигателей и трансформаторов. Здесь их применение дает максимальный экономический эффект.

Виды конденсаторных установок

По способу регулирования выделяют следующие виды конденсаторных установок:

Нерегулируемые — с постоянно включенной мощностью
Автоматические — с автоматическим регулированием мощности
Тиристорные — с быстродействующим тиристорным управлением

По напряжению различают:

Низковольтные — до 1000 В
Высоковольтные — 6-10 кВ и выше

Выбор конкретного типа установки зависит от характера нагрузки и требований к качеству компенсации реактивной мощности.

Заключение

Конденсаторные установки являются эффективным и экономичным средством компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Их применение позволяет существенно снизить потери электроэнергии, разгрузить оборудование и повысить энергоэффективность систем электроснабжения. Правильный выбор типа и мощности конденсаторных установок обеспечивает оптимальные режимы работы электрических сетей.

Схемы соединения конденсаторов в батареях

Страница 34 из 53

Важным признаком, характеризующим схему соединений конденсаторной установки, является схема соединения конденсаторов в батарее. От нее зависит работа защиты батареи и некоторые другие процессы как в конденсаторной установке, так и в сети, к которой последняя присоединена.

Рис. 6-3. Схема параллельного соединения трехфазных конденсаторов в батарее.

Трехфазные конденсаторы всегда соединяются в батареях параллельно независимо от схемы их внутренних соединений (треугольник или звезда). Номинальное напряжение батареи Uб при этом равно номинальному напряжению конденсатора Uк. Примером этой схемы соединений может служить изображенная на рис. 6-3 схема конденсаторной батареи, выполненной из трехфазных конденсаторов, соединенных треугольником.
Теоретически возможна и изображенная на рис. 6-4 схема соединения трех трехфазных конденсаторов в группу, номинальное напряжение которой равно 2Uк, т. е. удвоенному номинальному напряжению конденсатора. Такая группа эквивалентна одному трехфазному конденсатору, емкость фазы которого равна 0,6 емкости фазы каждого из трех конденсаторов, входящих в группу (если схемы соединения фаз одинаковы в обоих случаях). Вывод этого соотношения произведен путем последовательных преобразований треугольника емкостей в эквивалентную звезду емкостей и обратно. Мощность такой группы, присоединенной к сети с напряжением 2Uк, равна 0,8 суммы номинальных мощностей тех же трех конденсаторов.

Рис. 6-4. Схема группы из трех трехфазных конденсаторов, в которой номинальное напряжение группы равно удвоенному номинальному напряжению конденсатора.

Однофазные конденсаторы соединяются в каждой фазе трехфазной батареи или параллельно, или параллельно — последовательно. Возможно и последовательное соединение, когда все конденсаторы, составляющие фазу батареи, соединены последовательно («цепочкой») один с другим. Его можно считать частным случаем параллельно — последовательного соединения при числе параллельно соединенных конденсаторов в группе, равном единице. Еще одним вариантом является последовательно-параллельное соединение, когда несколько «цепочек» конденсаторов соединены параллельно в фазе батареи. Оба последних варианта встречаются очень редко и здесь не рассматриваются.

При параллельном соединении однофазных конденсаторов номинальное напряжение Uб батареи равно их номинальному напряжению Uк, если фазы батареи соединены треугольником, или превышает его в 1,73 раза при соединении звездой. Если соотношение между Uб и Uкпревышает 1,73, то батарея должна быть выполнена путем параллельно-последовательного соединения конденсаторов в каждой фазе. В § 2-2 приведены выражения для определения Uб в зависимости от Uк и от схемы соединения конденсаторов в батарее.
В трехфазных батареях, состоящих из однофазных конденсаторов, фазы могут быть соединены или треугольником, или звездой. При соединении звездой нейтральная точка последней может быть или изолирована от земли, или заземлена (рис. 6-5).
Различные комбинации трех схем соединения фаз в батарее (треугольник, звезда с изолированной нейтралью и звезда с заземленной нейтралью) с двумя схемами соединения конденсаторов в фазе (параллельное или параллельно-последовательное) дают шесть возможных схем соединения однофазных конденсаторов в трехфазной батарее.

Рис. 6-5. Варианты схем соединения фаз В, трехфазной батарее.
Ниже указаны условные обозначения, применяемые для этих схем в дальнейшем изложении:

Преимущества и недостатки различных схем соединения фаз батареи рассмотрены отдельно в § 6-3.
Номинальные напряжения однофазных конденсаторов отечественного производства равны увеличенным на 5% номинальным линейным напряжениям электрических сетей. Это значит, что отечественные однофазные конденсаторы рассчитаны на соединение фаз батареи треугольником с параллельным соединением конденсаторов в каждой фазе (схема Δ-l). В Советском Союзе по этой схеме соединено подавляющее большинство конденсаторных установок с однофазными конденсаторами, т. е. номинальным напряжением 3—10 кВ (рис. 6-6).

Соединение фаз батареи звездой при параллельном соединении однофазных конденсаторов в каждой фазе (схемы Υ-1 и Yз-l) встречается в Советском Союзе очень редко, а именно тогда, когда номинальное напряжение конденсаторов почему-либо равно не линейному, а фазному напряжению сети или близко к последнему.

Например, соединение конденсаторов 6,3 кВ по схеме Υ-1 или Y3-l позволяет получить батарею номинальным напряжением 1,73 · 6,3=10,9 кВ, т. е. пригодную к установке в сети 10 кВ.
В зарубежных конденсаторных установках с параллельным соединением однофазных конденсаторов фазы батареи соединяются иногда треугольником и иногда звездой (см. § 6-3).

Рис. 6-6. Схема параллельного соединения однофазных конденсаторов в каждой фазе трехфазной батареи, соединенной треугольником.
Рис. 6-7. Схема параллельно-последовательного соединения однофазных конденсаторов в одной фазе трехфазной батареи.

При параллельно-последовательном соединении однофазных конденсаторов фазы батареи соединяются, как правило, звездой (схемы Y-2 и Y3-2). Такие батареи напряжением до 110 кВ получили значительное распространение за рубежом, в особенности в США, а наивысшее напряжение батареи для параллельного присоединения, находящейся там в эксплуатации, составляет 230 кВ (Л.3-21).

На рис. 6-7 приведена схема одной фазы батареи с параллельно-последовательным соединением однофазных конденсаторов. В пределах каждой группы конденсаторы соединены параллельно, и все группы соединены последовательно. Число таких групп в одной фазе батареи доходит до 15 при напряжении батареи 110 кВ.
Параллельно-последовательное соединение встречается и при напряжении батареи 6—10 кВ, если она собрана из конденсаторов напряжением около 1 кВ. Несколько таких батарей было выполнено в Советском Союзе из конденсаторов типа КМ напряжением 1 000 В [Л. 6-1] и 1 050 в. Существует также несколько батарей для параллельного присоединения, выполненных из конденсаторов для продольной компенсации типа КПМ. В этих батареях конденсаторы номинальным напряжением 600 В соединены, параллельно-последовательно.

В последние годы некоторые западноевропейские фирмы сократили шкалу напряжений изготовляемых ими конденсаторов, комплектуя из конденсаторов 1— 2 кВ батареи более высоких напряжений, например 10 кВ [Л.

1-16].
Переход от параллельного к параллельно-последовательному соединению конденсаторов в батареях 3—10 кВ позволил бы выполнять эти батареи из одних и тех же конденсаторов напряжением около 1 кВ (например, 910 в), что является одним из преимуществ этой схемы соединений [Л. 5]. Недостаток ее заключается в том, что изменение проектной мощности батареи происходит при параллельно-последовательном соединении большими ступенями, чем при параллельном соединении. В первом случае мощность одной ступени равна 3nQK и во втором — 3Qк (здесь QK — мощность одного конденсатора и п—число последовательно соединенных групп в фазе батареи).
Соединение фаз батареи треугольником при параллельно-последовательном соединении однофазных конденсаторов (схема Δ-2) в Советском Союзе не применяется, а за рубежом встречается, по-видимому, значительно реже соединения звездой.
Однофазные конденсаторные батареи распространены очень мало. Одной из областей их применения является компенсация однофазных индуктивных приемников значительной мощности, например, некоторых видов электрических печей.

Однофазные батареи малой мощности встречаются за рубежом и в сельских электрических сетях. В зарубежной практике известен также случай применения однофазной конденсаторной установки 10,8 кВ в тяговой сети 25 Гц. Мощность этой установки при той же частоте составляла 10 000 кВАр.

Для однофазных батарей возможны те же схемы соединений конденсаторов, что и для каждой фазы трехфазной батареи, т. е. или параллельное, или параллельно-последовательное.
Например, одна отечественная однофазная батарея мощностью около 4 000 кВАр была выполнена из четырех последовательно соединенных групп номинальным напряжением по 10,5 кВ. Номинальное напряжение батареи составило, таким образом, 4 · 10,5=42 кВ, что позволило присоединить ее на линейное напряжение сети 35 кВ.

Назад
Вперёд

Схемы включения компенсирующих устройств — КиберПедия

Навигация:

Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные

Топ:

Проблема типологии научных революций: Глобальные научные революции и типы научной рациональности. ..

Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного…

Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит…

Интересное:

Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы…

Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль…

Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья…

Дисциплины:

Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 26 из 46Следующая ⇒

В зависимости от назначения, напряжения и мощности конденсаторной батареи схемы соединений конденсаторных установок выполняют одно- и трехфазными с параллельным или параллельно-последовательным соединением конденсаторов.

В осветительных и силовых сетях напряжением 220 и 380 В применяют главным образом трехфазные конденсаторные установки с параллельным соединением конденсаторов, соединяемых треугольником. В осветительных сетях трехфазные конденсаторные установки обычно подключают непосредственно (без выключателя) к групповым линиям этих сетей после выключателя. В силовых сетях трехфазные конденсаторные установки могут подключаться к шинам распределительных щитов общим с электроприемником или отдельным выключателем.

Подключение трехфазных конденсаторных установок на напряжение 380 В приведено на рис. 7.2, где указаны возможные варианты установки защитной и коммутационной аппаратуры.

При необходимости комплектования конденсаторной установки напряжением 380 В большой мощности применяют секционированные схемы, состоящие из нескольких отдельных конденсаторных установок, которые через отдельный выключатель подключают к шинам распределительного щита.

Соединение однофазных конденсаторных установок напряжением 3-10 кВ в треугольник приведено на рис. 7.3. В этой схеме номинальное напряжение конденсаторов соответствует номинальному напряжению сети.

Рис. 7.2. Присоединение конденсаторов к шинам на напряжение 380 В:

АВ – автоматический выключатель; Р – рубильник; П – предохранитель; КТ – контактор или магнитный пускатель.

Рис. 7.3. Присоединение конденсаторов к шинам на напряжение 6-10 кВ:

Р – разъединитель; В – выключатель; ПК – высоковольтный предохранитель.

В схемах конденсаторных батарей предусматривают специальные активные или индуктивные сопротивления, которые подключают параллельно конденсаторам. Эти сопротивления необходимы для разряда конденсаторов после их отключения, так как естественный саморазряд происходит медленно. Разряд конденсаторных батарей должен осуществляться автоматически после каждого отключения батареи от сети.

Разрядное сопротивление, Ом, определяется по формуле

, (7.11)

где – фазное напряжение, кВ;

– мощность батареи, квар.

Например, при напряжении 0,4 кВ и мощности батареи 300 квар необходимое разрядное сопротивление составляет около 8 кОм.

Широкое применение статических конденсаторов, используемых для повышения коэффициента мощности и регулирования напряжения в системе электроснабжения, потребовало организации промышленного изготовления комплектных конденсаторных установок (ККУ) с последующим монтажом их на отдельных участках сетей напряжением 0,38 и 6-10 кВ.

В ККУ применяют конденсаторы из бумаги, пропитанной минеральным маслом, соволом или другим жидким диэлектриком. Эти конденсаторы подразделяют по напряжению, числу фаз, роду установки и роду пропитки. Конденсаторы напряжением до 1 кВ изготовляют одно- и трехфазными, мощностью 4,5-50 квар; конденсаторы напряжением выше 1 кВ – однофазными, мощностью 13,0 – 75 квар.

ККУ состоит из соответствующего числа конденсаторов определенной мощности и вспомогательного оборудования для включения, отключения и защиты; изготавливается в виде одной или нескольких ячеек.

ККУ для напряжений 0,38 кВ мощностью до 100 квар выполняют в виде одного комбинированного шкафа, в верхней части которого устанавливается соответствующий автомат, а в нижней части размещаются конденсаторы первого или второго габарита. ККУ мощностью выше 100 квар комплектуется из отдельного шкафа ввода и нескольких шкафов с конденсаторами. В шкафе ввода размещается вся вспомогательная аппаратура – предохранители с контакторами или автоматами, трансформаторы тока, разрядные сопротивления, измерительные устройства автоматического регулирования.

Компоновка ККУ на напряжение 6-10 кВ необходимой мощности выполняется из шкафа ввода и нескольких одинаковых ячеек (шкафов) с конденсаторами. В ячейке ввода может устанавливаться малообъемный выключатель с дистанционным приводом или предохранители, а также два однофазных трансформатора напряжения для разрядки конденсаторов. Возможно также подключение ячейки ввода к выключателю, установленному в распределительном устройстве напряжением 6-10 кВ.

В ячейке конденсаторов размещаются в два-три ряда однофазные конденсаторы и защитные предохранители. Изменяя число конденсаторов в каждой фазе, можно укомплектовать необходимую мощность конденсаторной батареи.

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства…

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни…

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)…

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций…

Конденсаторные установки назначение принцип действия схемы включения

Содержание

1 Принцип действия
2 Назначение установок КРМ
3 Преимущества использования конденсаторных установок
4 Энергоэффективность производственных электросетей
5 Назначение конденсаторных установок
6 Принцип работы конденсаторной установки

Дисциплина: Эксплуатация оборудования электрических сетей

Лекция № 13. «Техническое обслуживание конденсаторных установок от 0,22 до 10 кВ и конденсаторов связи 35-220 кВ»

13.1 Назначение конденсаторных установок. 1

13.2 Режимы работы, уровни напряжений. 2

13.3 Особенности по выполнению мер безопасности при обслуживании КУ.. 3

13.4Техническая документация. 5

13.5 Осмотры, капитальные и текущие ремонты.. 5

13.6 Эксплуатация и обеспечение надёжной работы конденсаторов связи 35-110 кВ 6

13.7 Профилактические испытания конденсаторов. 6

Назначение конденсаторных установок

Самым дешёвым и одновременно самым эффективным средством повышения технико-экономических показателей электрических систем является компенсация реактивной мощности. Понятие источники реактивной мощности (ИРМ) обычно относят к любым устройствам, способным целенаправленно воздействовать на баланс реактивной мощности в электроэнергетической системе. В системах электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий ИРМ применяют с целью компенсации реактивной мощности, потребляемой мощной резкопеременной нагрузкой, и симметрирования нагрузки. Ко второй группе ИРМ относятся статические компенсаторы реактивной мощности — конденсаторные батареи (КБ). Конденсаторные батареи способны регулировать генерируемую ими мощность только ступенчато. Для их коммутации (включения, выключения) применяют в сетях до 1 кВ — обычные контакторы, в сетях 6 — 10 кВ и выше — выключатели. Основная роль конденсаторных установок в сетях промышленных предприятий это снижение потерь электроэнергии в сетях и регулирование напряжения в допустимых пределах. Мощность, генерируемая КБ, при ее заданной ёмкостиС пропорциональна квадрату приложенного напряжения и его частоте Q_КБ = U 2 wС.Поэтому нерегулируемые КБ обладают отрицательным регулирующим эффектом. Это значит, что мощность КБ снижается со снижением приложенного напряжения, тогда как по условиям режима эту мощность необходимо увеличивать.

Современные конденсаторные установки допускают длительную работу при повышении действующего значения напряжения между выводами до 1,1 U ном, сети. Обеспечивают длительную работу без снижения срока службы при повышении действующего значения тока до 1,3 I ном., как за счёт повышения напряжения, так и за счёт высших гармоник или за счёт того и другого вместе независимо от гармонического состава тока. С учётом предельного отклонения ёмкости наибольший допустимый ток может быть до 1,43 I ном.конденсатора.Использование конденсаторных установок, являющихся наиболее распространённым средством компенсации реактивной мощности в промышленных сетях, даёт возможность:

— повышения коэффициента мощности до требуемой величины;

— уменьшения потерь электроэнергии в элементах сети электроснабжения;

— регулирования напряжения в различных точках сети;

— повышения качества электроэнергии.

Применение их позволяет:

— обеспечивать высокую точность заданного коэффициента мощности;

— поддерживать оптимальный режим компенсации реактивной мощности в зависимости от нагрузки;

— снижать тепловые потери в распределительных сетях и расходы на электроэнергию;

— снижать влияние высших гармонических составляющих тока на электрооборудование;

— разгружать оборудование подстанций и распределительных сетей, увеличивать срок его службы.

Нижеуказанные требованияраспространяются на конденсаторные установки напряжением от 0,22 до 10 кВ и частотой 50 Гц, предназначенные для компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения и присоединяемые параллельно индуктивным элементам электрической сети. Конденсаторная установка должна находиться в техническом состоянии, обеспечивающем ее долговременную и надёжную работу. Управление конденсаторной установкой, регулирование режима работы батарей конденсаторов должно быть, как правило, автоматическим. Управление конденсаторной установкой, имеющей общий с индивидуальным приёмником электрической энергии коммутационный аппарат, может осуществляться вручную одновременно с включением или отключением приёмника электрической энергии.Кроме силовых конденсаторов, используемых для компенсации реактивной мощности, в электроэнергетике эксплуатируются конденсаторы связи, конденсаторы отбора мощности, конденсаторы для делителей напряжения, конденсаторы для повышения коэффициента мощности, конденсаторы установок продольной компенсации и конденсаторы, используемые для защиты от перенапряжений.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8841 —

| 7555 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

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.

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.

Принцип действия

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:

Модульные — используют для компенсирования реактивной мощности в групповых сетях и сетях энергообеспечения на крупных и средних предприятиях.
Моноблочные — имеют широкое применение для компенсирования реактивной мощности в групповых сетях на малых предприятиях.

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.

Назначение конденсаторных установок — повышение эффективности промышленной инфраструктуры, снижение стоимости электроэнергии и защита дорогостоящего оборудование от перегрузок. И они прекрасно справляются со своей задачей.

Энергоэффективность производственных электросетей

Относительно недавно необходимости в подобном оборудовании не существовало. Однако сейчас специалистов, задумывающихся о том, для чего нужны конденсаторные установки, практически не осталось. Слишком очевидна проблема дефицита качественной электроэнергии.

Количество потребителей лавинообразно растет, промышленное оборудование становится все более чувствительным к параметрам электроэнергии, однако морально устаревшие сети не справляются с нагрузкой ни по качественным, ни по количественным характеристикам. В процессе транспортировки электроэнергии и работы многих установок образуется не только активная, но и реактивная мощность. Часть мощности системы расходуется в пустую, повышая стоимость траспортировки ресурса, увеличивая его расход и перегружая систему. Для электрических сетях с реактивной мощностью характерны нагрев отдельных элементов, появление пробоев и перегрузок.

Чтобы избежать негативных последствий, необходимо вкладывать значительные средства в модернизацию сетей: увеличивать сечение кабелей, устанавливать трансформаторы и другое оборудование повышенной мощности. Однако есть более простое и эффективное решение.

Конденсаторные установки обладают целым рядом преимуществ:

Обеспечивают заметный эффект при низких стартовых затратах. При грамотном подходе каждая установка окупается в течение года.
Предельно просты при установке и в эксплуатации.
Подключаются именно там, где вам нужно.
Существуют решения для электросетей низкого, среднего и высокого напряжения.

Назначение конденсаторных установок

В зависимости от требований заказчика, КУ решают следующие задачи:

Снижают расход и стоимость потребляемой электроэнергии.
Гарантируют передачу ресурса по проводам меньшего сечения, без дорогостоящей модернизации всей электросети.
Стабилизируют параметры тока при транспортировке на большие расстояния. Предотвращают перепады напряжения на электросетях различного масштаба.
Защищают оборудование от перегрузок.
Повышают качество поставляемого ресурса.

Наиболее эффективны КУ на производствах с высоким содержанием асинхронных двигателей, силовых установок с cos φ = 0,7 и ниже, и т.д.

Принцип работы конденсаторной установки

В основе действия КУ эффект коммутируемой или динамической компенсации реактивной мощности системой конденсаторов, расположенных в определенной последовательности. Для коммутации в конденсаторной установке (принцип действия несколько отличается в каждом из указанных подвидов) используются контакторы или тиристоры. В первом случае, коммутация происходит за счет электромеханического реле, что характерно для подавляющего большинства КУ. К их преимуществам следует отнести низкую стоимость, универсальность конструкции и простоту использования. Тиристорные системы несколько сложнее, однако в электросетях с резкопеременной нагрузкой они имеют ряд преимуществ.

Однако каким бы ни был принцип действия конденсаторной установки, подключать их можно на любом участке сети (на вводе предприятий, для группы однотипных установок, поблизости от единичного потребителя или по смешанной схеме).

2.6: Статические сети — Физика LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 21512

Том Вайдеман
Калифорнийский университет, Дэвис

Символические схемы

Мы обсуждали конденсаторы как теоретические конструкции, но на самом деле они являются обычными электрическими компонентами, используемыми во многих устройствах. Одно из типичных применений — это источник «всплеска» электрической энергии, которая накапливается, когда источник напряжения заряжает ее на досуге, но затем высвобождается быстрее, чтобы выполнить какую-то работу, которую первоначальный источник напряжения не может выполнить так быстро. Мы увидим и другие варианты использования в следующей главе. Чтобы обсудить конденсаторы в этом практическом контексте, полезно ввести некоторые символические обозначения. Начнем с четырех символов:

эквипотенциал:

Сплошные непрерывные линии, соединяющие компоненты, представляют собой эквипотенциалы. Они могут состоять из отдельных линий или линий, ответвляющихся друг от друга. Хотя это обычно безвредно, думать об этих линиях как о проводящих проводах в физическом мире иногда может быть опасно, когда они встречаются впервые, поскольку мы будем использовать тот же набор символов позже, когда будем обсуждать электрический ток, где провода не являются проводниками. эквипотенциалы. Кроме того, проблемы легче решать, если помнить, что все, что соединено прямыми линиями, имеет одинаковый потенциал, а не просто канал потока заряда.

переключатель:

Этот компонент позволяет говорить о процессах, связанных с подключением и отключением других компонентов. Когда переключатель замкнут, он просто становится эквипотенциальным.

конденсатор:

Символ выглядит как вид сбоку конденсатора с плоскими пластинами, но он может представлять любую геометрию конденсатора, с диэлектриком внутри или без него. Обратите внимание, что соединение «пластины» прямой линией предполагает, что они имеют одинаковый потенциал (и так оно и есть), но поскольку между двумя пластинами есть зазор, они, конечно, не имеют одного и того же потенциала. Это первый из многих компонентов, с которыми мы столкнемся, которые обычно связаны с разностью потенциалов от одной стороны к другой.

батарея:

До сих пор мы говорили о том, чтобы «удерживать конденсатор при постоянной разности потенциалов», в то время как мы делаем такие вещи, как раздвигаем пластины или вставляем диэлектрик. Нам больше не потребуется этот громоздкий язык, так как именно в этом заключается функция батарейки. Когда заряды перемещаются в конденсатор или из него, разность потенциалов (или напряжение ) на пластинах изменяется, но две «пластины» батареи, показанные на символе, всегда остаются с одной и той же разностью потенциалов. Если одна сторона батареи соединена эквипотенциалом с одной стороной компонента, то эта сторона компонента остается под потенциалом, обеспечиваемым батареей. Если для поддержания этого потенциала требуется движение заряда, батарея подает или принимает заряд по мере необходимости. [ Следует отметить, что существует несколько символов, которые можно встретить для обозначения батарей. «–» и «+» в показанном символе на самом деле лишние и не всегда появляются — большая «пластина» всегда имеет более высокий потенциал. Кроме того, символ с более чем двумя «пластинками» (чередующимися в размер) часто используется для обозначения батареи. ]

Эквивалентная емкость

Далее мы объединим несколько компонентов вместе, соединенных эквипотенциалами. Цепь представляет собой замкнутый контур компонентов и эквипотенциалов. Часто эти системы компонентов включают разветвления эквипотенциалы, что приводит к множеству замкнутых контуров.Такая система представляет собой комбинацию многих контуров, и часто вся система также называется цепью, но более точным термином для такой системы является сеть . Читатель, вероятно, встретится с обоими терминами для описания таких систем в этой работе.

Для анализа этих систем полезно разработать некоторые инструменты для исследования фрагментов цепи из нескольких конденсаторов (каждый из которых может иметь разную емкость). Самый простой такой фрагмент — тот, в котором они соединены «последовательно», как показано на рисунке ниже.

Рисунок 2.6.1 – Конденсаторы серии

На диаграмме с цветовой кодировкой слева выделены эквипотенциалы и пластины с одинаковым потенциалом – левая пластина конденсатора №1 находится под потенциалом \(V_A\), правая пластина конденсатора №1 и левая пластина конденсатора №2 находится под потенциалом \(V_B\), а правая пластина конденсатора №2 – под потенциалом \(V_C\). Таким образом, напряжение на конденсаторах:

\[V_1 = V_A-V_B\;,\;\;\;\;\;V_2=V_B-V_C \]

Это означает, что разность потенциалов между эквипотенциалами на два конца комбинации конденсаторов — это просто сумма напряжений на конденсаторах:

\[V_{tot} = V_A-V_C = \left(V_A-V_B\right) + \left(V_B-V_C\right) = V_1+V_2\]

Как насчет заряда каждого конденсатора? Итак, мы знаем, что пластины одного конденсатора имеют одинаковый заряд с разными знаками. Синий сегмент изолирован, поэтому не может получать никакого внешнего заряда, а это означает, что какой бы заряд ни находился на правой обкладке конденсатора № 1, такое же количество заряда с противоположным знаком находится на левой обкладке конденсатора № 2. Следовательно, заряд каждого конденсатора в этой конфигурации одинаков.

Всякий раз, когда два или более конденсатора расположены таким образом, что они удовлетворяют вышеуказанным свойствам (напряжение на комбинации равно сумме напряжений каждого из них, а заряды одинаковы на всех из них), мы говорим что эти конденсаторы в s eries . У нас есть общая разность напряжений для комбинации и единичное количество заряда на пластине, поэтому мы можем определить эквивалентную емкость для схемы. В частности:

\[\слева. \begin{array}{l} Q=C_{eq}V_{tot} \\ Q=C_1V_1 \\ Q=C_2V_2 \\ V_{tot}=V_1+V_2 \end{массив} \right\}\;\ ;\; \dfrac{1}{C_{eq}} = \dfrac{1}{C_1} + \dfrac{1}{C_2} \;\;\;\text{(series)}\]

Обратите внимание, что если есть более двух конденсаторов последовательно, нам нужно только добавить дополнительные обратные условия.

Предупреждение

Нередко ошибочно объявляют, что конденсаторы соединены последовательно, просто потому, что они «выглядят последовательными», хотя на самом деле они не соединены последовательно. Важно убедиться, что критерии, включающие напряжение и заряд, действуют, прежде чем вычислять эквивалентную последовательную емкость.

Другое базовое расположение конденсаторов меняет роли заряда и напряжения, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 2. 6.1-конденсаторы в параллельной

снова у двух то же, что у двух то же, что у двух то же, что у двух, и это то, что у двух, и у них есть у двух, и у них есть, что два, что-то вроде. разность потенциалов на них:

\[V_1 = V_A-V_B = V_2\]

Что касается заряда, то каждая пластина должна получить заряд извне (через эквипотенциалы), и на конденсаторы пойдет разное количество заряда, и общий заряд, подведенный к этой системе, будет равен сумме зарядов, подведенных к каждому отдельному конденсатору. Когда эти два критерия выполняются, мы говорим, что конденсаторы равны параллельно .

Alert

Это еще одно предупреждение о том, что два конденсатора должны быть включены параллельно просто потому, что они так выглядят. Самый простой тест для параллельных конденсаторов — проверить, соединяет ли эквипотенциал напрямую обе пластины одного конденсатора с соответствующими пластинами другого конденсатора.

Для эквивалентной емкости складываем два новых критерия и получаем новое соотношение:

\[\left. \begin{array}{l} Q_{tot}=C_{eq}V \\ Q_1=C_1V \\ Q_2=C_2V \\ Q_{tot}=Q_1+Q_2 \end{массив} \right\}\;\ ;\; C_{eq} = C_1 + C_2\;\;\;\text{(параллельно)}\]

Если параллельно подключено более двух конденсаторов, то, конечно, эквивалентная емкость представляет собой сумму всех отдельных емкостей.

Пример \(\PageIndex{1}\)

Покажите, что как для последовательного, так и для параллельного случая энергия, запасенная в эквивалентном конденсаторе, равна сумме энергий в отдельных конденсаторах.

Решение: В последовательном случае заряд обоих конденсаторов одинаков, поэтому общая накопленная энергия составляет: 92 \номер\]

Сети конденсаторов

То, что у нас есть уравнение только для пары конденсаторов, не означает, что мы можем решать задачи только с двумя конденсаторами. Мы можем решать гораздо большие сети в режиме начальной загрузки, комбинируя пары конденсаторов для формирования эквивалентных конденсаторов, затем рассматривая эквивалентные конденсаторы, как если бы они были «настоящими» конденсаторами, и комбинируя из в новые эквивалентные конденсаторы. После того, как произошло достаточное сокращение, можно сделать вывод о том, сколько заряда уходит от батареи, а затем «действовать в обратном направлении», имея в виду, что количество заряда на эквивалентном конденсаторе такое же, как заряд на составляющих его конденсаторах, если они находятся в разомкнутом состоянии. последовательно, а разность напряжений на эквивалентном конденсаторе такая же, как и на составляющих его конденсаторах, если они подключены параллельно. Как только все эквивалентные конденсаторы размотаны, заряды и напряжения (и, следовательно, также энергии) известны для каждого конденсатора в сети. Овладение этим процессом — вопрос практики, поэтому вот пример…

Пример \(\PageIndex{2}\)

Для сети на рисунке вычислите долю общей энергии, поставляемой батареей, которая идет на каждый из отдельных конденсаторов.

Раствор

Мы начнем с обозначения напряжения на аккумуляторе ‘\(V\)’. Он выпадет из окончательного ответа, но нам нужно кое-что добавить в алгебру. Теперь начинаем процесс объединения конденсаторов для создания единой эквивалентной емкости для сети.

Может показаться, что \(1C\) и \(3C\) соединены последовательно, но это не так! Эквипотенциал, который соединяется с левой пластиной \(3C\), разделяется и соединяется с правыми пластинами двух конденсаторов. Это означает, что сумма зарядов на правых пластинах \(1C\) и \(2C\) равна отрицательному заряду левой пластины \(3C\). Поскольку заряды для \(1C\) и \(3C\) не равны, они не могут быть соединены последовательно. С другой стороны, отслеживание эквипотенциала, присоединенного к левой пластине \(1C\), идет к левой пластине \(2C\), а отслеживание эквипотенциала, прикрепленного к правой пластине \(1C\), идет к правой пластине \(2C\), поэтому они имеют одинаковые падения напряжения и находятся параллельно. Заменяем их эквивалентной емкостью (которая представляет собой просто сумму их емкостей) и перерисовываем диаграмму:

Очевидно, что эти конденсаторы теперь включены последовательно, поэтому мы объединим их, чтобы получить один эквивалентный конденсатор:

\[\dfrac{1}{C_{eq}} = \dfrac{1}{C_1} + \dfrac{1}{C_2} = \dfrac{2}{3C}\;\;\;\Rightarrow \;\;\; C_{eq} = \frac{3}{2}C\nonumber\]

С одним эквивалентным конденсатором, присоединенным к батарее, мы можем вычислить, сколько заряда покидает батарею, и количество энергии, поставляемой батареей: 92 \конец{массив} \номер\]

Теперь самое сложное – «раскрутка». Начнем с заряда, обеспечиваемого аккумулятором. Какой бы положительный заряд ни покидал аккумулятор, он собирается на правой пластине \(3C\) — больше никуда он не денется. Это сразу говорит нам о напряжении на \(3C\) и, следовательно, о накопленной на нем энергии.

\[\begin{array}{l} Q_3 = Q_{tot} = \frac{3}{2}CV && \Rightarrow && V_3 = \dfrac{Q_3}{3C} = \frac{1}{2 }V \\ U_3 = \frac{1}{2}\left(3C\right)V_3^2 && \Rightarrow && U_3 = \frac{3}{8}CV^2 \end{array} \nonumber\]

Эквивалентный конденсатор для \(1C\) и \(2C\) включен последовательно с \(3C\), поэтому сумма их напряжений должна равняться общему напряжению на комбинации, которое равно напряжению батареи . Поэтому неудивительно, что напряжение на эквивалентном конденсаторе для \(1C\) и \(2C\) также равно \(\frac{1}{2}V\). Два отдельных конденсатора в этой параллельной комбинации имеют ту же разность напряжений, что и разность напряжений их комбинации, поэтому мы можем вычислить энергию, хранящуюся в каждом из них (нам не нужно вычислять заряд каждого конденсатора, но мы могли бы легко делаем так, если хотим) 92} = \dfrac{1}{2}\end{массив}\номер\]

Обратите внимание, что сумма этих дробей равна 1, что подтверждает, что общая энергия, покидающая батарею, равна сумме энергий трех конденсаторов.

Существуют и другие приложения этих инструментов, которые не попадают в этот шаблон. Такого рода примеры требуют некоторого размышления о том, применимы ли они последовательно или параллельно. Вот пара немного более необычных примеров…

Пример \(\PageIndex{3}\)

Плоский конденсатор с вакуумом между пластинами заряжается путем подключения его к батарее 12 В, а после полной зарядки батарея отключается. Затем изолятор толщиной, равной половине ширины зазора в исходном конденсаторе, зажат между двумя тонкими проводящими пластинами и вставлен между пластинами исходного конденсатора. После того, как это сделано, измеряется напряжение во всей системе, равное 8,4 В. Найдите диэлектрическую проницаемость изолятора.

Решение

Размещение диэлектрика между пластинами создает три отдельные области внутри конденсатора. Благодаря тому, что электрическое поле перпендикулярно пластинам, каждый конец диэлектрика является эквипотенциальным, а это означает, что мы можем рассматривать три области, как если бы они были отдельными конденсаторами с параллельными пластинами, соединенными последовательно. Центральный конденсатор имеет диэлектрик, а внешние конденсаторы имеют вакуумные промежутки. Ради математических расчетов мы назовем размер зазора исходного конденсатора \(2d\) (составляя толщину диэлектрика \(d\) и толщину двух внешних конденсаторов \(\frac{1 {2}d\). Мы назовем площадь пластин \(A\), а диэлектрическую проницаемость (которую мы ищем) \(\каппа\).

а. Емкость оригинального конденсатора:

\[C_{до} = \dfrac{\epsilon_oA}{2d}\не число\]

Рассматривая новую конфигурацию как три последовательных конденсатора и вычисляя эквивалентную емкость, получаем:

\[\dfrac{1}{C_{после}} = \dfrac{1}{C_1}+\dfrac{1}{C_2}+\dfrac{1}{C_3} = \dfrac{\frac{1} {2}d}{\epsilon_oA}+\dfrac{d}{\kappa\epsilon_oA} + \dfrac{\frac{1}{2}d}{\epsilon_oA} \;\;\;\Rightarrow\; \;\; C_{после} = \dfrac{\epsilon_oA}{d}\left[\dfrac{\kappa}{\kappa + 1}\right]\nonumber\]

Когда пластины отсоединены от батареи, заряд на пластинах конденсатора в ходе этого процесса остается постоянным (ему деваться некуда!). Уравнивание зарядов дает нам соотношение емкостей до и после относительно заданных напряжений:

\[Q=C_{до}V_{до}=C_{до}V_{до}\;\;\;\Стрелка вправо\;\;\; \dfrac{C_1}{C_2} = \dfrac{V_2}{V_1} \;\;\;\Rightarrow\;\;\; \dfrac{\dfrac{\epsilon_oA}{2d}}{\dfrac{\epsilon_oA}{d}\left[\dfrac{\kappa}{\kappa + 1}\right]} = \dfrac{\kappa+1 }{2\каппа} = \dfrac{8. 4V}{12V} \;\;\;\Rightarrow\;\;\; \каппа = 2,5\нечисло\]

Пример \(\PageIndex{4}\)

Два конденсатора отдельно подключаются к батареям до полной зарядки, а затем отключаются. В этот момент конденсаторы имеют одинаковый заряд, но конденсатор №1 хранит в три раза больше энергии, чем конденсатор №2. Затем два конденсатора соединяются друг с другом таким образом, что положительный вывод одного конденсатора соединяется с положительным выводом другого, а также с отрицательными выводами.

В каком направлении течет заряд при таком соединении и какая часть заряда вытекает из разряжающегося конденсатора?
Если разность напряжений между положительными и отрицательными пластинами после подсоединения конденсаторов равна \(В\), найдите напряжение на каждом конденсаторе до их подсоединения через \(В\).

Найти долю изменения энергии в системе, когда заряды перестраиваются после соединения конденсаторов. Это прибыль или потеря? 92}{2C_2}\;\;\;\Стрелка вправо\;\;\;C_2 = 3C_1\номер\]
Когда они соединены вместе, это происходит параллельно, потому что пластины одного конденсатора соединены с их аналогами на другом конденсаторе с эквипотенциалом. Это означает, что их пластины теперь вынуждены иметь одинаковую разность потенциалов. Два конденсатора с одинаковой разницей напряжений будут удерживать заряды, пропорциональные их емкостям:
\[\left.\begin{array}{l} Q_1=C_1V \\ Q_2=C_2V \end{array} \right\}\;\;\; \dfrac{Q_1}{Q_2} = \dfrac{C_1}{C_2} \номер\]
Итак, конденсатор № 2 будет иметь в 3 раза больше заряда на своих пластинах, чем конденсатор № 1, когда заряд перестанет перестраиваться. Они начали с одинакового заряда, поэтому, чтобы конденсатор № 2 имел в 3 раза больше заряда, чем № 1, № 1 должен был потерять половину своего начального заряда. С точки зрения нашего определенного значения \(Q\), конденсатор №1 заканчивается \(\frac{1}{2}Q\), а конденсатор №2 заканчивается \(\frac{3}{2}Q \).
б. У нас есть условия до и после, и их сравнение дает наши ответы:
\[\left.\begin{array}{l} до: && Q=C_1V_1 \\ после: && \frac{1}{2}Q = C_1V \end{array} \right\}\;\; V_1 = 2V\номер\]
\[\left.\begin{array}{l} до: && Q=C_2V_2 \\ после: && \frac{3}{2}Q = C_2V \end{array} \right\}\;\; V_2 = \frac{2}{3}V\номер\]
г. Запись полных энергий до и после через \(Q\) и \(V\) дает:
\[\begin{array}{l} перед: && U=\frac{1}{2}QV_1 + \frac{1}{2}QV_2 = \frac{1}{2}Q\left(2V \right) + \frac{1}{2}Q\left(\frac{2}{3}V\right) = \frac{4}{3}QV \\ после: && U=\frac{1} {2}Q_1V + \frac{1}{2}Q_2V = \frac{1}{2}\left(\frac{1}{2}Q\right)V + \frac{1}{2}\left (\frac{3}{2}Q\right)V = QV \end{массив}\nonumber\]
Система падает до трех четвертей своей первоначальной энергии, поэтому она теряет одну четверть того, с чего начала.
Куда уходит энергия? Просто ради аргумента предположим, что конденсаторы имеют вид пластин с параллельными пластинами, и что конденсатор № 2 имеет в три раза большую емкость, чем конденсатор № 1, потому что его пластины имеют в три раза большую площадь. При одинаковых зарядах на каждом конденсаторе это означает, что плотность заряда на конденсаторе №1 в три раза больше, чем на конденсаторе №2. Тот факт, что на конденсаторе №1 заряды сжаты плотнее, является причиной того, что там запасается больше потенциальной энергии. Если позволить зарядам равномерно перераспределиться за счет подключения конденсаторов, система перейдет в состояние с более низкой потенциальной энергией. С точки зрения сил, отталкивание зарядов от конденсатора № 1 превышает отталкивание этих зарядов от конденсатора № 2, поэтому чистая работа выполняется электрической силой при достижении нового состояния (уменьшение потенциальной энергии), и поскольку мы предполагаем, что кинетическая энергия, переданная зарядам, в конечном итоге рассеивается, энергия в системе в конце меньше, чем в начале.
Эта страница под названием 2.6: Статические сети распространяется под лицензией CC BY-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Томом Вайдеманом непосредственно на платформе LibreTexts.
Наверх
Была ли эта статья полезной?
Тип изделия
Раздел или Страница
Автор
Том Вайдеман
Лицензия
CC BY-SA
Версия лицензии
4,0
Показать оглавление
нет
Теги
источник@родной
Методы улучшения коэффициента мощности | Методы коррекции PF
Следующие устройства и оборудование используются для коррекции коэффициента мощности в электрической системе.
Статический конденсатор
Синхронный конденсатор
Ускоритель фазы
1. Статический конденсатор
Мы знаем, что большинство нагрузок в промышленности и энергосистемах являются индуктивными, которые принимают запаздывающий ток, который снижает коэффициент мощности системы (см. недостатки низкого коэффициента мощности) . Для улучшения коэффициента мощности статические конденсаторы подключаются параллельно тем устройствам, которые работают на низком коэффициенте мощности.
Эти статические конденсаторы обеспечивают опережающий ток, который нейтрализует (полностью или приблизительно) запаздывающую индуктивную составляющую тока нагрузки (т.е. опережающая составляющая нейтрализует или устраняет запаздывающую составляющую тока нагрузки), таким образом улучшается коэффициент мощности цепи нагрузки.
Эти конденсаторы устанавливаются вблизи больших индуктивных нагрузок, т. е. асинхронные двигатели и трансформаторы и т. д., а также улучшить коэффициент мощности цепи нагрузки для повышения эффективности системы или устройства.
Предположим, здесь имеется однофазная индуктивная нагрузка, которая потребляет отстающий ток (I), а коэффициент мощности нагрузки равен Cosθ, как показано на рис.-1.
На рис. 2 конденсатор (C) подключен параллельно нагрузке. Теперь ток (I _C) протекает через конденсатор, который отклоняется на 90° от напряжения питания (обратите внимание, что конденсатор обеспечивает опережающий ток, т. е. в чисто емкостной цепи ток опережает 90° от напряжения питания, другими словами, напряжение 90° отстает от тока). Ток нагрузки (I). Комбинация векторов (I) и (I _C ) равна (I’), которая отстает от напряжения при θ ₂, как показано на рис. 3.
На рис. 3 видно, что угол θ ₂ < θ ₁ т.е. угол θ ₂ меньше, чем угол θ ₂ . Поэтому Cosθ ₂ меньше, чем из Cosθ ₁ (Cosθ ₂ > Cosθ ₁ ). Следовательно, коэффициент мощности нагрузки улучшается за счет конденсатора.
Также обратите внимание, что после улучшения коэффициента мощности ток в цепи будет меньше, чем при токе в цепи с низким коэффициентом мощности. Кроме того, до и после улучшения коэффициента мощности активная составляющая тока в этой цепи будет одинаковой, поскольку конденсатор устраняет только реактивную составляющую тока. Кроме того, активная мощность (в ваттах) будет одинаковой после и до улучшения коэффициента мощности.
Преимущества:
Батарея конденсаторов имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами повышения коэффициента мощности.
Низкие потери в статических конденсаторах
Нет движущихся частей, поэтому требуется минимальное техническое обслуживание
Может работать в нормальных условиях (т.е. в обычных атмосферных условиях)
Не требуется фундамент для установки
Они легкие, поэтому их легко установить
Недостатки:
Возраст батареи статических конденсаторов меньше (8 – 10 лет)
При изменении нагрузки мы должны включать или выключать конденсаторную батарею, что вызывает скачки напряжения в системе
Если номинальное напряжение увеличивается, это вызывает его повреждение
Раз конденсаторы испортились, то ремонт дорого обходится
2. Синхронный конденсатор
Когда синхронный двигатель работает на холостом ходу и находится в состоянии перевозбуждения, он называется синхронным конденсатором. Всякий раз, когда синхронный двигатель перевозбуждается, он обеспечивает опережающий ток и работает как конденсатор.
В синхронном двигателе для возбуждения обмотки возбуждения используется отдельный источник постоянного тока. Следовательно, входной источник питания обеспечивает ток только для питания статора, т. е. подаваемый ток находится в фазе с напряжением питания. Так что коэффициент мощности остается единицей.
Коэффициент мощности можно регулировать, изменяя возбуждение постоянным током. По мере увеличения возбуждения постоянным током коэффициент мощности изменяется от отстающего до единицы и опережающего коэффициента мощности. Когда возбуждение постоянного тока увеличивается, обмотки возбуждения перемагничиваются. Входной источник питания подает на статор компонент тока для компенсации этого перенамагничивания. Этот ток приводит к напряжению питания, вызывающему опережающий коэффициент мощности или генерирующему реактивную мощность.
Индуктивная нагрузка потребляет реактивную мощность, вызывая отстающий коэффициент мощности, в то время как емкостная нагрузка генерирует реактивную мощность, вызывая опережающий коэффициент мощности. Синхронный двигатель можно использовать для улучшения общего коэффициента мощности электрической системы путем регулировки возбуждения постоянного тока. Синхронный двигатель, используемый специально для повышения коэффициента мощности без какой-либо механической нагрузки, называется0067 синхронный конденсатор .
Синхронный конденсатор используется параллельно с нагрузкой для улучшения коэффициента мощности. Улучшив коэффициент мощности, уменьшите дополнительный ток, потребляемый от источника, который теряется в линиях электропередач. Следовательно, это помогает в сокращении счетов за электроэнергию и экономит энергию.
Когда синхронный конденсатор подключен к напряжению питания (параллельно), он потребляет опережающий ток и частично устраняет реактивную составляющую, таким образом, улучшается коэффициент мощности. Как правило, синхронные конденсаторы используются для улучшения коэффициента мощности в крупных отраслях промышленности.
Преимущества:
Долгий срок службы (почти 25 лет)
Высокая надежность
Бесступенчатая регулировка коэффициента мощности.
Отсутствие генерации гармоник технического обслуживания
Неисправности легко устраняются
На него не влияют гармоники.
Требуют минимального обслуживания (необходима только периодическая смазка подшипников)
Недостатки:
Это дорого (стоимость обслуживания также высока) и поэтому в основном используется крупными пользователями.
Для этой операции необходимо использовать вспомогательное устройство, поскольку синхронный двигатель не имеет момента самозапуска
Производит шум
3. Ускоритель фазы
Ускоритель фазы представляет собой простой возбудитель переменного тока, который подключается к главному валу двигателя и работает с цепью ротора двигателя для улучшения коэффициента мощности. Ускоритель фазы используется для улучшения коэффициента мощности асинхронных двигателей в промышленности.
Как обмотки статора асинхронного двигателя принимают отстающий ток 90° не совпадает по фазе с напряжением, поэтому коэффициент мощности асинхронного двигателя низкий. Если бы возбуждающие ампер-витки возбуждались от внешнего источника переменного тока, то не было бы влияния возбуждающего тока на обмотки статора. Следовательно, коэффициент мощности асинхронного двигателя будет улучшен. Этот процесс выполняется Phase Advancer.
Преимущества:
Запаздывание кВАР (реактивная составляющая мощности или реактивная мощность), потребляемая двигателем, значительно снижается, поскольку ампер-витки возбуждения подаются на частоте скольжения (fs).
Ускоритель фазы можно легко использовать там, где использование синхронных двигателей неприемлемо
Недостаток:
Использование фазовращателя неэкономично для двигателей мощностью менее 200 л. с. (около 150кВт)
На следующем рисунке показано улучшение коэффициента мощности в трехфазной системе за счет подключения батареи конденсаторов к
Соединение треугольником
Звездное соединение
Похожие сообщения:
Коэффициент мощности
Причины низкого коэффициента мощности
Недостатки низкого коэффициента мощности
Преимущества улучшения и коррекции коэффициента мощности
Как рассчитать подходящий размер конденсатора в мкФ и кВАр для улучшения коэффициента мощности
Как преобразовать мкФ конденсатора в кВАр и наоборот? — Для коррекции PF
Калькулятор
мкФ в кВАр. Как конвертировать фарад в квар?
Калькулятор
квар в фарад – как перевести квар в мкФ?
Конденсаторная батарея в кВАр и мкФ Калькулятор для коррекции коэффициента мощности
Калькулятор коррекции коэффициента мощности
— как найти конденсатор PF в мкФ и кВАр?
Активная, реактивная, полная и комплексная мощность. Простое объяснение с формулами
Показать полную статью
Связанные статьи
Кнопка «Вернуться к началу»
Повышение коэффициента мощности с помощью конденсатора — блок конденсаторов
Повышение коэффициента мощности с помощью конденсатора: Коэффициент мощности электрооборудования, работающего с отстающим коэффициентом мощности, такого как асинхронный двигатель, можно улучшить, подключив параллельно конденсатор подходящего номинала. Улучшение коэффициента мощности при использовании конденсаторов достигается за счет использования статических конденсаторов.
Статические конденсаторы используются для улучшения коэффициента мощности по следующим причинам.
Имеют очень малые потери или более высокий КПД (около 99,6%).
Практически не требует обслуживания.
Низкая начальная стоимость.
Легче по весу и прост в установке.
Ток, потребляемый асинхронными двигателями или электрическим оборудованием (например, нагрузкой), работающим с отстающим коэффициентом мощности, можно разделить на две составляющие, как показано ниже.
Рисунок: Вектор, представляющий запаздывающий ток относительно напряжения
При подключении конденсатора к нагрузке конденсатор будет потреблять опережающий ток и поможет нейтрализовать реактивную или безваттную составляющую тока, потребляемого оборудованием. Таким образом, коэффициент мощности улучшается.
Статические конденсаторы можно соединить звездой или треугольником, как показано ниже.
Рисунок: Конденсаторы при соединении звездой и треугольником
Содержание
Определение значения статического конденсатора
Рассмотрим следующий случай, когда конденсатор подключен к индуктивной нагрузке для улучшения его коэффициента мощности. Пусть «I» — ток, потребляемый нагрузкой, а I _C — ток, потребляемый статическим конденсатором.
Рисунок: Принципиальная схема
Ток «I» отстает от приложенного напряжения «V» на угол Φ ₁ и Φ ₂ — угол между током «I» и напряжением «V» после подключения конденсатора к нагрузке.
Рисунок: Векторная диаграмма для улучшения коэффициента мощности с помощью статического конденсатора
Из приведенной выше векторной диаграммы.
Активная составляющая тока, потребляемого нагрузкой, представлена вектором OB и равна
Реактивная составляющая тока, потребляемого нагрузкой, представлена вектором AB и равна
I _C – это ток, потребляемый конденсатором и опережающий приложенное напряжение на 90 градусов. Это представлено вектором BD.
Запаздывающая составляющая тока после подключения конденсатора к нагрузке представлена вектором BC.
Это показывает, что ток I _C нейтрализует отстающий ток на величину переменного тока, которую можно увидеть на векторной диаграмме. Итак, ток I _C должен быть равен разности токов, представленных вектором AB и вектором BC.
Итак,
Для того чтобы конденсатор полностью нейтрализовал отстающий ток, т. е.
для работы с единичным коэффициентом мощности
, Φ ₂ будет равен нулю, а ток конденсатора I _C определяется выражением
Значение емкости будет,
Здесь V — напряжение сети, f — частота питания в Гц.
Использование статического последовательного конденсатора
Конденсаторы также соединены последовательно для улучшения коэффициента мощности. Это показано на рисунке ниже.
Рисунок: Повышение коэффициента мощности с помощью последовательного конденсатора
Конденсатор, включенный последовательно с линией, помогает нейтрализовать реактивное сопротивление линии.
Как правило, шунтирующие конденсаторы используются для улучшения коэффициента мощности электрооборудования, фабрик и заводов, а также в линиях электропередач. Конденсаторы серии
используются в длинных линиях передачи для обеспечения автоматической компенсации. Емкость конденсатора для нейтрализации реактивного сопротивления линии равна
Где L — индуктивность линии на фазу, а f — частота сети.
Реактивная мощность (кВАр) конденсаторов
Шунтирующие конденсаторы номиналом от 15 кВАр до 10000 кВАр используются для улучшения коэффициента мощности.
Номинал конденсатора Применение
< 100 кВАр Используется в индивидуальных распределительных сетях потребителей.
от 500 квар до 3000 квар Малые распределительные подстанции
> 3000 кВАр Большие подстанции
Трехфазные конденсаторные батареи могут быть соединены по схеме «звезда» или «треугольник», как показано ниже.
Рисунок: Конденсаторы при соединении звездой и треугольником
Конфигурация соединения звездой (незаземленная нейтраль) предпочтительнее из-за более легкой защиты.