Bel-cable.ru

Блог инженера Электрика
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое конденсаторные установки

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.

Что такое конденсаторные установки

Конденсаторные установки снижают потерю в кабельных линиях, что приводит соответственно к уменьшению общего энергопотребления и снижению токовой нагрузки на линию.

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 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.

Виды конденсаторных батарей

В зависимости от конструкции, батареи конденсаторов делятся на две группы: нерегулируемые и регулируемые (управляемые).

В нерегулируемых батареях количество самих конденсаторов постоянно, а значение реактивной мощности зависит исключительно от квадрата напряжения.

В регулируемых батареях конденсаторов количество примененных конденсаторов изменяется автоматически или вручную, в зависимости от режима. Включение (отключение) части конденсаторов, составляющих батарею, дает возможность изменить вырабатываемую мощность. Такое регулирование называют ступенчатым, и оно, в свою очередь, может быть двух видов. Одноступенчатое регулирование — это отключение (включение) всех конденсаторов батареи, а многоступенчатое – отключение (включение) отдельных секций батареи, при помощи контакторов или выключателей.

Читайте так же:
Выключатель клавишный рокерный без фиксации

Преимущества батарей конденсаторов перед иными способами компенсации реактивной мощности

Возвращаясь к вопросу компенсации реактивной мощности, уместно обозначить преимущества применения батарей конденсаторов перед иными устройствами и способами.

Данные устройства дают заметный экономический эффект: соотношение стоимости приобретения и установки конденсаторной установки дает возможность окупить устройство в течение пары лет. Кроме того, конденсаторные установки просты и удобны как при монтаже, так и в эксплуатации и могут быть установлены на необходимом участке сети. Также необходимо отметить, что существуют варианты установок для различного уровня напряжения электросетей.

Питание электромобилей. За суперконденсаторами будущее?

В качестве источника хранения энергии для питания электромобилей сейчас в основном рассматривают литий-ионные аккумуляторные батареи. Первый аккумулятор данного типа изготовили в 1991 году. Основная характеристика, которая используется для оценки аккумуляторной батареи – удельная энергоемкость. Для литий-ионных аккумуляторов она около 250 Вт*ч/кг. Это означает, что в течение часа такой аккумулятор массой 1 килограмм может питать, например, электродвигатель мощностью 250 Ватт.

Если мощность электродвигателя легкового автомобиля будет 55 килоВатт (приблизительно 75 лошадиных сил), тогда для обеспечения 1 часа движения потребуется аккумулятор массой, равной 55.000/250 = 220 кг.

По сравнению с массой легкового автомобиля это не настолько много, но это только 1 час пробега, за который автомобиль проедет в среднем 60 километров пути. Если решать задачу увеличения пробега «в лоб», то необходимо по-тупому пропорционально увеличивать массу. А это, прежде всего, увеличение стоимости. Поэтому в электромобилях применяют различные электросберегающие технологии, например, во время торможения энергия возвращается в аккумуляторную батарею.

Недостатки литий-ионных аккумуляторных батарей

  1. Предельное количество циклов заряд-разряд. При последних технологиях количество этих циклов доходит до 10000. Если заряжать-разряжать АКБ пару раз в день, он может прожить лет десять, не более. Сейчас гарантийный срок работы производители определяют около 8 лет. Пока подержанный авто доберется к российским покупателям, АКБ надо будет менять, а это половина стоимости авто.
  2. Необходимость хранения АКБ в заряженном виде. Если довести заряд аккумулятора до нуля, и оставить на хранение в таком состоянии, он быстро теряет свою работоспособность.
  3. Невысокий диапазон рабочих температур. Температуры ниже минус 15 градусов Цельсия крайне опасны для литий-ионных аккумуляторов (как и выше плюс 50-ти).
  4. Опасность больших пиковых нагрузок по току.
  5. Большое время заряда в оптимальном цикле.
Читайте так же:
Выключатель регулятор для дрели

Что есть суперконденсатор?

Обычный конденсатор представляет собой две пластины проводника, разделенные тонким слоем диэлектрика. Конденсатор предназначен для накапливания заряда, то есть электрической энергии. Основная характеристика конденсатора – емкость. Она прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Единица емкости конденсатора – 1 Фарада. Не вдаваясь в физические тонкости, произвести конденсатор такой огромной (по физическим размерам) емкости до последнего времени было трудным и бесполезным занятием. Конденсатор емкостью 1 Фарада мог занимать место приблизительно, как тумбочка. Если пересчитать емкость в Ватт-часы:

Получится 0,5*1*3*3/3600 = 0,00125 Вт*час

То есть на такой «тумбочке» электромобиль и тронуться с места не сможет.

В начале 60-х Роберт Райтмайер запатентовал модель суперконденсатора. Вместо обычных пластин он предложил делать пористые пластины, у которых площадь на пару порядков больше. А сблизить площади этих неровных пластин он предложил с помощью электролита. Чтобы через электролит не протекал ток, пластины должны иметь разную проводимость: ионную и электронную. Потом эту технологию перекупила японская компания NEC. Практически реализовать такую технологию в полном качестве удалось только с приходом нанотехнологий. Сейчас, например, для покрытия пластин используют материал графен. Пару граммов этого вещества способны покрыть футбольное поле.

Таким образом, «тумбочка» стала размером «с ноготок».

На рисунке приведен конденсатор емкостью 10 Фарад. Конденсатор побольше выглядит солиднее. По размерам он, как граненый стакан.

Преимущества суперконденсаторов

Так чем же эти «банки» лучше привычных литий-ионных аккумуляторных батарей.

  1. Принцип накопления энергии. В аккумуляторных батареях энергия накапливается химическим способом, поэтому имеет ограниченное количество циклов. В суперконденсаторах идет накопление электрическим методом. Количество циклов заряда/разряда огромно (более 500.000).
  2. Если выбрать электролит большой плотности, рабочая температура может быть от минус 50 до плюс 80-ти градусов Цельсия. Это очень важно для наших широт.
  3. Скорость заряда минимальна. Время на зарядку суперконденсаторной батареи большой емкости предельно малое, менее пяти минут.
  4. Суперконденсатор может в течение короткого времени отдать большую энергию. На нем может быстро тронуться с места даже самосвал.
  5. Суперконденсатор без потерь свойств может очень долго находиться в полностью разряженном состоянии (спать).

Какие электромобили можно производить, используя суперконденсатор

Помимо «хороших» свойств суперконденсаторов, есть и «плохие», которые не дают его применять, где попало, прежде всего:

  • малая удельная емкость (приблизительно раз в 10 меньше, чем аккумуляторов);
  • линейная характеристика напряжения на конденсаторе при разряде (в начале разряда около 3-х вольт, посередине – 1,5 Вольта, а нужно для нормального питания — 3);
  • большой саморазряд (за суперконденсатор неделю может разрядиться наполовину);
  • большая стоимость суперконденсатора (тот, что показан на рисунке на 1200 Фарад стоит более 3.000 рублей);
  • невысокое рабочее напряжение (2,7 Вольта).
Читайте так же:
Бирони слоновая кость выключатель пластик

Говоря человеческим языком, масса конденсаторов значительно выше, их требуется подключать в схему последовательно, что уменьшает емкость дополнительно, увеличивает стоимость. Кроме этого, необходимы специальные схемы стабилизации питания и распределения напряжения.

Для примера, размер суперконденсатора для питания смартфона должен быть не менее пресловутого граненого стакана. Не представляется электромобиль с суперконденсаторным «туалетом» на борту. Зато такой «туалет» легко можно спрятать в грузовой машине или электротранспорте. Я не случайно привел такое сравнение. Внешний вид и размеры суперконденсаторной батареи что-то напоминают.

Масса такой батареи около 1300 килограммов.

Зарядное устройство, устанавливаемое на конечной остановке, не меньше.

Такие электробусы сейчас стали привычным транспортным средством в Минске. По характеру движения они напоминают троллейбус, немного дергаются во время старта и торможения. Это не случайно: при торможении они возвращают в батарею до 30-ти процентов энергии.

Длина маршрута этого 59-го маршрута в Минске около 12-ти километров, он подзаряжается после каждой поездки из одной конечной остановки в другую. Зарядные устройства находятся на конечных остановках. Длится заряд около 3-х минут. Водитель в это время отдыхает. Суперконденсаторные батареи производится под Минском, электробусы – в Минске. Такая небольшая длина пути до подзарядки пока адаптивна только к электротранспорту или, например, к производственным большегрузным машинам. Очень полезно, что суперконденсаторы могут «рвануть» с места груженый транспорт, быстро заряжаются при торможении. Обычный аккумулятор не способен это сделать.

Преимущество быстрого заряда существенно. Представьте, когда ночью в депо стоит куча электробусов на зарядке. Каждому подай по зарядному устройству. Суперконденсаторы утром по-быстрому зарядил – и в путь. Суперконденсаторы отлично пойдут для питания городских микроавтомобилей с небольшим дневным пробегом.

Какие перспективы, за чем будущее?

Я думаю, что будущее за соединением технологий. Это будут или аккумуляторные конденсаторы, или конденсаторные аккумуляторы. Сейчас такие технологии уже используются, например, пластины аккумуляторов покрывают графеном. Обязательно последует развитие технологий, уменьшение массы, увеличение рабочего напряжения, совершенствование элементов защиты. Поживем – увидим. То, что суперконденсаторы будут стоять в электромобилях, очевидный факт.

Читайте так же:
Автоматический выключатель абб 63а

Основные параметры конденсаторов

Ёмкость конденсатора-характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).

Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).

Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.

Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:

  • 400 В — 10000 часов
  • 450 В — 5000 часов
  • 500 В — 1000 часов

Похожие статьи

Специальные фильтрокомпенсирующие устройства как метод.

– ограничивается применение батарей косинусных конденсаторов вследствие возможных резонансных явлений на высоких частотах или перегрузки батарей по току

При возникновении на зажимах нагрузки несинусоидального напряжения индуктивность.

Методики расчёта составляющих мощности при синусоидальных.

Реактивная мощность в конденсаторах, кабелях представлена выражением.

. Методы определения реактивной мощности при несинусоидальных режимах.

Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях с учетом несинусоидальности напряжения.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях 0,4кВ

Мощность батарей БК конденсаторов находится на условии баланса реактивной

Особенности расчётов реактивной мощности в несинусоидальных режимах. Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях с учетом несинусоидальности напряжения.

Сравнение основных типов компенсирующих устройств

При соединении конденсаторов звездой реактивная мощность батареи: (2).

При этом изменяется емкость БСК и мощность, выдаваемая в сеть. БСК очень чувствительны к высшим гармоникам, которые значительно снижают ее электрическую прочность.

Переходные процессы при коммутации батареи статических.

Осциллограммы тока и напряжения для модели (рис.2) представлены на рисунках 3 и 4 соответственно.

— 2014. — № 4. — с. 28–34. Коваленко, Д. В. Неисправности батарей статических конденсаторов, возникающих при наличии высших гармоник в системах.

Применение пассивных фильтров для компенсации высших.

QК — реактивная мощность БСК на n-й гармонике, вар

UФ — фазное напряжение сети, В, f — частота сети, Гц, n — номер гармоники. Рассмотрим для примера расчет фильтра для компенсации 5 гармоники тока в сети.

Компенсация реактивной мощности в районных сетях

(6). где R и Х — сопротивления сети. Так как мощность отдельных конденсаторов

Особенности расчётов реактивной мощности в несинусоидальных режимах.

Читайте так же:
Автоматические воздушные выключатели введение

Алгоритм для расчета потерь мощности в электрических сетях с учетом несинусоидальности напряжения.

Особенности расчётов реактивной мощности.

Соответственно Q и Q1- это реактивная мощность основной гармоники и при несинусоидальном режиме.

Он делит гармоники тока и напряжения на общие и необщие гармоники. Реактивная мощность выражена формулой.

Негативное воздействие токов высших гармоник на элементы.

– Нагрев конденсаторов, входящих в состав батарей (БСК); – Нагрев кабелей распределительной сети.

Величины сопротивлений также зависят от номеров гармоник. Для наглядного представления искажения синусоидальности кривой напряжения в программном.

Полезные формулы

Сколько нужно конденсаторов и какой мощности все это подбирается в зависимости от реактивных мощностей.

Формула для определения мощности КБ.

ф1

Если соединить конденсаторы в простой треугольник, а не в звезду то потребуется затратить гораздо меньше этих деталей.

  • Выберите тип КБ.
  • Определитесь как будете соединять.

Использовать конденсаторы следует одной разновидности.

Сколько нужно конденсаторов определяется по следующим формулам:

Ф2

Конденсаторные батареи, как и другие составляющие электрической цепи склонны к нагреву в следствие потери мощности. Сила нагрева зависит от напряжения и его частоты. А также емкости. Ну и это еще не все. Диэлектрик так же оказывает влияние. Его потери определяются с помощью тангенса угла изоляционных потерь (tgϬ). А также удельных потерь в конденсаторе(Вт/кВАр).

Указанные выше потери колеблются от 0,5 до 4 Вт/кВАр.

Чтобы компенсировать реактивную мощность применяют косинусные конденсаторы. Они работают на частоте 50 Гц. Мощность от 10 – 100 кВАр.

Как было сказано выше конденсаторная батарея состоит из двух пластин между которыми лежит изоляционный слой. Все это находиться в алюминиевом корпусе. Наружу выходит несколько выводов. Обычно 2, но имеются и трехфазные конденсаторы в которых 3 вывода.

За счет того, что шкалы напряжений КБ имеют от 230 в до 10,5 КВ можно достаточно просто собрать батарею для сетей на 380 вольт. Но если потребуется можно запросто превысить этот порог. По току и по напряжение КБ имеют хорошие показатели перегрузок.

Конденсаторная установка – это КБ оснащенная средствами защиты, управления, коммутационными устройствами.

Нерегулируемые конденсаторные батареи имеют отрицательный управляющий эффект. По сути это один из их недостатков. Когда подаваемое напряжение падает, то снижается и мощность. По условиям режима ее нужно повысить.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector