Compensación de potencia reactiva en instalaciones con lámparas de descarga de gas
Si no hay condensadores de compensación especiales en el circuito, entonces el factor de potencia de la lámpara fluorescente: el balasto establecido cuando se conecta a la red es muy bajo y está en el rango de 0.5 a 0.55. En circuitos con la inclusión secuencial de dos lámparas (por ejemplo, un dispositivo de control del tipo 2ABZ-40), el factor de potencia alcanza 0,7, y en circuitos con dos lámparas que funcionan según el principio de "fase dividida" (por ejemplo, un dispositivo de control del tipo 2UBK-40 ) — 0,9 — 0,95.
Con un factor de potencia bajo, aumentan las corrientes en la red, lo que puede requerir un aumento en la sección transversal de los cables, los datos nominales de los dispositivos de red y la potencia de los transformadores. Las pérdidas de red también aumentan un poco. Por estas razones, PUE exigía hasta hace poco tiempo que se aumentara el factor de potencia a 0,95 ya en los lugares donde se instalan las lámparas.
En principio, sin embargo, es posible tanto la compensación de potencia reactiva individual, directamente en las lámparas, como la compensación de grupo, cuando los condensadores están montados en las pantallas y sirven a un grupo completo de lámparas.
La compensación de grupo tiene ciertas ventajas: los capacitores de grupo pueden ser más confiables y más duraderos que los capacitores aleatorios individuales que se usan actualmente y que no están diseñados específicamente para la aplicación dada. Según algunos cálculos, la compensación grupal también es más económica que la compensación individual.
La viabilidad de utilizar uno u otro sistema de compensación está sujeta a más estudios y la solución al problema dependerá en particular de qué nuevos tipos de condensadores grupales e individuales adoptará la industria.
Mientras tanto, cuando en nuestras instalaciones se utilizan balastos casi exclusivamente según un circuito de arranque de dos lámparas, la cuestión de la compensación se resuelve, por así decirlo, automáticamente: los mismos condensadores que sirven para crear una corriente de adelanto en el circuito de la lámpara también proporcionan un aumento en el coeficiente de potencia a alrededor de 0,92.
Tanto la compensación de potencia reactiva individual como la de grupo se utilizan para las lámparas MGL y DRL.
El conjunto de lámparas DRL — PRA tiene un factor de potencia de aproximadamente 0,57 que, como se indicó anteriormente, puede resultar en una rejilla más pesada. La compensación de potencia reactiva puede aliviar la red, pero a su vez implica la instalación de condensadores individuales o grupales relativamente costosos.
Según los datos disponibles, para aumentar el factor de potencia a 0,9 — 0,95 en redes de 220 V, 50 Hz con lámparas de arco, es necesario instalar condensadores con las siguientes potencias (por lámpara):
Potencia de la lámpara, W 1000 750 500 250 Condensadores de capacitancia, μF 80 60 40 20
Actualmente no se dispone de condensadores de esta capacidad, lo que limita el uso de la compensación individual.De los producidos por la industria, los más adecuados son los condensadores de metal-papel del tipo MBGO con una capacidad de 10 μF, un voltaje de 600 V. Estos condensadores deben conectarse en paralelo e instalarse en cajas de acero (por ejemplo, para un lámpara con una potencia de 1000 W, es necesario caja con dimensiones de 380x300x200 mm) junto con resistencias de descarga que garanticen una rápida descarga de los condensadores después de que se apagan.
La resistencia de descarga R está determinada por la fórmula, Ohm:
en el que la potencia reactiva del capacitor Q, kvar, se encuentra por la relación
donde C es la capacitancia del capacitor, μF; U — voltaje terminal del condensador, kV.
Para un condensador MBGO con una capacidad de 10 μF, la potencia reactiva Q es de 0,15 kvar. Para lámparas de 1000 W se puede aceptar una resistencia recubierta de carbono de 620 000 ohmios, para lámparas de 750 vatios una resistencia de 825 000 ohmios.
En instalaciones con compensación de grupo, la potencia requerida del condensador Q se puede determinar mediante la fórmula
donde P — potencia instalada, kW, incluidas las pérdidas de lastre; φ1 y φ2 son los ángulos de cambio de fase correspondientes a los valores del factor de potencia deseado (φ2) e inicial (φ1).
Para aumentar el factor de potencia de 0,57 a 0,95 por cada 1 kW de potencia instalada, se requieren condensadores de 1,1 kvar. Con compensación de grupo se pueden utilizar condensadores trifásicos de papel aceite del tipo KM-0.38-25, con una capacidad de 25 kvar, así como otros de menor potencia, por ejemplo, 10 kvar.
Arroz. 1. Un posible esquema de conexión de línea de grupo con compensación de factor de potencia de línea de grupo
Arroz. 2. Esquema de inclusión de resistencias de descarga con condensador KM-0.38-25
Cada condensador de 25 kvar es suficiente para un grupo de 22 kW incluyendo las pérdidas de balasto. Los grupos se pueden ramificar detrás de la planta de capacitores como se muestra en la fig. 1. Para líneas con condensadores KM-0,38-25, el ajuste del disyuntor de la máquina no supera los 40 A, y la corriente de cada una de las líneas paralelas es de 36 A.
La resistencia de descarga para capacitores KM-0.38-25, calculada por la primera fórmula, no debe exceder los 87,000 ohmios. Cada capacitor puede estar equipado con una resistencia de tubo de tipo U1 con una potencia de 150 W, una resistencia de 40 000 Ohm, con dos secciones de 20 000 Ohm conectadas según el esquema de la fig. 2.
Los condensadores junto con las resistencias se montan cerca de los escudos en gabinetes de acero, generalmente de tres a cinco en un gabinete. Las dimensiones del armario para cinco condensadores son 1250 x 1450 x 700 mm.
La compensación de grupo de potencia reactiva en una subestación se puede realizar con los mismos capacitores KM ensamblados en baterías y utilizando gabinetes de entrada para conectarlos a las barras de la subestación.
Los cálculos comparativos realizados por "Tyazhpromelectroproject" mostraron que la opción con compensación de potencia reactiva a lo largo de las líneas de grupo de los paneles es económicamente casi equivalente a la opción sin compensación de potencia reactiva. Sin embargo, se puede dar cierta preferencia a la opción compensada, que tiene ventajas adicionales en el lado de alta tensión del suministro. Además, en todos los casos en que la falta de compensación lleve a la necesidad de aumentar la potencia del transformador, la viabilidad de la compensación es indiscutible.
Se recomienda rechazar la compensación de potencia reactiva en los casos en que se conecta una carga sobrecompensada al transformador o cuando hay sobrecompensación en el lado de alta tensión del suministro de la red pública.
De lo anterior, está claro que la cuestión de la compensación de potencia reactiva en las redes de iluminación no puede resolverse aisladamente de todo el espectro de problemas de suministro de energía y sin una consideración detallada de las condiciones locales.
Cabe añadir que si las redes de alumbrado de alimentación son muy cortas, la instalación de condensadores cerca de las pantallas de los grupos apenas reduce el consumo de metal conductor, aunque puede suponer una reducción del número de grupos. Dependiendo del tamaño del taller y de los requisitos de control de iluminación, estos últimos pueden ser significativos o no.
Así, en una serie de casos, la solución a la cuestión de la necesidad y los métodos de compensación de potencia reactiva en instalaciones con lámparas DRL está enteramente dentro de la competencia de los proveedores de electricidad.
Será posible volver a la cuestión de la conveniencia de la compensación de potencia reactiva individual después del desarrollo y desarrollo por parte de la industria de condensadores especiales confiables para lámparas DRL, duraderos y económicos; cuando se utilizan condensadores como MBGO o similares, la compensación individual es obviamente inapropiada. Sin embargo, siempre se debe tener en cuenta la importante ventaja operativa de instalar condensadores en el conjunto de control o generalmente cerca de las lámparas, que es apagar los condensadores en el al mismo tiempo que las lámparas.
Algunas empresas ahora suministran balastos con condensadores de compensación.Con un diseño confiable de este último, esto es, por supuesto, muy conveniente.