Tecnologías modernas para la compensación de potencia reactiva

Para el uso racional de la electricidad, es necesario proporcionar métodos económicos para su producción, transmisión y distribución con pérdidas mínimas. Para hacer esto, es necesario excluir de las redes eléctricas todos los factores que conducen a la ocurrencia de pérdidas. Uno de ellos es el desfase de la corriente que fluye desde el voltaje en presencia de una carga inductiva, ya que las cargas en las redes de transmisión de energía industriales y domésticas suelen tener una naturaleza activa-inductiva.

Finalidad de los sistemas compensación de potencia reactiva consiste en compensar el desfase total introduciendo un desfase. Esto conduce a una reducción de la corriente que circula por las redes y, en consecuencia, a una reducción de las pérdidas activas parásitas en los cables y en la red de distribución. El avance necesario se crea conectando condensadores en paralelo con la red de suministro. Para obtener la máxima eficiencia, el circuito de activación debe conectarse lo más cerca posible de la carga inductiva.

Los sistemas de corrección del factor de potencia reducen la componente reactiva de la corriente que circula por la red eléctrica. Cuando cambia la naturaleza de la carga, es necesario reconfigurar los circuitos de corrección en consecuencia. Para ello, se suelen utilizar sistemas de corrección automática, que realizan la conexión o desconexión escalonada de los condensadores de corrección individuales. Imagen que muestra esquemáticamente el principio de aparición de componentes reactivos en redes.

Beneficios de la corrección del factor de potencia:

• El plazo de amortización es de 8 a 24 meses debido a la reducción del precio de la electricidad. Las correcciones reducen la potencia reactiva en el sistema. Se reduce el consumo de electricidad y su precio se reduce proporcionalmente.

• Uso efectivo de las redes. Un alto factor de potencia significa un uso más eficiente de las redes de distribución (más flujos netos de potencia para la misma potencia total).

• Tensión estabilizadora.

• Menos caída de tensión.

• Al reducir el flujo de corriente, el lado sección transversal del cable… Alternativamente, en los sistemas existentes, se puede transmitir energía adicional a través de un cable de sección transversal constante.

• Reducción de pérdidas en el transporte de electricidad. Los dispositivos de transmisión y conmutación funcionan con un valor más bajo de corriente. En consecuencia, las pérdidas óhmicas también disminuyen.

Componentes clave de los sistemas de compensación de potencia reactiva

Los condensadores de corrección del factor de potencia proporcionan el avance de fase necesario para el flujo de corriente, lo que compensa el desfase en circuitos con cargas inductivas.Los capacitores para los circuitos de corrección del factor de potencia deben soportar las grandes corrientes de irrupción (> 100 IR) que ocurren cuando se conmutan capacitores. Cuando los condensadores están conectados en paralelo en la batería, las corrientes de irrupción se vuelven aún mayores (> 150 IR), porque la corriente de irrupción fluye no solo desde los circuitos de alimentación, sino también desde los condensadores conectados en paralelo.

EPCOS AG fabrica capacitores con voltajes de 230 a 800V y potencias de 0,25 a 100kVAr. Ofrecen capacitores secos o llenos de aceite dependiendo de las condiciones de operación.

Las principales diferencias entre los condensadores de este fabricante son:

-amplio rango de operación -40 ... + 55 ° C (-40 ... + 70 ° C para capacitores de la serie MKV);

— soportar corrientes de arranque de hasta 200 * In de la nominal (hasta 300 * In para la serie compacta PhaseCap y hasta 500 * In para la serie MKV);

-vida útil de los condensadores de 100 000 h a 300 000 h (a temperatura clase -40/D según IEC 60831-1);

— para las series PhaseCap compact y MKV, el número de operaciones admisible es de 10 000 y 20 000 al año, respectivamente;

— el interruptor de sobrepresión se activa en las 3 fases, eliminando por completo la posibilidad de un posible choque en la carcasa del condensador;

— se permite el funcionamiento hasta 4000 m sobre el nivel del mar.

— por supuesto, la tecnología de autocuración, corte de ondas, etc. están presentes

Controladores

Los controladores modernos de corrección del factor de potencia se basan en microprocesadores. El microprocesador analiza la señal del transformador de corriente y da comandos para controlar los bancos de condensadores conectando o desconectando condensadores individuales o bancos completos.La gestión inteligente de los condensadores de corrección permite no solo asegurar la máxima carga completa de las baterías de condensadores, sino también minimizar el número de maniobras y así optimizar la vida útil de la batería de condensadores.

En la línea de productos de la empresa EPCOS AG hay controladores de 4x, 6 (7m), 12 (13) pasos para controlar contactores electromecánicos y de tiristores. También existen versiones combinadas capaces de conmutar ambos tipos de contactores simultáneamente. A pedido del cliente, los controladores están equipados con una interfaz para conectarse a una computadora o un sistema AMR.

Las principales diferencias entre los controladores de este fabricante son:

-menú de texto digital en ruso;

— la pantalla de cristal líquido funciona bien a bajas temperaturas;

— hay una luz de fondo en la pantalla;

— fijar y almacenar los principales parámetros que afectan la vida útil de los capacitores (sobretensión, aumento de temperatura, armónicos de corriente y tensión hasta 19 inclusive, el número de arranques y el tiempo de operación de cada etapa)

— existen funciones de protección y apagado del sistema de compensación cuando se exceden los parámetros, que afectan la vida útil de los capacitores y muchos otros

Los modelos simplificados y más económicos también están disponibles para su uso en sistemas más simples.

Dispositivos de conmutación

Los contactores electromecánicos o de tiristores se utilizan para conmutar condensadores en sistemas de rectificación estándar o condensadores y estranguladores en sistemas desafinados. La inclusión en los circuitos de potencia se realiza con la ayuda de contactos mecánicos o mediante el uso de dispositivos semiconductores.Se prefiere la conmutación electrónica, especialmente cuando se requiere una conmutación rápida en los sistemas de corrección dinámica. Por ejemplo, si la carga principal en la red eléctrica son máquinas de soldar.

Los contactores electromecánicos fabricados por EPCOS AG están disponibles en capacidades de hasta 100 kvar. Los contactores de tiristores hoy en día cuentan con la más amplia gama: 10 kvar, 25 kvar, 50 kvar, 100 kvar, 200 kvar para 400V y 50 kvar y 200kvar para operación en redes de 690V.

Aceleradores

Las redes de distribución a menudo tienen distorsiones armónicas causadas por el uso de dispositivos electrónicos modernos que crean una carga no lineal. Dichos dispositivos pueden ser, por ejemplo, accionamientos eléctricos controlados, sistemas de alimentación ininterrumpida, balastos electrónicos, máquinas de soldar, etc. Los armónicos pueden ser peligrosos para los condensadores en los circuitos rectificadores, especialmente si los condensadores funcionan a una frecuencia resonante. Incluir un estrangulador en serie con un condensador de corrección le permite ajustar un poco la frecuencia de resonancia en el sistema y evitar posibles daños.

Los armónicos 5 y 7 son particularmente críticos (250 y 350 Hz en una red de 50 Hz). Los pasos de capacitores trastornados reducen la distorsión armónica en los circuitos de potencia.

La gama de estranguladores de EPCOS AG tiene capacidades de 10 a 200 kvar.

Accesorios

La línea de productos EPCOS AG también incluye accesorios para construir sistemas de corrección de energía reactiva de acuerdo con requisitos especiales:

— tapas protectoras y carcasas para aumentar el grado de protección de los condensadores a IP64;

— bobinas de descarga, que permiten hacer que la velocidad del sistema de corrección de potencia reactiva sea de aproximadamente 1 segundo sin reducir la vida útil de los condensadores y resistencias y bobinas de descarga especiales para sistemas con contactores de tiristores;

— dispositivos que permiten, a diferencia del transformador sumador, controlar un sistema de 4 sistemas de corrección a la vez;

— adaptadores para conectar el controlador a la tensión de red

Los 13 factores principales en la construcción de un corrector

Vale la pena prestar atención a esto al diseñar o elegir la instalación adecuada para usted:

1. Determine la potencia rms requerida (kvar) del capacitor para la corrección del factor de potencia.

2. Diseñe el banco de capacitores de tal manera que proporcione la capacidad de paso de conmutación dentro del 15 … 20% de la potencia requerida. No es necesario asegurarse de que los capacitores se cambien en incrementos del 5 % o 10 %, ya que esto solo dará como resultado una alta frecuencia de conmutación, pero no afectará de manera apreciable el valor del factor de potencia.

3. Intente diseñar un banco de condensadores con valores de resolución estándar, preferiblemente múltiplos de 25 kvar.

4. No olvide observar las distancias mínimas permitidas entre los condensadores (20 mm) y protegerlos con pantallas o una distancia suficiente del calentamiento por otros elementos del sistema.

5. ¿La temperatura en el área de instalación de los capacitores no debe exceder los 35? C. De lo contrario, se reducirá su vida útil.

¡Recuerde que el calentamiento prolongado de un capacitor por solo 7 ° C por encima de la norma reduce su vida útil en 2 veces!

6.Mida las corrientes armónicas en el cable de alimentación sin condensador de corrección y con diferentes cargas. Determinar la frecuencia y amplitud máxima de cada uno de los armónicos presentes. Calcular la distorsión armónica total de la corriente: THD-I = 100 · SQR · [(I3) 2 + (I5) 2 + … + (IR) 2] / I1

7. Calcular los coeficientes individuales de cada uno de los armónicos: THD-IR = 100 IR/I1

8. Medir la presencia de armónicos en la tensión de alimentación fuera del sistema. Si es posible, mídalos en el lado de alto voltaje. Calcular la distorsión armónica total de la tensión: THD-V = 100 · SQR · [(V3) 2 + (V5) 2 + … + (VN) 2] / V1

9. Nivel armónico (medido sin capacitor) por encima o por debajo de THD-I> 10% o THD-V> 3%.

En caso afirmativo, use un filtro establecido y vaya al paso 7.

Si NO, use un corrector estándar y omita los pasos 10, 11 y 12.

10. Nivel de 3er armónico de corriente I3> 0,2 · I5

En caso afirmativo, use un filtro con p = 14 % y omita el paso 8.

Si NO, use un filtro con p = 7% o 5.67% y vaya al paso 8.

11. Si THD -V = 3 … 7 %, necesita un filtro con p = 7 %

> 7 %: se requiere un filtro con p = 5,67 %

> 10 %: se requiere un diseño de filtro especial. Póngase en contacto con la oficina de representación de EPCOS AG en Rusia y los países de la CEI.

¡No escatime en choques ante la presencia de armónicos en la red eléctrica! Como muestra la práctica, ¡esta «economía» conducirá a la falla de los capacitores dentro de 6 a 10 meses! ¡Reemplazar los condensadores, teniendo en cuenta el costo de la instalación, costará el mismo dinero que se destinará a la instalación inicial de los estranguladores!

12Seleccione los componentes apropiados utilizando las tablas desarrolladas por EPCOS (o la asistencia del representante de la empresa) para los filtros correctores ajustados y los valores estándar de potencia efectiva, voltaje de línea, frecuencia y un factor p predeterminado.

Utilice siempre solo componentes EPCOS genuinos diseñados para construir factores de potencia de filtro corregidos. Tenga en cuenta que los choques se especifican por su potencia efectiva para el voltaje y la frecuencia de suministro seleccionados. Esta potencia es la potencia efectiva del circuito LC a la frecuencia fundamental.

La tensión nominal de los condensadores de filtro desafinados debe ser mayor que la tensión de alimentación, ya que la conexión en serie del inductor provocará una sobretensión.Los contactores de condensadores están especialmente diseñados para un funcionamiento fiable con cargas capacitivas y deben proporcionar una corriente de arranque reducida.

13. Se pueden utilizar fusibles o fusibles electromagnéticos automáticos como dispositivos de protección contra cortocircuitos. Los fusibles no protegen a los capacitores de sobrecargas. Son solo para protección contra cortocircuitos. La corriente de disparo del fusible debe superar la corriente nominal del condensador en 1,6 ... 1,8 veces.