Instalaciones de compensación de potencia reactiva
El artículo describe el propósito y los elementos estructurales de las unidades de compensación de electricidad reactiva.
La compensación por energía eléctrica reactiva es una de las formas más efectivas de ahorrar recursos energéticos. La producción moderna está saturada con una gran cantidad de motores, equipos de soldadura, transformadores de potencia. Esto consume una cantidad significativa de energía reactiva para crear campos magnéticos en equipos eléctricos. Para reducir el consumo de este tipo de energía procedente de redes externas, se utilizan unidades de compensación de energía eléctrica reactiva. El diseño, los principios de funcionamiento y las características de su uso se discutirán en este artículo.
El uso de bancos de condensadores para reducir la carga reactiva se conoce desde hace mucho tiempo. Pero la inclusión de condensadores separados en paralelo con los motores se justifica económicamente solo con una potencia significativa de estos últimos. Normalmente, el banco de condensadores está conectado a motores con una potencia de más de 20-30 kW.
¿Cómo solucionar el problema de reducción de cargas reactivas en una fábrica de confecciones donde se utilizan cientos de motores de baja potencia? Hasta hace poco, en las subestaciones empresariales, se conectaba un conjunto fijo de bancos de condensadores, que se apagaba manualmente después del final del turno de trabajo. Con un inconveniente evidente, tales conjuntos no podían seguir las fluctuaciones de potencia de las cargas durante las horas de trabajo y eran ineficientes. Las unidades de condensación modernas pueden mejorar significativamente la eficiencia.
La situación ha cambiado con la llegada de controladores de microprocesadores especializados que miden el valor de la potencia reactiva consumida por las cargas, calculan el valor de potencia requerido del banco de condensadores y lo conectan (o desconectan) de la red. Sobre la base de tales controladores, una amplia gama de unidades automáticas de condensadores para la compensación de energía reactiva. Su potencia oscila entre 30 y 1200 kVar (la potencia reactiva se mide en kVar).
Las capacidades de los controladores no se limitan a la medición y conmutación de bancos de condensadores. Miden la temperatura en el compartimiento del dispositivo, miden los valores de corriente y voltaje, monitorean la secuencia de conexión de las baterías y su estado. Los controladores pueden almacenar información sobre situaciones de emergencia y también realizar decenas de funciones específicas, lo que garantiza el funcionamiento fiable del sistema de compensación.
Los contactores especiales que conectan y desconectan los bancos de condensadores en una señal del controlador juegan un papel muy importante en el diseño de las unidades de compensación de potencia reactiva.Exteriormente, difieren poco de los arrancadores magnéticos ordinarios que se usan para cambiar motores.
Pero la peculiaridad de conectar condensadores es tal que en el momento en que se aplica tensión a sus contactos, la resistencia del condensador es prácticamente nula. En carga del condensador se produce una corriente de irrupción que a menudo supera los 10 kA. Tales sobretensiones tienen un efecto perjudicial tanto en el propio condensador, el dispositivo de conmutación y la red externa, provocando la erosión de los contactos de potencia y creando interferencias perjudiciales en el cableado eléctrico.
Para superar estos problemas, se ha desarrollado un diseño especial de contactores en los que, después de aplicar voltaje al capacitor, su carga pasa a través de los circuitos limitadores de corriente auxiliares, y solo entonces se encienden los contactos de alimentación principal. Este diseño permite evitar saltos importantes en la corriente de carga de los condensadores, para alargar la vida útil tanto de la batería de condensadores como del propio contactor especial.
Finalmente, los elementos principales y más costosos de los sistemas de compensación son los bancos de capacitores... Los requisitos que se les imponen son bastante estrictos y contradictorios. Por otro lado, deben ser compactos y tener bajas pérdidas internas. Deben ser resistentes a los frecuentes procesos de carga y descarga y tener una larga vida útil. Pero la compacidad y las bajas pérdidas intrínsecas conducen a un aumento en los picos de corriente de carga, un aumento en la temperatura dentro de la caja del producto.
Condensadores modernos fabricados con tecnología de película delgada.Utilizan película metalizada y sellador hermético sin impregnación de aceite. Este diseño permite obtener productos de pequeño tamaño y con una potencia importante. Por ejemplo, los condensadores cilíndricos con una capacidad de 50 kVar tienen dimensiones: diámetro 120 mm y altura 250 mm.
Las baterías de capacitor llenas de aceite de estilo antiguo similares pesaban más de 40 kg y eran 30 veces más grandes que los productos modernos. Pero esta miniaturización requiere la adopción de medidas para enfriar el área donde se instalan los bancos de capacitores. Por tanto, en instalaciones automáticas es obligatorio el soplado forzado por ventiladores del compartimento condensador.
En general, la creación de unidades de condensadores requiere tener en cuenta una gran cantidad de parámetros operativos: el estado de las redes eléctricas del usuario, la cantidad de polvo, la naturaleza de la carga del motor y muchos otros factores que afectan la confiabilidad y eficiencia de los sistemas de compensación.