Trendy ve vývoji zařízení pro kompenzaci jalového výkonu

Zhilyaev Denis Aleksandrovich 1, Bashenev Maxim Igorevich 2, vědecký vedoucí – Volkova Tatyana Aleksandrovna 3
1 Ufa State Aviation Technical University, student
2 Ufa State Aviation Technical University, student
3 Státní letecká technická univerzita v Ufa, PhD, docent. Kavárna. Em

Anotace
Tento článek zkoumá vývojové trendy zařízení pro kompenzaci jalového výkonu a poskytuje přehled slibného vývoje v této oblasti.

TRENDY VE VÝVOJI KOMPENZACE jalového výkonu

Zhilyaev Denis Aleksandrovich 1, Bashenev Maksim Igorevich 2, Volkova Tatiana Aleksandrovna 3
1 Ufa State Aviation Technical University, student
2 Ufa State Aviation Technical University, student
3 Státní letecká technická univerzita v Ufa, Ph.D. odborný asistent katedry elektromechaniky

Abstraktní
Tento článek popisuje vývojový trend zařízení pro kompenzaci jalového výkonu a také přehled slibného vývoje v této oblasti.

Bibliografický odkaz na článek:
Zhilyaev D.A., Bashenev M.I., vědecký pracovník V.T.A. Trendy ve vývoji zařízení pro kompenzaci jalového výkonu // Moderní strojírenství a technologie. 2015. č. 7 [Elektronický zdroj]. URL: https://technology.snauka.ru/2015/07/7585 (datum přístupu: 21.01.2025).

V současné době je kompenzace jalového výkonu (RPC) jedním z nejdůležitějších faktorů, který umožňuje řešit problém energetických úspor v průmyslových podnicích. Při kompenzaci jalového výkonu se fázový posun mezi napětím a proudem zmenšuje (cosφ roste) a podle toho klesá i jalová složka proudu a s ní i spotřebovaný zdánlivý výkon.

Nejběžnějšími metodami CRM jsou použití kondenzátorových bank, synchronních kompenzátorů, bočníkových tlumivek, harmonických filtrů a statických tyristorových kompenzátorů [1]. Ale inženýrské myšlení nestojí na místě a vědci v současné době vyvíjejí nová a zlepšují stávající CRM zařízení. Hlavní směry ve vývoji CRM zařízení jsou:

1) schopnost plynule regulovat jalový výkon [2];

2) zvýšení rozsahu změny jalového výkonu [2];

3) rozšíření funkčnosti díky schopnosti řešit více problémů současně (například nejen kompenzovat jalový výkon, ale i současně filtrovat harmonické složky proudů [3] a stabilizovat napětí [4]);

4) eliminace ztrát činného výkonu (v důsledku použití přídavných odporů, jako např. v [2]);

5) využití mikroprocesorové techniky pro automatickou regulaci provozu řídicích a monitorovacích zařízení [5];

6) zajištění bezpečnosti zařízení během provozu (jmenovitě: izolace částí a vstupů pod proudem, použití spolehlivějších spínačů atd.);

7) ochrana CRM zařízení před přepětím [6];

8) všestrannost – možnost používat jedno zařízení na různých úrovních napětí;

9) zjednodušení konstrukce a snížení hmotnosti a rozměrů zařízení.

Tento článek prozkoumá některé slibné pokroky ruských vědců a inženýrů v oblasti CRM.

Ruský patent na vynález č. 2479907 [2] popisuje nový obvod pro připojení statických baterií a bočníkových reaktorů. To znamená, že vývojář navrhuje zlepšit vlastnosti často používané kombinace „kondenzátorová banka + bočníkový reaktor“.

Baterie statických kondenzátorů je jedním vstupem připojena k lineární sběrnici a druhým vstupem k zemi. Spínač je připojen paralelně k části kondenzátorů umístěných na straně země. Jeden vstup spínače je uzemněn. Řízená bočníková tlumivka je připojena přes spínač a odpojovač.

Princip fungování zařízení je následující. Při běžném provozu sítě dochází k poklesu napětí v důsledku poklesu napětí ve vedení. Napěťový transformátor 16 zaznamenává pokles napětí, automatický řídicí systém 12 snižuje jalový výkon bočníkové tlumivky 5. Nárůstem kapacitní složky proudu BSC 4 je kompenzován pokles napětí v napájecí síti. V případě, že zátěž vzroste na maximum, spustí se automatický řídicí systém 12 a dá signál k sepnutí spínače 11. V tomto případě je úbytek napětí dodatečně kompenzován zvýšeným výkonem kondenzátorové baterie 4. V tomto režimu zdroj jalového výkonu dodává do sítě maximální možný jalový výkon (obr. 1).

Toto schéma tedy umožňuje vyřešit problém plynulé regulace jalového výkonu, zvýšením rozsahu změny jalového výkonu. Sníží se také výkonové ztráty v síti a zátěži a zlepší se kvalita stabilizace napětí. Zařízení lze použít ve vysokonapěťových sítích na střídavý proud, jako jsou rozvodny nadzemního vedení, kde jsou již instalovány statické kompenzační banky a bočníkové reaktory.

Obrázek 1 – Zařízení KRM

Patent č. 2459335 [3] je zařízení, které umožňuje automatickou regulaci kompenzace jalového výkonu. Skládá se z řetězce sériově zapojených kondenzátorových bank a bočníkových reaktorů.

Účelem tohoto zařízení je regulovat výkon zařízení KRM v závislosti na napětí sítě a udržovat napětí sítě v rozsahu od 21 kV do 29 kV. V případě maximálního využití této kapacity je také možné minimalizovat instalovaný výkon kompenzačního zařízení. V provozní části spínání lze použít elektronické spínací zařízení (tyristorový klíč), které má neomezený provozní zdroj, umožňující zjednodušené ovládání (a tedy zvýšenou spolehlivost) spínání zařízení kondenzátor-tlumivka.

Řetězec kondenzátorových bank a indukčnosti je rozdělen na dvě části s daným dělicím poměrem. Představují hlavní řetězec (L1, C1) a provozní (L2, C2). Řetězy jsou vzájemně propojeny do série a připojeny přes vysokonapěťový spínač ke troleji. K pracovnímu obvodu je paralelně připojen bipolární spínač 2, který reguluje výkon kompenzátoru. Spínač 2 je vyroben ve formě tyristorového klíče. Řídicí jednotka 3 reguluje činnost tyristorového spínače 2 (obr. 2).

Obrázek 2 – Nastavitelné zařízení pro kompenzaci jalového výkonu pro střídavou železniční kontaktní síť

Vynález je určen pro napájení železniční dopravy elektrickou trakcí, poskytuje kompenzaci jalového výkonu spotřebovaného elektrickými lokomotivami o frekvenci 50 Hz a současně filtruje vyšší harmonické generované elektrickými lokomotivami.

Vynález tedy řeší takový problém, jako je rozšíření funkčních schopností díky možnosti řešit více problémů současně, to znamená, že zařízení umožňuje nejen kompenzovat jalový výkon, ale také současně filtrovat harmonické složky proudů.

Patent č. 2510556 [4] zkoumá statický kompenzátor jalového výkonu. Lze jej použít jako řídicí systém, automatickou stabilizaci napětí a kompenzaci jalového výkonu ve vysokonapěťových elektrických sítích. Jeho unikátní vlastností je, že rozsah jeho použití není omezen napěťovou třídou. Ve srovnání se stávajícími STC má toto zařízení zvýšenou účinnost a spolehlivost.

Statické CRM se skládá z nastavitelné indukčnosti, kondenzátorové banky a zařízení pro filtrování vyšších harmonických. K regulaci indukčnosti je použit dvouvinutý transformátor s regulátorem saturace magnetického obvodu, čímž je dosaženo zvýšené spolehlivosti (obr. 3).

Obrázek 3 – Statický kompenzátor jalového výkonu

Možnost plynulé regulace výkonu je možná díky tomu, že řízená bočníková tlumivka, která je součástí prototypu, je řešena jako řízená indukčnost.

Zařízení umožňuje řešit několik problémů současně: kompenzaci jalového výkonu, stabilizaci napětí a rozšíření rozsahu regulace jalového výkonu.

Užitný vzor č. 66620 [5] je zařízení pro nastavitelnou kompenzaci jalového výkonu v elektrických sítích vysokého napětí se zařízením pro ochranu před přepětím. Důležité je, že zařízení je vybaveno jednotkou změny napětí, která je napojena na kondenzátorovou banku a výstup řídící jednotky je připojen na vstup spínací jednotky, přičemž její spínací prvky jsou připojeny k obvodu kondenzátorové banky. Kondenzátorová banka obsahuje tři kondenzátory různých kapacit (v poměru jmenovité hodnoty 0,8:1,0:1,2), má 7 spínacích stupňů.

Zařízení obsahuje blok kondenzátorových baterií 1, zařízení pro ochranu kondenzátorových baterií před přepětím 5, jednotku 6 měření napětí, řídící jednotku 7 a spínací jednotku 8 (obr. 4).

Měřicí jednotka 6 napětí sleduje změnu napětí ve vedení, vyšle signál do řídicí jednotky 7, připojené ke spínací jednotce 8, a určí, která sada spínačů musí být zapnuta, aby kondenzátorová banka kompenzovala požadovanou hodnotu jalového výkonu.

Obrázek 4 – Zařízení KRM

Kromě plynulé postupné regulace jalového výkonu je užitný vzor schopen chránit kompenzační zařízení jalového výkonu před přepětím.

Výše uvedené trendy ve vývoji zařízení pro kompenzaci jalového výkonu tedy vedou k vytvoření široce funkčních zařízení KRM, která jsou spolehlivá a rychle působící, s minimálními ukazateli hmotnosti a velikosti a snadno se vyrábějí a ovládají. Zatím však není možné všechny tyto požadavky spojit v jednom zařízení, proto každý konkrétní vynález řeší pouze jednu (nebo několik) ze zadaných úloh.

Za nejslibnější vývoj v této oblasti považujeme kombinaci několika kompenzačních zařízení v jedné jednotce, vzájemně se doplňujících funkcí (například BSC + reaktor + filtr vysokých harmonických).

1. Timofeev A.S. Kompenzace jalového výkonu: tutoriál. příspěvek./ A.S. Timofejev; Sib. stát. průmysl. un-t. – Novokuzněck: SibGIU, 2010. – 67 s.
2. Karymov R.R., Lurye A.I., Safiullin D.Kh. Zařízení pro kompenzaci jalového výkonu // Patent Ruské federace č. 2479907, zveřejněn. 20.04.2013.
3. Vasiliev S.N., Goncharenko V.P., Latmanizov M.V., Mizintsev A.V. Zařízení pro automatické řízení kompenzace jalového výkonu // Patent Ruské federace č. 2459335, zveřejněn. 20.08.2012.
4. Bryancev A.M. Statický kompenzátor jalového výkonu // Patent Ruské federace č. 2510556, zveřejněn. 27.03.2014.
5. Titov, V. G. Kompenzace jalového výkonu v uzlu zátěže distribuované napájecí sítě pomocí inteligentního elektrického pohonu [Text] / V. G. Titov, A. S. Plekhov, O. V. Fedorov // Průmyslová energetika. – 2012. – č. 5. – S. 51-56.
6. Bastron A.V., Davydov D.A., Kostyuchenko L.P. KRM zařízení// Užitný vzor Ruské federace č. 66620, publikováno. 10.09.2007.

© Pokud zjistíte porušení autorských práv nebo souvisejících práv, neprodleně nás informujte e-mailem nebo prostřednictvím formuláře pro zpětnou vazbu.

Komunikace s autorem (komentáře/recenze k článku)

Zanechat komentář

Pro přidání komentáře musíte být přihlášeni.

Pokud ještě nejste registrováni na webu, musíte se zaregistrovat:

© 2025. Elektronický vědecký a praktický časopis „Moderní vybavení a technologie“.

Asynchronní motory, transformátory, plynové výbojky a zářivky, indukční a obloukové pece atd. svými fyzikálními vlastnostmi spotřebovávají spolu s činnou energií i jalovou energii ze sítě, která je nezbytná k vytvoření elektromagnetického pole. Na rozdíl od aktivní energie se jalová energie nepřeměňuje na jiné druhy – mechanickou nebo tepelnou – a nevykonává užitečnou práci, ale způsobuje ztráty při jejím přenosu. Na Obr Jsou zobrazeny směry toku proudu při práci s jalovou zátěží.
Obr.1. Plný výkon.
Přítomnost jalového výkonu v síti (Q, Var) je charakterizována účiníkem (PF, cos f) a je poměrem činného (P, W) k celkovému (S, VA). Níže vidíte závislost celkového výkonu na jeho složkách jak na vektorovém diagramu, tak na všednější úrovni – sklenice piva, kde pivo je aktivní složkou a pěna je reaktivní. Nikdo nechce mít sklenici pouze s pěnou, že? Obr.2. Silový trojúhelník. Výpočet účiníku.
Při nízkých hodnotách účiníku dojde v síti k řadě nežádoucích jevů, které mohou vést k výraznému snížení životnosti zařízení. Doporučuje se mít cos f alespoň 0,9 (např. v ČR dostanete pokutu za cos f menší než 0,95). Za tímto účelem byla vyvinuta řada opatření pro regulaci bilance jalového výkonu v síti – kompenzace jalového výkonu.

Kompenzace jalového výkonu (RPC).

• Individuální kompenzace

Umístění kondenzátorů do blízkosti zařízení s nízkými cos f a jejich současné zapnutí.

• Skupinová kompenzace

Umístění kondenzátorů v blízkosti skupiny zařízení (například požárních čerpadel).

• Centralizované odškodnění

Umožňuje instalaci KU na hlavní rozvodnou desku. Pokud předchozí možnosti mohly být buď nastavitelné, nebo ne, pak tato je zpravidla nastavitelná.

Obr.3. Způsoby kompenzace.

Při správném výběru KU vám opatření kompenzace jalového výkonu umožňují:

• výrazně snížit zatížení transformátorů, a tím snížit jejich zahřívání a zvýšit jejich životnost
• při zahrnutí CU do výpočtu při návrhu nových objektů výrazně zmenšit průřez vodičů
• při připojení CP ke stávajícím sítím je odlehčit, zvýšit propustnost bez rekonstrukce
• snížit náklady na energii snížením ztrát ve vodičích
• zvýšit stabilitu napětí (vše) a kvalitu napájení (při použití PKU)

Kde můžeme ušetřit, je vidět pouhým okem, ale nejdříve budeme muset utratit peníze.

Nejprve si musíte objednat projekt, který by měl být svěřen důvěryhodné organizaci. Která zase provede řadu měření nebo provede výpočty pro nové objekty a na jejich základě dá doporučení ke způsobu kompenzace, typu HRSG a jejich parametrů.

Zadruhé byste si měli vybrat montážní organizaci, která naše řídicí systémy sestaví, nainstaluje a nakonfiguruje.

Co lze zahrnout do KU?

Zvažme maximální možnou konfiguraci kondenzátorové jednotky:

1. Vstupní zařízení – jistič, bezpečnostní odpojovač nebo zátěžový vypínač (pokud je jiné vstupní zařízení např. v hlavním rozvaděči).
2. Stupňovité jištění – většina výrobců (například ZEZ Silko) doporučuje použití pojistkových vložek s charakteristikou gG (viz tabulka níže), ale často se můžete setkat s jištěním pomocí jističů.
3. Spínací zařízení (pro statickou kompenzaci nn) je stykač s nástavcem omezujícím proud (předpínací kontakty s odpory). Je důležité vybrat si kvalitního výrobce, protože. Při zapnutí stupně procházejí stykačem obrovské proudy (až 200Ie) v důsledku nabití kondenzátoru, např. Benedikt-Jáger nebo Eaton.
4. Antirezonanční tlumivky (tlumivky) – slouží k ochraně před proudovým přetížením kondenzátorů při výskytu vyšších harmonických v síti.
5. Kompenzační kondenzátory jsou hlavní součástí celé instalace – kapacitní prvek. Přečtěte si více o aplikaci, konstrukci a instalaci nízkonapěťových válcových kompenzačních kondenzátorů v předchozím článku.
6. Regulátor jalového výkonu je druh síťového analyzátoru s funkcí krokového řízení. V závislosti na modelu řídí různé regulátory kromě hlavních parametrů (U, I, P, cos f, počet připojených stupňů) také řadu doplňkových (nelineární zkreslení, teplota atd.). Mohou existovat také další funkce, například komunikace nebo automatické ladění.

* Uvažuje se pouze základní konfigurace bez plášťů a mikroklimatu, ochrana sekundárních obvodů.

Jmenovitý proud 3fázového kondenzátoru

3-fázový kompenzační výkon při 400 V

Doporučený průřez Cu vodičů

Jmenovitý proud pojistky