無功功率補償裝置

本文介紹了無功補償裝置的用途和結構要素。

補償無功電能是節約能源最有效的途徑之一。大量的發動機、焊接設備、電力變壓器使現代生產飽和。這會消耗大量無功功率以在電氣設備中產生磁場。為了減少外部網絡對此類能量的消耗，使用了無功電能補償單元。本文將討論它們的設計、工作原理和使用特點。

使用電容器組來減少無功負載早已為人所知。但是，只有在電機功率很大的情況下，將單獨的電容器與電機並聯在經濟上才是合理的。通常，電容器組連接到功率超過 20-30 kW 的電機。

使用數百台小功率電機的服裝廠如何解決降低無功負載的問題？直到最近，在企業變電站中，還連接了一組固定的電容器組，在輪班工作結束後手動關閉。明顯的不便之處是，此類裝置無法跟隨工作時間內負載功率的波動，而且效率低下。現代冷凝裝置可以顯著提高效率。

隨著專用微處理器控制器的出現，這種情況發生了變化，這些控制器測量負載消耗的無功功率值，計算電容器組所需的功率值並將其連接（或斷開）與網絡。基於此類控制器，用於無功補償的範圍廣泛的自動電容器單元。它們的功率範圍為 30 至 1200 kVar（無功功率以 kVars 為單位）。

控制器的功能不限於測量和切換電容器組。它們測量設備艙內的溫度，測量電流和電壓值，監控電池的連接順序及其狀況。控制器可以存儲有關緊急情況的信息，還可以執行數十種特定功能，確保補償系統的可靠運行。

特殊接觸器在無功功率補償單元的設計中起著非常重要的作用，這些接觸器根據來自控制器的信號連接和斷開電容器組。從表面上看，它們與用於切換電機的普通磁力啟動器差別不大。

但連接電容器的特殊性在於，在其觸點上施加電壓的那一刻，電容器的電阻實際上為零。在 電容充電 出現浪湧電流，通常超過 10 kA。這種過電壓對電容器本身、開關設備和外部網絡都有不利影響，導致電源觸點腐蝕並在電線中產生有害干擾。

為了克服這些問題，開發了一種特殊的接觸器設計，其中在向電容器施加電壓後，其電荷通過輔助限流電路，然後才打開主電源觸點。這種設計可以避免電容器充電電流的顯著跳躍，從而延長電容器組和特殊接觸器本身的使用壽命。

最後，補償系統中最主要和最昂貴的元件是電容器組……對它們的要求非常嚴格且相互矛盾。另一方面，它們必須緊湊且內部損耗低。它們必須能夠承受頻繁的充電和放電過程，並且使用壽命長。但緊湊性和低固有損耗導致充電電流尖峰增加，產品盒內溫度升高。

由薄膜技術製成的現代電容器。他們使用金屬化薄膜和不浸油的氣密密封膠。這種設計使得獲得具有顯著功率的小尺寸產品成為可能。例如，容量為 50 kVar 的圓柱形電容器的尺寸為：直徑 120 mm 和高度 250 mm。

類似的老式充油式電容電池重量超過 40 公斤，比現代產品大 30 倍。但這種小型化需要採取措施來冷卻安裝電容器組的區域。因此，在自動裝置中，冷凝室的風扇強制吹氣是強制性的。

一般來說，電容器單元的創建需要考慮大量運行參數：用戶電網的狀態、灰塵、電機負載的性質以及影響補償系統可靠性和效率的許多其他因素。