Impianti di compensazione per potenza reattiva
L'articolo descrive lo scopo e gli elementi strutturali delle unità di compensazione per l'elettricità reattiva.
La compensazione per l'energia elettrica reattiva è uno dei modi più efficaci per risparmiare risorse energetiche. La produzione moderna è satura di un gran numero di motori, apparecchiature di saldatura, trasformatori di potenza. Ciò consuma una quantità significativa di potenza reattiva per creare campi magnetici nelle apparecchiature elettriche. Per ridurre il consumo di questo tipo di energia da reti esterne, vengono utilizzate unità di compensazione per l'energia elettrica reattiva. Il design, i principi di funzionamento e le caratteristiche del loro utilizzo saranno discussi in questo articolo.
L'utilizzo di banchi di condensatori per ridurre il carico reattivo è noto da tempo. Ma l'inclusione di condensatori separati in parallelo ai motori è economicamente giustificata solo con una potenza significativa di questi ultimi. Tipicamente, il banco di condensatori è collegato a motori con una potenza superiore a 20-30 kW.
Come risolvere il problema della riduzione dei carichi reattivi in una fabbrica di abbigliamento dove vengono utilizzati centinaia di motori a bassa potenza? Fino a poco tempo fa, nelle sottostazioni aziendali era collegato un set fisso di banchi di condensatori, che veniva spento manualmente dopo la fine del turno di lavoro. Con evidente inconveniente, tali apparecchi non potevano seguire le fluttuazioni di potenza dei carichi durante l'orario di lavoro ed erano inefficienti. Le moderne unità di condensazione possono migliorare significativamente l'efficienza.
La situazione è cambiata con l'avvento di controllori a microprocessore specializzati che misurano il valore della potenza reattiva consumata dai carichi, calcolano il valore di potenza richiesto del banco di condensatori e lo collegano (o lo scollegano) dalla rete. Sulla base di tali controllori, un'ampia gamma di unità condensatrici automatiche per la compensazione dell'energia reattiva. La loro potenza va da 30 a 1200 kVar (la potenza reattiva si misura in kVar).
Le capacità dei controller non si limitano alla misurazione e alla commutazione di banchi di condensatori. Misurano la temperatura nel vano del dispositivo, misurano i valori di corrente e tensione, monitorano la sequenza di connessione delle batterie e il loro stato. I controllori possono memorizzare informazioni su situazioni di emergenza e svolgere anche decine di funzioni specifiche, garantendo il funzionamento affidabile del sistema di compensazione.
Un ruolo molto importante nella progettazione delle unità di compensazione della potenza reattiva è svolto da speciali contattori che collegano e scollegano i banchi di condensatori su un segnale dal controller.Esternamente, differiscono poco dai normali avviatori magnetici usati per cambiare i motori.
Ma la particolarità di collegare i condensatori è tale che nel momento in cui la tensione viene applicata ai suoi contatti, la resistenza del condensatore è praticamente zero. A carica del condensatore si verifica una corrente di spunto che spesso supera i 10 kA. Tali sovratensioni hanno un effetto dannoso sia sul condensatore stesso che sul dispositivo di commutazione e sulla rete esterna, provocando l'erosione dei contatti di potenza e creando dannose interferenze nel cablaggio elettrico.
Per ovviare a questi problemi, è stato sviluppato uno speciale design dei contattori, in cui, dopo aver applicato la tensione al condensatore, la sua carica passa attraverso i circuiti ausiliari di limitazione della corrente e solo allora vengono accesi i contatti di potenza principali. Questo design consente di evitare salti significativi nella corrente di carica dei condensatori, per prolungare la durata sia del banco di condensatori che del contattore speciale stesso.
Infine, gli elementi principali e più costosi dei sistemi di compensazione sono i banchi di condensatori. I requisiti loro imposti sono piuttosto severi e contraddittori. Devono invece essere compatti e avere basse perdite interne. Devono essere resistenti ai frequenti processi di carica e scarica e avere una lunga durata. Ma la compattezza e le basse perdite intrinseche portano ad un aumento dei picchi di corrente di carica, un aumento della temperatura all'interno della confezione del prodotto.
Condensatori moderni realizzati con tecnologia a film sottile.Usano film metallizzato e sigillante ermeticamente sigillato senza impregnazione d'olio. Questo design consente di ottenere prodotti di piccole dimensioni con una potenza significativa. Ad esempio, i condensatori cilindrici con una capacità di 50 kVar hanno dimensioni: diametro 120 mm e altezza 250 mm.
Simili batterie di condensatori riempiti d'olio vecchio stile pesavano più di 40 kg ed erano 30 volte più grandi dei prodotti moderni. Ma questa miniaturizzazione richiede l'adozione di accorgimenti per raffreddare l'area in cui sono installate le batterie di condensatori. Pertanto, negli impianti automatici, è obbligatorio il soffiaggio forzato da parte dei ventilatori del vano condensatore.
In generale, la creazione di gruppi di condensatori richiede di tenere conto di un gran numero di parametri operativi: lo stato delle reti elettriche dell'utente, la polverosità, la natura del carico del motore e molti altri fattori che influenzano l'affidabilità e l'efficienza dei sistemi di compensazione.