Na parte de distribuição de energia de baixa tensão, existem gabinetes de linha de entrada, gabinetes de linha de saída e, claro, gabinetes de compensação de capacitores. Então, qual é o papel dos gabinetes de compensação de capacitores? Como o nome indica, eles desempenham o papel de compensação de capacitores. Vejamos primeiro o princípio da compensação do capacitor. Ao compensar, o capacitor e a carga são conectados em paralelo. O capacitor é como um banco de baterias. Quando a carga aumenta, devido à resistência interna da fonte de alimentação, a tensão de saída da fonte de alimentação cairá porque ambas as extremidades do capacitor precisam manter a tensão original, ou seja, parte da bateria do capacitor flui, o que atrasa a tendência descendente da tensão. Este é o princípio da compensação do capacitor.
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1. Princípio de compensação do capacitor de potência
Em princípio, um capacitor equivale a um gerador que gera corrente reativa capacitiva. O princípio da compensação de potência reativa é conectar um dispositivo com uma carga de potência capacitiva e uma carga de potência indutiva em paralelo no mesmo capacitor, e a energia é convertida entre as duas cargas. Desta forma, a carga nos transformadores e nas linhas de transmissão da rede é reduzida, aumentando assim a capacidade ativa de saída. Sob a condição de produzir uma certa potência ativa, a perda do sistema de alimentação é reduzida. Em comparação, os capacitores são a maneira mais fácil e econômica de reduzir a carga em transformadores, sistemas de alimentação e distribuição industrial. Portanto, é imperativo que capacitores sejam usados como compensação de potência reativa em sistemas de potência. Atualmente é muito comum usar capacitores paralelos como dispositivos de compensação de potência reativa.
2. Características da compensação do capacitor de potência
vantagem
O dispositivo de compensação de potência reativa do capacitor de potência tem as características de fácil instalação e localização de instalação conveniente; pequena perda de potência ativa (apenas cerca de 0,4% da capacidade nominal); curto período de construção; pequeno investimento; sem peças rotativas, fácil operação e manutenção; se os bancos de capacitores individuais estiverem danificados, isso não afetará a operação de todo o banco de capacitores e outras vantagens.
deficiência
As desvantagens do dispositivo de compensação de potência reativa do capacitor de potência são: ele só pode realizar o ajuste gradual, mas não pode realizar o ajuste suave; má ventilação, uma vez que a temperatura operacional do capacitor é superior a 70 graus, ele está sujeito a expansão e explosão; características de baixa tensão, baixa estabilidade de curto-circuito, há carga residual após a remoção; a precisão da compensação de potência reativa é baixa e afeta facilmente o efeito de compensação; o gerenciamento da operação do capacitor de compensação é difícil e a questão da operação segura do capacitor não é levada a sério, etc.
3. Método de compensação de potência reativa
Compensação de dispersão de alta pressão
A compensação de dispersão de alta tensão é na verdade um capacitor de compensação de potência reativa instalado no lado de alta tensão de um único transformador para melhorar a qualidade da tensão da fonte de alimentação. É usado principalmente na distribuição urbana de energia de alta tensão.
Compensação centralizada de alta tensão
A compensação centralizada de alta tensão refere-se ao método de compensação em que os capacitores são instalados no barramento de alta tensão de 6 kV ~ 10 kV na subestação ou na subestação abaixadora do usuário; o capacitor também pode ser instalado no barramento de baixa tensão da sala de distribuição principal do usuário, o que é adequado para aplicações onde a carga está concentrada e longe do barramento de distribuição. Quando o próprio usuário possui uma determinada carga de alta tensão em um local próximo com grande capacidade de compensação, ele pode reduzir o consumo de energia reativa do sistema de energia e desempenhar um certo papel de compensação. Suas vantagens são que é fácil implementar a comutação automática, pode melhorar razoavelmente o fator de potência do usuário, tem alta taxa de utilização, menos investimento, é fácil de manter e é fácil de ajustar para evitar sobrecompensação e melhorar a qualidade da tensão. No entanto, o benefício económico deste método de compensação é fraco.
Compensação de dispersão de baixa pressão
A compensação de dispersão de baixa tensão baseia-se nos requisitos de potência reativa de equipamentos elétricos individuais. Bancos de capacitores de baixa tensão simples ou múltiplos são instalados dispersos perto do equipamento elétrico para compensar a potência reativa de todas as linhas e transformadores de alta e baixa tensão em frente ao local de instalação. poder. A vantagem é que quando o equipamento elétrico está funcionando é colocada a compensação de potência reativa, e quando o equipamento elétrico está fora de serviço o equipamento de compensação também é retirado, o que pode reduzir o fluxo de potência reativa na rede de distribuição e nos transformadores, assim redução das perdas de potência ativa; pode reduzir a seção transversal do fio da linha e a capacidade do transformador, ocupando pouco espaço. As desvantagens são a baixa taxa de utilização e o grande investimento. Não é adequado para operação de velocidade variável, operação para frente e para trás, motores de avanço lento, parada e frenagem reversa.
Compensação centralizada de baixa tensão
A compensação centralizada de baixa tensão refere-se à conexão de capacitores de baixa tensão ao lado do barramento de baixa tensão do transformador de distribuição por meio de uma chave de baixa tensão, usando o dispositivo de comutação de compensação de potência reativa como um dispositivo de controle e proteção e controlando diretamente a comutação de os capacitores de acordo com a potência reativa no barramento de baixa tensão. A comutação do capacitor é realizada como um grupo inteiro e não pode ser ajustada suavemente. Vantagens da compensação de baixa tensão: fiação simples, pequena carga de trabalho de operação e manutenção, balanceamento local de potência reativa, melhorando assim a utilização do transformador de distribuição, reduzindo perdas na rede e sendo altamente econômica. É um dos métodos comumente usados na compensação de potência reativa. .
4. Cálculo da capacidade de compensação do capacitor
A capacidade de compensação de potência reativa deve ser determinada de acordo com a curva de potência reativa ou o método de cálculo de compensação de potência reativa. A fórmula de cálculo é a seguinte:
CQ=p(tgφ1-tgφ2) ou CQ=pqc(1)
Na fórmula:
Qc: Capacidade do capacitor de compensação;
P: potência ativa da carga;
COSφ1: Fator de potência de pré-carga de compensação;
COSφ2: fator de potência da carga após compensação;
qc: taxa de compensação de potência reativa, kvar/kw.
5. Operação segura de capacitores de potência
1. Corrente operacional permitida
Durante a operação normal, o capacitor deve operar na corrente nominal, a corrente máxima de operação não deve exceder 1,3 vezes a corrente nominal e a diferença de corrente trifásica não deve exceder 5%.
2. Tensão operacional permitida
Os capacitores são muito sensíveis à tensão, porque a perda do capacitor é proporcional ao quadrado da tensão. A sobretensão causará sério aquecimento do capacitor, e o isolamento do capacitor acelerará o envelhecimento, encurtará sua vida útil e até causará pane elétrica. Portanto, o dispositivo capacitor deve operar na tensão nominal, que geralmente não deve exceder 1,05 vezes a tensão nominal, e a tensão máxima de operação não deve exceder 1,1 vezes a tensão nominal. Quando o barramento excede 1,1 vezes a tensão nominal, devem ser tomadas medidas de resfriamento.
3. Problema harmônico
Como o circuito do capacitor é um circuito LC, é fácil ressoar com certos harmônicos, o que pode facilmente causar harmônicos de alta ordem, causando um aumento na corrente e na tensão. Além disso, esta corrente harmônica é muito prejudicial aos capacitores e pode facilmente causar quebra do capacitor e causar curto-circuito fase-fase. Portanto, quando o capacitor está funcionando normalmente, um reator com valor de indutância apropriado pode ser conectado em série com o capacitor para limitar a corrente harmônica quando necessário.
4. Problemas de proteção de relé
A proteção de relés é realizada principalmente por conjuntos completos de dispositivos de proteção de relés. Atualmente, a tecnologia de dispositivos de proteção de relé produzida por vários fabricantes elétricos nacionais conhecidos é muito madura, segura, estável e poderosa. Os dispositivos de proteção de relés podem remover efetivamente capacitores defeituosos e são um meio importante para garantir a operação segura e estável dos sistemas de energia. As principais medidas de proteção do relé do capacitor incluem: ① proteção contra sobrecorrente de três estágios; ② proteção contra sobretensão configurada para evitar danos ao capacitor causados por sobretensão em estado estacionário do sistema; ③ para evitar sobretensão causada por religamento instantâneo de capacitores causado por um breve desligamento da fonte de alimentação do sistema. Conjunto de proteção de baixa tensão devido a danos de tensão; ④ Proteção de tensão desequilibrada, proteção de corrente desequilibrada ou proteção de diferença de tensão trifásica configurada para refletir a falha de ruptura interna dos capacitores no banco de capacitores.
5. Problema de fechamento
Os bancos de capacitores estão proibidos de religar quando carregados. A principal razão é que leva um certo tempo para descarregar o capacitor. Quando a chave do banco de capacitores dispara, se for religada imediatamente, o capacitor não terá tempo de descarregar. Podem permanecer cargas com polaridade oposta à tensão de religamento no capacitor, o que causará o fechamento. Uma grande corrente de surto é gerada instantaneamente, fazendo com que o invólucro do capacitor se expanda, pulverize combustível ou até mesmo exploda. Portanto, quando o banco de capacitores for fechado novamente, isso deverá ser feito 3 minutos após o desligamento do disjuntor. Portanto, os capacitores não podem ser equipados com dispositivos de religamento automático e, em vez disso, devem ser equipados com dispositivos de disparo automático sem pressão.
Algumas subestações terminais são frequentemente equipadas com dispositivos automáticos de comutação de energia de reserva. O dispositivo funciona para cortar a fonte de alimentação defeituosa e, em seguida, liga a fonte de alimentação de reserva após um pequeno atraso. Durante este processo, se o banco de capacitores tiver função de autocomutação de baixa tensão, o banco de capacitores será ligado em pouco tempo. Se for fechado novamente dentro de um determinado período de tempo, ocorrerá a falha mencionada acima. Portanto, as questões de comutação de sistemas e bancos de capacitores equipados com dispositivos de comutação automática de energia de reserva merecem total atenção.
6. Temperatura operacional permitida
Quando o capacitor está funcionando normalmente, a temperatura ambiente nominal ao seu redor é geralmente de 40 graus ~ -25 graus; a temperatura do meio interno deve ser inferior a 65 graus, e a máxima não deve exceder 70 graus, caso contrário causará ruptura térmica ou abaulamento. A temperatura do invólucro do capacitor está entre a temperatura média e a temperatura ambiente e não deve exceder 55 graus. Portanto, a sala dos capacitores deve ser mantida bem ventilada para garantir que sua temperatura operacional não exceda o valor permitido.
7. Problema de som de descarga durante a operação
Os capacitores geralmente não emitem som quando estão em funcionamento, mas, em alguns casos, também podem apresentar o problema de sons de descarga quando estão em funcionamento. Por exemplo, se o invólucro de um capacitor for deixado aberto por muito tempo, uma vez que a água da chuva entra entre os dois invólucros e uma tensão é aplicada, pode ocorrer um som de descarga; quando há falta de óleo no capacitor, a extremidade inferior da caixa ficará facilmente exposta ao óleo. superfície, então um som de descarga pode ser emitido; se houver soldagem ou dessoldagem no interior do capacitor, ocorrerá descarga por flashover no óleo; quando o núcleo do capacitor está em mau contato com o invólucro, uma tensão flutuante aparecerá, causando um som de descarga. .
Uma vez que ocorram as condições sonoras de descarga acima, cada situação deve ser tratada, ou seja, os métodos de tratamento são os seguintes: parar o capacitor e descarregá-lo, retirar o invólucro externo, secá-lo e reinstalá-lo; adicione as mesmas especificações Óleo do capacitor; se o som da descarga não parar, deve ser desmontado e reparado; o capacitor deve estar fora de serviço e descarregado, para que o núcleo e o invólucro estejam em bom contato.
8. Problema de explosão
Durante a operação do capacitor, se houver quebra dos componentes internos do capacitor, danos ao isolamento do invólucro do capacitor, má vedação e vazamento de óleo, abaulamento e dissociação interna, abaulamento e dissociação interna, fechamento carregado ou temperatura excessiva, e ventilação insuficiente, tensão operacional muito alta, componentes harmônicos muito grandes, sobretensão operacional, etc. podem causar danos ao capacitor e explosão. Para evitar acidentes de explosão de capacitores, em circunstâncias normais, 1,5 a 2 vezes a quantidade de corrente que passa por cada grupo de capacitores de fase pode ser equipado com um fusível rápido. Se o capacitor estiver quebrado, o fusível rápido derreterá e desligará. fonte de alimentação para proteger os capacitores de continuarem a gerar calor; instale um amperímetro em cada fase do gabinete de compensação para garantir que a diferença de corrente entre cada fase não exceda ±5%. Caso seja constatado algum desequilíbrio, saia imediatamente da operação e verifique os capacitores; monitorar o aumento de temperatura dos capacitores; fortalecer o monitoramento Inspecione o banco de capacitores para evitar vazamento de óleo e abaulamento do capacitor para evitar explosão.
