¿Cómo pueden los gabinetes de compensación industrial mejorar la calidad de la potencia a través de accesorios centrales?

Prefacio

En los sistemas de distribución de energía industrial, la pérdida de energía reactiva y la contaminación armónica son factores clave que conducen a una baja utilización de energía, una vida útil de los equipos reducidas y al aumento de los costos de energía. Como dispositivo central para la gestión de la calidad de la potencia, el rendimiento del gabinete de compensación está determinado por la coordinación técnica de los cuatro accesorios principales: el banco de condensadores,reactor en serie, Controlador de compensación dinámica y resistencia a la descarga a prueba de explosiones. Este artículo explicará objetivamente los principios técnicos, el posicionamiento funcional y la lógica de integración del sistema de cada accesorio.

Posicionamiento funcional central del sistema de compensación

La tarea central del gabinete de compensación es lograr la corrección del factor de potencia y la supresión armónica de la red eléctrica. Cuando el factor de potencia es inferior a 0.9, la tasa de pérdida de línea aumentará en un 8%-15%, y al mismo tiempo desencadenará la multa de la tarifa de ajuste de energía del departamento de fuente de alimentación (aproximadamente 3%-8%de la factura total de electricidad). La tasa de distorsión armónica (THD) superior al 5% causará calentamiento adicional del motor, el mal funcionamiento de los equipos electrónicos y la eficiencia reducida del transformador. El estándar nacional GB/T 15576-2020 estipula que el límite inferior del factor de potencia para los usuarios industriales es 0.9, y el estándar IEEE 519-2014 requiere que el THD se controle dentro del 5%.

Mecanismo de comando del controlador de compensación dinámica

ElControlador de factor de potencia automáticoRecoge el voltaje de la cuadrícula y la diferencia de fase de corriente en tiempo real a través de un circuito de muestreo de alta velocidad con 128 puntos/ciclo. Cuando se detecta una fluctuación del factor de potencia causada por un cambio de carga repentino (como menos de 0.8), su procesador de brazo integrado completa el cálculo de la transformación de Fourier dentro de los 20 ms y genera instrucciones precisas de conmutación del condensador de potencia. La tecnología de conmutación de cruce cero incorporada del controlador asegura que la acción de conmutación se ejecute en el punto cero de voltaje para evitar el choque de corriente de entrada. Los requisitos del parámetro central incluyen: velocidad de respuesta ≤50ms (límite superior estándar nacional 200 ms), error de capacidad de compensación ± 0.5kVar. El módulo de comunicación 5G admite la modificación remota de los umbrales de parámetros y la recepción de alarmas de falla.

Características técnicas de los bancos de condensadores inteligentes

Los bancos de condensadores inteligentes logran la corrección del factor de potencia de las redes de energía al proporcionar potencia reactiva capacitiva. Su medio central utiliza una película de polipropileno metalizada de 3.8 micrones de espesor, y utiliza tecnología de evaporación de tipo dividido para controlar el área de autocuración del medio dentro de 2 milímetros cuadrados cuando un solo punto está perforado. El condensador está equipado con una estructura de liberación de presión. Cuando la presión dentro de la carcasa alcanza 0.12 MPa, la cubierta a prueba de explosión se rompe direccionalmente para lograr la protección de alivio de la presión. La configuración de capacidad adopta un diseño de clasificación escalonado, que generalmente incluye 8 grupos de diferentes unidades de capacidad, como 5 kVar, 10 kVar y 20 kVar, y el paso mínimo de compensación es de 5 kVar. En un entorno de cuadrícula de potencia de 380 voltios, cuando un 30 kvarcondensador de potenciaEl banco se enciende para un motor con una potencia nominal de 100 kW, el factor de potencia del sistema se puede aumentar de 0.75 a 0.94, al tiempo que reduce la corriente de línea en un 28.4%. Debe enfatizarse que el banco de condensadores debe operarse en serie con un reactor de filtro, de lo contrario, la corriente armónica hará que el medio se sobrecaliente y falle.

Principio de control armónico del reactor de filtro

El reactor del filtro suprime los armónicos en bandas de frecuencia específicas basadas en características de reactancia inductiva. El diseño central utiliza una tasa de reactancia del 7% para reducir la frecuencia resonante a 189 Hz, evitando efectivamente la banda de frecuencia armónica de 150 a 650 Hz comúnmente generada por equipos industriales. Muestra un efecto de mejora de la impedancia significativa sobre el 5to armónico. A una frecuencia de 250 Hz, el valor de impedancia puede alcanzar más de 33 veces que la de la onda fundamental, suprimiendo la tasa de distorsión armónica total a menos del 8%. Elreactor en serieEl devanado es de vacío con resina epoxi aislante de clase B, y las capas están aisladas con material aislante de Nomex para garantizar que el aumento de la temperatura no exceda 65 Kelvin; El fusible de temperatura Celsius de 130 grados incorporado corta directamente el circuito cuando se sobrecalienta. La reactancia inductiva se manifiesta esencialmente como un efecto de bloqueo en las corrientes armónicas de alta frecuencia, y reduce simultáneamente los componentes armónicos que fluyen a través del condensador paralelo en más del 60%. Este indicador de rendimiento cumple con las especificaciones obligatorias del estándar internacional IEC 60076 para reactores de energía.

Lógica de operación segura de las resistencias de descarga

Las resistencias de descarga son responsables de descargar el voltaje residual después de que el condensador se apague. Se adopta una estructura de doble canal con una resistencia principal de 100 kilo-ohms/5 kilovatios en paralelo con una resistencia de respaldo, y la rejilla de disipación de calor de la superficie controla la densidad de potencia por debajo de 1,5 vatios/centímetro cuadrado. Cuando la temperatura ambiente alcanza los 45 grados centígrados, el ventilador de flujo axial se activa automáticamente para mejorar la disipación de calor. El sistema puede reducir el voltaje residual del condensador de la cuadrícula de 400 voltios de un pico de 565 voltios a un umbral de seguridad de 50 voltios en 3 segundos, lo que cumple con el límite superior de 75 voltios especificado en IEC 60831. El dispositivo de enclavamiento mecánico conecta automáticamente el circuito de descarga antes de que la puerta del gabinete esté abierta para garantizar la seguridad de la operación del personal.

Integración del sistema y estándares de verificación de rendimiento

El sistema de compensación completo debe verificarse a través de un procedimiento de verificación de tres niveles. Durante la fase de prueba de fábrica, se llevan a cabo una prueba de voltaje de soporte de 10 segundos a 1.25 veces el voltaje nominal y 50 pruebas de impacto de conmutación continua, con un intervalo de conmutación de no más de 2 segundos. Durante la puesta en marcha en el sitio, el valor objetivo del factor de potencia debe establecerse en el rango de 0.92 a 0.98, y el umbral de protección de sobretensión se configura a 440 voltios con una tolerancia de error de ± 5 voltios. El monitoreo de la operación requiere que el sistema cumpla continuamente tres indicadores centrales: factor de potencia promedio mensual ≥ 0.95, tasa de distorsión armónica total ≤ 5%y tasa de fluctuación de voltaje <2%. Cuando el sistema detecta que la fluctuación del factor de potencia excede 0.1 o la tasa de distorsión armónica total aumenta en más del 2%, la configuración de la capacidad del condensador y el estado de coincidencia del parámetro del reactor deben verificarse de inmediato.