ฟังก์ชัน หลักการทำงาน และการคำนวณความจุของธนาคารตัวเก็บประจุ

1. หลักการทำงานขั้นพื้นฐาน

โหลดทางไฟฟ้าส่วนใหญ่ในระบบพลังงานทางอุตสาหกรรมเป็นโหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์อะซิงโครนัส หม้อแปลงไฟฟ้า เครื่องเชื่อม หลอดฟลูออเรสเซนต์ และแม่เหล็กไฟฟ้า ในทางไฟฟ้า โหลดเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นการรวมกันของความต้านทานและความเหนี่ยวนำที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรม เป็นผลให้กระแสโหลดล่าช้ากว่าแรงดันไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้ารีแอกทีฟอุปนัยและพลังงานรีแอกทีฟจำนวนมาก

 

กระแสรวมในวงจรประกอบด้วยสององค์ประกอบ:

ปัจจุบันใช้งานอยู่ซึ่งอยู่ในเฟสกับแรงดันไฟฟ้าและทำงานที่เป็นประโยชน์ เช่น การขับเคลื่อนมอเตอร์และการสร้างความร้อน

 

กระแสปฏิกิริยาซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าล่าช้า 90 องศา และใช้เพื่อสร้างและบำรุงรักษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้นโดยไม่เกิดการทำงานที่มีประสิทธิภาพ

แม้ว่ากระแสไฟฟ้ารีแอกทีฟจะไม่สร้างกำลังเอาท์พุตที่มีประโยชน์ แต่ยังคงใช้ความจุของหม้อแปลงและสายไฟ เพิ่มการสูญเสียของระบบ และลดคุณภาพไฟฟ้าโดยรวม นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักของการสูญเสียพลังงานในระบบไฟฟ้าทางอุตสาหกรรม

 

ในทางตรงกันข้าม กระแสของตัวเก็บประจุนำไปสู่แรงดันไฟฟ้า 90 องศา ซึ่งอยู่ตรงข้ามในเฟสกับกระแสรีแอกทีฟแบบอุปนัย เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบขนานกับโหลดแบบเหนี่ยวนำ กระแสไฟฟ้ารีแอกทีฟแบบคาปาซิทีฟจะชดเชยกระแสรีแอกทีฟแบบเหนี่ยวนำบางส่วนหรือทั้งหมด ด้วยเหตุนี้จึงสามารถชดเชยพลังงานรีแอกทีฟได้ นี่คือหลักการทำงานพื้นฐานของธนาคารตัวเก็บประจุ

2. หน้าที่หลักของธนาคารตัวเก็บประจุ

ธนาคารตัวเก็บประจุใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบจำหน่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรมแรงดันต่ำ-เพื่อปรับปรุงตัวประกอบกำลัง ลดการสูญเสียพลังงานปฏิกิริยา ปรับปรุงคุณภาพไฟฟ้า และประหยัดพลังงาน

 

หน้าที่หลัก ได้แก่ :

• การปรับปรุงตัวประกอบกำลัง

กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟแบบคาปาซิทีฟที่สร้างขึ้นโดยตัวเก็บประจุจะชดเชยกำลังรีแอกทีฟแบบเหนี่ยวนำของโหลด ซึ่งช่วยลดความแตกต่างของเฟสระหว่างแรงดันและกระแส และปรับปรุงตัวประกอบกำลังของระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ

 

• ลดการสูญเสียสายและป้องกันการโอเวอร์โหลด

ด้วยการลดกระแสรีแอกทีฟที่ไม่จำเป็นในระบบ กระแสไฟในสายทั้งหมดจะลดลงตามไปด้วย ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานในสายเคเบิลและหม้อแปลงไฟฟ้า และช่วยป้องกันโอเวอร์โหลดที่เกิดจากพลังงานรีแอกทีฟที่มากเกินไป

 

• การรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าของกริด

โหลดอุปนัยจำนวนมากมักทำให้แรงดันไฟฟ้าตกและผันผวน ซึ่งอาจส่งผลต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์ไฟฟ้า การชดเชยตัวเก็บประจุช่วยรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อให้คงที่และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟ

 

• การปล่อยความจุของหม้อแปลงไฟฟ้า

กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟครอบครองส่วนหนึ่งของความจุพิกัดของหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งจำกัดความสามารถในการจ่ายพลังงานที่ใช้งานอยู่ การชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟช่วยเพิ่มความจุของหม้อแปลงและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้อุปกรณ์

 

3. โครงสร้างตู้และการดำเนินงาน ลักษณะเฉพาะ

3.1 ส่วนประกอบหลัก

ธนาคารตัวเก็บประจุแรงดันต่ำ-มาตรฐานส่วนใหญ่ประกอบด้วย:

• ตู้ตู้
• บัสบาร์
• เบรกเกอร์วงจร
• สวิตช์แยก
• คอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ
• รีเลย์ความร้อน
• เครื่องป้องกันฟ้าผ่า
• ตัวเก็บประจุชดเชย
• เครื่องปฏิกรณ์แบบอนุกรม
• ตัวควบคุมตัวประกอบกำลังอัตโนมัติ
• เครื่องมือวัด
• ระบบสายไฟหลักและรอง
• เทอร์มินัลบล็อก

 

3.2 ลักษณะการดำเนินงาน

ธนาคารตัวเก็บประจุจะทำงานโดยอัตโนมัติภายใต้สภาวะปกติ และโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเองเป็นประจำ สตาร์ทและหยุดพร้อมกับระบบจ่ายไฟหลัก

 

ความอัจฉริยะในตัว-ตัวควบคุมตรวจสอบสภาวะโหลดและตัวประกอบกำลังของระบบแบบเรียลไทม์อย่างต่อเนื่อง ตามความต้องการพลังงานรีแอกทีฟ ระบบจะเปิดหรือปิดธนาคารตัวเก็บประจุโดยอัตโนมัติเพื่อรักษาสถานะการชดเชยที่เหมาะสมที่สุด และลดการสูญเสียพลังงานรีแอกทีฟให้เหลือน้อยที่สุด

 

สำหรับการบำรุงรักษาตามปกติ ควรมีการตรวจสอบเป็นประจำเพื่อตรวจสอบ:

• ตัวเก็บประจุน้ำมันรั่วหรือบวม
• เสียงผิดปกติหรือความร้อนสูงเกินไป
• การเชื่อมต่อสายไฟหลวม
• สายเคเบิลที่เสื่อมสภาพหรือส่วนประกอบที่เสียหาย

 

4. อันตรายจากปัจจัยพลังงานต่ำ (พลังงานปฏิกิริยาที่มากเกินไป)

หากไม่ได้ติดตั้งการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟในระบบที่มีโหลดอุปนัยขนาดใหญ่ ตัวประกอบกำลังจะลดลงอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่ปัญหาต่อไปนี้:

• กระแสไฟฟ้าในสายที่สูงขึ้นจะเพิ่มการสูญเสียความร้อนในสายเคเบิลและหม้อแปลงไฟฟ้า ส่งผลให้มีการใช้พลังงานมากขึ้นและสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้า
• แรงดันไฟฟ้าตกมากเกินไปทำให้แรงดันไฟฟ้ากริดไม่เสถียรและลดลง ซึ่งอาจส่งผลต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์ไฟฟ้า
• พลังงานรีแอกทีฟใช้ความจุของหม้อแปลงและจำกัดเอาท์พุตกำลังไฟฟ้าที่มีอยู่ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้ประโยชน์ของอุปกรณ์จ่ายไฟลดลง

 

5. วิธีการคำนวณความสามารถในการชดเชยที่ต้องการ

วิธีการวัดขนาดเชิงประจักษ์สำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม

ในการใช้งานทางวิศวกรรมภาคปฏิบัติ โดยทั่วไปความสามารถในการชดเชยที่ต้องการจะถือเป็นประมาณหนึ่งใน-หนึ่งในสามของความจุพิกัดของหม้อแปลง (หน่วย: kVAR)

ขึ้นอยู่กับลักษณะโหลดจริงและสภาวะการทำงาน โดยทั่วไปความสามารถในการชดเชยจะอยู่ในช่วง 30% ถึง 40% ของความจุพิกัดของหม้อแปลง

 

ตัวอย่าง

สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายขนาด 200 kVA:

ความสามารถในการชดเชยที่แนะนำ:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 กิโลวาร์

ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว ธนาคารตัวเก็บประจุที่มีความจุระหว่าง 60 kVAR ถึง 80 kVAR จึงได้รับการแนะนำให้ปฏิบัติตาม-ข้อกำหนดการชดเชยพลังงานรีแอกทีฟของไซต์