Technologies modernes pour la compensation de puissance réactive

Pour une utilisation rationnelle de l'électricité, il est nécessaire de fournir des méthodes économiques pour sa production, sa transmission et sa distribution avec des pertes minimales. Pour ce faire, il est nécessaire d'exclure des réseaux électriques tous les facteurs conduisant à l'apparition de pertes. L'un d'eux est le déphasage du courant circulant à partir de la tension en présence d'une charge inductive, car les charges des réseaux de transport d'électricité industriels et domestiques ont généralement une nature active-inductive.

But des systèmes compensation de puissance réactive consiste à compenser le déphasage total en introduisant une avance de phase. Ceci conduit à une diminution du courant circulant dans les réseaux et, par conséquent, à une diminution des pertes actives parasites dans les fils et le réseau de distribution. L'avance nécessaire est créée en connectant des condensateurs en parallèle avec le réseau d'alimentation. Pour une efficacité maximale, le circuit de déclenchement doit être connecté le plus près possible de la charge inductive.

Les systèmes de correction du facteur de puissance réduisent la composante réactive du courant circulant dans le réseau électrique. Lorsque la nature de la charge change, il est nécessaire de reconfigurer les circuits de correction en conséquence. Pour cela, des systèmes de correction automatique sont généralement utilisés, qui effectuent une connexion ou une déconnexion pas à pas des condensateurs de correction individuels. Image montrant schématiquement le principe d'apparition des composants réactifs dans les réseaux.

Avantages de la correction du facteur de puissance :

• Le délai d'amortissement est de 8 à 24 mois en raison de la baisse du prix de l'électricité. Les corrections réduisent la puissance réactive dans le système. La consommation d'électricité est réduite et son prix est réduit proportionnellement.

• Utilisation efficace des réseaux. Un facteur de puissance élevé signifie une utilisation plus efficace des réseaux de distribution (plus de flux de puissance nets pour la même puissance totale).

• Tension de stabilisation.

• Moins de chute de tension.

• En réduisant le courant circulant, le côté section du câble… Alternativement, dans les systèmes existants, une puissance supplémentaire peut être transmise sur un câble de section constante.

• Réduction des pertes dans la transmission d'électricité. Les dispositifs de transmission et de commutation fonctionnent avec une valeur de courant inférieure. En conséquence, les pertes ohmiques diminuent également.

Composants clés des systèmes de compensation de puissance réactive

Les condensateurs de correction du facteur de puissance fournissent l'avance de phase nécessaire pour le courant circulant, ce qui compense le retard de phase dans les circuits avec des charges inductives.Les condensateurs des circuits de correction du facteur de puissance doivent résister aux courants d'appel importants (> 100 IR) qui se produisent lors de la commutation des condensateurs. Lorsque les condensateurs sont connectés en parallèle dans la batterie, les courants d'appel deviennent encore plus élevés (> 150 IR), car le courant d'appel provient non seulement des circuits d'alimentation, mais également des condensateurs connectés en parallèle.

EPCOS AG fabrique des condensateurs avec des tensions de 230 à 800 V et des puissances de 0,25 à 100 kVAr. Ils proposent des condensateurs secs ou remplis d'huile selon les conditions de fonctionnement.

Les principales différences entre les condensateurs de ce fabricant sont :

-large plage de fonctionnement -40 ... + 55 ° C (-40 ... + 70 ° C pour les condensateurs de la série MKV);

— supporter des courants de démarrage jusqu'à 200 * In du nominal (jusqu'à 300 * In pour la série compacte PhaseCap et jusqu'à 500 * In pour la série MKV);

-durée de vie des condensateurs de 100 000 h à 300 000 h (à classe de température -40/D selon IEC 60831-1) ;

— pour les séries PhaseCap compact et MKV, le nombre d'opérations autorisé est de 10 000 par an et de 20 000, respectivement ;

— le pressostat est activé dans les 3 phases, éliminant complètement la possibilité d'un choc potentiel sur le boîtier du condenseur ;

— le fonctionnement est autorisé jusqu'à 4000 m au-dessus du niveau de la mer.

— bien sûr, la technologie de l'auto-guérison, de la coupe des ondes, etc. sont présents

Contrôleurs

Les contrôleurs modernes de correction du facteur de puissance sont basés sur des microprocesseurs. Le microprocesseur analyse le signal du transformateur de courant et donne des commandes pour contrôler les batteries de condensateurs en connectant ou déconnectant des condensateurs individuels ou des batteries entières.La gestion intelligente des condensateurs de correction permet non seulement d'assurer la pleine charge maximale des batteries de condensateurs, mais également de minimiser le nombre de commutations et ainsi d'optimiser la durée de vie de la batterie de condensateurs.

Dans la gamme de produits de la société EPCOS AG, il existe des contrôleurs 4x, 6 (7m), 12 (13) pas pour contrôler les contacteurs électromécaniques et à thyristors. Il existe également des versions combinées capables de commuter simultanément les deux types de contacteurs. A la demande du client, les contrôleurs sont équipés d'une interface pour se connecter à un ordinateur ou à un système AMR.

Les principales différences entre les contrôleurs de ce fabricant sont :

-menu texte-numérique en russe;

— l'affichage à cristaux liquides fonctionne bien à basse température ;

— il y a un rétroéclairage sur l'écran ;

— fixer et mémoriser les principaux paramètres qui influent sur la durée de vie des condensateurs (surtension, échauffement, harmoniques de courant et de tension jusqu'à 19 inclus, le nombre de démarrages et le temps de fonctionnement de chaque étage)

— il existe des fonctions de protection et d'arrêt du système de compensation lorsque des paramètres sont dépassés, ce qui affecte la durée de vie des condensateurs et bien d'autres

Des modèles simplifiés et moins chers sont également disponibles pour une utilisation dans des systèmes plus simples.

Dispositifs de commutation

Les contacteurs électromécaniques ou à thyristor sont utilisés pour commuter les condensateurs dans les systèmes de redressement standard ou les condensateurs et les selfs dans les systèmes désaccordés. L'inclusion dans les circuits de puissance se fait soit à l'aide de contacts mécaniques, soit à l'aide de dispositifs semi-conducteurs.La commutation électronique est préférée, en particulier lorsqu'une commutation rapide est requise dans les systèmes de correction dynamiques. Par exemple, si la charge principale du réseau électrique est constituée de machines à souder.

Les contacteurs électromécaniques fabriqués par EPCOS AG sont disponibles dans des capacités allant jusqu'à 100 kvar. Les contacteurs à thyristor ont aujourd'hui la gamme la plus large : 10 kvar, 25 kvar, 50 kvar, 100 kvar, 200 kvar pour le 400V et 50 kvar et 200kvar pour le fonctionnement dans les réseaux 690V.

Accélérateurs

Les réseaux de distribution présentent souvent des distorsions harmoniques causées par l'utilisation d'appareils électroniques modernes qui créent une charge non linéaire. Ces dispositifs peuvent être, par exemple, des entraînements électriques contrôlés, des alimentations sans interruption, des ballasts électroniques, des machines à souder, etc. Les harmoniques peuvent être dangereuses pour les condensateurs dans les circuits redresseurs, en particulier si les condensateurs fonctionnent à une fréquence de résonance. L'inclusion d'un starter en série avec un condensateur de correction vous permet d'ajuster quelque peu la fréquence de résonance dans le système et d'éviter de l'endommager.

Les 5e et 7e harmoniques sont particulièrement critiques (250 et 350 Hz dans un réseau 50 Hz). Les pas de condensateur dérangés réduisent la distorsion harmonique dans les circuits de puissance.

La gamme de selfs d'EPCOS AG a des capacités de 10 à 200 kvar.

Accessoires

La gamme de produits EPCOS AG comprend également des accessoires pour la construction de systèmes de correction de puissance réactive selon des exigences particulières :

— capuchons et boîtiers de protection pour augmenter le degré de protection des condensateurs à IP64 ;

— selfs de décharge, permettant de rendre la vitesse du système de correction de puissance réactive d'environ 1 seconde sans réduire la durée de vie des condensateurs et des résistances et selfs de décharge spéciales pour les systèmes à contacteurs à thyristor ;

— des dispositifs qui permettent, contrairement au transformateur sommateur, de contrôler un système de 4 systèmes de correction à la fois ;

— adaptateurs pour connecter le contrôleur à la tension secteur

Les 13 principaux facteurs dans la construction d'un correcteur

Cela vaut la peine d'y prêter attention lors de la conception ou du choix de la bonne installation pour vous-même :

1. Déterminez la puissance efficace requise (kvar) du condensateur pour la correction du facteur de puissance.

2. Concevez la batterie de condensateurs de manière à fournir la capacité de l'échelon de commutation dans les 15 … 20 % de la puissance requise. Il n'est pas nécessaire de s'assurer que les condensateurs sont commutés par incréments de 5% ou 10%, car cela n'entraînera qu'une fréquence de commutation élevée, mais n'affectera pas sensiblement la valeur du facteur de puissance.

3. Essayez de concevoir une batterie de condensateurs avec des valeurs de résolution standard, de préférence des multiples de 25 kvar.

4. N'oubliez pas de respecter les distances minimales autorisées entre les condensateurs (20 mm) et protégez-les avec des écrans ou à une distance suffisante de l'échauffement par d'autres éléments du système.

5. La température dans la zone d'installation des condensateurs ne doit pas dépasser 35 ? C. Sinon, leur durée de vie sera réduite.

N'oubliez pas qu'un échauffement prolongé d'un condensateur de seulement 7°C au-dessus de la norme réduit sa durée de vie de 2 fois !

6.Mesurez les courants harmoniques dans le câble d'alimentation sans condensateur de correction et à différentes charges. Déterminez la fréquence et l'amplitude maximale de chacune des harmoniques présentes. Calculer la distorsion harmonique totale du courant : THD-I = 100 · SQR · [(I3) 2 + (I5) 2 + … + (IR) 2] / I1

7. Calculez les coefficients individuels de chacune des harmoniques : THD-IR = 100 IR / I1

8. Mesurez la présence d'harmoniques dans la tension d'alimentation à l'extérieur du système. Si possible, mesurez-les du côté haute tension. Calculer la distorsion harmonique totale de la tension : THD-V = 100 · SQR · [(V3) 2 + (V5) 2 + … + (VN) 2] / V1

9. Niveau harmonique (mesuré sans condensateur) supérieur ou inférieur THD-I> 10% ou THD-V> 3%.

Si OUI, utilisez un filtre défini et passez à l'étape 7.

Si NON, utilisez un correcteur standard et ignorez les étapes 10, 11 et 12.

10. Niveau de 3e harmonique de courant I3> 0,2 · I5

Si OUI, utilisez un filtre avec p = 14% et ignorez l'étape 8.

Si NON, utilisez un filtre avec p = 7 % ou 5,67 % et passez à l'étape 8.

11. Si THD -V = 3 … 7% — vous avez besoin d'un filtre avec p = 7%

> 7 % — un filtre avec p = 5,67 % est requis

> 10 % — conception de filtre spéciale requise. Veuillez contacter le bureau de représentation d'EPCOS AG en Russie et dans les pays de la CEI.

Ne lésinez pas sur les selfs en présence d'harmoniques sur le réseau électrique ! Comme le montre la pratique, cette «économie» entraînera la défaillance des condensateurs dans les 6 à 10 mois! Le remplacement des condensateurs, en tenant compte du coût d'installation, coûtera le même prix que celui qui ira à l'installation initiale des selfs !

12.Sélectionnez les composants appropriés à l'aide des tableaux développés par EPCOS (ou l'assistance du représentant de l'entreprise) pour les correcteurs de filtre ajustés et les valeurs standard pour la puissance effective, la tension de ligne, la fréquence et un facteur p prédéterminé.

Utilisez toujours uniquement des composants EPCOS authentiques conçus pour créer des facteurs de puissance de filtre corrigés. Veuillez noter que les inductances sont spécifiées pour leur puissance effective pour la tension et la fréquence d'alimentation sélectionnées. Cette puissance est la puissance effective du circuit LC à la fréquence fondamentale.

La tension nominale des condensateurs de filtrage désaccordés doit être supérieure à la tension d'alimentation, car la connexion en série de l'inductance provoquera une surtension.Les contacteurs de condensateur sont spécialement conçus pour un fonctionnement fiable avec des charges capacitives et doivent fournir un courant de démarrage réduit.

13. Des fusibles ou des fusibles électromagnétiques automatiques peuvent être utilisés comme dispositifs de protection contre les courts-circuits. Les fusibles ne protègent pas les condensateurs contre les surcharges. Ils sont uniquement destinés à la protection contre les courts-circuits. Le courant de déclenchement du fusible doit dépasser le courant nominal du condensateur de 1,6 ... 1,8 fois.