Индуктивные элементы с малыми потерями и экономическая эффективность компенсации реактивной мощности
Индуктивные элементы, присутствующие в устройствах компенсации реактивной мощности, являются основным источником потерь активной мощности компенсаторов. Использование современных технологических решений в процессе производства дросселей определяет экономическую эффективность компенсации реактивной мощности. Компания TRAFECO Sp. J. является производителем компенсационных дросселей с низкими потерями типа 3RTC и резонансных дросселей типа 3RTR, предназначенных для использования в устройствах компенсации реактивной мощности.
Фактическая стоимость индуктивных элементов
Фактическая стоимость компенсационных дросселей включает в себя инвестиционную и эксплуатационную составляющие. Инвестиционная составляющая себестоимости, используемая производителями во время игры на рынке, — это цена дросселя, которая является небольшой долей общих затрат. Скрытой или недостаточно четко сформулированной является стоимость эксплуатации индуктивных элементов как прямой результат их конструкции. Индукционные дроссели, присутствующие в компенсационных устройствах, определяют их эффективность, поскольку именно они являются основным источником потерь мощности в устройстве. Снижение избыточных фактических потерь мощности дросселей не только влияет на долговечность и надежность компенсационного устройства, но, прежде всего, улучшает экономический результат всего процесса компенсации.
Стремление снизить цену индуктивных элементов подталкивает производителей к дальнейшему упрощению конструкций дросселей. Это приводит к появлению низкокачественных индуктивных элементов с большими потерями, в которых динамика приращения потерь с появлением в цепи высших гармоник тока и напряжения очень высока. Дополнительные потери в таких конструктивно и технологически упрощенных индуктивных элементах растут очень быстро и часто являются причиной повреждения или неправильной работы компенсирующих устройств. В таблице 1 приведено сравнение общей стоимости компенсационного дросселя мощностью 50 кВАр в классическом исполнении и дросселя с низкими потерями. Предполагалось, что дроссель работает 12 ч/день, а цена электроэнергии составляет 70гр/кВтч. Снижение потерь значительно уменьшает большие эксплуатационные расходы, которые за несколько лет в три раза превышают стоимость приобретения дросселя. Изготовление компенсационного дросселя с низкими потерями влечет за собой увеличение инвестиционных затрат на 25%, что в сумме составляет около 2000 злотых. Однако конструкция дросселя с низкими потерями позволяет снизить эксплуатационные расходы почти на 30%, т.е. за пятилетний период эксплуатации мы экономим почти 7 700 злотых. Как видите, эксплуатационные расходы — это большие потери энергии, которые необходимо учитывать при балансировании планируемой экономии от компенсации реактивной мощности.
Компенсационный дроссель типа 3RTC с низкими потерями и многощелевыми сердечниками с многощелевой в технологии CorECOTM для снижения потерь.
Резонансные и компенсационные дроссели с низкими потерями
Компенсационные и резонансные дроссели (рис. 2 ), как элементы компенсационных устройств, работают в совершенно разных условиях в зависимости от параметров электроэнергии в точке подключения к сети [1].
Потери в дросселе сильно зависят от нелинейных искажений в токе дросселя. При расчетах чрезвычайно важно правильно определить спектр гармоник тока в цепи дросселя и амплитуды этих гармоник в соответствии с реальными условиями эксплуатации.
Только если при проектировании учитывается реальная форма напряжения и тока, дроссель будет работать правильно, достигать предполагаемых температур, а рассчитанные потери подтвердятся в процессе эксплуатации. [2,3]. Хорошим решением является проведение измерений электрических параметров в планируемом месте установки дросселя, что позволит однозначно и безошибочно определить условия работы индуктивных элементов.
В обмотке дросселя, в котором протекают гармонические токи относительно высоких частот, возникает скин-эффект (англ. «Skin effect») и эффект близости (англ. Pro-ximity effect). Эти эффекты оказывают существенное влияние на величину потерь в обмотках дросселей и их понимание позволяет правильно спланировать укладку проводов. Скин-эффект индуцирует протекание тока только в поверхностном слое проводов, и толщина проводящего слоя уменьшается с увеличением частоты.
Скин-эффект можно уменьшить с помощью использования обмоток, сформированных в жгут параллельных изолированных проводов. Поперечное сечение отдельного провода в жгуте определяется в зависимости от глубины проникновения тока на поверхности провода. Глубина проникновения тока (1) зависит от частоты (f), магнитной проницаемости (μ, μo, μr) и проводимости (σ) проводника [4].
Потери в магнитном сердечнике дросселя состоят из основных гистерезисных потерь и потерь на вихревые токи, а также дополнительных потерь, связанных с рассеянием потока, особенно возникающих в местах разрывов в сердечнике. Уменьшение потерь на вихревые токи путем пакетирования сердечника из тонких изолированных пластин в случае дросселей недостаточно. В областях в зоне зазоров происходит изменение направления потока, что создает дополнительные потери на вихревые токи в материале сердечника, обмотке и в элементах конструкции.
Магнитные и магнитострикционные силы возникают в магнитном сердечнике с периодическим изменением направления магнитного потока. Величина магнитных и магнитострикционных сил зависит от максимальных локальных значений магнитной индукции в сердечнике. Действующие силы вызывают переменные напряжения в пластинах сердечника, что приводит к вибрации элементов конструкции и возникновению акустического поля вокруг дросселя. CorECOTM — это технология сборки и пакетирования многощелевых сердечников дросселей с малыми потерями, которая позволяет резко уменьшить потери в сердечнике при одновременном снижении напряженности акустического поля вокруг дросселя [5]. Снижение потерь достигается за счет использования нескольких узких зазоров и оптимизации их размещения [6,7].
Скачать PDF
M. Лукевский — Энергетическое оборудование 7/2017
