Lampy wyładowcze muszą być zasilane statecznikami ograniczającymi prąd. Transformatory rozproszeniowe są stosowane głównie do niskociśnieniowych lamp sodowych, wszystkie pozostałe lampy wyładowcze są wyposażone w dławiki jako stateczniki. Dzięki temu cosj dla dławików wynosi ~0,5 i około 0,3 dla transformatorów rozproszeniowych. Stateczniki elektryczne do świetlówek nie wymagają żadnej kompensacji.
Ważne: Ze względu na nieliniowy pobór prądu należy spodziewać się problemów wynikających z oscylacji wyższych harmonicznych, szczególnie w przypadku dużej liczby lamp (patrz temat składowe harmoniczne).
Kondensatory jednofazowe mogą być łączone równolegle lub szeregowo w celu kompensacji stateczników indukcyjnych.
W przypadku indywidualnego połączenia z jedną lampą i szeregowego połączenia dwóch lamp (połączenie tandemowe), kondensator jest podłączony równolegle z lampą, napięcie znamionowe kondensatora (230 V) jest równe napięciu sieciowemu.
Ważne: Sieciowe kondensatory równoległe tworzą obwód oscylujący z biernymi impedancjami sieciowymi. Może to wzmocnić drgania wyższych harmonicznych i zniszczyć urządzenia sterujące częstotliwością akustyczną (patrz oddzielny temat).
Szczególnie ekonomiczny obwód podwójnego łączenia wymaga tylko jednego kondensatora na dwie lampy. Jedno odgałęzienie jest pozostawione jako indukcyjne, podczas gdy drugie jest kompensowane pojemnościowo. Kondensator musi być zaprojektowany na wyższe napięcie znamionowe (450V) ze względu na wzrost napięcia spowodowany szeregowym podłączeniem indukcyjności i pojemności.
Zakłócenia wywołane rezonansem, takie jak w przypadku kondensatorów połączonych równolegle, nie występują. Ponadto poprawia się ogólnie pulsacja poszczególnych lamp i unika się efektów stroboskopowych możliwych podczas eksploatacji obracających się (części) maszyn.
Z tego powodu zalecane jest połączenie szeregowe kondensatora i statecznika (dławika).
Rys.12: Pojedynczy obwód, kondensator jest podłączony równolegle do lampy, np. LPM (kondensator równoległy) o napięciu znamionowym 230V.
Rys.13: Połączenie szeregowe (połączenie tandemowe), kondensator jest podłączony równolegle do lamp, np. LPM o napięciu znamionowym 230V.
Rys.14: Połączenie typu Duo, kondensator jest połączony szeregowo z lampami, np. LPMI (kondensator szeregowy)
Tabela doboru dla lamp wyładowczych
Tabela przedstawia odpowiedni kondensator dla każdego typu lampy.
Ważne: do stateczników o niskiej stratności stosowane są kondensatory szeregowe o mniejszych pojemnościach niż podane w tabeli. Wartości mogą się różnić w zależności od producenta lampy. Decydująca jest zawsze wartość pojemności podana na dławiku.
Najczęściej spotykane kondensatory szeregowe do stateczników o niskich stratach:
| 18W | 2,7µF/480V | |
| 36W | 3,4µF/450V | 3,5µF/450V |
| 58W | 5,3µF/450V | 5,4µF/450V |
| Moc lamp [W] | Kon. równ. Poj. [µF] |
Kon.szereg. Poj. [µF] |
| Jarzeniówki | ||
| 4 do 16 | 2,0/230V | – |
| 18 do 20 | 4,5/230V | 2,9/450V |
| 36 do 40 | 4,5/230V | 3,6/450V |
| 58 do 65 | 7,0/230V | 5,7/450V |
| Lampy metalohalogenkowe | ||
| 35 | 6,0/230V | – |
| 70 | 12,0/230V | – |
| 150 | 20,0/230V | – |
| 250 | 32,0/230V | – |
| 400 | 35,0/230V | – |
| 1000 | 85,0/230V | – |
| 2000 | 60,0/380V | – |
| 3500 | 100,0/380V | – |
| Lampy rtęciowe wysokoprężne | ||
| 50 | 7,0/230V | – |
| 80 | 8,0/230V | – |
| 125 | 10,0/230V | – |
| 250 | 18,0/230V | – |
| 400 | 25,0/230V | – |
| 700 | 40,0/230V | – |
| 1000 | 60,0/380V | – |
| Lampy sodowe niskoprężne | ||
| 18 | 5,0/230V | – |
| 35 | 20,0/230V | – |
| 55 | 20,0/230V | – |
| 90 | 25,0/230V | – |
| 135 | 45,0/230V | – |
| 150 | 20,0/230V | – |
| 180 | 40,0/230V | – |
| Lampy sodowe wysokoprężne | ||
| 50 | 8,0/230V | – |
| 70 | 12,0/230V | – |
| 100 | 12,0/230V | – |
| 150 | 20,0/230V | – |
| 250 | 32,0/230V | – |
| 400 | 50,0/230V | – |
| 1000 | 100,0/230V | – |
Kompensacja grupowa lamp wyładowczych
Jeżeli kilka lamp wyładowczych jest załączanych jednocześnie, można zastosować wspólny trójfazowy kondensator grupowy o napięciu znamionowym 440 V z symetrycznym rozdziałem.
Moc kondensatora:
QC – moc kondensatora w kVar
n – liczba lamp, podzielona na trzy fazy
C – pojemność równoległa na 1 lampę w [µF]
Przykład: 24 świetlówki po 58 W każda
Rys.15: Kompensacja grupowa kilku trójfazowych dzielonych lamp wyładowczych (np. z kondensatorem mocy LKT z akcesoriami)
Indywidualna kompensacja transformatorów
Wytyczne zakładów energetycznych dotyczące dopuszczalnej wielkości kondensatorów podłączonych na stałe do transformatora różnią się w zależności od regionu. Dlatego zaleca się skonsultowanie się z odpowiednim rejonem energetycznym przed zainstalowaniem takiej kompensacji. Transformatory o nowoczesnej konstrukcji posiadają płyty rdzeniowe, które do ponownego namagnesowania wymagają małej mocy. Jeśli moc kondensatora jest zbyt duża, może dojść do wzrostu napięcia podczas pracy jałowej.
Dobrze nadają się baterie kondensatorów wyposażone w rozłącznik bezpiecznikowy. Przy podłączaniu kondensatorów z rozłącznikami bezpiecznikowymi bezpośrednio do zacisków transformatora należy pamiętać, że przewód zasilający kondensator musi być zaprojektowany dla pełnej mocy zwarciowej.
| Moc znamionowa transformatora [kVA] | Moc kondensatora [kVar] |
| 100 – 160 | 2,5 |
| 200 – 250 | 5,0 |
| 315 – 400 | 7,5 |
| 500 – 630 | 12,5 |
| 800 | 15,0 |
| 1000 | 20,0 |
| 1250 | 25,0 |
| 1600 | 35,0 |
| 2000 | 40,0 |
Tabela 3: Wartości orientacyjne dla indywidualnej kompensacji transformatorów zgodnie z VDEW
Bateria kondensatorów może być podłączona bezpośrednio do zacisków transformatora. Przewód zasilający kondensator musi być zaprojektowany na pełną moc zwarciową.
Ważne: Rozłączniki bezpiecznikowe pracują przy obciążeniu czysto pojemnościowym. Aby uniknąć powstania łuku elektrycznego nigdy nie należy ich rozłączać pod obciążeniem.
Jeśli ma być możliwe odłączenie kondensatora nawet przy włączonym transformatorze, należy zastosować kondensator mocy z wyłącznikiem automatycznym.
Rys.16: Przykład stałej kompensacji transformatora
Indywidualna kompensacja silników
Moc kondensatora powinna odpowiadać około 90% mocy pozornej silnika na biegu jałowym. Wymagana moc kondensatora:
[Var] = [V] [A]
I0 – prąd biegu jałowego silnika
W ten sposób przy pełnym obciążeniu osiągany jest współczynnik mocy wynoszący około 0,9, a przy biegu jałowym 0,95 – 0,98. Zgodnie z zaleceniami VDEW, wartości orientacyjne w tabeli 4 dotyczą silników asynchronicznych z 1500 [obr/min]. Dla silników z 1000 min-1 wartość w tabeli powinna być zwiększona o 5%, dla silników z 750 [obr/min] o 15%.
| Moc znamionowa silnika [kW] | Moc kondensatora [kVar] |
| 1 do 1,9 | 0,5 |
| 2 do 2,9 | 1 |
| 3 do 3,9 | 1,5 |
| 4 do 4,9 | 2 |
| 5 do 5,9 | 2,5 |
| 6 do 7,9 | 3 |
| 8 do 10,9 | 4 |
| 11 do 13,9 | 5 |
| 14 do 17,9 | 6 |
| 18 do 21,9 | 7,5 |
| 22 do 29,9 | 10 |
| 30 do 39,9 | ok. 40% mocy silnika |
| od 40 | ok. 35% mocy silnika |
Tabela 4: Wartości orientacyjne dla indywidualnej kompensacji silników zgodnie z VDEW
Ważne: W przypadku maszyn kompensowanych indywidualnie, gdzie kondensator jest bezpośrednio podłączony do zacisków silnika, moc kondensatora nie może być nigdy zbyt wysoka. Jest to szczególnie ważne, gdy maszyna posiada duże koła zamachowe i nadal pracuje po wyłączeniu. Kondensator równoległy może pobudzić maszynę jako generator i mogą wystąpić niebezpieczne przepięcia. Może dojść do uszkodzenia zarówno kondensatora, jak i silnika.
W najprostszym przypadku kondensator jest podłączony bezpośrednio do zacisków silnika. Nie ma potrzeby stosowania specjalnego bezpiecznika dla kondensatora, ponieważ bezpiecznik silnika chroni również kondensator. W przypadku zainstalowania wyłącznika silnikowego zaleca się skorygowanie prądu zadziałania do niższej wartości.
Zredukowany prąd zadziałania:
Ith = nastawiony prąd zadziałania [A]
IN = prąd znamionowy silnika wg. tabliczki znamionowej [A]
cos ϕ1 = cos ϕ zg. z tabliczką znamionową
cos ϕ2 = cos ϕ z kompensacją (ok. 0,95)
Ze względu na niską rezystancję uzwojenia silnika, kondensator rozładowuje się bezpośrednio, rezystory rozładowcze nie są wymagane.
Rys. 17: Przykład stałej kompensacji silnika
Indywidualna kompensacja wind i urządzeń dźwigowych
Windy i wciągniki współpracują z urządzeniami bezpieczeństwa, np. z magnesem zwalniającym hamulec, który w przypadku awarii zasilania szybko go uruchamia. Kondensator podłączony równolegle do silnika może spowolnić lub całkowicie uniemożliwić wyhamowanie urządzenia ze względu na pozostałą w nim energię. Dlatego kondensatory mogą być instalowane tylko przed urządzeniami łącznikowymi. Dla kondensatora należy zastosować oddzielny stycznik z urządzeniem do szybkiego rozładowania. Szybkie rozładowanie może być realizowane albo przez dławik podłączony bezpośrednio do kondensatora lub przez rezystory rozładowcze przełączane za pomocą stycznika.
Blokada po stronie sterowania musi zapobiegać ponownemu załączeniu kondensatora przed upływem czasu rozładowania.
Ze względu na częstotliwość przełączania i związane z tym zużycie stycznika zaleca się stosowanie stopni kondensatorów z przełącznikami elektronicznymi. Kondensatory są załączane i wyłączane przy przejściu przez 0, dzięki czemu można realizować czasy reakcji w zakresie milisekund.
Rys. 18: Silnik windy z własnym stycznikiem kondensatorowymi urządzeniem do szybkiego rozładowania
Przełącznik gwiazda-trójkąt
Przy zastosowaniu trójfazowych kondensatorów mocy należy wybrać ręcznie obsługiwane przełączniki gwiazda-trójkąt w wersji przeznaczonej do przełączania silników z indywidualną kompensacją.
Mostki kontaktowe muszą być zaprojektowane w taki sposób, aby podczas przełączania z gwiazdy na trójkąt nie występowały krótkie przerwy.
Powoduje to powstanie zbyt dużych prądów przeładowania które mogą spowodować uszkodzenie zarówno kondensatora jak i przełącznika.
Jeśli przełącznik znajduje się w pozycji zerowej (wyłączony), mostek gwiazdy nie może być zamknięty, aby kondensator nie był zwarty.
Rys. 19: Ręcznie obsługiwany przełącznik gwiazda-trójkąt. Wersja specjalna dla silników z indywidualną kompensacją
Kombinacje styczników gwiazda-trójkąt
W przypadku kombinacji stycznika gwiazda-trójkąt, tak jak w przypadku przełączników gwiazda-trójkąt, należy zapewnić, aby podczas przełączania nie występowały krótkie przerwy, tzn. stycznik sieciowy musi pozostać załączony. Gdy silnik jest wyłączony, mostek do układu gwiazdy musi być otwarty. Kondensator może być podłączony do wyjścia stycznika sieciowego lub do zacisków U1 – V1 – W1 silnika, ale nie do zacisków W2 – U2 – V2, gdzie byłby zwarty przez mostek do układu gwiazdy.
Rys. 20: Pojedynczo skompensowany silnik ze stycznikiem gwiazda-trójkąt
Ważne: Moc kondensatora nigdy nie może być zbyt wysoka. Jest to szczególnie ważne, gdy maszyna posiada duże koła zamachowe i nadal pracuje po wyłączeniu. Kondensator równoległy może pobudzić maszynę jako generator i mogą wystąpić niebezpieczne przepięcia. Może dojść do uszkodzenia zarówno kondensatora, jak i silnika. Z tego powodu przy rozruchu gwiazda-trójkąt należy unikać sytuacji, w której mostek do układu gwiazdy pozostaje zamknięty, w stanie rozłączonym. Jeśli maszyna jest wzbudzana jako generator w układzie gwiazdy, należy spodziewać się nawet wyższych napięć niż w połączeniu w układzie trójkąt.
Systemy regulacji mocy biernej
Systemy regulacji mocy biernej składają się z następujących elementów:
- regulator mocy biernej
- stopnie kondensatorów uruchamiane przez stycznik lub przełącznik elektroniczny
- dławiki filtrujące, jeśli to konieczne
- w razie potrzeby eliminatory szeregowe częstotliwości akustycznych
- wkładki bezpiecznikowe
- dla systemów dławikowych z wentylatorem filtrującym sterowanym termostatem
Komponenty mogą być montowane na płycie montażowej lub jeśli wymagana jest rozbudowa w technologii modułowej, w szafie rozdzielczej.
System sterowania mocą bierną jest stosowany w sieciach o stale zmieniającym się zapotrzebowaniu na moc bierną. Moc kondensatora jest podzielona na kilka stopni przełączania i dostosowana do obciążenia przez automatyczny sterownik mocy biernej za pomocą styczników lub przełączników elektronicznych.
Centralnie umieszczona kompensacja może być łatwo monitorowana. Nowoczesne regulatory mocy biernej pozwalają na ciągłe monitorowanie stanu przełączania, cos φ oraz prądów czynnego i biernego, jak również składowych harmonicznych zawartych w sieci.
W większości przypadków wystarcza mniejsza moc całkowita kondensatorów, ponieważ w konstrukcji można uwzględnić współczynnik jednoczesności całego układu. Zainstalowana moc kondensatorów jest wykorzystana optymalnie.
Rys. 21: Przykład systemu sterowania mocą bierną w technologii modułowej
