Les pertes d'électricité, les factures d'énergie élevées et la tension instable - ce ne sont que quelques problèmes qu'un mauvais facteur de puissance peut causer dans un système de distribution électrique.
Un condensateur de shunt améliore le facteur de puissance et stabilise la tension en fournissant une puissance réactive directement dans le système. Cela entraîne une meilleure efficacité, une baisse des pertes et une réduction des coûts opérationnels.
Lorsqu'ils sont utilisés correctement, les condensateurs de shunt peuvent être l'un des moyens les plus simples et les plus rentables d'optimiser un système de distribution d'énergie. Explorons comment ils fonctionnent, comment ils sont connectés et où ils sont mieux appliqués.
Comment fonctionne un condensateur de shunt?
Les systèmes électriques souffrent souvent d'un faible facteur de puissance, ce qui entraîne une mauvaise efficacité et une augmentation des déchets d'énergie.
Un condensateur de shunt fonctionne en injectant la puissance réactive principale dans le système électrique, compensant la puissance de retard causée par des charges inductives comme les moteurs et les transformateurs.
Compensation de puissance réactive
Lorsque des charges comme les moteurs fonctionnent, ils tirent à la fois une puissance réelle (KW) et une puissance réactive (KVAR). Le composant réactif ne fait aucun travail utile, mais il est nécessaire pour les champs magnétiques à l'intérieur de ces appareils. Cette demande supplémentaire entraîne des pertes et des chutes de tension plus élevées.
En connectant un condensateur de shunt à travers l'alimentation, il libère la puissance réactive à la ligne. La demande actuelle totale sur la source réduit, qui:
- Améliore le facteur de puissance 1 (plus proche de 1)
- Réduit les pertes actuelles (pertes I²R)
- Augmente la stabilité de la tension
- Améliore l'utilisation du transformateur
Exemple du monde réel
Dans nos projets pour les fonderies en aluminium et les usines d'acier, nous avons constaté une réduction de 20% des pénalités des services publics les de condensateur de shunt de tension moyenne .
Comment un condensateur de shunt s'est-il connecté?
Une installation incorrecte peut transformer un condensateur utile en danger. La sécurité, les performances et la fiabilité à long terme dépendent de méthodes de connexion appropriées.
Les condensateurs de shunt sont généralement connectés en parallèle avec la charge. Cela leur permet de fonctionner en continu et de fournir une puissance réactive directement à la ligne de distribution.
Techniques de connexion
Selon les niveaux de tension et le type de système, les méthodes de connexion varient:
| Niveau de tension | Type de connexion | Notes |
|---|---|---|
| Basse tension (<1kV) | Parallèle direct à travers la charge | Généralement monté sur panneau |
| Tension moyenne (1–10kV) | Banques de condensateurs enclins aux métaux | Souvent fondé Wye ou Delta |
| Haute tension (> 10kV) | Banques de condensateur à rack ou à conteneurisation | Comprend souvent des fusibles et des réacteurs |
Protection et commutation
- FUSE : Protéger contre les défauts de surintensité et internes.
- Réacteurs désaccordés : Empêchez la résonance dans les systèmes riches en harmonique.
- Contacteurs ou disjoncteurs : utilisés pour la commutation automatique ou manuelle.
- Thyristors (TSC) : permettez une connexion rapide et sans pas dans les systèmes de charge dynamique.
Conseil du terrain
Nous avons rencontré une fois un client qui a connecté une banque de condensateurs sans détourner des réacteurs dans une plante sidérurgique. Cela a entraîné une surchauffe des condensateurs due à une amplification harmonique. Après avoir ajouté un réacteur désaccordé à 7%, la durée de vie du condensateur s'est étendue et la distorsion harmonique a chuté de 40%.
Applications de condensateurs shunt
Toutes les industries n'utilisent pas le pouvoir de la même manière, mais la plupart partagent un défi commun: les charges inductives.
Les condensateurs de shunt sont largement utilisés dans les usines industrielles, les sous-stations et les services publics pour améliorer le facteur de puissance, stabiliser la tension et réduire les pertes.
Cas d'utilisation typiques
1. Correction du facteur de puissance industrielle
Les usines avec de nombreux moteurs et machines de soudage souffrent souvent d'un faible facteur de puissance. L'ajout de condensateurs de shunt les aide à éviter les pénalités des services publics et à améliorer la capacité du système.
2. Systèmes d'énergie renouvelable
Dans les parcs solaires ou éoliens, la stabilité de la tension 3 peut fluctuer. Les condensateurs aident à lisser la tension en fournissant un support réactif.
3. Réseaux de distribution et de sous-station
Les services publics installent des banques de condensateurs le long des lignes d'alimentation pour maintenir la tension dans des limites acceptables, en particulier pendant les périodes de charge de pointe.
4. Stations de pompage et d'exploitation d'eau
Les charges mécaniques lourdes créent des problèmes de facteur de puissance. Les banques de condensateurs prennent en charge un fonctionnement efficace en garantissant aux moteurs la tension requise.
Instantané de l'étude de cas
| Zone de demande | Type de condensateur | Avantages |
|---|---|---|
| Aluminium | Condensateur de shunt de 160 mvar | 15% de réduction des pertes d'énergie |
| Parc éolien | Banque fermée de 10 mvar | Fluctuation de tension stabilisée |
| Mangeoire de grille de ville | 650kvar montés sur la perche x 3 | Réduction des pertes de ligne de 12% |
| Aciérial | Banque de filtre désaccordé 36mvar | Harmoniques contrôlées en dessous de 5% |
Quelle est la différence entre le condensateur de la série et le condensateur de shunt?
Certains ingénieurs confondent les séries et les condensateurs de shunt - ils servent des objectifs différents et sont connectés différemment.
Un condensateur de shunt améliore le facteur de puissance en fournissant une puissance réactive. Un condensateur de série réduit l'impédance des lignes pour améliorer la stabilité de la tension et augmenter la capacité de transmission.
Différences clés expliquées
| Fonctionnalité | Condensateur de shunt | Condensateur de la série |
|---|---|---|
| Méthode de connexion | Parallèle à la charge | En série avec ligne de transmission |
| Fonction principale | Compensation de puissance réactive | Support de tension, réduction de l'impédance de ligne |
| Impact sur le facteur de puissance | Améliore le PF en retard | N'a aucun effet significatif sur PF |
| Sensibilité harmonique | Haut, a souvent besoin de filtrage | Plus bas, mais a toujours besoin d'une protection |
| Application | Systèmes de distribution, plantes | Systèmes de transmission à haute tension |
| Contrôle et commutation | Simple ou automatique via l'appareillage de commutation | Nécessite des systèmes de protection avancés |
Pourquoi ça compte
Le choix du mauvais type conduit à une sous-performance ou même à une défaillance du système. Pour les réseaux de distribution et les usines industrielles, les condensateurs de shunt sont presque toujours le bon choix. En revanche, les condensateurs 4 S sont réservés aux lignes de transmission à haute tension longue distance, en particulier lorsque le flux de puissance doit être amélioré sans construire de nouvelles lignes.
Conclusion
Les condensateurs de shunt sont des outils essentiels dans la distribution électrique moderne. Ils offrent un moyen rentable de stimuler l'efficacité, de stabiliser la tension et de réduire les coûts énergétiques.
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