Компенсации реактивной мощности: Компенсация реактивной мощности: способы и средства

Содержание

Что такое реактивная мощность и её компенсация

17.08.2017

Что такое реактивная мощность и что с ней делать.

Асинхронные двигатели, трансформаторы, газоразрядные и люминесцентные лампы, индукционные и дуговые печи и т.д. в силу своих физических свойств вместе с активной энергией потребляют из сети также и реактивную энергию, которая необходима для создания электромагнитного поля. В отличие от активной энергии, реактивная не преобразуется в другие виды – механическую или тепловую – и не выполняет полезной работы, однако вызывает потери при ее передаче. На Рис.1 изображены направления протекания тока при работе с реактивными нагрузками.

Тепловой компонент = полезная работа, циркулирующий компонент работы не совершает

Рис.1. Полная мощность.

Наличие в сети реактивной мощности (Q, Вар) характеризуется коэффициентом мощности (PF, cos ф) и является соотношением активной (P, Вт) к полной (S, ВА). Ниже можно увидеть зависимость полной мощности от ее составляющих как на векторной диаграмме, так и на более житейском уровне – бокале пива, где пиво является активной составляющей, а пена – реактивной. Никто же не хочет иметь бокал только с пеной?

Что такое коэффициент мощности?

Рис.2. Треугольник мощностей. Расчет коэффициента мощности.

При низких значениях коэффициента мощности в сети будет возникать ряд нежелательных явлений, которые могут привести к существенному уменьшению срока службы оборудования. Рекомендуется иметь cos ф не менее 0,9 (например, в Чехии за cos ф менее 0,95 штрафуют). Для этого разработан ряд мероприятий по регулированию баланса реактивной мощности в сети – компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности (КРМ).

Следует понимать, что реактивная мощность бывает двух характеров – индуктивная и емкостная. Нас интересует компенсация только первого типа, т.к. второй встречается редко. В нашем случае – сетях с индуктивной нагрузкой – для увеличения cos ф требуется устанавливать компенсационные конденсаторы. Но как это сделать?

Выбор способа компенсации предполагает определение места установки конденсаторов (зачастую в составе конденсаторной установки (далее КУ)). Существует три основных варианта:

  • Индивидуальная компенсация

Размещение конденсаторов у устройств с низким cos ф и включение одновременно с последними.

  • Групповая компенсация

Размещение конденсаторов у группы устройств (например, пожарных насосов).

  • Централизованная компенсация

Предусматривает установку КУ на главном распределительном щите. Если предыдущие варианты могли быть как регулируемыми, так и нет, то этот, как правило, регулируемый.

Способы компенсации реактивной мощности

Рис.3. Способы компенсации.

При правильном подборе КУ мероприятия по компенсации реактивной мощности позволяют:

  • существенно уменьшить нагрузку на трансформаторах, а следовательно уменьшить их нагрев и увеличить срок службы

  • при включении КУ в расчет при проектировании новых объектов, существенно уменьшить сечение проводников

  • при включении КУ в уже существующие сети, разгрузить их, повышая пропускную способность без реконструкции

  • снизить расходы на электроэнергию за счет снижения потери в проводниках

  • повысить стабильность напряжения (все) и качество электроэнергии (при использовании ФКУ)

Где мы можем сэкономить видно невооруженным глазом, но для начала придется и потратиться.

Во-первых, необходимо заказать проект, который следует доверить проверенной организации. Которая в свою очередь проведет ряд измерений или сделает расчеты для новых объектов и исходя из них даст рекомендации по способу компенсации, типу КУ и их параметрам.

Во-вторых, следует выбрать организацию-сборщика, которая соберет, установит и настроит наши КУ.

Схема конденсаторной установки Что может входить в состав КУ?

Рассмотрим максимально возможную комплектацию конденсаторной установки:

  1. Вводное устройство – автоматический выключатель, разъединитель предохранительный или выключатель нагрузки (при наличии еще одного вводного устройства, например, в ГРЩ).

  2. Защитные устройства ступеней – большинство производителей (например, ZEZ Silko) рекомендуют использовать плавкие вставки с характеристикой gG (см. таблицу ниже), но нередко можно встретить и защиту автоматическими выключателями.

  3. Коммутационное устройство (для статической компенсации НН) – контактор с токоограничевающей приставкой (контакты предварительного включения с сопротивлениями). Важно выбрать качественного производителя, т.к. через контактор при включении ступени проходят огромные токи (до 200Iе), обусловленные зарядом конденсатора, например, Benedict-Jager или Eaton (Moeller).

  4. Антирезонансные дроссели (реакторы) – используются для защиты от перегрузки токами конденсаторов при наличии в сети высших гармоник.

  5. Компенсационные конденсаторы – главный компонент всей установки – емкостной элемент. Читать подробнее о применении, конструкции и монтаже низковольтных цилиндрических компенсационных конденсаторов в предыдущей статье.

  6. Регулятор реактивной мощности – своего рода анализатор сети с функцией управления ступенями. В зависимости от модели разные регуляторы кроме основных параметров (U, I, P, cos ф, количество подключенных ступеней) контролируют и ряд дополнительных (нелинейные искажения, температура и т.д). Также могу быть и дополнительные функции, например, коммуникация или автонастройка.

* Рассмотрена только основная комплектация без оболочек и микроклимата, защиты вторичных цепей.

Номинальный ток 3-фазного конденсатора

[A]

3-фазн. компенсационная мощность при 400 V

[kvar]

Рекомендуемое сечение Cu проводников

[mm2]

Номинальный ток предохранителя

[A]

2,9

2

2,5

8

3,6

2,5

2,5

8

4,5

3,15

2,5

10

5,8

4

2,5

10

7,2

5

2,5

16

9

6,25

2,5

16

11,5

8

4

20

14,4

10

4

25

18,1

12,5

6

32

21,7

15

6

40

28,8

20

10

50

36,1

25

10

63

43,4

30

16

80

50,5

35

16

100

57,7

40

25

100

72,2

50

25

125

86,6

60

35

160

115,5

80

70

200

144,3

100

95

250

Таблица 1. Подбор предохранителей и проводников.

В заключение хочется напомнить, что неверно спроектированные, собранные и настроенные компенсационные установки или из материалов сомнительного происхождения имеют обыкновение громко выходить из строя.


Коммерческое предложение действительно на 24.07.2020 г.

Реактивная мощность в электрической сети: мероприятия по компенсации

Электрическая мощность, потребляемая промышленными предприятиями и жилыми домами, бывает двух видов. Активная – затрачивается на выполнение полезной, нужной потребителю работы. Реактивная – увеличивает нагрузку на сеть и приводит к дополнительным расходам на электроэнергию.

Треугольник мощностей

Треугольник мощностей

Определение

Реактивная мощность не выполняет полезной работы. Она обусловлена наличием у потребителя индуктивной или ёмкостной составляющей нагрузки. На предприятиях реактивная мощность возникает при работе электрических двигателей, трансформаторов или ламп ДРЛ. В домашних условиях это моторы пылесосов, стиральных машин или компрессоров холодильников. На корпусе данных агрегатов часто можно увидеть параметр cosф, называемый коэффициентом мощности. Он количественно характеризует долю реактива.

Обратите внимание! Cosф – параметр крайне нестабильный. Он способен меняться в широком диапазоне с течением года и временем суток. Также коэффициент мощности тесно связан с будними и выходными днями.

Бирка на двигателе

Бирка на двигателе

Все перечисленное служит примером источников индуктивной составляющей. Гораздо реже встречается ёмкостная. К её примерам относятся мощные импульсные блоки питания и всё, что во входной части содержит конденсаторы.

Физика процесса

Для понимания процесса образования реактивной мощности следует заострить внимание на двух фактах:

  1. Природа переменного тока такова, что он периодически изменяет своё направление. Т.е. «+» и «-» в розетке переставляются местами 50 раз в секунду. Происходит это не рывками, а плавно по синусоидальному закону. Смена направления тока чем-то схожа с колебаниями качель.
  2. На создание электромагнитного поля, например, обмоткой трансформатора, требуется некоторое время.

В итоге получается следующая картина. Напряжение на выводах обмотки достигает своего пикового значения. Ток из-за индуктивного характера потребителя всё никак не может выйти на максимум. Если нагрузка ёмкостная, то эффект обратный: ток опережает напряжение.

Такое рассогласование источника и потребителя приводит к ощутимым потерям полезной мощности. Поэтому для борьбы с этими нежелательными свойствами индуктивностей и ёмкостей используют специальные устройства компенсации реактивной мощности (УКРМ).

Для чего компенсация реактивной мощности

Компенсировать реактивную составляющую мощности необходимо для повышения эффективности энергосистемы и снижения нагрузки на питающие кабеля и коммутирующие аппараты.

На производстве в основном преобладают потребители индуктивного характера. Для компенсации реактивной мощности, возникающей из-за их работы, чаще всего применяют конденсаторные установки. Их использование позволяет добиться следующих положительных эффектов:

  • снизить нагрузку на сеть, избавив её от бесполезных реактивных токов;
  • ощутимо уменьшить счета на электроэнергию;
  • повысить качество напряжения за счёт устранения помех, шумов и высших гармоник.

Основные компоненты УКРМ

Для компенсации индуктивной составляющей реактивной мощности применяют конденсаторные установки. Иногда их объединяют в целые батареи и оснащают различной коммутирующей аппаратурой. Она необходима для автоматического переключения конденсаторов с целью повышения или понижения конечной ёмкости батареи. Дополнительно требуется к.л. измерительный прибор для отслеживания коэффициента мощности cosф и прочих параметров УКРМ. На сегодняшний день такие контроллеры выполняются на основе микропроцессоров, которые делают всю работу без вмешательства человека.

Конденсаторный компенсатор

Конденсаторный компенсатор

Ёмкостная составляющая компенсируется похожим образом. Здесь уже в качестве выравнивающего cosф устройства выступают синхронные двигатели или специальные реакторы (катушки, дроссели). Ёмкостная составляющая свойственна протяжённым кабельным и воздушным линиям, а не самому промышленному оборудованию.

Виды компенсаторов и их принцип действия

Чаще всего в роли компенсирующего устройства применяется либо батареи конденсаторов, либо двигатели. При этом может использоваться как один компенсатор, так и множество подключенных параллельно.

В течение дня баланс мощности в сети может изменяться, на что УКРМ должно реагировать соответствующим образом. С этой точки зрения компенсаторы бывают:

  • нерегулируемые – без возможности переключения составных элементов;
  • автоматические – компенсатор сам отслеживает cosф, производит расчеты и решает, какое количество конденсаторов следует добавить в схему;
  • с ручным управлением – человек сам анализирует cosф по приборам и производит соответствующие переключения.

В зависимости от условий эксплуатации выделяют следующие типы коммутирующих устройств:

  • контакторные – только статические переключения;
  • тиристорные – работа в реальном времени;
  • вакуумные выключатели – для напряжений свыше 1 кВ.

Определение емкости конденсаторов

При проектировании УКРМ следует уделить внимание расчету ёмкости и мощности конденсаторных установок. Важно это по той причине, что в случае неправильного выбора этих параметров установка может нанести электросети больше вреда, чем пользы. Формула для расчета необходимой ёмкости конденсатора имеет следующий вид.

Ёмкость конденсатора

Ёмкость конденсатора

Здесь:

  • C – ёмкость конденсаторной установки, Ф;
  • U – сетевое напряжение, В;
  • f – частота, Гц;
  • Q – реактивная мощность конденсатора, вар;
  • p – 3.14.

Переменная Q, в свою очередь, определяется по следующему выражению.

Реактивная мощность конденсатора

Реактивная мощность конденсатора

Где:

  • P – активная мощность потребителя;
  • К – коэффициент, подбираемый из таблицы.
Таблица для расчёта УКРМ

Таблица для расчёта УКРМ

Дополнительная информация. На просторах интернета полно ресурсов, содержащих в себе калькуляторы для онлайн расчета различных параметров компенсаторов.

Компенсаторы реактивной мощности в квартире

Многие промышленные предприятия, особенно крупные, применяют в целях экономии устройства компенсации реактивной мощности. Однако этот трюк не пройдёт в обычной квартире. Вытекает это из ряда причин:

  1. Бытовые однофазные счётчики электроэнергии, используемые в жилых домах, не способны вычислять реактивную мощность. Соответственно, никто не сможет взыскать за неё оплату. Особенно это относится к старым индукционным счётчикам.
  2. Организации, поставляющие электроэнергию, ведут учёт реактивной мощности только для крупных промышленных предприятий. Установка подобных устройств в жилых домах не является требованием ПУЭ.
  3. С технической точки зрения, проблематично и дорого будет рассчитать УКРМ для каждой квартиры или тем более поставить автоматические системы на микропроцессоре, ведь данные приборы стоят внушительных денег.
Cosф бытовых потребителей

Cosф бытовых потребителей

Важно! По интернету гуляют предложения купить мошенническую чудо-коробочку. Она подключается к розетке и тем самым избавляет квартиру от излишков реактивной мощности. Как показывают обзоры, внутри этого прибора не содержится ничего, кроме светодиода. Соответственно, такое устройство никак не поможет сэкономить.

Эффективность применения конденсаторных установок

История применения метода компенсации реактивной мощности охватывает ещё советский период. Его экономическая эффективность на промышленных предприятиях доказана исследованиями и десятками лет практического использования.

Конденсаторные УКРМ предназначены в основном для компенсации реактивной мощности электрических двигателей. Энергия, потребляемая асинхронными моторами, может доходить до 40 % от всей нагрузки предприятия. Поэтому экономии на двигателях уделяют особое внимание. Масло в огонь подливает и то, что мотор, работающий с номинальной нагрузкой на валу, имеет cosф = 0,75-0,8. Это считается нормой. Однако тот же двигатель без нагрузки имеет гораздо более низкий коэффициент мощности порядка 0,3. Использование УКРМ позволяет повысить cosф до 0,99. Это хороший показатель, ведь, чем ближе этот параметр к единице, тем эффективнее расходуется электроэнергия.

Наличие устройств, компенсирующих реактивную мощность, благотворно сказывается на расходах промышленного предприятия. Помимо этого, уменьшается нагрузка на электрическую систему объекта. Это позволяет снизить сечение и конечную стоимость воздушных и кабельных линий, а также уменьшить долгосрочные затраты на их ремонт и обслуживание.

Видео

Для чего необходима компенсация реактивной мощности?

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором), не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Поэтому очень важен компенсатор реактивной мощности.

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (ф) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: cos(ф) = P/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Пример: при cos(ф) = 1 для передачи 500 KW в сети переменного тока 400 V необходим ток значением 722 А. Для передачи той же активной мощности при коэффициенте cos(ф) = 0,6 значение тока повышается до 1203 А.

Соответственно все оборудование питания сети, передачи и распределения энергии должны быть рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, в результате больших нагрузок срок эксплуатации этого оборудования может соответственно снизиться. Дальнейшим фактором повышения затрат является возникающая из-за повышенного значения общего тока теплоотдача в кабелях и других распределительных устройствах, в трансформаторах и генераторах. Возьмем, к примеру, в нашем выше приведенном случае при cos(ф) = 1 мощность потерь равную 10 KW. При cos(ф) = 0,6 она повышается на 180% и составляет уже 28 KW. Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитным фактором, неблагоприятным для сети в целом.

В результате этого:

  • возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
  • снижается пропускная способность распределительной сети;
  • отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

 

Все сказанное выше является основной причиной того, что предприятия электроснабжения требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети. Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности – важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения предприятия. Эту функцию выполняют устройства компенсации реактивной мощности КРМ-0,4 (УКМ-58) - конденсаторные установки, основными элементами которых являются конденсаторы.

Правильная компенсация позволяет:

  • снизить общие расходы на электроэнергию;
  • уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;
  • снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию;
  • снизить влияние высших гармоник;
  • подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
  • добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях

  • исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
  • снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;
  • увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;
  • обеспечить получение информации о параметрах и состоянии сети.

А во вновь создаваемых сетях - уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

 

Зачем компенсировать реактивную мощность?

Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях.

Реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередачи, что приводит к увеличению сечений проводов и кабелей и соответственно к увеличению капитальных затрат на внешние и внутриплощадочные сети.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30-40% в стоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке методики компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности – вот ключ к решению вопроса энергосбережения.

Основные потребители реактивной мощности:

  • асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами;
  • электрические печи 8%;
  • преобразователи 10%;
  • трансформаторы всех ступеней трансформации 35%;
  • линии электропередач 7%.

 

В электрических машинах переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а косинус фи уменьшается при малой нагрузке. Например, если косинус фи двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40.

Мало нагруженные трансформаторы также имеют низкий коэффициент мощности (косинус фи). Поэтому, применять компенсацию реактивной мощности, то результирующий косинус фи энергетической системы будет низок и ток нагрузки электрической, без компенсации реактивной мощности, будет увеличиваться при одной и той же потребляемой из сети активной мощности. Соответственно при компенсации реактивной мощности (применении автоматических конденсаторных установок КРМ) ток потребляемый из сети снижается, в зависимости от косинус фи на 30-50%, соответственно уменьшается нагрев проводящих проводов и старение изоляции.

Кроме этого, реактивная мощность наряду с активной мощностью учитывается поставщиком электроэнергии, а следовательно, подлежит оплате по действующим тарифам, поэтому составляет значительную часть счета за электроэнергию.

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности (конденсаторных установок).

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

  • разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;
  • снизить расходы на оплату электроэнергии
  • при использовании определенного типа установок снизить уровень высших гармоник;
  • подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
  • сделать распределительные сети более надежными и экономичными.

 

продольная и поперечная компенсация реактивной мощности

Выбор устройства компенсации реактивной мощности

Методика выбора устройств компенсации реактивной мощности (КРМ) заключается в выборе устройств, позволяющих улучшить коэффициент мощности потребителя до требуемого значения и состоит из следующих этапов:

  • выбор места установки устройства КРМ;
  • вычисление мощности устройства КРМ;
  • проведение необходимых проверок и расчетов;
  • собственно выбор устройства КРМ.

Выбор места установки устройства КРМ

В зависимости от особенностей конкретной электроустановки устройства КРМ могут быть установлены, как показано на рис. 1.

Рис.1 – Выбор места установки устройства КРМ

  1. На вводе на стороне СН.
  2. На главной распределительной шине.
  3. На вторичной распределительной шине.
  4. Индивидуальные конденсаторы нагрузок.

Вычисление мощности устройства КРМ, проведение необходимых проверок и расчетов

В общем случае мощность устройства КРМ определяется по формуле:

где:

  • Kc = tgϕ1 — tgϕ2;
  • Qc – мощность установки КРМ;
  • P – активная мощность;
  • tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
  • tgϕ2 – требуемый тангенс угла;
  • Кс – расчетный коэффициент.

Для определения коэффициента Кс существует специальная таблица по которой, зная cosϕ1 и cosϕ2, можно определить данный коэффициент, не прибегая к математическим вычислениям.

Способ вычисления активной мощности P, а также проведение необходимых проверок и расчетов устройства КРМ зависит от места его установки. Дальше будет приведен пример ее вычисления в случае установки устройства КРМ на главной распределительной шине.

Выбор устройства КРМ

Устройства КРМ выбираются по следующим техническим характеристикам:

  • номинальная мощность;
  • номинальное напряжение;
  • номинальный ток;
  • количество подключаемых ступеней;
  • необходимость защиты от резонансных явлений с помощью реакторов.

Необходимая мощность набирается ступенями по 25 и 50 квар, при этом количество ступеней не должно превышать количество выходов контроллера, устанавливаемого в установку КРМ, так как к каждому выходу может быть подключена одна ступень.

Количество выходов контроллера обозначается цифрой, например, RVC6 (фирмы АББ) имеет 6 выходов.

В случае необходимости защиты от резонансных явлений требуется применение защитных реакторов (трехфазных дросселей), в таком случае должны выбираться установки, например типа MNS MCR и LK ACUL (фирмы АББ).

Пример выбора устройств КРМ

Ниже приведен пример выбора устройств КРМ для сети, показанной на рис.2.

Рис.2 – Однолинейная схема ГРЩ без УКРМ

Технические характеристики устройств, образующих сеть, следующие:

Питающая сеть:

  • Номинальное напряжение 10 кВ;
  • Частота 50 Гц;
  • Коэффициент мощности cosϕ = 0,75;

Трансформаторы 1, 2:

  • Номинальное напряжение первичной обмотки 10 кВ;
  • Номинальное напряжение вторичной обмотки 400 В;
  • Номинальная мощность S = 800 кВА;

Данные по кабелям и нагрузкам, подключаемым через вторичные распределительные щиты, представлены в таблице 1. Таблица 1

Выбор места установки устройства КРМ

В качестве места установки устройств КРМ приняты главные распределительные шины, как показано на рис. 3.

Рис.3 – Однолинейная схема ГРЩ с УКРМ

1. Требуемые мощности устройств определим по формуле:

2. Суммарные активные мощности нагрузок, получающих питание от каждого из двух трансформаторов, определим по формуле:

подставив значения из таблицы 1, получим:

  • суммарная нагрузка на первый трансформатор:
  • суммарная нагрузка на второй трансформатор:

3. Определяем средневзвешенный cosφ для первого трансформатора по формуле:

4. Определяем средневзвешенный cosφ для второго трансформатора по формуле:

5. Определим коэффициент Кс при помощи таблицы 2, учитывая, что требуемый cosφ2 = 0,95.

Получим:

  • для первого устройства КРМ Кс1 = 0,474;
  • для второго устройства КРМ Кс2 = 0,526.

6. Зная для каждого трансформатора Кс и P, определим требуемые мощности устройств КРМ:

  • для первого трансформатора:
  • для второго трансформатора:

Расчет мощности устройства КРМ на основе баланса мощности

7. Определим мощность устройства КРМ по формуле [Л5. с 229]. • для первого трансформатора:

  • для второго трансформатора:

где:

  • Р – суммарная нагрузка на трансформатор, кВт;
  • tgϕ1 – фактический тангенс угла до применения установки КРМ;
  • tgϕ2 – требуемый тангенс угла;

8. Определяем tgϕ1 и tgϕ2 зная cosϕ1 и cosϕ2:

  • для первого трансформатора tgϕ1:
  • для первого и второго трансформатора tgϕ2:
  • для второго трансформатора tgϕ1:

Как видно из двух вариантов расчета мощности КРМ, значения требуемой мощности практически не отличаются. Какой из вариантов выбора мощности устройства КРМ использовать, решайте сами. Я принимай мощность устройства КРМ по варианту с определением коэффициента Кс по таблице 2.

Соответственно принятая требуемая мощность устройства КРМ составляет 270 и 300 квар.

9. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для первого трансформатора:

10. Рассчитаем номинальный ток устройства КРМ для второго трансформатора:

Защита УКРМ

При выборе автоматических выключателей для защиты устройства КРМ, нужно руководствоваться ПУЭ 7-издание пункт 5.6.15. Согласно которому аппараты и токоведущие части в цепи конденсаторной батареи должны допускать длительное прохождение тока, составляющего 130% номинального тока батареи.

Определяем уставку по защите от перегрузки:

  • для УКРМ1: 390*1,3 = 507 А;
  • для УКРМ2: 434*1,3 = 564 А

Уставка защиты от КЗ должна быть нечувствительна к броску тока. Уставка составляет 10 x In.

Определяем уставку защиты от КЗ:

  • для УКРМ1: 390 x 10 = 3900 А;
  • для УКРМ2: 434 x 10 = 4340 А

Проверка установки КРМ на отсутствие резонанса

В данном примере проверка установки КРМ на отсутствие резонанса не выполнялась, из-за отсутствия нелинейной нагрузки, а также отсутствия существенных искажений в сети 10 кВ.

В случае же, если у Вас преобладает нелинейная нагрузка, нужно выполнить проверку УКРМ на отсутствие резонанса, а также выполнить расчет качества электрической энергии после установки УКРМ и загрузку батарей статических конденсаторов (БСК).

Для удобства расчета по выбору устройства компенсации реактивной мощности, я к данной статье прикладываю архив со всей технической литературой, которую использовал при выборе УКРМ.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.
2. Учебное пособие по электроустановкам от фирмы АВВ. 2007г.
3. Справочник по компенсации реактивной мощности от фирмы RTR-Energia.
4. Выпуск № 21. Руководство по компенсации реактивной мощности с учетом влияния гармоник от фирмы Schneider Electric. 2008г.
5. Б.Ю.Липкин. Электроснабжение промышленных предприятий и установок, 1990 г.

Компенсатор реактивной мощности

Компенсатор Реактивной Мощности (КРМ) является одним из видов электроустановочного оборудования, снижающий значения полной мощности, и в зависимости от природы реактивной мощности может быть как индуктивного характера (индуктивный реактор) так и емкостного (конденсатор).

Индуктивные реакторы используют, как правило, для компенсации емкостной составляющей мощности (линий электропередач большой протяженности).

Конденсаторные батареи используют для компенсации реактивной составляющей индуктивной мощности, что ведет к снижению полной мощности (печи индуктивности).

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Одним из факторов, приводящие к возникновению потерь в электрических сетях промышленных предприятий является реактивная составляющая протекающего тока при наличии индуктивной нагрузки (нагрузка в промышленных и бытовых электросетях носит обычно активно-индуктивный характер). Соответственно, из электрической сети происходит потребление как активной, так и реактивной энергии.

Активная энергия преобразуется в полезную – механическую, тепловую и пр. энергии. Реактивная энергия расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, индукционных печах, сварочных трансформаторах, дросселях и осветительных приборах.

Реактивная энергия может производиться непосредственно в месте потребления.

Уменьшение реактивной составляющей в общей мощности электроэнергии широко распространена во всем мире и известна под термином компенсация реактивной мощности (КРМ) - одного из наиболее эффективных средств обеспечения рационального использования электроэнергии.

КРМ позволяет:

  • разгрузить от реактивного тока распределительные сети (распределительные устройства, кабельные и воздушные линии), трансформаторы и генераторы;
  • снизить потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения;
  • сократить расходы на электроэнергию;
  • ограничить влияние высших гармоник и сетевых помех;
  • уменьшить асимметрию фаз.

Регулируемые компенсаторы реактивной мощности КРМ

Автоматическая установка компенсации реактивной мощности (АУКРМ) предназначена для повышения и автоматического регулирования коэффициента мощности (cos φ) электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей напряжением 0,4 кВ частоты 50 Гц.

Установки обеспечивают поддержание заданного коэффициента мощности в часы максимальных и минимальных нагрузок, исключают режим генерации реактивной мощности, а также:

  • автоматически отслеживает изменение реактивной мощности нагрузки в компенсируемой сети и, в соответствии с заданным значением cos φ исключается генерация реактивной мощности в сеть;
  • исключается появление в сети перенапряжения, потому что отсутствует перекомпенсация, которая возможна при использовании нерегулируемых конденсаторных установок;
  • визуально отслеживаются все основные параметры компенсируемой сети;
  • контролируется режим эксплуатации и работа всех элементов конденсаторной установки, при этом учитывается время работы и количество подключений каждой секции, что позволяет оптимизировать износостойкость контакторов и распределения нагрузки в сети;
  • предусмотрена система аварийного отключения конденсаторной установки и предупреждения обслуживающего персонала;
  • возможно автоматическое подключение принудительного обогрева или вентиляции конденсаторной установки.

Нерегулируемые компенсаторы реактивной мощности КРМ

Установка компенсации реактивной мощности (компенсатор реактивной мощности УКРМ) с фиксированным значением мощности улучшает cos φ, путем включения конденсатора.

Предназначена она для поддержания коэффициента мощности в распределительных сетях трёхфазного переменного тока. Нерегулируемые конденсаторные установки низкого напряжения типа УКРМ выпускаются мощностью от 2,5 до 100 кВАр.

Также позволяют снизить затраты на оплату электроэнергии. Нерегулируемые установки компенсации реактивной мощности рассчитаны на эксплуатацию в закрытых производственных помещениях при нормальных условиях эксплуатации в районах с умеренным и холодным климатом.

Срок окупаемости Компенсатора Реактивной Мощности от года до двух лет. Применение КРМ производства конденсаторного завода «Нюкон» снижает потребление активной энергии в среднем на 2-5% и исключает платежи за реактивную энергию. При высоком качестве данных устройств цена остается доступной и привлекательной. Исходя из структуры себестоимости, конденсаторный завод «Нюкон» имеет возможность успешно конкурировать в цене с европейскими производителями, не теряя в качестве своей продукции.

Если Вы желаете купить компенсатор реактивной мощности КРМ или узнать цену на данное оборудование, позвоните по телефону указанному ниже или заполните приведенную форму. В этом случае, в ближайшее время мы с Вами свяжемся для уточнения особенностей Вашего проекта, необходимых для расчета стоимости компенсатора реактивной мощности КРМ

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?

Типовые устройства (средства) для компенсации реактивной мощности

Типовые устройства (средства) для компенсации реактивной мощности в сетях переменного тока

Эволюция устройств компенсации реактивной мощности. Традиционные устройства компенсации реактивной мощности. Прогрессивные устройства коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения.

Перетоки реактивной мощности, негативно влияющие на генерацию, транспорт и качество поставляемой электроэнергии, официально признаны проблемой на рубеже XIX – XX веков, а первые практические шаги для компенсации реактивной мощности были сделаны еще в 1914 году путем включения в сеть последовательно с нагрузкой шунтирующих конденсаторов и долгое время статические батареи конденсаторов оставались если и не единственным, то наиболее популярным средством коррекции коэффициента мощности в сетях с индуктивными нагрузками. Со второй половины прошлого века параллельно со статическими релейными (контакторными) установками компенсации реактивной мощности с механическим включением и отключением ступеней батарей шунтирующих силовых конденсаторов начали использовать и другие средства коррекции мощности.

На рубеже нового тысячелетия претерпела изменение сама концепция электрической сети, которая сегодня переведена из категории пассивных устройств транспорта электроэнергии в активную систему, участвующую и влияющую на процесс генерации, передачи и потребления электрической энергии, что определило необходимость разработки технологий, средств и алгоритмов управления сетью, ее элементами, узлами и нагрузками. Так, по сути, сформировалась концепция гибких управляемых систем электропередачи переменного тока FACTS (Flexible Alternative Current Transmission System), формализованная американским Институтом электроэнергетики EPRI, в которые для контроля и управления генерацией, транспортом и потреблением электроэнергии интегрировались традиционные и новые средства коррекции коэффициента мощности и повышения качества электроэнергии - самокоммутируемые преобразователи напряжения, статические тиристорные компенсаторы (устройства компенсации реактивной мощности с тиристорным переключением TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), реакторы с тиристорным управлением TCR (Thyristor Controlled Reactor), конденсаторные батареи с тиристорным переключением TSC (Thyristor Switched Capacitor), системы статической компенсации реактивной мощности SVC (Static VAR Compensator) - комбинации компонентов TCR и TSC), синхронные статические компенсаторы STATCOM (Static Synchronous Compensator), управляемые устройства (фазоповоротные и продольной емкостной компенсации, регуляторы потока мощности UPFC (Unified Power Flow Controllers), динамические восстановители напряжения DVR (Dynamic Voltage Restorers), интерлайн-регуляторы потока (IPFC), сверхпроводящие электромагнитные запоминающие устройства (SMES), асинхронизированные машины, электромашинновентильные комплексы и т.д.) и управляющие системы – WAMPAC (wide-area monitoring, protection, and control systems - глобального мониторинга, защиты и управления) и глобального позиционирования (GPS), фазных измерений (PMU) и диспетчерского управления/сбора информации (SCADA), защиты схем управления (SPS) и т.д.

Традиционные устройства компенсации реактивной мощности.

К традиционным устройствам компенсации реактивной мощности сегодня можно отнести:

  • механически (вручную) переключаемые типовые релейные (контакторные) установки типа КРМ, УКРМ с фильтрами высших гармоник и без, в основном ориентированные на компенсацию реактивной мощности по централизованной, групповой, индивидуальной или комбинированной схемах на участках сетей и в сетях низкого (или среднего напряжения) с линейными нагрузками.

Довольно ограниченное использование (по типу нагрузки и уровню напряжения) релейных установок с механическим включением/отключением ступеней батарей конденсаторов обусловлено продолжительностью включения/отключения блока (батареи) силовых конденсаторов даже с помощью вакуумных контакторов, что при быстрой динамике потребности нагрузки в реактивной мощности создает существенные риски перенапряжений или провалов напряжения со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.

Более продвинутые, но и значительно более дорогие версии релейных установок компенсации реактивной мощности оборудуются импульсно-модуляционными преобразователями (ИМП) и индуктивностью для компенсации мгновенной реактивной мощности.

Релейные (контакторные) установки для коррекции коэффициента мощности с импульсно-модуляционным преобразователем и емкостным (а) и индуктивным (б) накопителями энергии

Релейные (контакторные) установки для коррекции коэффициента мощности с импульсно-модуляционным преобразователем и емкостным (а) и индуктивным (б) накопителями энергии.

Диаграммы напряжений и токов релейной установки коррекции коэффициента мощности компенсатора с ИМП и нагрузкой сложного характера

Диаграммы напряжений и токов релейной установки коррекции коэффициента мощности компенсатора с ИМП и нагрузкой сложного характера, где:
а) напряжения и токи трёх фаз распределительной сети;
б) напряжение и токи фазы А: линейной нагрузки IAлн, нелинейной нагрузки IAнн и компенсатора IAк.

Прогрессивные устройства коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения.

Базовую линейку устройств коррекции коэффициента мощности для сетей низкого и среднего напряжения формируют:

  • установки компенсации реактивной мощности типа TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров)
  • управляемые тиристорными переключателями, со срабатыванием (переключением между ступенями) от 1/2 до 2 циклов колебаний тока/напряжения (от 0,02 с). Тиристорные установки компенсации реактивной мощности обеспечивают переключение конденсаторных батарей в момент равенства напряжений на конденсаторах и в сети во время, достаточное для коммутации с нелинейной нагрузкой, практически не генерировали высших гармоник и впервые были использованы в 50-х годах прошлого века.
Тиристорные установки компенсации реактивной мощности

Однако установки компенсации реактивной мощности типа TSC так и оставались дискретными по генерации реактивной мощности из-за ступенчатого переключения батарей, оперативность переключения которых обеспечивалась отдельным дорогим тиристором на каждой ступени. Некоторого снижения материалоемкости и цены установок TSC удалось добиться использованием тиристорно-диодных схем, но это привело к увеличению задержки включения/отключения ступеней, а значит и повышению рисков перенапряжения и провалов напряжения в сети.

Бинарные тиристорно-диодные переключатели
Диаграммы токов бинарной тиристорно-диодной установки

Бинарные тиристорно-диодные переключатели (сверху) и диаграммы токов бинарной тиристорно-диодной установки(снизу), где:
а - d – токи по В1 – В4; е – результирующая кривая тока установки.

Справка: Установки компенсации реактивной мощности типа TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров) на тиристорно-диодных схемах по факту – компенсирующие устройства прямой компенсации, в которых ступенчатое регулирование осуществляется с помощью включения и отключения батарей конденсаторов (и фильтров высших гармоник) в зависимости от динамики потребности в реактивной мощности энергопотребляющего устройства (нагрузки). Здесь нивелирование переходных процессов при включении/отключении, вызывающих колебания напряжения, достигается включением конденсаторных батарей тиристорными ключами в момент равенства напряжения в сети и на конденсаторах и по величине, и по полярности.

Устройства TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров) прямой компенсации

Устройства TSC с применением управляемых вентилей (тиристоров) прямой компенсации: а – схема; б – принцип работы, где 1-5 – ступени компенсации.

  • управляемые тиристорами реакторы (TCR) и комбинированные установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR с применением управляемых вентилей (тиристоров) на тиристорно-диодных схемах для управления переключением ступеней батарей статических конденсаторов и реакторов. Это устройства компенсации реактивной мощности с динамическим (плавным) регулированием индуктивного элемента (реактора) и нерегулируемой (TCR) или регулируемой (TSC-TCR) части – блока конденсаторных батарей (или фильтров высших гармоник). Индуктивность (реактор) в топологии устройства используется для демпфирования излишков генерируемой конденсаторами реактивной мощности, попадающих в сеть при переключении ступеней конденсаторных батарей. Регулируемые с применением управляемых вентилей конденсаторные батареи (TSC-TCR) в определенной степени решают проблему дискретности по генерации реактивной мощности
Типовая топология комбинированной установки TSC-TCR

Справка: По факту управляемые тиристорами реакторы (TCR) и комбинированные установки TSC-TCR - статические компенсирующие устройства косвенной компенсации с применением управляемых вентилей (тиристоров), где нивелирование перепадов сетевого напряжения достигается за счет потребления генерируемой конденсаторами реактивной мощности управляемым реактором тогда, когда она не востребована нелинейной нагрузкой (и наоборот), причем регулирование и быстродействие устройства должно обеспечивать баланс наброса и сброса реактивной мощности в соответствии с потребностью нагрузки.

Компенсация реактивной мощности устройством косвенной компенсации TSC-TCR

Рис. Компенсация реактивной мощности устройством косвенной компенсации TSC-TCR, где: а – схема; б – принцип действия устройства косвенной компенсации реактивной мощности.

Регулирование тока в реакторе, как правило, осуществляется посредством встречно-параллельно включенных тиристоров (время задержки 0.01 с), но ряд зарубежных компаний поставляет устройства с управляемым насыщающимся реактором (время задержки 0.06 с).

  • установки синхронной компенсации реактивной мощности - синхронные двигатели разных типов и специальной конструкции, которые при работе на холостом ходу и в режиме перевозбуждения обмотки генерируют реактивную мощность. Для устройств синхронной компенсации характерно меньшее быстродействие в сравнении со статическими устройствами компенсации, отсутствие возможности управления по фазам, а также интеграции с FACTS.

Сравнение возможностей быстродействующих синхронных компенсаторов и статических устройств компенсации реактивной мощности с применением управляемых вентилей.

Параметры сравнения Специальный быстродействующий синхронный компенсатор Статические тиристорные компенсирующие устройства
прямой компенсации косвенной компенсации
Скорость регулирования, с Более 0,06 Менее 0,02 Менее 0,01
Регулирование Плавное Ступенчатое Плавное
Строительная часть Массивные фундаменты Фундаменты не требуются, большая гибкость монтажа
Обслуживание Смазка, охлаждение и т. д. Обслуживания практически не требуется
Отношение Qуст к Qmax, отн. ед. 0,5–0,7, имеется возможность перегрузки до 2-х кратной 1,0; перегрузка не допускается 2,0; регулируемая индуктивная часть 1,0; емкостная нерегулируемая часть 1,0
Работа на несимметричную нагрузку Показное управление практически невозможно Осуществляется пофазное управление практически без дополнительных затрат
Потери от номинальной мощности, % 2,5 – 4,0 0,5 – 1,0 1,0 – 2,0
Искажение питающего напряжения Нет Нет Управляемый тиристорами реактор является источником высших гармоник

НЕОБХОДИМА КОНСУЛЬТАЦИЯ?


Компенсация реактивной мощности. Виды и нагрузки. Применение

Компенсация реактивной мощности — в жилых помещениях обычно установлен один счетчик электроэнергии. Принято считать, что расходуется только активная часть электроэнергии. Это не совсем правильно, так как существует еще такой показатель, как реактивная мощность, которую можно охарактеризовать задержкой между фазными синусоидами тока и напряжения в сети питания.

Показателем расхода реактивной мощности считается коэффициент мощности. Он равен косинусу угла между напряжением и током. Коэффициент мощности нагрузки рассчитывается как отношение расходуемой активной мощности к общей мощности:

сos (ф) = P / S

Таким показателем характеризуют реактивную мощность генераторов, электродвигателей и всей сети. В современных квартирах имеется много различных бытовых устройств, которые при функционировании сдвигают фазу напряжения. Но, доля реактивной мощности, потребленной бытовыми электрическими устройствами намного меньше, чем оборудованием промышленных предприятий. По этой причине при расчете расхода электроэнергии этой частью энергии пренебрегают.

Компенсация реактивной мощности в цепях потребителей на промышленных предприятиях является необходимостью, иначе это будет оказывать негативное влияние на энергосистемы, выраженное в нагревании обмоток трансформаторов в пиковые часы, нагреве воздуха вокруг линии электропередач и других отрицательных явлений.

Емкостная и индуктивная нагрузка

Если рассмотреть простой потребитель электроэнергии в виде лампочки или нагревателя, то мощность, которая характеризует это устройство (указана в инструкции), будет равна произведению тока и напряжения на этом устройстве. Но, если в конструкции устройства находится, например, трансформатор, либо другие элементы, имеющие индуктивность или емкость, то мощность определяется иначе.

Такие элементы в устройствах имеют специфические свойства. В них электрический ток по фазе отстает от напряжения, либо опережает его, то есть, фаза сдвигается. В таком случае к обычному расчету потребляемой мощности необходимо добавить коэффициент мощности.

Если векторы активной и реактивной мощности сложить между собой, то в результате получится полная мощность потребления. На графике она изображена в виде гипотенузы треугольника. На практике, чем меньше угол наклона гипотенузы (полной мощности), тем лучше.

 

Q – реактивная мощность, Р – активная мощность, S – полная мощность.

Полному равенству активной и полной мощности мешает реактивная составляющая мощности, которую называют паразитной. Она отрицательно влияет на работу линии электропередач и трансформаторы подстанции, которые могут перегреваться.

Эту проблему решает компенсация реактивной мощности, которая снижает угол φ, и приближает коэффициент мощности к единице. Для обеспечения такой компенсации необходимо увеличить вектор реактивной мощности настолько, чтобы появился резонанс токов, при котором доля реактивной мощности значительно снизится. Простым способом решения этой задачи является подключение конденсаторов необходимой емкости в автоматическом режиме.

Сегодня существуют системы, удерживающие коэффициент мощности в пределах 0,9-1. Идеального результата добиться трудно, так как подключение емкостей происходит ступенчато. Однако эффект экономии от этого получается неплохой. Такие устройства имеют интеллектуальные алгоритмы, действующие автоматически, без настроек. Достижения науки в области информационных технологий позволяют достичь равномерного включения конденсаторов. Время реакции приборов снижено до минимума, вспомогательные дроссели уменьшают перепад напряжения при процессах перехода.

Система управления питанием промышленного предприятия выполнена в виде щита эргономичной компоновки. Он обеспечивает работу оператора для быстрого принятия решения в аварийных случаях.

Простое устройство, с помощью которого обеспечивается компенсация реактивной мощности, состоит из металлического шкафа с контрольной панелью управления на лицевой части. Внизу шкафа размещены батареи конденсаторов. Они имеют немалый вес, поэтому и размещаются снизу.

Вверху расположены приборы контроля, показывающие различные параметры сети, в том числи и коэффициент мощности. Имеется аварийная индикация, переключатель работы с ручного режима на автоматический. Микропроцессор устройства сравнивает показания датчиков и выдает сигналы управления на исполнительные устройства. Такие механизмы выполнены на основе мощных тиристоров, поэтому их работа не создает шума, и имеет высокое быстродействие.

Виды компенсации реактивной мощности
  • Постоянная (индивидуальная) компенсация. При этом индуктивная мощность компенсируется на месте возникновения, что приводит к уменьшению нагруженности проводов.
  • Групповая компенсация. В ней по аналогии с постоянной компенсацией для нескольких индуктивных нагрузок подключается общая батарея конденсаторов. Разгружается электрическая сеть.
  • Централизованная компенсация. При ней некоторое количество конденсаторов подключается к групповому или основному распределительному щиту. Такой метод используют чаще всего в больших системах с изменяемой нагрузкой. Управление этой емкостной установки осуществляет электронный контроллер, анализирующий расход реактивной мощности. Такие регуляторы производят коммутацию конденсаторов.
 
Определение емкости конденсаторов

На предприятиях промышленности реактивную мощность можно определить по числу работающих устройств с учетом их характеристик, сдвигающих фазу. Например, асинхронный двигатель, который чаще всего имеет место в приводах механизмов на заводе, наполовину загруженный, имеет коэффициент мощности 0,73, светильник люминесцентного типа 0,5. Коэффициент мощности сварочного аппарата находится в интервале 0,8-0,9, печь дуговая 0,8.

По таблицам можно найти эти параметры для любого оборудования. Такая информация является базовой. На ее основе вносятся корректировки путем отключения и добавления конденсаторов.

Компенсация реактивной мощности в квартире

Электрические устройства домашней бытовой сети имеют активное, емкостное и индуктивное сопротивление. Для них подходят все, рассмотренные выше, формулы расчета мощности. Это создает дополнительную нагрузку на электропроводку в квартире.

Эти показатели не учитываются в старых электросчетчиках индукционного типа. Некоторые новые модели приборов учета могут фиксировать их. Это дает возможность произвести точный анализ ситуации нагрузки тока и теплового воздействия на изоляцию проводов при эксплуатации большого числа потребителей. Емкостное сопротивление у бытовых устройств имеет малую величину и не учитывается электросчетчиками.

Компенсация реактивной мощности в таких случаях заключается во включении в электрическую цепь батарей конденсаторов, которые способны погасить индуктивную составляющую мощности. Конденсаторы должны включаться в определенный момент на некоторый промежуток времени.

Такие устройства компенсации имеют большие размеры, и больше подходят для промышленных целей в комплексе с автоматической системой. Они не уменьшают расход активной мощности и не сокращают оплату за электроэнергию.

Чудо-приборы

В интернете и в торговой сети встречается множество рекламируемых устройств, которые якобы снижают реактивную мощность, и очень сильно экономят электрическую энергию, что создаст колоссальное снижение денежных затрат. Однако, как показывает практика, такие устройства являются всего лишь мифом, и не могут экономить электроэнергию.

Одним из таких приборов является «Saving Box». Его возможности и технические данные используются в качестве рекламы и не соответствуют действительности. Такая реклама построена на обмане покупателей.

Компенсация реактивной мощности и ее необходимость

Реактивная составляющая мощности снижает показатели функциональности энергетической системы. Реактивные токи генераторов повышают потребление топлива, потерю энергии в приемниках и подводящих сетях.

Реактивная энергия создает дополнительную нагрузку на линии электропередач. В связи с этим необходимо увеличивать поперечное сечение жил кабелей и проводов. Как следствие, повышаются затраты на электропроводящие материалы.

Основными нагрузками, потребляющими реактивную мощность, являются:
  • Асинхронные электродвигатели, расходующие около 40% общей мощности, вместе с бытовыми нуждами.
  • Линии электропередач (расходуют около 7%).
  • Преобразователи (10%).
  • Электрические печи (8%).
  • Трансформаторы (35%).

Наиболее эффективным методом уменьшения расхода реактивной мощности является использование устройств, с помощью которых проводится компенсация реактивной мощности. Такими устройствами являются конденсаторные установки.

Преимущества применения конденсаторных установок
  • Снижение расходов на оплату электрической энергии.
  • Снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт, а также обновление электрооборудования.
  • Подавление помех в сети.
  • Уменьшение перекоса фаз.
  • Повысить возможности системы электроснабжения, что позволяет дополнительно подключить электрические устройства без повышения стоимости сети питания.
  • Снижение токовой нагрузки на трансформаторы, распредустройства и линии электропередач.
  • Уменьшение уровня гармонических колебаний высокой частоты.
  • Повысить экономичность и надежность распределительных сетей.
  • Получение информационных данных о состоянии и параметрах электрической сети.
Похожие темы:

Необходимость компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности

За исключением очень немногих особых ситуаций, электрическая энергия генерируется, передается, распределяется и используется в качестве переменного тока (AC). Однако переменный ток имеет несколько явных недостатков. Одним из них является необходимость реактивной мощности, которая должна быть подана вместе с активной мощностью. Реактивная мощность может быть опережающей или запаздывающей. Хотя активная мощность вносит вклад в потребляемую или передаваемую энергию, реактивная мощность не вносит вклад в энергию.Реактивная мощность является неотъемлемой частью общей мощности

.

Реактивная мощность либо генерируется, либо потребляется почти каждым компонентом системы, генерацией, передачей и распределением и, в конечном итоге, нагрузками. Полное сопротивление ветви цепи в системе переменного тока состоит из двух компонентов: сопротивления и реактивного сопротивления.

Reactance может быть индуктивным или емкостным, что способствует реактивной мощности в цепи. Большинство нагрузок являются индуктивными и должны быть снабжены запаздывающей реактивной мощностью.Выгодно поставлять эту реактивную мощность ближе к нагрузке в распределительной системе.

Компенсация реактивной мощности в энергосистемах может быть шунтирующей или последовательной.

Компенсация реактивной мощности шунта

Поскольку большинство нагрузок являются индуктивными и потребляют запаздывающую реактивную мощность, необходимая компенсация обычно обеспечивается опережающей реактивной мощностью. Шунтирующая компенсация реактивной мощности может применяться либо на уровне нагрузки, на уровне подстанции, либо на уровне передачи.

Это может быть емкостная (опережающая) или индуктивная (запаздывающая) реактивная мощность, хотя в большинстве случаев компенсация емкостная. Наиболее распространенной формой компенсации реактивной мощности является подключение шунтирующих конденсаторов к линии.

Шунтирующие конденсаторы

Шунтирующие конденсаторы

используются на уровне подстанции по следующим причинам:

Регулировка напряжения

Основная причина, по которой шунтирующие конденсаторы установлены на подстанциях, заключается в контроле напряжения в пределах требуемых уровней.Нагрузка меняется в течение дня, с очень низкой нагрузкой с полуночи до раннего утра, а пиковые значения происходят вечером между 16:00 и 19:00. Форма кривой нагрузки также изменяется от дня недели до выходных, причем нагрузка на выходные обычно низкая.

При изменении нагрузки изменяется напряжение на шине подстанции и на шине нагрузки. Поскольку коэффициент мощности нагрузки всегда запаздывает, конденсаторная батарея с шунтирующим подключением на подстанции может повышать напряжение при высокой нагрузке. Батареи шунтирующих конденсаторов могут быть постоянно подключены к шине (батарея фиксированных конденсаторов) или могут переключаться при необходимости.Переключение может быть основано на времени, если изменение нагрузки предсказуемо, или может основываться на напряжении, коэффициенте мощности или токе линии.

Уменьшение потерь мощности

Компенсация коэффициента мощности отстающей нагрузки с подключенной к шине батареей шунтирующих конденсаторов повышает коэффициент мощности и уменьшает ток, протекающий через линии передачи, трансформаторы, генераторы и т. Д. Это уменьшит потери мощности (потери I2R) в этом оборудовании.

Увеличение использования оборудования

Шунтирующая компенсация с помощью конденсаторных батарей уменьшает нагрузку кВА линий, трансформаторов и генераторов, что означает, что с компенсацией они могут использоваться для подачи большей мощности без перегрузки оборудования.Компенсация реактивной мощности в энергосистеме бывает двух типов - шунтирующая и последовательная. Шунтирующая компенсация может быть установлена ​​вблизи нагрузки, на распределительной подстанции, вдоль распределительного фидера или на передающей подстанции.

Каждое приложение имеет разные цели.

Шунтирующая реактивная компенсация может быть индуктивной или емкостной. На уровне нагрузки, на распределительной подстанции и вдоль распределительного фидера компенсация обычно емкостная. На передающей подстанции установлена ​​индуктивная и емкостная реактивная компенсация.

ИСТОЧНИК: Производство, передача и распределение электроэнергии Леонард Григсби

,
Основы реактивной мощности и компенсационного решения

Почему нам не нравится реактивная мощность

Общая мощность , так называемая полная мощность , сети передачи состоит из активной и реактивной мощности (рисунок 1). В то время как потребители энергии, подключенные к источнику питания, преобразуют активную мощность в активную энергию, реактивная энергия, относящаяся к реактивной мощности, не потребляется.

Reactive Power and Compensation Solutions Basics For Students Основы решений для реактивной мощности и компенсации для студентов (фото любезно предоставлено: eltrex.ро)

Реактивная мощность на стороне потребителя используется только для создания магнитного поля, например, для работы электродвигателей, насосов или трансформаторов.

Реактивная мощность генерируется, когда энергия поступает из сети питания, а затем подается обратно в сеть с задержкой по времени.

Таким образом, он колеблется между потребителем и генератором. Это создает дополнительную нагрузку на сеть и требует больших размеров, чтобы принимать колебательную реактивную мощность в дополнение к активной мощности, доступной.Как следствие, на меньше активной мощности можно транспортировать .

Composition of the total power of a transmission grid Composition of the total power of a transmission grid Рисунок 1 - Состав общей мощности передающей сети

Реактивная мощность имеет нулевого среднего значения, потому что она пульсирует вверх и вниз , усредняя до нуля. Реактивная мощность измеряется как максимальная пульсирующая мощность за цикл. Это может быть положительным или отрицательным, в зависимости от того, пики тока до или после напряжения.

По соглашению, реактивная мощность, как и реальная мощность, является положительной, когда она «подается», и отрицательной, когда она «потребляется».Потребление реактивной мощности снижает величины напряжения , в то время как подача реактивной мощности увеличивает величины напряжения.


Решение с компенсацией //

С системой компенсации реактивной мощности с конденсаторами мощности, непосредственно подключенными к сети низкого напряжения и близко к потребителю энергии , средства передачи могут быть освобождены, так как реактивная мощность больше не поступает из сети, а обеспечивается конденсаторами (рисунок 2). ).

Principle of reactive power compensation using low voltage power capacitors Principle of reactive power compensation using low voltage power capacitors Рисунок 2 - Принцип компенсации реактивной мощности с использованием силовых конденсаторов низкого напряжения

Уменьшаются потери при передаче и энергопотребление, и дорогостоящие расширения становятся ненужными, поскольку одно и то же оборудование может использоваться для передачи более активной мощности благодаря компенсации реактивной мощности.


Определение мощности конденсатора

Система с установленной активной мощностью P должна быть компенсирована от коэффициента мощности cos φ 1 до коэффициента мощности cos φ 2 .Мощность конденсатора, необходимая для этой компенсации, рассчитывается следующим образом:

Q c = P · (загар φ 1 - загар φ 2 )

Компенсация

уменьшает передаваемую полную мощность S (см. Рисунок 3). Омические потери при передаче уменьшаются на квадрат токов.

Power diagram for a non-compensated (1) and a compensated (2) installation Power diagram for a non-compensated (1) and a compensated (2) installation Рисунок 3 - Схема питания для некомпенсированной (1) и компенсированной (2) установки

Оценка реактивной мощности

Для промышленных предприятий, которые все еще находятся в стадии конфигурирования, можно предположить, что потребителями реактивной мощности в основном являются асинхронные двигатели переменного тока, работающие со средним коэффициентом мощности cos φ ≥ 0.7 . Для компенсации до cos φ = 0,9 требуется конденсаторная мощность приблизительно , 50% от активной мощности:

Q c = 0,5 · P

В инфраструктурных проектах (офисы, школы и т. Д.) Применяется следующее:

Q c = 0,1-0,2 · P

Расчет реактивной мощности

(на основании счета за электроэнергию)

Для установок, которые уже работают, требуемая мощность конденсатора может быть определена путем измерения.Если имеются счетчики активной и реактивной работы, потребность в мощности конденсатора может быть взята из ежемесячного счета за электроэнергию.

tan φ = реактивная работа / активная работа

Для идентичного времени работы счетчика при измерении реактивной и активной работы //

tan φ = реактивная мощность Q / активная мощность P с
tan φ = √ (1 - cos 2 φ) / cos φ

Мощность компенсации Q c , соответствующая активной мощности P, может быть рассчитана для желаемого значения cos φ2.

Q c = Q 1 - Q 2 = P · F

В этом случае F = tan φ1 - tan φ2

Чтобы упростить расчет Q c , в таблице 1 указаны коэффициенты преобразования F , когда измеренный cos φ 1 должен быть скомпенсирован для достижения коэффициента мощности cos φ 2 при работе.

Conversion factors F for phase angle adjustments Conversion factors F for phase angle adjustments Таблица 1 - Коэффициенты преобразования F для регулировки фазового угла

3 основных вида компенсации //

Конденсаторы

могут использоваться для одиночной, групповой и центральной компенсации .Эти виды компенсации будут введены в следующем //


Одиночная компенсация

При однократной компенсации, конденсаторы напрямую подключаются к клеммам отдельных потребителей энергии и включаются вместе с ними через общее коммутационное устройство. Здесь мощность конденсатора должна быть точно отрегулирована для соответствующих потребителей. Одиночная компенсация часто используется для асинхронных двигателей (рисунок 4).

Single compensation Single compensation Рисунок 4 - Одиночная компенсация

Разовая компенсация экономически выгодна для:

  • Крупные индивидуальные потребители энергии
  • Постоянный спрос на электроэнергию
  • Долгое время ВКЛ

Здесь нагрузка снимается с питающих линий к потребителям электроэнергии.Однако непрерывное регулирование мощности конденсатора в соответствии с его потребностью в реактивной мощности невозможно.


Групповое вознаграждение

При групповой компенсации каждое компенсационное устройство назначается группе потребителей . Такая группа потребителей может состоять, например, из двигателей или газоразрядных ламп, которые соединены в источник питания вместе через контактор или переключатель. В этом случае специальные переключающие устройства для подключения конденсаторов также не требуются (рисунок 5).

Group compensation Group compensation Рисунок 5 - Групповая компенсация

Групповая компенсация имеет те же преимущества и недостатки, что и однократная компенсация .


Центральная компенсация

Блоки управления реактивной мощностью используются для центральной компенсации , которые непосредственно назначаются распределительному устройству, распределительной плате или перераспределительной плате и устанавливаются там централизованно. Блоки управления содержат ветви переключаемых конденсаторов и контроллер, который получает реактивную мощность, присутствующую в месте ввода.

Central compensation Central compensation Рисунок 6 - Центральная компенсация

Если отклонение от заданного значения, , контроллер последовательно включает или выключает конденсаторы через контакторы .

Мощность конденсатора выбирается таким образом, чтобы вся установка достигла требуемого cos φ (рисунок 6). Центральная компенсация рекомендуется в случае:

  • Многие мелкие потребители подключены к сети
  • Различные требования к мощности и разное время включения потребителей энергии

Список литературы //

  • Планирование распределения электроэнергии по SIEMENS
  • Принципы эффективного и надежного реактивного энергоснабжения и потребления Федеральной комиссией по регулированию энергетики
,
Компенсация реактивной мощности в электрических установках с генераторами

Компенсация реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности, применяемой в зданиях или небольших объектах, выполняется в первом и втором квадрантах системы координат. Все более сложные промышленные предприятия, например заводы по сжиганию древесной пыли, используют генераторы, приводимые в движение паровыми двигателями, работающими параллельно основному источнику питания.

Reactive power compensation in electrical plants with generators Компенсация реактивной мощности в электрических установках с генераторами (фото любезно предоставлено: ingelmec.com.pe)

В этой технической статье объясняются технические и экономические аспекты, касающиеся требуемого коэффициента мощности или реактивной энергии, которая должна заряжаться. Если генераторы возвращают активную энергию в распределительную компанию, говорят о работе четырех квадрантов.

Ситуация с тарифами имеет новые аспекты в отношении потребляемой реактивной энергии. Тариф, требующий среднего коэффициента мощности cos φ = 0,9 с задержкой, становится недействительным, как объяснено в следующих параграфах.

Кроме того, он делает значимыми значения коэффициента мощности cos φ и реактивной мощности Q как совершенно разные электрофизические величины. Можно описать их в неравенстве вроде:

cos φ ≠ Q ≠ cos φ

Таким образом, коэффициент мощности не идентичен реактивной мощности и наоборот.

Содержание:

  1. Сложность приведения в действие генератора (ов)
  2. Автоматический контроль реактивной мощности в четырех квадрантах
    1. Технические соображения
    2. Торговые соображения
    3. Пример
  3. Выводы

1.Сложность запуска генератора (ов) в действие

Любой план по запуску генератора (ов) в действие должен быть заявлен поставщику электроэнергии и зарегистрирован в специально согласованном контракте . Он определяет, к какому входному источнику питания (если их больше одного) должен быть подключен генератор. Спецификации, выпущенные национальными или международными организациями, должны строго соблюдаться.

Прежде всего, блоки генераторов энергии, работающие постоянно параллельно с основным источником питания, следует отличать от блоков блоков аварийного питания в больницах, которые активируются в случае любой неисправности или сбоя в работе основного источника питания.Блоки аварийных генераторов используются в течение короткого времени, в основном до тех пор, пока сеть снова не станет активной. Эту ситуацию можно исключить, если обратиться к операции с четырьмя квадрантами.

Электрогенераторные установки могут приводиться в действие первичными источниками энергии, такими как вода или энергия ветра, солнечные батареи, теплоцентрали когенерации или топливные элементы. Электрическая энергия может генерироваться синхронными или асинхронными генераторами, а также генераторами постоянного тока с преобразователями постоянного тока в переменный.

Следует отметить следующие критерии для управления генераторами параллельно сети: стабильность напряжения, качество напряжения и синхронизированная частота.Кроме того, необходимо принять во внимание, будет ли запланирована аутархическая операция.

Однако это возможно в основном с синхронными генераторами .

Вернуться к оглавлению ↑


2. Автоматический контроль реактивной мощности в четырех квадрантах

2,1 Технические аспекты

На рисунке 1 показаны четыре квадранта системы координат. Если генераторы работают, могут возникнуть четыре разные ситуации нагрузки:

  • Квадрант I: Потребители импортируют (+) активную и реактивную энергию.
  • Квадрант II: Потребители импортируют (+) активную энергию и экспортируют (-) реактивную энергию.
  • Квадрант III: Потребители экспортируют (-) активную и реактивную энергию.
  • Квадрант IV: Потребители экспортируют (-) активную энергию, но импортируют (+) реактивную энергию.
Reactive power control within all four quadrants Reactive power control within all four quadrants Рисунок 1 - Управление реактивной мощностью во всех четырех квадрантах

В квадрантах III и IV генераторы возвращают активную энергию поставщику электроэнергии, которая измеряется отдельным счетчиком киловатт-часов.

Наибольшее внимание уделяется ситуации в квадранте IV! Асинхронные генераторы особенно способны возвращать активную энергию в сеть, но они импортируют реактивную энергию для намагничивания!

Ситуация в квадрантах I и II хорошо известна и может рассматриваться как стандартная. Там управление реактивной мощностью объясняется с помощью автоматического контроллера. Можно распознать нечувствительную ширину полосы, ограниченную так называемыми пороговыми линиями C / k и поворотом нулевой точки системы координат в зависимости от выбранного целевого коэффициента мощности.

На рисунке 1 показаны две выбранные цели коэффициента мощности: с запаздыванием 0,85 и предустановка на единицу .

Что касается вектора нагрузки 3, одного ступени конденсатора достаточно для достижения коэффициента мощности приблизительно 0,85 с запаздыванием, и контроллер «стоит в режиме ожидания». Чтобы достичь желаемого коэффициента мощности cos φ = 1 , контроллер реактивной мощности включает три дополнительных конденсатора.

‘Confusing power factors’ in four-quadrant operation (current transformer fitted at incoming supply point) ‘Confusing power factors’ in four-quadrant operation (current transformer fitted at incoming supply point) Рисунок 2 - «Смешение коэффициентов мощности» в четырехквадрантном режиме (трансформатор тока установлен на входной точке питания)

Несмотря на то, что генератор работает параллельно только для уменьшения потребления активной энергии от основного источника питания, векторы все еще движутся только в первом или втором квадранте (см. Рисунок 2b).

Однако, если генератор берет на себя полное потребление активной мощности и даже возвращает активную энергию в сеть поставщика электроэнергии, то векторы изменяются на третий или четвертый квадрант (см. Рисунок 2c).

Большинство электронных контроллеров реактивной мощности имеют цифровой дисплей, показывающий фактический коэффициент мощности. Для управления реактивной мощностью, работающей во всех четырех квадрантах, запутанных коэффициентов мощности могут быть указаны , как показано на рисунке 2с, если генератор осуществляет обратную связь.Управляя во всех четырех квадрантах, любое значение коэффициента мощности может указываться от 0 до 1 в первом или третьем квадранте и от 1 до 0 во втором и четвертом квадрантах.

Таким образом, контроллер указывает любое возможное значение в пределах 360 ° от системы координат, при условии, что оно подходит для работы с четырьмя квадрантами. Это предварительное предположение, что контроллер реактивной мощности применим для работы во всех четырех квадрантах.

Следует еще раз подчеркнуть , что фактический коэффициент мощности cos φ a ничего не говорит о фактическом количестве реактивной мощности Q .

Вектор 4 в квадранте IV на рисунке 1 символизирует ситуацию нагрузки, когда генератор полностью покрывает потребление активной мощности и дополнительно подает идентичное количество в сеть. Если целевой коэффициент мощности был установлен равным 0,85 с запаздыванием, контроллер внезапно намеревается компенсировать передовой стороне 0,85 !

Пропускная способность C / k расширяется от первого квадранта через ноль до третьего квадранта. Это называется поведением зеркального отображения контроллера .

Это не гарантирует, что банка компенсации будет достаточно для компенсации в соответствии с лидирующей стороной 0,85 (см. Вектор 6). Семь ступеней конденсатора стали бы необходимыми для достижения этой цели коэффициента мощности.

Как хорошо известно, недостатком является увеличение напряжения при компенсации в емкостной области . Если банк компенсации не смог достичь этого высокого коэффициента мощности из-за недостаточного количества шагов, многие современные контроллеры реактивной мощности вызовут сигнал тревоги.

Правильный контроль реактивной мощности не означает предварительной установки целевого коэффициента мощности во второй квадрант, например, на переднюю сторону 0,9, чтобы достичь запаздывающей стороны 0,9 при управлении в четвертом квадранте (см. Рисунок 1).

Самый простой способ решить эту проблему - предварительно установить целевое значение коэффициента мощности , cos φ d = 1 . С помощью этого целевого коэффициента мощности симметричное управление реактивной мощностью обеспечивается во всех четырех квадрантах (см. Векторы 5 и 2).Таким образом, если компенсация реактивной мощности работает во всех четырех квадрантах, емкость конденсаторов определяется достаточно для достижения среднего коэффициента мощности, равного единице, cos φ = 1.

Помните, что полная компенсация реактивной мощности экономит активную энергию (кВтч) из-за потерь мощности вдоль проводов. Это решение необходимо не только с технической точки зрения, но и с экономической точки зрения, как описано в следующем разделе.

Вернуться к оглавлению ↑


2.2 Торговые соображения

Как уже упоминалось выше, клиенты с собственным генератором (генераторами) обязаны компенсировать реактивную мощность до желаемого коэффициента мощности, который намного ближе к единице, cos φ d = 1.

Например, любое стандартное тарифное соглашение о достижении среднего коэффициента мощности 0,9 становится недействительным. В этом стандартном договоре соглашается, что 48,5% потребления активной энергии является бесплатным по отношению к количеству реактивной энергии. Проще говоря, если потребление активной энергии составляет, например, 1000 кВтч за расчетный период, то 485 кВтч реактивной энергии бесплатно.

Само поведение людей с генераторами гарантирует , что они будут обращать внимание на снижение потребления активной энергии до нуля . Затем в конце расчетного периода счет-фактура за электроэнергию может указывать 0 кВтч активной энергии, но, например, потребление реактивной энергии 17 000 кВАР!

Как само собой разумеющееся, электроэнергетическая компания не будет предоставлять квархи без взимания платы. Многие электростанции с генераторами используют асинхронные генераторы, то есть асинхронные двигатели, работающие с так называемым отрицательным «скольжением» .Независимо от того, работает ли двигатель в режиме двигателя или генератора, он потребляет реактивную энергию для постоянного намагничивания железного сердечника.

Таким образом, каждый потребитель, намеревающийся снизить потребление активной энергии, в частности или даже полностью, генератором (-ами), обязан также полностью компенсировать любую реактивную энергию, за исключением случаев, когда клиент заключил специальный договор с энергокомпанией.

Следующий пример подчеркивает факты, описанные выше.

Вернуться к оглавлению ↑


2,3 Пример

Асинхронный двигатель номинальной мощностью 100 кВА должен работать в режиме генератора. Его номинальный коэффициент мощности составляет 0,82 индуктивности. Несмотря на то, что он возвращает активную энергию в сеть, потребление реактивной мощности составляет:

cos φ = 0,82 φ = 34,9 ° sin φ = 0,572

Реактивная мощность генератора рассчитывается по формуле:

Q = S × sin φ = 100 кВА × 0.572 = 57,2 квар

В течение одного дня или 24 часов варметр будет считать от до 1373 кВар или 41 200 кВар примерно в месяц , если генератор работает стабильно, например на гидроэлектростанциях.

При работе с синхронными генераторами потребление реактивной энергии зависит от заданной скорости возбуждения. Они предварительно настроены на коэффициент мощности, относящийся регулярно к стороне отставания. Затем реактивная мощность генератора рассчитывается так же, как и для асинхронного.

Вернуться к оглавлению ↑


3. Выводы

Компенсация реактивной мощности во всех четырех квадрантах системы координат из-за параллельной работы генераторов требует рассмотрения технических и экономических фактов совершенно по-другому, чем в классической двухквадрантной работе.

В общем, цель состоит в том, чтобы компенсировать достижение единства, так как φ = 1, как можно ближе к . Банк компенсации должен быть определен соответствующим образом, и контроллер реактивной мощности должен быть пригоден для управления во всех четырех квадрантах.

Само собой разумеется, что трансформатор тока контроллера также должен «захватывать» реактивный ток генератора (ов). Таким образом, точка входа генератора (ов) всегда должна «смотреть» на сторону L корпуса трансформатора тока.

Соблюдать индивидуальные, национальные или международные инструкции.

Вернуться к оглавлению ↑

Источник: Компенсация реактивной мощности Вольфганга Хофманна, Юргена Шлаббаха и Вольфганга Джаста (Покупка в твердом переплете у Amazon)

,
4 примера расчетов компенсации реактивной мощности

Реактивная мощность

Во-первых, скажем несколько слов об основах реактивной мощности в системе. Реактивный ток возникает в каждой электрической системе. Не только большие нагрузки, но и меньшие нагрузки требуют реактивной мощности. Генераторы и двигатели вырабатывают реактивную мощность, что вызывает ненужные нагрузки и потери мощности в линиях.

4 example calculations of compensation for reactive power 4 примера расчетов компенсации реактивной мощности (фоторепортаж: мавинэлектрик.files.wordpress.com)

На рисунке 1 показана блок-схема загрузки сети.

Equivalent circuit diagram of a network with different loading: a) Equivalent circuit; b) Phasor diagram Equivalent circuit diagram of a network with different loading: a) Equivalent circuit; b) Phasor diagram Рисунок 1 - Эквивалентная принципиальная схема сети с различной нагрузкой: а) Эквивалентная принципиальная схема; б) векторная диаграмма

Реактивная мощность необходима для генерации магнитных полей, например, в двигателях, трансформаторах и генераторах. Эта мощность колеблется между источником и нагрузкой и представляет дополнительную нагрузку.

Энергоснабжающие компании и потребители этой электрической энергии заинтересованы в том, чтобы как можно скорее уменьшить эти недостатки.С другой стороны, нелинейные нагрузки и инверторы с фазовым управлением вызывают гармоники , которые приводят к изменениям напряжения и уменьшению коэффициента мощности. Для уменьшения этих гармоник используются последовательные резонансные (фильтрующие) цепи.

Теперь давайте рассмотрим несколько примеров, чтобы вычислить следующее:

  1. Определение емкостной мощности
  2. Емкостная мощность
  3. с коэффициентом k
  4. Определение поперечного сечения кабеля
  5. Расчет ц / к Значение

Пример 1 - Определение емкостной мощности

Нагрузка имеет эффективную мощность P = 50 кВт при 400 В , и коэффициент мощности должен быть компенсирован из cosφ = 0.От 75 до cosφ = 0,95 . Определите требуемую емкостную мощность. Мощность и ток до компенсации:

S1 formulae S1 formulae

Мощность и ток после компенсации:

S2 formulae S2 formulae

Требуемая емкостная мощность:

Qc formulae Qc formulae

Вернуться к расчетам №

Пример 2 - Емкостная мощность с коэффициентом k

Емкостная мощность может быть определена с помощью актера f k для данной эффективной мощности .Коэффициент k считывается из таблицы 1 - «Множители» для определения киловольт конденсатора, необходимых для коррекции коэффициента мощности (см. Ниже), и умножается на эффективную мощность. Результатом является требуемая емкостная мощность.

Для увеличения коэффициента мощности с cosφ = 0,75 до cosφ = 0,95 из таблицы 1 находим коэффициент k = 0,55 :

Required capacitive power Qc Required capacitive power Qc

Вернуться к расчетам №

Пример 3 - Определение поперечного сечения кабеля

Трехфазная мощность 250 кВт при Un = 400 В при 50 Гц должна передаваться по кабелю длиной 80 м .Падение напряжения не должно превышать 4% = 16 В . Коэффициент мощности должен быть увеличен на с cos φ = 0,7 до cos φ = 0,95 . Какое требуется поперечное сечение кабеля?

P formulae P formulae

Ток потребления до компенсации:

Current consumption before compensation Current consumption before compensation

Ток потребления после компенсации:

Current consumption after compensation Current consumption after compensation

Эффективное сопротивление на единицу длины для 516 A :

Effective resistance per unit length Effective resistance per unit length

В соответствии с таблицей 2 (см. Ниже) мы должны выбрать кабель с сечением 4 × 95 мм 2 .Эффективное сопротивление на единицу длины для 380 A составляет:

Effective resistance per unit length Effective resistance per unit length

Здесь сечение кабеля 4 × 70 мм 2 . Как показывает этот пример, улучшенный коэффициент мощности приводит к снижению затрат из-за уменьшенного сечения.

Вернуться к расчетам №

Пример 4 - Расчет значения c / k

Учитывая 150 конденсаторную батарею , т. Е. 5 ступеней по 30 каждый , напряжение питания 400 В и измерительный трансформатор с АК 500 А / 5 А , насколько велико значение c / k ? Отношение c / k определяется как.

Ratio c/k formulae Ratio c/k formulae

Вернуться к расчетам №

Столы

Таблица 1 - Множители для определения киловаров конденсаторов, необходимые для коррекции коэффициента мощности

Multipliers to Determine Capacitor Kilovars Required for Power Factor Correction Multipliers to Determine Capacitor Kilovars Required for Power Factor Correction Таблица 1 - Множители для определения киловаров конденсатора, необходимые для коррекции коэффициента мощности

Таблица 2 - Сопротивление на единицу длины для (Cu) кабеля с пластмассовой изоляцией

Resistance per unit length for (Cu) cable with plastic insulation Resistance per unit length for (Cu) cable with plastic insulation Таблица 2 - Сопротивление на единицу длины для (Cu) кабеля с пластмассовой изоляцией

Вернуться к расчетам №

Список литературы

  1. Анализ и проектирование низковольтных энергетических систем от Ismail Kasikci (Покупка в твердом переплете от Amazon)
  2. Коррекция коэффициента мощности - Руководство для инженера завода по EATON
,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *