Взаємозв'язок між коефіцієнтом потужності та компенсацією реактивної потужності

Ви коли-небудь стикалися з цією загадковою проблемою? Ви встановили додаткові компенсаційні конденсатори, щоб покращити якість електроенергії -, але ваші витрати на електроенергію зросли, а не знизилися. Яка прихована технічна причина цього суперечливого результату? У цьому матеріалі ми розбираємо основні принципи компенсації коефіцієнта потужності та реактивної потужності, проводимо обчислення для компенсаційної потужності та окреслюємо практичні заходи для пом’якшення та запобігання небезпеці резонансу.

 

Коефіцієнт потужності залежить- від навантаження. У ланцюгах постійного струму коефіцієнт потужності завжди рівний 1, тому сама концепція функціонально не має значення. Коли ми входимо у світ електроживлення змінного струму, фактор потужності вступає в дію -, і він майже завжди менший за 1.

 

Коефіцієнт потужності формально визначається як відношення активної потужності до повної потужності.

Активна потужність: реальна електрична енергія, споживана обладнанням для виконання фактичної корисної роботи.

Реактивна потужність: ніколи не витрачається під час завантаження; замість цього. Це енергія, яка безперервно циркулює і бездіяльно коливається в електромережі.

Геометричне співвідношення між трьома величинами відповідає цій формулі:

                                                     P²+Q²=S²(Активна потужність² + реактивна потужність²=повна потужність²)

2. Чому нам потрібна компенсація реактивної потужності?

 

Коефіцієнт потужності в основному визначається ємнісною та індуктивною поведінкою ваших електричних ліній і навантажень.

На відміну від звичайного кінцевого{0}}обладнання, конденсатори та котушки індуктивності споживають і тимчасово зберігають електроенергію. У більшості практичних сценаріїв споживання енергії значно перевищує їхню накопичену ємність. Однак це все одно створює частину струму, який циркулює системою, але не виконує жодної продуктивної роботи.

 

може запитати:Що мені до того, якщо влада не працює?

Хоча це може здатися вам неактуальним, це критична проблема для електростанцій і енергосистем. Коли генератор працює в безпечних межах струму, нижчий коефіцієнт потужності безпосередньо зменшує кількість корисної продуктивної потужності, яку він може забезпечити. Оскільки плата за електроенергію виставляється виключно на основі споживання активної потужності. Реактивна потужність витрачає цінну потужність генерації та мережевої інфраструктури -, не приносячи абсолютно жодного доходу постачальникам електроенергії.

 

Подумайте про це так: це все одно, що їхати в метро. Пасажир купує один квиток, проходить від початку до кінця черги, потім розвертається і їде назад. Цілий день вони крутяться туди-сюди і навіть не виходять зі станції. Вони платять лише невелику вартість проїзду, але весь час обмежують пропускну здатність - не дивно, що оператор метро програє!

 

Отже, як нам це виправити? Хороша новина: реактивна потужність від ємнісних навантажень та індуктивних навантажень природно компенсує одна одну. Струм через конденсатор збільшує напругу на 90 градусів, тоді як струм через котушку індуктивності відстає від напруги на 90 градусів. Коли реактивний опір ємності та реактивний опір ідеально збалансовані, загальний коефіцієнт потужності ланцюга може досягти ідеального значення 1.

 

Тепер виникає ключове запитання: у типовій реальній-системі розподілу електроенергії ми маємо більше індуктивних чи ємнісних навантажень?

У найширшому визначенні конденсатор — це просто будь-які два ізольованих провідних тіла, які, природно, у більшості випадків мають дуже невелику ємність. Індуктивність, навпаки, є всюди: вона притаманна котушкам, електродвигунам і подібним механізмам. Будь-яка частина обладнання з котушками намотування вважається індуктивним навантаженням.

 

Ось чому індуктивні навантаження значною мірою домінують у повсякденному споживанні електроенергії -, і саме з цієї причини майже завжди потрібна компенсація реактивної потужності. Стандартним галузевим підходом є встановлення розміру та встановлення конденсаторів потужності відповідно до фактичних вимог до реактивної потужності вашого підприємства, щоб надійно підвищити загальний коефіцієнт потужності системи.

 

Вибір підходу до компенсації

 

Місцева-компенсація на місці:Реактивна потужність низької-напруги має компенсуватися на рівні низької{1}}напруги за допомогою конденсаторів НН, тоді як реактивна потужність високої{2}}напруги обробляється конденсаторами ВН. Шунтуючі конденсатори ніколи не можна встановлювати на стороні високої-напруги, якщо немає високого{5}}навантаження напруги.

 

Схема перемикання:Ручне перемикання найкраще працює для статичних базових реактивних навантажень зі сталими робочими умовами. Автоматичне перемикання ідеально підходить для запобігання надмірній-компенсації та усунення проблем із перенапругою під час роботи з невеликим-навантаженням.

 

Контроль і регулювання:Якщо основною метою є енергоефективність, кращим рішенням є керування параметрами-на основі реактивної потужності. Для коливань ударного-типу швидко-змінних навантажень тиристорна-контрольована компенсація забезпечує плавне перемикання-без кидків струму та підтримує незалежну-корекцію розщеплення фази.

 

Принцип групування банків:Групування конденсаторів має відповідати специфікаціям усього обладнання системи, щоб виключити ризик резонансу під час перемикань.

 

Пом'якшення гармонік і перенапруг:Батареї конденсаторів високої напруги мають бути обладнані послідовними реакторами. У системах із-низькою напругою ви можете збільшити розміри окремих перемикаючих ступенів або розгорнути спеціальні-контактори/тиристорні перемикачі, щоб ефективно пригнічувати пускові струми перемикання.

 

4. Як визначити розмір необхідної реактивної компенсаційної потужності

 

Перед визначенням розміру компенсації необхідно підтвердити три основні параметри:

Початковий робочий коефіцієнт потужності cosφ1​

Цільовий бажаний коефіцієнт потужності cosφ2​

Активна потужність системи P

 

Формула розрахунку:

Приклад практичного застосування

 

Сайт працює a630 кВАтрансформатор, який зараз працює з початковим коефіцієнтом потужності 0,6, і потребує підвищення коефіцієнта потужності до цільового 0,9. Яка компенсаційна здатність потрібна?

 

Застосування наведеної вище формули дає розрахований реактивний попит приблизно334 квар. Для цього застосування батарея конденсаторів з автоматичним перемиканням на 334 квар є оптимальним і правильно підібраним рішенням.

 

Швидка оцінка нового проекту

Для нових установок, де існуючі історичні дані про коефіцієнт потужності недоступні, стандартна промислова практика полягає в оцінці компенсаційної потужності на рівнівід 30% до 40% номінальної номінальної потужності трансформатора.

 

5. Які ризики надмірної-компенсації?

 

Ємнісна компенсація потужності працює за допомогою використання шунтуючих конденсаторів для підтримки стабільності напруги в мережі та запобігання спаду напруги. Тим не менш, занадто великий розмір вашого компенсаційного банку призводить до серйозних недоліків:

 

Непотрібні втрати в мережі:З точки зору комунального підприємства, як ємнісний, так і індуктивний реактивний струм створюють додаткові реальні втрати потужності. Будь-яка компенсація, що перевищує фактично необхідну, не забезпечує нульової операційної переваги.

 

Небезпека резонансу:Коли мережа-на стороні клієнта стає надмірно ємною, тоді як розподільна мережа вище за течією залишається за своєю суттю індуктивною, неузгоджені значення реактивного опору можуть спричинити резонанс системи. Це викликає екстремальні випадки перенапруги та надмірного струму, які можуть назавжди знищити підключене обладнання -, а в гіршому-випадку навіть призвести до відключення локальної мережі.

 

З цієї причини завжди слід уникати надмірної-компенсації. Найкраща промислова практика вимагає лише підтримки коефіцієнта потужності приблизно на рівні 0,9. При цьому заданому значенні приблизно половина потоку активної потужності все ще складається з реактивного струму, що збільшує втрати в лінії на 56%. Навіть при підвищенні PF до 0,95 реактивні компоненти все ще складають приблизно 31% загальної потужності.

 

У реальних-польових умовах також потрібні додаткові заходи, такі як встановлення послідовних реакторів, щоб усунути небезпечні ефекти посилення напруги та струму.