Почему нам не нравится реактивная мощность
Полная мощность, так называемая кажущаяся мощность, сети передачи состоит из активной и реактивной мощности (рис. 1). В то время как потребители энергии, подключенные к источнику питания, преобразуют активную энергию в активную энергию, реактивная энергия, относящаяся к реактивной мощности, не потребляется.
Основы реактивной власти и компенсационных решений для студентов (фото кредит: eltrex.ro)
Реактивная мощность на стороне потребителя используется только для создания магнитного поля, например, для работы электродвигателей, насосов или трансформаторов.
Реактивная мощность генерируется, когда питание выводится из сети питания, а затем подается обратно в сеть с задержкой по времени.
Таким образом, он колеблется между потребителем и генератором. Это представляет собой дополнительную нагрузку на сеть и требует больших размеров, чтобы задействовать осциллирующую реактивную мощность в дополнение к активной мощности, доступной. Как следствие, можно передавать менее активную энергию.
Рисунок 1 - Состав общей мощности передающей сетки
Реактивная мощность имеет нулевое среднее значение, поскольку оно пульсирует вверх и вниз, усредняя до нуля. Реактивная мощность измеряется как максимум пульсирующей мощности в течение цикла. Он может быть положительным или отрицательным, в зависимости от того, будут ли пики тока до или после напряжения.
По соглашению реактивная мощность, как и реальная мощность, является положительной, когда она «поставляется» и отрицательна, когда она «потребляется». Потребление реактивной мощности уменьшает величины напряжения, а при подаче реактивной мощности увеличивается величина напряжения.
Решение с компенсацией //
С системой компенсации реактивной мощности с силовыми конденсаторами, напрямую подключенными к сети низкого напряжения и близкими к потребителю электроэнергии, средства передачи могут быть сброшены, поскольку реактивная мощность больше не поступает из сети, а обеспечивается конденсаторами (рисунок 2).
Рисунок 2 - Принцип компенсации реактивной мощности с использованием низковольтных силовых конденсаторов
Снижаются потери на передачу и потребление энергии, и дорогостоящие расширения становятся ненужными, поскольку одно и то же оборудование может использоваться для передачи более активной мощности за счет 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 · (tan φ 1 - tan φ 2)
Компенсация уменьшает переданную кажущуюся мощность S (см. Рис. 3). Омические потери передачи уменьшаются на квадрат токов.
Рисунок 3 - Схема питания для некомпенсированной (1) и компенсированной (2) установки
Оценка реактивной мощности
Для промышленных установок, которые все еще находятся на стадии конфигурирования, можно предположить, что потребителями реактивной мощности являются в основном асинхронные двигатели переменного тока, работающие со средним коэффициентом мощности cos φ ≥ 0, 7. Для компенсации cos φ = 0, 9 требуется мощность конденсатора около 50% активной мощности:
Q c = 0, 5 · P
В инфраструктурных проектах (офисы, школы и т. Д.) Применяется следующее:
Q c = 0, 1 до 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 доступны активные и реактивные счетчики 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
Компенсационная мощность 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 вычисление Q c, в таблице 1 указаны коэффициенты преобразования F, когда измеряемый cos φ 1 должен быть скомпенсирован для достижения коэффициента мощности cos φ 2.
Таблица 1 - Коэффициенты пересчета F для регулировки фазового угла
3 основных типа компенсации //
Конденсаторы могут использоваться для одиночной, групповой и центральной компенсации. Эти типы компенсации будут введены в следующем //
Единая компенсация
При одной компенсации конденсаторы напрямую подключаются к клеммам отдельных потребителей электроэнергии и включаются вместе с ними через общее коммутационное устройство. Здесь мощность конденсатора должна быть точно скорректирована для соответствующих потребителей. Отдельная компенсация часто используется для асинхронных двигателей (рис. 4).
Рисунок 4 - Единая компенсация
Единая компенсация экономически выгодна для:
- Крупные индивидуальные потребители электроэнергии
- Постоянный спрос на электроэнергию
- Длительное время включения
Здесь загрузка снимается с линий подачи питания потребителям электроэнергии. Однако непрерывная настройка мощности конденсатора на его реактивную мощность невозможна.
Компенсация группы
При групповой компенсации каждое устройство компенсации назначается группе потребителей. Такая группа потребителей может состоять, например, из моторов или газоразрядных ламп, которые подключаются к источнику питания вместе через контактор или переключатель. В этом случае специальные переключающие устройства для подключения конденсаторов также не требуются (рис. 5).
Рисунок 5 - Групповая компенсация
Групповая компенсация имеет те же преимущества и недостатки, что и единая компенсация.
Центральная компенсация
Блоки управления реактивной мощностью используются для центральной компенсации, которые непосредственно назначаются распределительному устройству, распределительной плате или распределительной плате и расположены там централизованно. Блоки управления содержат переключаемые цепи ответвлений конденсаторов и контроллер, который получает реактивную мощность, присутствующую в месте ввода.
Рисунок 6 - Центральная компенсация
Если он отклоняется от заданного значения, контроллер включает или выключает конденсаторы поэтапно через контакторы.
Мощность конденсатора выбирается таким образом, чтобы вся установка достигла желаемого cos φ (рис. 6). Центральная компенсация рекомендуется в случае:
- Многие небольшие потребители электроэнергии подключены к источнику питания
- Различные требования к мощности и время включения питания потребителей электроэнергии
Рекомендации //
- Планирование распределения электроэнергии компанией SIEMENS
- Принципы эффективного и надежного реактивного энергоснабжения и потребления Федеральной комиссией по регулированию энергетики