Взаимосвязь между коэффициентом мощности и компенсацией реактивной мощности

Вы когда-нибудь сталкивались с этой загадочной проблемой? Вы установили дополнительные компенсационные конденсаторы для улучшения качества электроэнергии -, однако ваши затраты на электроэнергию выросли, а не снизились. Какова скрытая техническая причина такого противоречивого результата? В этой статье мы разберем основные принципы компенсации коэффициента мощности и компенсации реактивной мощности, проведем расчеты компенсационной мощности и наметим практические меры по смягчению и предотвращению резонансных опасностей.

 

Коэффициент мощности зависит-от нагрузки. В цепях постоянного тока коэффициент мощности всегда равен 1, поэтому сама концепция функционально не имеет значения. Как только мы вступаем в мир переменного тока, в игру вступает коэффициент мощности -, который почти всегда меньше 1.

 

Коэффициент мощности формально определяется как отношение активной мощности к полной мощности.

Активная мощность: Реальная электрическая энергия, потребляемая оборудованием для выполнения реальной полезной работы.

Реактивная мощность: Он никогда не израсходуется нагрузкой; вместо. Это энергия, которая постоянно циркулирует и лениво колеблется внутри энергосистемы.

Геометрическая связь между тремя величинами следует этой формуле:

                                                     P²+Q²=S²(Активная мощность² + Реактивная мощность²=Полная мощность²)

2. Зачем нам нужна компенсация реактивной мощности?

 

Коэффициент мощности в основном определяется емкостным и индуктивным поведением ваших электрических линий и нагрузок.

В отличие от типичного оборудования конечного-пользователя, конденсаторы и катушки индуктивности одновременно потребляют и временно сохраняют электрическую энергию. В большинстве практических сценариев их потребление энергии намного превышает их запасенную мощность. Однако при этом все равно создается часть тока, который циркулирует по системе, но вообще не выполняет никакой продуктивной работы.

 

может спросить:Какое мне дело до того, что власть не делает реальной работы?

Хотя вам это может показаться несущественным, на самом деле это серьезная проблема для электростанций и сетевых компаний. Когда генератор работает в безопасных пределах тока, более низкий коэффициент мощности напрямую снижает количество полезной и производительной мощности, которую он может обеспечить. Поскольку счет за электроэнергию выставляется исключительно на основе потребления активной мощности. Реактивная мощность тратит впустую ценные мощности генерации и сетевой инфраструктуры -, не принося при этом абсолютно никакого дохода поставщикам электроэнергии.

 

Подумайте об этом так: это точно так же, как ехать в метро. Пассажир покупает один билет, проходит от начала до конца очереди, затем разворачивается и едет обратно. Целый день они мотаются туда-сюда и даже не покидают станцию. Они платят лишь небольшую плату за проезд, но все время ограничивают пропускную способность -, поэтому неудивительно, что оператор метро в конечном итоге оказывается в проигрыше!

 

Так как же это исправить? Хорошая новость: реактивная мощность емкостных и индуктивных нагрузок естественным образом компенсируют друг друга. Ток через конденсатор опережает напряжение на 90 градусов, а ток через катушку индуктивности отстает от напряжения на 90 градусов. Когда емкостное и индуктивное реактивное сопротивление идеально сбалансированы, общий коэффициент мощности цепи может достигать идеального значения, равного 1.

 

Теперь возникает ключевой вопрос: в типичной реальной-мировой системе распределения электроэнергии больше индуктивных или емкостных нагрузок?

В самом широком определении конденсатор — это просто любые два изолированных проводящих тела, которые, естественно, в большинстве случаев имеют лишь очень небольшую емкость. Индуктивность, напротив, присутствует повсюду: она присуща катушкам, электродвигателям и подобным механизмам. Любое оборудование с обмотками катушек считается индуктивной нагрузкой.

 

Вот почему индуктивные нагрузки в значительной степени доминируют во всем повседневном энергопотреблении -, и именно по этой причине почти всегда необходима компенсация реактивной мощности. Стандартный отраслевой подход заключается в подборе и установке соответствующих силовых конденсаторов в соответствии с фактическими требованиями к реактивной мощности вашего предприятия, чтобы надежно повысить общий коэффициент мощности системы.

 

Выбор способа компенсации

 

Местное вознаграждение-на месте:Реактивная мощность низкого-напряжения должна компенсироваться на уровне низкого-напряжения с помощью конденсаторов низкого напряжения, а реактивная мощность высокого-напряжения компенсируется конденсаторами высокого напряжения. Шунтирующие конденсаторы ни в коем случае нельзя устанавливать на стороне высокого-напряжения, если нет высоко-нагрузки.

 

Схема переключения:Ручное переключение лучше всего работает для статических базовых реактивных нагрузок в устойчивых условиях эксплуатации. Автоматическое переключение идеально подходит для предотвращения пере-компенсации и устранения проблем с перенапряжением при работе с небольшой-нагрузкой.

 

Контроль и регулирование:Если энергоэффективность является основной целью, предпочтительным решением является управление параметрами-на основе реактивной мощности. При колебаниях, ударах-типа, быстром-изменении нагрузок тиристорная-управляемая компенсация обеспечивает плавное,-свободное от бросков переключение и поддерживает независимую коррекцию разделенной-фазы.

 

Принцип группировки банков:Группировка конденсаторов должна быть надлежащим образом согласована со спецификациями всего оборудования системы, чтобы исключить риск резонанса во время переключений.

 

Подавление гармоник и перенапряжений:Высоковольтные конденсаторные батареи-должны быть оснащены последовательными реакторами. В системах низкого-напряжения можно увеличить размеры отдельных ступеней переключения или использовать специальные-контакторы/тиристорные переключатели для эффективного подавления пусковых токов переключения.

 

4. Как определить необходимую реактивную компенсационную мощность

 

Перед определением размера компенсации необходимо подтвердить три основных параметра:

Начальный рабочий коэффициент мощности cosφ1​

Целевой желаемый коэффициент мощности cosφ2​

Активная мощность системы P

 

Формула расчета:

Пример практического применения

 

Сайт управляет630 кВАТрансформатор, в настоящее время работающий с начальным коэффициентом мощности 0,6, нуждается в повышении коэффициента мощности до целевого значения 0,9. Какая компенсационная способность требуется?

 

Применение приведенной выше формулы дает расчетный реактивный спрос примерно334 квар. Для этого применения автоматически переключаемая конденсаторная батарея на 334 квар является оптимальным и правильно подобранным решением.

 

Быстрая оценка нового проекта

Для новых установок, где существующие исторические данные о коэффициенте мощности недоступны, стандартная отраслевая практика заключается в оценке компенсационной мощности на уровнеОт 30% до 40% номинальной номинальной мощности трансформатора..

 

5. Каковы риски чрезмерной-компенсации?

 

Емкостная компенсация мощности работает за счет использования шунтирующих конденсаторов для поддержания стабильности напряжения сети и предотвращения его падения. Тем не менее, слишком большой размер вашего компенсационного банка имеет серьезные недостатки:

 

Ненужные потери в сети:С точки зрения энергоснабжающей компании, как емкостной, так и индуктивный реактивный ток создают дополнительные потери реальной мощности. Любая компенсация, превышающая фактически требуемую, не дает операционного преимущества.

 

Резонансная опасность:Когда сеть на стороне потребителя- становится слишком емкостной, а входная распределительная сеть остается по своей сути индуктивной, несовпадающие значения реактивного сопротивления могут вызвать резонанс в системе. Это вызывает экстремальные перенапряжения и перегрузки по току, которые могут безвозвратно вывести из строя подключенное оборудование -, а в худшем-случае даже привести к отключению местной сети.

 

По этой причине всегда следует избегать чрезмерной-компенсации. Передовая отраслевая практика требует поддержания коэффициента мощности около 0,9. В этой уставке примерно половина потока активной мощности по-прежнему состоит из реактивного тока, что увеличивает потери в линии на 56%. Даже при повышении коэффициента мощности до 0,95 реактивные компоненты по-прежнему составляют примерно 31% от общей мощности.

 

В реальных-полевых условиях также требуются дополнительные меры, такие как установка последовательных реакторов, чтобы устранить опасные эффекты усиления напряжения и тока.