Međuodnos faktora snage i kompenzacije jalove snage

Jeste li ikada naišli na ovaj zagonetni problem? Instalirali ste dodatne kompenzacijske kondenzatore kako biste poboljšali kvalitetu električne energije -, ali vaši su troškovi električne energije porasli, a ne pali. Koji je skriveni tehnički uzrok iza ovog kontraintuitivnog rezultata? U ovom članku raščlanjujemo temeljne osnove faktora snage i kompenzacije jalove snage, vodimo vas kroz izračune za kompenzacijski kapacitet i opisujemo praktične mjere za ublažavanje i sprječavanje opasnosti od rezonancije.

 

Faktor snage-ovisi o opterećenju. U istosmjernim krugovima faktor snage je uvijek točno 1, tako da je sam koncept funkcionalno nebitan. Jednom kada uđemo u svijet izmjenične struje, faktor snage ulazi u igru ​​- i on je gotovo uvijek manji od 1.

 

Faktor snage je formalno definiran kao omjer aktivne snage i prividne snage.

Aktivna snaga: Stvarna električna energija koju troši oprema za proizvodnju stvarnog, korisnog rada.

Reaktivna snaga: Nikada se ne troši teretom; umjesto toga. To je energija koja neprekidno cirkulira i dokono oscilira unutar električne mreže.

Geometrijski odnos između tri veličine slijedi ovu formulu:

                                                     P²+Q²=S²(Aktivna snaga² + jalova snaga²=prividna snaga²)

2. Zašto nam je potrebna kompenzacija jalove snage?

 

Faktor snage temeljno je određen kapacitivnim i induktivnim ponašanjem vaših električnih vodova i opterećenja.

Za razliku od tipične opreme krajnjeg{0}}korisnika, kondenzatori i induktori crpe i privremeno pohranjuju električnu energiju. U većini praktičnih scenarija, njihova potrošnja energije daleko premašuje njihov pohranjeni kapacitet. Međutim, to još uvijek stvara dio struje koja cirkulira kroz sustav, ali ne obavlja nikakav produktivan rad.

 

može pitati:Što se mene tiče ako struja ne radi?

Iako vam se to može činiti nevažnim, to je ključna briga za elektrane i mrežna poduzeća. Kada generator radi unutar sigurnih strujnih granica, niži faktor snage izravno smanjuje količinu korisne, produktivne energije koju može isporučiti. Budući da se električna energija naplaćuje isključivo prema potrošnji aktivne energije. Reaktivna energija troši dragocjene kapacitete proizvodnje i mrežne infrastrukture - dok pružateljima električne energije ne donosi apsolutno nikakav prihod.

 

Zamislite to ovako: to je točno kao vožnja podzemnom željeznicom. Putnik kupi jednu kartu, ide od početka do kraja linije, zatim se okreće i vozi natrag. Cijeli dan lutaju naprijed-nazad, a nikad ni ne izađu iz postaje. Plaćaju samo malu cijenu, a svejedno svode tranzitni kapacitet cijelo vrijeme - nije ni čudo što operater podzemne na kraju gubi!

 

Dakle, kako da to riješimo? Dobra vijest je: reaktivna snaga kapacitivnih i induktivnih opterećenja prirodno se poništavaju. Struja kroz kondenzator povećava napon za 90 stupnjeva, dok struja kroz induktor zaostaje za naponom za 90 stupnjeva. Kada su kapacitivna reaktancija i induktivna reaktancija savršeno u ravnoteži, ukupni faktor snage kruga može doseći idealnu vrijednost od 1.

 

Sada se postavlja ključno pitanje: u tipičnom-sustavu distribucije električne energije u stvarnom svijetu imamo li više induktivnih ili kapacitivnih opterećenja?

U najširoj definiciji, kondenzator su jednostavno bilo koja dva izolirana vodljiva tijela, i prirodno predstavljaju samo vrlo malu količinu kapaciteta u većini slučajeva. Nasuprot tome, induktivitet je posvuda: svojstven je zavojnicama, električnim motorima i sličnim strojevima. Svaki dio opreme sa zavojnicama za namatanje računa se kao induktivno opterećenje.

 

Zbog toga induktivna opterećenja snažno dominiraju u svakodnevnoj potrošnji energije - i upravo je to razlog zašto je kompenzacija jalove snage gotovo uvijek potrebna. Standardni industrijski pristup je dimenzioniranje i ugradnja odgovarajućih kondenzatora snage u skladu sa stvarnim zahtjevima za jalovu snagu vašeg objekta, kako bi se pouzdano povećao ukupni faktor snage sustava.

 

Odabir pristupa kompenzaciji

 

Lokalna naknada-na licu mjesta:Jalova snaga niskog-napona kompenzirat će se na razini niskog{1}}napona pomoću NN kondenzatora, dok se reaktivna snaga visokog{2}}napona rješava HV kondenzatorima. Shunt kondenzatori se nikada ne smiju postavljati na visoko-naponsku stranu ako nije prisutno visoko-naponsko opterećenje.

 

Preklopna shema:Ručno prebacivanje najbolje funkcionira za statička osnovna reaktivna opterećenja sa stabilnim radnim uvjetima. Automatsko prebacivanje idealno je za sprječavanje preko-kompenzacije i uklanjanje problema s prenaponom tijekom rada s-malim opterećenjem.

 

Kontrola i regulacija:Kada je energetska učinkovitost primarni cilj, poželjno je rješenje upravljanje parametrima-na temelju jalove snage. Za fluktuirajuća, udarna-brzo{3}}promjenjiva opterećenja, tiristorska-kontrolirana kompenzacija omogućuje glatko prebacivanje-bez naleta i podržava neovisnu podijeljenu-faznu korekciju.

 

Načelo grupiranja banaka:Grupiranje kondenzatora mora biti pravilno usklađeno sa specifikacijama cjelokupne opreme sustava, kako bi se eliminirao rizik od rezonancije tijekom prekida.

 

Ublažavanje harmonika i prenapona:Visok{0}}kondenzatorske baterije moraju biti opremljene serijskim prigušnicama. Na nisko{2}}naponskim sustavima, možete povećati pojedinačne sklopne stupnjeve ili primijeniti namjenski{3}}kontaktore/tiristorske sklopke, kako biste učinkovito potisnuli sklopne udarne struje.

 

4. Kako odrediti veličinu potrebnog reaktivnog kompenzacijskog kapaciteta

 

Prije dimenzioniranja kompenzacije moraju se potvrditi tri osnovna parametra:

Početni radni faktor snage cosφ1​

Ciljani željeni faktor snage cosφ2​

Aktivna snaga sustava P

 

Formula za izračun:

Primjer praktične primjene

 

Stranica upravlja a630 kVAtransformator, trenutno radi s početnim faktorom snage od 0,6, i treba poboljšati faktor snage na cilj od 0,9. Koji je kompenzacijski kapacitet potreban?

 

Primjenom gornje formule dobiva se izračunata reaktivna potražnja od približno334 kvar. Za ovu primjenu, baterija kondenzatora s automatskim preklopom od 334 kvar je optimalno i pravilno usklađeno rješenje.

 

Brza procjena za novi projekt

Za nove instalacije gdje postojeći povijesni zapisi faktora snage nisu dostupni, standardna praksa u industriji je procijeniti kompenzacijski kapacitet na30% do 40% nominalnog nazivnog kapaciteta transformatora.

 

5. Koji su rizici prekomjerne-naknade?

 

Kapacitivna kompenzacija snage radi korištenjem shunt kondenzatora za održavanje stabilnosti napona mreže i sprječavanje pada napona. Uz to, određivanje veličine vaše banke za kompenzaciju prevelikom donosi ozbiljne nedostatke:

 

Nepotrebni gubici u mreži:Iz perspektive komunalnog poduzeća, i kapacitivna i induktivna reaktivna struja stvaraju dodatne stvarne gubitke snage. Svaka kompenzacija iznad onoga što je stvarno potrebno donosi nultu operativnu prednost.

 

Opasnost od rezonancije:Kada mreža -na strani korisnika postane prekomjerno kapacitivna, dok uzvodna distribucijska mreža ostaje inherentno induktivna, neusklađene vrijednosti reaktancije mogu pobuditi rezonanciju sustava. To izaziva događaje ekstremnog prenapona i prekomjerne struje, koji mogu trajno uništiti povezanu opremu -, au najgorem-scenariju čak uzrokovati lokalno isključenje mreže.

 

Iz tog razloga uvijek treba spriječiti prekomjernu-naknadu. Najbolja praksa u industriji zahtijeva samo održavanje faktora snage od oko 0,9. Na ovoj zadanoj točki, otprilike polovica protoka aktivne snage još uvijek se sastoji od jalove struje, što povećava gubitke u liniji za 56%. Čak i kada se poveća na PF od 0,95, reaktivne komponente još uvijek čine približno 31% ukupne snage.

 

U stvarnom-pogonu na terenu također su potrebne dodatne mjere kao što je instaliranje serijskih reaktora, kako bi se uklonili opasni efekti pojačanja napona i struje.