Što je kompenzacija jalove snage i kako se izračunava iznos kompenzacije?

Susrećete li se često u svakodnevnom radu s ovim pitanjem: kapacitet transformatora mjeri se u kilovolt-amperima (kVA), izlazna snaga motora u kilovatima (kW), a snaga kompenzacije kondenzatora u varama ili kilovarima (var). Zašto postoje tri različita pojma za jedinice koje sve predstavljaju električnu snagu?

Ovo nas vodi do teme o kojoj ćemo danas raspravljati: inherentni odnos između jalove snage (jedinica: var ili kvar), aktivne snage (jedinica: W ili kW), prividne snage (jedinica: VA ili kVA) i faktora snage.

 

I. U elektroenergetskoj mreži, električna energija koju izvor isporučuje potrošaču može se kategorizirati u dvije vrste: aktivna snaga i jalova snaga.

(1) Jalova snaga (Q):
Mnogi električni uređaji rade na temelju principa elektromagnetske indukcije, poput distribucijskih transformatora i motora. Motori zahtijevaju uspostavljanje i održavanje rotirajućeg magnetskog polja za pokretanje rotora, koji zauzvrat pokreće mehaničko gibanje. Magnetsko polje rotora u motoru nastaje izvlačenjem jalove snage iz izvora struje.
Transformatorima je također potrebna jalova snaga za stvaranje magnetskog polja u primarnom namotu i induciranje napona u sekundarnom namotu. Stoga, bez jalove snage, motori se ne bi okretali, transformatori ne bi mogli transformirati napon, a AC kontaktori se ne bi uključili. Generatori mogu proizvoditi jalovu snagu, a kondenzatori mogu opskrbljivati ​​jalovu snagu-to je osnova kompenzacije jalove snage.

(2) Aktivna snaga (P):
Aktivna snaga odnosi se na dio električne energije koji se može izravno pretvoriti u druge oblike energije i potrošiti. Na primjer, motor pretvara električnu energiju u mehaničku. Bez obzira na učinkovitost, motor od 11 kW može pretvoriti 11 kWh električne energije u ekvivalentnu količinu mehaničke energije po satu. Žarulja sa žarnom niti od 100 W pretvara 0,1 kWh električne energije u svjetlosnu energiju na sat. Slično, grijač od 1 kW pretvara 1 kWh električne energije u toplinsku energiju po satu. Djelatna snaga je električna snaga koja se može izravno pretvoriti u druge oblike energije.

(3) Prividna snaga (S):
U određenom smislu, prividna snaga je kombinacija djelatne snage (P) i jalove snage (Q). Za izvore energije, prividna snaga uključuje djelatnu i jalovu snagu. Na primjer, snaga koju daje transformator uključuje i aktivne i jalove komponente, zbog čega se kapacitet transformatora izražava u prividnoj snazi, mjerenoj u kilovolt-amperima (kVA).

 

II. Odnos između djelatne snage, jalove snage i prividne snage

Da bismo objasnili odnos između ovo troje, prvo moramo razumjeti što je faktor snage.

U krugu izmjenične struje, kosinus fazne razlike (Φ) između napona i struje naziva se faktor snage, označen kao cosΦ. Numerički, faktor snage je omjer aktivne snage i prividne snage, tj. cosΦ=P/S.

 

 

(1) Što je točno jalova snaga?

Na temelju odnosa ilustriranih trokutom snage, trokutom napona i trokutom impedancije, jalova se snaga može jednostavno razumjeti u praktičnim terminima na sljedeći način:
U električnom krugu troše čisto otporne komponentedjelatna snaga (P), dok induktivne komponente (kao što su reaktorske zavojnice, namoti transformatora i statori ili rotori motora) trošejalova snaga (Q). S druge strane, kapacitivne komponente daju jalovu snagu (Q) - na primjer, kondenzatori i sinkroni generatori. (Napomena: kada sinkroni generator radi, njegovi se namoti ponašaju kapacitivno, što znači da daje i aktivnu i jalovu snagu.)

Dakle, jednostavan sažetak je:
Induktivne ili kapacitivne komponente su potrošači i davatelji jalove snage.

(2) Koji su negativni utjecaji jalove snage?

Smanjuje izlaznu aktivnu snagu generatora
To je zato što je ukupni kapacitet (tj. prividna snaga S) generatora fiksan. Ako se isporuči previše jalove snage Q, djelatna snaga P će se sukladno tome smanjiti; inače bi se generator mogao preopteretiti.

Smanjuje kapacitet napajanja opreme za prijenos i distribuciju
Obrazloženje je isto kao i za generatore.

Povećava gubitke mrežnog napona
Kako se komponenta jalove struje u krugu povećava, ukupna struja također raste. Pad napona (δU=IZ) proporcionalan je struji. Veći padovi napona zahtijevaju povećanje površine poprečnog-presjeka vodiča, što dovodi do većih troškova ulaganja.

 

(3) Prednosti jalove snage

Mnogi električni uređaji rade na temelju principa elektromagnetske indukcije, poput distribucijskih transformatora i motora.

Motori zahtijevaju uspostavljanje i održavanje rotirajućeg magnetskog polja za pokretanje rotora, koji zauzvrat pokreće mehaničko gibanje. Magnetsko polje rotora u motoru nastaje izvlačenjem jalove snage iz izvora struje.

Slično, transformatorima je potrebna jalova snaga za stvaranje magnetskog polja u primarnom namotu, čime se inducira napon u sekundarnom namotu.

Dakle, bez jalove snage:

Motori se ne bi okretali,

Transformatori nisu mogli transformirati napon,

AC kontaktori se ne bi uključili.

Iz ovoga je jasno da jalova snaga igra pomoćnu ulogu u pretvorbi i transformaciji električne energije. Bez jalove snage ne mogu se uspostaviti magnetska polja, a električna energija se ne može pretvoriti u mehaničku.

 

III. Kako izvesti kompenzaciju jalove snage i izračunati iznos kompenzacije?

Gore smo zajedno analizirali uloge i nedostatke jalove snage. Glavni nedostaci su: prvo, povećava se kapacitet transformatora i površina-poprečnog presjeka vodiča, što neizravno povećava troškove projekta; drugo, nakon rada, faktor snage ne smije pasti ispod 0,9, inače će tvrtka za opskrbu električnom energijom nametnuti novčane kazne.

Stoga, tijekom inženjerskog projektiranja, moramo u potpunosti razmotriti ovo pitanje. U sustavima napajanja bez generatora, paralelni kondenzatori se obično koriste za poboljšanje faktora snage trafostanica. Načelo je lokalno opskrbljivanje reaktivnom snagom, čime se eliminira potreba za izvlačenjem jalove snage iz mreže. Ovaj pristup ne samo da smanjuje potrebni kapacitet transformatora, već također poboljšava faktor snage na strani mjerenja.

 

(1) Izbor metoda kompenzacije kondenzatora

1. Kada koristite kondenzatore snage shunt kao uređaje za kompenzaciju umjetne jalove snage, kako bi se smanjili gubici u liniji i padovi napona, kompenzacija bi trebala biti lokalno uravnotežena. To znači da jalovu snagu u nisko-naponskim dijelovima treba kompenzirati nisko-naponskim kondenzatorima, dok jalovu snagu u visoko-naponskim dijelovima treba kompenzirati visoko-naponskim kondenzatorima.

Ako nema visokog{0}}naponskog opterećenja, kondenzatorski uređaji ne bi trebali biti instalirani na visoko-naponskoj strani.

Prilikom izvođenja lokalne individualne kompenzacije za opremu koju pokreće-motor, nazivna struja kompenzacijskog kondenzatora ne smije premašiti 0,9 puta pobudnu struju motora.

Tijekom proračuna električnog opterećenja treba uključiti kompenziranu jalovu snagu.

2. Načini prebacivanja za kompenzacijske kondenzatorske baterije dijele se na ručne i automatske.

Ručno prebacivanje prikladno je za kondenzatorske baterije koje kompenziraju osnovnu nisko{0}}naponsku jalovu snagu, kao i visoko-naponske kondenzatorske baterije sa stabilnom potražnjom jalove snage i rijetkim prebacivanjem.

Kako bi se izbjegla prekomjerna-kompenzacija ili pretjerani napon tijekom malih opterećenja, koji bi mogli oštetiti određenu električnu opremu, preporučuje se automatsko prebacivanje.

Ako su učinci uređaja za automatsku kompenzaciju visokog-napona i niskog{1}}napona slični, trebali bi dati prednost uređajima za automatsku kompenzaciju-niskog napona.

3. Metode regulacije za automatsku kompenzaciju jalove snage:

Za kompenzaciju usmjerenu prvenstveno na uštedu energije, za regulaciju se mogu koristiti parametri kao što je jalova snaga.

Za udarna opterećenja, dinamički brzo{0}}promjenjiva opterećenja i tro-fazna neuravnotežena opterećenja, tiristori (elektroničke sklopke) mogu se koristiti za kontrolu, osiguravajući glatki rad bez udarnih struja, pružajući dobre dinamičke performanse i omogućavajući fazno-odvojeno upravljanje za tro-učinke balansiranja faza.

4. Pri grupiranju kondenzatora treba osigurati kompatibilnost s tehničkim parametrima prateće opreme. Mora se zadovoljiti dopušteni raspon odstupanja napona i potrebno je nastojati smanjiti broj grupa uz odgovarajuće povećanje kapaciteta svake grupe.

Prebacivanje grupiranih kondenzatora ne bi trebalo izazvati rezonanciju.

5. Visoko{1}}naponske kondenzatorske baterije bi po mogućnosti trebale biti spojene u seriju s prigušnicama odgovarajuće veličine, dok nisko-naponske kondenzatorske baterije trebaju povećati sklopni kapacitet pomoću namjenskih sklopnih kontaktora ili tiristora kako bi se smanjile udarne struje tijekom prebacivanja.

Na vodovima na koje značajno utječu harmonici iz električne opreme, reaktori bi trebali biti spojeni u seriju s baterijama kondenzatora.

 

(2) Izračun kompenzacijskog kapaciteta kondenzatora

 

Cilj je odrediti potrebnu jalovu snagu Qc (kvar) do