Меню

Компенсация реактивной мощности физический смысл

Что такое реактивная мощность и её компенсация

Что такое реактивная мощность и что с ней делать.

Асинхронные двигатели, трансформаторы, газоразрядные и люминесцентные лампы, индукционные и дуговые печи и т.д. в силу своих физических свойств вместе с активной энергией потребляют из сети также и реактивную энергию, которая необходима для создания электромагнитного поля. В отличие от активной энергии, реактивная не преобразуется в другие виды – механическую или тепловую – и не выполняет полезной работы, однако вызывает потери при ее передаче. На Рис.1 изображены направления протекания тока при работе с реактивными нагрузками.

Тепловой компонент = полезная работа, циркулирующий компонент работы не совершает

Рис.1. Полная мощность.

Наличие в сети реактивной мощности (Q, Вар) характеризуется коэффициентом мощности (PF, cos ф) и является соотношением активной (P, Вт) к полной (S, ВА). Ниже можно увидеть зависимость полной мощности от ее составляющих как на векторной диаграмме, так и на более житейском уровне – бокале пива, где пиво является активной составляющей, а пена – реактивной. Никто же не хочет иметь бокал только с пеной?

Что такое коэффициент мощности?

Рис.2. Треугольник мощностей. Расчет коэффициента мощности.

При низких значениях коэффициента мощности в сети будет возникать ряд нежелательных явлений, которые могут привести к существенному уменьшению срока службы оборудования. Рекомендуется иметь cos ф не менее 0,9 (например, в Чехии за cos ф менее 0,95 штрафуют). Для этого разработан ряд мероприятий по регулированию баланса реактивной мощности в сети – компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности (КРМ).

Следует понимать, что реактивная мощность бывает двух характеров – индуктивная и емкостная. Нас интересует компенсация только первого типа, т.к. второй встречается редко. В нашем случае – сетях с индуктивной нагрузкой – для увеличения cos ф требуется устанавливать компенсационные конденсаторы. Но как это сделать?

Выбор способа компенсации предполагает определение места установки конденсаторов (зачастую в составе конденсаторной установки (далее КУ)). Существует три основных варианта:

  • Индивидуальная компенсация

Размещение конденсаторов у устройств с низким cos ф и включение одновременно с последними.

  • Групповая компенсация

Размещение конденсаторов у группы устройств (например, пожарных насосов).

  • Централизованная компенсация

Предусматривает установку КУ на главном распределительном щите. Если предыдущие варианты могли быть как регулируемыми, так и нет, то этот, как правило, регулируемый.

Способы компенсации реактивной мощности

Рис.3. Способы компенсации.

При правильном подборе КУ мероприятия по компенсации реактивной мощности позволяют:

существенно уменьшить нагрузку на трансформаторах, а следовательно уменьшить их нагрев и увеличить срок службы

при включении КУ в расчет при проектировании новых объектов, существенно уменьшить сечение проводников

при включении КУ в уже существующие сети, разгрузить их, повышая пропускную способность без реконструкции

снизить расходы на электроэнергию за счет снижения потери в проводниках

повысить стабильность напряжения (все) и качество электроэнергии (при использовании ФКУ)

Где мы можем сэкономить видно невооруженным глазом, но для начала придется и потратиться.

Во-первых, необходимо заказать проект, который следует доверить проверенной организации. Которая в свою очередь проведет ряд измерений или сделает расчеты для новых объектов и исходя из них даст рекомендации по способу компенсации, типу КУ и их параметрам.

Во-вторых, следует выбрать организацию-сборщика, которая соберет, установит и настроит наши КУ.

Схема конденсаторной установкиЧто может входить в состав КУ?

Рассмотрим максимально возможную комплектацию конденсаторной установки:

Вводное устройство – автоматический выключатель, разъединитель предохранительный или выключатель нагрузки (при наличии еще одного вводного устройства, например, в ГРЩ).

Защитные устройства ступеней – большинство производителей (например, ZEZ Silko) рекомендуют использовать плавкие вставки с характеристикой gG (см. таблицу ниже), но нередко можно встретить и защиту автоматическими выключателями.

Коммутационное устройство (для статической компенсации НН) – контактор с токоограничевающей приставкой (контакты предварительного включения с сопротивлениями). Важно выбрать качественного производителя, т.к. через контактор при включении ступени проходят огромные токи (до 200Iе), обусловленные зарядом конденсатора, например, Benedict-Jager или Eaton (Moeller).

Антирезонансные дроссели (реакторы) – используются для защиты от перегрузки токами конденсаторов при наличии в сети высших гармоник.

Компенсационные конденсаторы – главный компонент всей установки – емкостной элемент. Читать подробнее о применении, конструкции и монтаже низковольтных цилиндрических компенсационных конденсаторов в предыдущей статье.

Регулятор реактивной мощности – своего рода анализатор сети с функцией управления ступенями. В зависимости от модели разные регуляторы кроме основных параметров (U, I, P, cos ф, количество подключенных ступеней) контролируют и ряд дополнительных (нелинейные искажения, температура и т.д). Также могу быть и дополнительные функции, например, коммуникация или автонастройка.

* Рассмотрена только основная комплектация без оболочек и микроклимата, защиты вторичных цепей.

Номинальный ток 3-фазного конденсатора

3-фазн. компенсационная мощность при 400 V

Рекомендуемое сечение Cu проводников

Источник



Продольная компенсация реактивной мощности — физический смысл и техническая реализация

С целью повышения эффективности работы уже существующих линий электропередач, а так же для улучшения их пропускной способности, применяют устройства продольной компенсации реактивной мощности. На сегодняшний день обилие разнообразных генерирующих источников различной мощности, как и высоковольтных линий, особенно тех, что передают электроэнергию на большие расстояния, приводит к возрастающему спросу на повышение не только надежности энергосистем в целом, но и на улучшение их экономичности.

Читайте также:  Измеритель мощности diamond sx 200

Есть два пути, позволяющих увеличить пропускную способность линий электропередач, первый из которых — увеличение непосредственно сечений линий, а второй — использование схем продольной компенсации реактивной мощности. Второй путь — продольная компенсация реактивной мощности, — оказывается более экономичным способом достижения поставленной цели как для межсистемных, так и для внутрисистемных связей.

Известно, что при передаче по проводам реактивной мощности, имеют место значительные падения напряжения и возрастания тока в участках электрических сетей, и это создает ограничения для передачи полезной, активной мощности.

Продольная компенсация реактивной мощности предполагает дополнительное включение конденсаторов последовательно с нагрузкой через вольтодобавочный или разделительный трансформаторы, что позволяет достичь автоматического регулирования напряжения в зависимости от текущей величины тока нагрузки.

Конечно, при продольной компенсации неизбежны и аварийные режимы, причинами которых могут стать:

расшунтирование конденсаторов, могущее вызвать перенапряжение;

повреждения конденсаторов изнутри.

Чтобы избежать повреждений от резкого повышения напряжения конденсаторы в такие моменты должны автоматически шунтироваться высоковольтным выключателем или мгновенно разряжаться через искровой промежуток.

Так как конденсаторы для продольной компенсации реактивной мощности включаются последовательно в цепь переменного тока, то через них течет полный ток линии, и следовательно, ток короткого замыкания, в случае возникновения такового, тоже потечет через них.

Для увеличения пропускной способности, продольная компенсация применяется в высоковольтных линиях, чем обеспечивает устойчивость энергосистем, которые включают в себя эти линии.

При продольной компенсации ток конденсатора равен текущему через него полному току нагрузки I, и мощность батареи конденсаторов Q является величиной переменной, зависящей от нагрузки в каждый конкретный момент времени. Эту реактивную мощность можно вычислить по формуле:

И поскольку мощность на конденсаторах в процессе продольной компенсации не остается постоянной, то и напряжение повышается на величину, которая оказывается пропорциональна изменению реактивной нагрузки данной линии, то есть напряжение на конденсаторах так же отнюдь не постоянно, как это имеет место при поперечной компенсации реактивной мощности.

Сегодня пользуются большой популярностью переключаемые установки емкостной продольной компенсации. Такие установки применяются с целью снижения влияния индуктивной составляющей реактивного сопротивления трансформаторов тяговых сетей и тяговых подстанций на напряжение, прикладываемое к токоприемнику электровоза. Здесь, как говорилось выше, последовательно с токоприемником включается емкость.

На российских тяговых подстанциях монтируют данные установки в отсасывающую линию, в которой установка продольной компенсации служит для повышения напряжения, предотвращения эффекта опережения или отставания фаз, получаются симметричные напряжения с равными токами в плечах питания, снижается общий класс напряжения для рабочего оборудования, а конструкция установки упрощается.

Секция конденсаторов продольной компенсации

На приведенном рисунке показана схема, где изображена лишь одна секция конденсаторов продольной компенсации, которых на самом деле несколько, подключенных параллельно между собой.

Напряжение на низковольтные обмотки трансформаторов Т1 и Т2, соединенных последовательно, подается от одного ряда конденсаторов через тиристорный ключ и ограничительный резистор. При этом высоковольтные обмотки данных трансформаторов соединены встречно, и при сквозном коротком замыкании напряжение на конденсаторах растет.

В момент, когда напряжение достигает уставки, тиристорный ключ срабатывает, и тут же зажигается дуга трехэлектродного разрядника. Когда вакуумный контактор включается, дуга в разряднике гаснет.

К достоинствам таких установок продольной компенсации относятся:

симметричное напряжение на шинах;

снижение колебаний напряжения и повышение его уровня на электроприемниках.

тяжелые рабочие условия для конденсаторов установки в сравнении с поперечной компенсацией, поскольку ток короткого замыкания тяговой сети протекает через конденсаторы, и здесь нужна надежная сверхбыстродействующая защита;

перегрузка конденсаторов в опасных режимах: вынужденном, аварийном, послеаварийном.

Чтобы достичь лучшего эффекта от компенсации реактивной мощности, следует применять регулируемые установки с совместной работой продольной и поперечной компенсации.

Установка продольной компенсации реактивной мощности

К преимуществам применения установок продольной компенсации в целом относятся:

увеличение передаваемой по линии мощности;

повышение стабильности работы энергосистем при пиковых нагрузках;

значительное снижение потерь активной мощности;

повышение качества электроэнергии в сетях;

высокая экономичность распределения мощности в параллельных линиях;

исчезает необходимость возведения генерирующих источников на удаленных территориях;

межсистемные сечения и технические параметры линий не нуждаются в увеличении.

Главное экономическое достоинство применения устройств продольной компенсации заключается в энергосбережении. Мало того, что повышается качество электроэнергии, так еще и количество линий электропередач может быть снижено, если применяется продольная компенсация реактивной мощности. Защита окружающей среды становится естественным следствием внедрения данной технологии, особенно в крупных масштабах.

Стоимостные показатели установок таковы, что новая линия электропередач обходится в 10 раз дороже, чем устройство продольной компенсации, дающее ту же пропускную способность. В итоге окупаемость такой системы составляет лишь несколько лет, по сравнению с традиционными ЛЭП.

Источник

О пивной пене – или мифы о компенсации реактивной мощности

Всем привет! Мои постоянные читатели, вероятно помнят мою статью про реактивную мощность. Там я подробно изложил теорию, откуда она появляется, и как её компенсируют. Рассмотрел и случай на реальном предприятии.

Сегодня открою небольшую тайну. Предприятие, о котором я писал в той статье – это пивзавод! Поэтому давайте попробуем рассмотреть проблему реактивной мощности с этой, освежающей стороны)

Читайте также:  Формула для расчета мощности при вращательном движении

Как выглядит реактивная мощность?

Итак, давайте обсудим популярную тему в сфере сбережения электроэнергии – компенсацию реактивной мощности. Пожалуй, лучшей иллюстрации того, что такое реактивная мощность и не придумаешь:

Иллюстрация о реактивной мощности

Иллюстрация о реактивной мощности – сравнение с пивом

Бокал – это выделенная или полная мощность, пиво – активная, а пена – реактивная мощность.

Она заполняет бокал, но пользы от неё нет. Лучше, если весь бокал будет заполнен пивом, не так ли?

Наглядно процесс образования реактивной мощности, которая возникает при питании электродвигателя, изображен на картинке. Кстати, именно электродвигатели – главные “виновники” появления реактивной составляющей мощности в питающих сетях.

Как выглядит полная

Как выглядит полная мощность при питании электродвигателя

Как решается вопрос снижения «пены»? При помощи устройств для компенсации реактивной мощности: на основе конденсаторов (классическое устройство компенсации реактивной мощности, УКРМ) или специализированных инверторов (Статком или SVG). УКРМ становятся локальным «источником» компенсационной реактивной мощности, и, тем самым, высвобождают выделенную мощность, поступающую из внешней электросети.

Компенсация реактивной мощности на конденсаторной установке

В принципе это всё, что нужно знать о компенсации реактивной мощности, если не погружаться в специфику. Но тут возникают вопросы, связанные с экономическим аспектом внедрения УКРМ, а также особенности совместной работы с другим оборудованием.

Разбор экономических аспектов компенсации реактивной мощности

Экономия на оплате электроэнергии

Во-первых, большинство потребителей – частных, коммерческих и промышленных – не платят за потреблённую реактивную мощность, а платят только за активную, т.е. не за пиво с пеной, а только за пиво. Поэтому снижение реактивной мощности (кВАр) не позволит напрямую снизить плату за активную энергию (кВт).

Во-вторых, промышленные потребители при подключении к электросетям единовременно платят за выделение мощностей – за строительство подстанции и за подведение кабельных сетей. Поэтому если вам нужно много пива, а покупать новый стакан дорого, имеет смысл снизить уровень пены: это мера временная, но действенная.

В-третьих, промышленные потребители платят не только за поставленную мощность, но и за выделенную, т.е. полную мощность, которая измеряется в кВА и состоит из активной и реактивной. Тут тоже актуально снизить полную мощность, скомпенсировав реактивную.

Снижение потерь электроэнергии

Проходя через систему электроснабжения, часть мощности теряется в виде нагрева проводов, трансформаторов и оборудования. Эти потери омические, то есть расходуется активная мощность (кВт). Но следует учесть, что доля потерь во внутренней сети электроснабжения по причине нескомпенсированной реактивной мощности вряд ли достигает единиц процентов. Ими можно пренебречь на фоне изменчивого напряжения в сети питания, провалов напряжения, гармонических искажений, взаимного влияния нелинейной или резко переменной нагрузки и других проблем электросети, которые вызывают нерациональное использование электроэнергии.

Как возместить реактивную мощность – пример с бокалом

Разбор технических аспектов решения

Снижение загруженности электросети

Во-первых, в результате снижения реактивной мощности и уменьшения перетоков энергии между сетью и конечным оборудованием мы получим уменьшение падения напряжения во внутренней электросети. Это важно если на предприятии есть протяжённые кабельные трассы. Как следствие, снизятся суточные колебания напряжения при минимальном и пиковом потреблении.

Однако нужно учесть, что превышение номинала напряжения вызовет проблемы в оборудовании, такие, как ускоренное старение осветительных приборов, а также повышение энергопотребления, но этот вопрос можно решить регулировкой прямо на подстанции.

В целом снижение диапазона колебаний напряжения в течение суток положительно скажется на работе оборудования с точки зрения энергопотребления и ресурса.

Влияние гармоник на работу УКРМ

Во-вторых, подключив классическую установку компенсации реактивной мощности можно столкнуться с проблемой гармоник. Современное силовое и бытовое оборудование в целях повышения энергоэффективности использует импульсные блоки питания. В качестве контрпримера можно привести лампы накаливания и обычные электрические обогреватели, которые, напротив, нельзя назвать энергоэффективными. Импульсные блоки питания потребляют ток из сети не линейно, а импульсно, и, при этом, генерируют помехи обратно в сеть. Форма сигнала отличается от гармонической синусоиды с частотой 50Гц и содержит компоненты с частотой кратной 50 Гц: 150 Гц, 250 Гц, 350 Гц и выше.

Для рабочего элемента классической УКРМ – конденсатора – это проблема, так как с ростом частоты снижается полное сопротивление и повышается его электрическая мощность. Ток на частоте, выше чем 50 Гц преодолевает меньшее сопротивление и быстрее нагревает конденсатор. В свою очередь это увеличивает уровень высоких гармоник, повышает напряжение в сети, повышает энергопотребление и потери, снижает эффективность работы всей системы электроснабжения. Тут уже стоит говорить не столько об энергоэффективности, а о надежности и безопасности работы электроустановок.

Для устранения этой проблемы современные компенсаторные установки (УКРМ) содержат фильтр низкой частоты, подавляющий гармоники.

СамЭлектрик.ру в социальных сетях

Подписывайтесь! Там тоже интересно!

Выводы по мифам

Компенсация реактивной мощности как способ экономии оплаты за электроэнергию – вот главный миф, который правдив лишь в некоторых ситуациях. Грубо говоря, если потребители не платят за реактивную мощность, то и экономический эффект от внедрения установки находится на уровне погрешности измерения. В дополнение к этому нужно обратить внимание, где внедряется установка компенсации реактивной мощности, насколько “загрязнена” электрическая сеть. И получается, что при неправильном внедрении вместо экономии возникают дополнительные проблемы.

Читайте также:  Формула объема производства от производственной мощности

Поделитесь в комментариях, как решают вопрос компенсации реактивной мощности на вашем предприятии?

ЗевсЭлектро: Электричество измеримо

Статья предоставлена спонсором – лабораторией качества электроэнергии ZEUSELECTRO www.zeuselectro.com

Лаборатория занимается сложными случаями, там, где некачественная электроэнергия является проблемой. Гармоники, провалы напряжения, пробои изоляции, импульсные помехи и много другое, что доставляет головную боль энергетикам.

Они консультируют, измеряют, внедряют и снова измеряют. Это гарантирует результат.

  • Фиксация параметров качества электроэнергии с частотой от 24кГц в режиме реального времени
  • Контроль дифференциальных токов от 5мА и токов протекающие по контурам заземления.
  • Программное обеспечение для анализа результатов длительных наблюдений и составления прогнозов надежности электроснабжения.

Специально для тех, кто обратится и сообщит кодовое слово «САМЭЛЕКТРИК» получит дополнительную скидку 5% на услуги и приборы и бесплатный бумажный каталог решений для качества электроэнергии изданный совместно с немецкой компанией Janitza на 400 страницах.

Таблица перевода сечения провода из AWG в мм2

На вкус и цвет – все изоленты (не)одинаковые!

Преобразователь частоты – пример применения в станке

Я че-то не увидел мифа по поводу компенсации электроэнергии. Просто указаны дополнительные источники помех в сети, помимо реактивной, не вижу здесь ни какого мифа. Просто физика. Само собой есть пробел не знания многих потребителей об этом, то это да. Но ничего общего с мифами тут нет. Я уже подумал что сама компенсация реактивной мощности на заводе это миф. Не удачное название стати.

Спасибо за комментарий. Компенсация реактивной мощности как способ экономии оплаты за электроэнергию – вот главный миф, который правдив лишь в некоторых ситуациях. Грубо говоря, если потребители не платят за реактивную мощность, то и экономический эффект от внедрения установки находится на уровне погрешности измерения. В дополнение к этому нужно обратить внимание, где внедряется установка компенсации реактивной мощности, насколько “загрязнена” электрическая сеть. И получается, что при неправильном внедрении вместо экономии возникают дополнительные проблемы. Статья об этом.

Тоже хочу работать электриком на пивзаводе!
еееееееслиб было море пива.

Хочу сказать своё мнение об содержании этой статьи, второй по счёту этого автора, первая называлась- “6 проблем с проводкой и заземлением, которые приводят к низкому качеству электроэнергии”
https://samelectric.ru/powersupply/6-problem-s-provodkoj-i-zazemleniem.html
пока сложилось впечатление, что автор профессионал и хорошо разбирается в вопросе, но не может, или не хочет объяснить доступным языком суть проблем, с которыми умеет справляться лаборатория качества электроэнергии ZEUSELECTRO. Возникает противоречие, с одной стороны – статья написана для специалиста, который сталкивался с этими проблемами и поймёт о чём речь, с другой стороны статья-это рекламный продукт с красивыми картинками – для основной массы подписчиков samelectric, которые в этой статье ничего интересного для себя не найдут. Мне кажется, что подобные статьи, основной массе подписчиков samelectric, читать должно быть интересно, то есть читателю хочется узнать что то. Так подобные интересные статьи будут распространяться самими читателями, и реклама лаборатории качества электроэнергии ZEUSELECTRO будет эффективнее.
Ждём третью статью, где картинки будут не просто красивые, нужно пару схем, применение закона Ома, графики или осциллограммы, хочется узнать всё таки, что компенсация реактивной мощности для индуктивной нагрузки и для импульсных блоков питания – это не одно и тоже, что нужен разный подход. Что компенсацию нужно делать в непосредственной близости от потребителя с фактором мощности ниже единицы. Тут пригодится закон Ома для мощности потерь в проводах P=I²R. Зная мощность потребителя считаем по формуле I=√P/R, после чего ток нужно умножить на коэффициент PF, подставив значение тока в первую формулу, рассчитать мощность потерь в проводах.
В случае модернизации освещения например, перехода на светодиодные светильники, не нужно гнаться за более дешёвым вариантом, что нужно обращать внимание на PF, можно привести пару реальных примеров, ещё можно подсмотреть что делают в странах ЕС, это будет наглядно и интересно, в чём же тут проблема, не очевидная на первый взгляд, будет интересно почитать для общего развития

Спасибо за комментарий, учтем. Мы только начали, и ваш отклик хороший ориентир, куда двигаться дальше. Да статья рекламная только в последнем абзаце. Дальше будет интереснее. У нас много материала, и мы думаем как его изложить и полезно и интересно.

Отправляя комментарий, Вы соглашаетесь с Правилами комментирования и разрешаете сбор и обработку персональных данных. Политика конфиденциальности.

На вкус и цвет – все изоленты (не)одинаковые!

Свежие статьи на СамЭлектрик.ру: 01.03.2021

На вкус и цвет – все изоленты (не)одинаковые!

Сегодняшняя статья – что-то между обзором, исследованием и лабораторной работой. Я решил прояснить вопросы.

Деревенская электрика. Советы читателю

Далее 22.02.2021

Деревенская электрика. Советы читателю

На блоге СамЭлектрик.ру много раз рассматривалась тема выбора элементов и построения схем электрощитов. Вот.

Энкодер: устройство и примеры работы

Далее 28.01.2021

Энкодер: устройство и примеры работы

Нередко статьи у меня на блоге тесно связаны с промышленным оборудованием. На этот раз я подробно рассматриваю.

Силовой автомат в литом корпусе: параметры и подключение

Далее 18.01.2021

Силовой автомат в литом корпусе: параметры и подключение

В предыдущей статье про последствия короткого замыкания я пообещал продолжить тему и рассказать про установку.

Источник