Как посчитать реактивную мощность: Реактивная мощность кратко и понятно: что такое, формулы

Содержание

Расчет реактивной мощности | Проектирование электроснабжения

Для компенсации реактивной мощности в электрических сетях используют конденсаторные установки. Основным параметром конденсаторной установки является реактивная мощность конденсаторов необходимая компенсации. В этой статье я расскажу, как рассчитывается мощность конденсаторной установки, а также представлю вашему вниманию свою программу для расчета реактивной мощности конденсаторной установки.

После того, как мы подключили все электроприемники, у нас уже есть расчетная мощность, реактивная мощность и коэффициент мощность электроустановки.

Все эти данные необходимы для расчета реактивной мощности конденсаторной установки.

Реактивная мощность конденсаторной установки требуемая для получения нужного коэффициента мощности определяется по формуле:

Qк=Р*К

– реактивная мощность конденсаторной установки, кВАр;

Р – активная мощность, кВт;

К

– коэффициент выбираемый из таблицы;

сosf1 – коэффициент мощности по расчету;

сosf2– коэффициент мощности требуемой энергоснабжающей организацией;

Таблица для выбора коэффициента К

Приведу пример.

Пусть P=412кВт, сosf1=0,6, сosf2=0,92.

Из таблицы находим К=0,907 (на пересечении сosf1 и сosf2).

Тогда Qк=412*0,907=373,7кВАр.

Как видим, в таблице присутствуют не все значения. А это значит, что пользоваться этим методом не совсем удобно, приходится интерполировать значения.

На основе этого метода я сделал простую программу для расчета требуемой реактивной мощности конденсаторной установки.

Расчет реактивной мощности конденсаторной установки

Указываем расчетную мощность, реактивную мощность и требуемый коэффициент мощности и программа сразу выдаст вам результат.

Условия получения программы для расчета реактивной мощности конденсаторной установки на странице МОИ ПРОГРАММЫ.

Перечень нормативных документов по компенсации реактивной мощности.
    1. ТКП 45-4.04-149-2009. Системы электрооборудования жилых и общественных зданий. Правила проектирования (гл.8.3).
    2. СП 31-110-2003. Свод правил по проектированию и строительству. «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»(п.6.33-6.34).
Советую почитать:

Перевести кВА и кВт: онлайн-калькулятор определения мощности ДГУ

При покупке дизельной электростанции первое, с чем сталкивается потребитель, – это выбор мощности ДГУ. В характеристиках производители всегда указывают две единицы измерения мощности.

кВА – полная мощность оборудования;

кВт – активная мощность оборудования;

Выбирая генератор или стабилизатор напряжения необходимо отличать полную потребляемую мощность (кВА) от активной мощности (кВт), которая затрачивается на совершение полезной работы.

Онлайн калькулятор перевода кВА в кВт:

 

 

 


Мощность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Мощность бывает полная, реактивная и активная:

  • S – полная мощность измеряется в кВА (килоВольтАмперах)

Характеризует полную электрическую мощность переменного тока. Для получения полной мощности значения реактивной и активной мощностей суммируются. При этом соотношение полной и активной мощностей у разных потребителей электроэнергии может отличаться. Таким образом, для определения совокупной мощности потребителей следует суммировать их полные, а не активные мощности.

кВА характеризует полную электрическую мощность, имеющую принятое буквенное обозначение по системе СИ – S: это геометрическая сумма активной и реактивной мощности, находимая из соотношения: S=P/cos(ф) или S=Q/sin(ф).

  • Q – реактивная мощность измеряется в кВар (килоВарах)

Реактивная мощность, потребляемая в электрических сетях, вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения).

  • Р – активная мощность измеряется в кВт (килоВаттах)

Это физическая и техническая величина, характеризующая полезную электрическую мощность. При произвольной нагрузке в цепи переменного тока действует активная составляющая тока. Эта часть полной мощности, которая определяется коэффициентом мощности и является полезной (используемой).

Единый коэффициент мощности обозначается Сos φ.

Это коэффициент мощности, который показывает соотношение (потерь) кВт к кВА при подключении индуктивных нагрузок.

Распространенные  коэффициенты мощности и их расшифровка(cos φ):

1 – наилучшее значение

0,95 – отличный показатель

0,90 – удовлетворительные значение

0,80 – средний наиболее распространенный показатель

0,70 – плохой показатель

0,60 – очень низкое значение

 

кВт характеризует активную потребляемую электрическую мощность, имеющую принятое буквенное обозначение P: это геометрическая разность полной и реактивной мощности, находимая из соотношения: P=S*cos(ф).

Говоря языком потребителя: кВт – нетто (полезная мощность), а кВа брутто (полная мощность).

1 кВт = 1.25 кВА

1 кВА = 0.8 кВт

Цены на дизельные электростанции:


Как перевести мощность кВА в кВт?

Чтобы быстро перевести кВА в кВт нужно из кВА вычесть 20% и получится кВт с небольшой погрешностью, которой можно пренебречь. Или воспользоваться формулой для перевода кВА в кВт:

P=S * Сos f

 

Где P-активная мощность (кВт), S-полная мощность (кВА), Сos f- коэффициент мощности.

К примеру, чтобы мощность 400кВА перевести в кВт, необходимо 400кВА*0,8=320кВт или 400кВа-20%=320кВт

.

 

 

 

 

Как перевести мощность кВт в кВА?

 

Для перевода кВт в кВА применима формула:

S=P/ Сos f

Где S-полная мощность (кВА), P-активная мощность (кВт), Сos f- коэффициент мощности.

Например, чтобы мощность 1000 кВт перевести в кВА, следует 1000 кВт / 0,8= 1250кВА.

Расчёт мощности генератора

Для начала вспомним школу.

Что такое электрическая мощность?
Электрическая мощность обозначается при написании формул латинской буквой Р и измеряется в ваттах Вт или на латинице W, киловаттах (кВт или kW), мегаваттах (МВт или MW) и так далее.
Электрическая мощность равна произведению напряжения и тока:

P (Вт) = U (В) * I (А)

Различают следующие виды электрической мощности, которые, соответственно, по-разному обозначаются:

Активная мощность:
Обозначение: P
Единица измерения: Вт (W)

Это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (генератору) нагрузки, имеющей активное (омическое) сопротивление. Если нагрузка, имеет только активное сопротивление и не содержит реактивных сопротивлений, то активная мощность будет равна полной мощности.

Расчёт производится по формуле: P = U * I * cos φ

Примеры: лампы накаливания, нагревательные приборы и т. п.

Реактивная мощность:
Обозначение: Q
Единица измерения: вар или VAr (вольт-ампер реактивный)

Это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока компонента сети или нагрузки, имеющей индуктивные (электродвигатель) или ёмкостные (конденсатор) элементы.

Расчёт производится по формуле: Q = U * I * sin φ

Примеры:
Потребители, придающие нагрузке индуктивный характер: электродвигатели, сварочные трансформаторы и т.п.

Потребители, придающие нагрузке ёмкостной характер: конденсаторы в компенсаторных устройствах, конденсаторы, создающие реактивную мощность в цепи возбуждения генераторов и т.п.

Полная мощность:
Обозначение: S
Единица измерения: В·A или VA (вольт-ампер)

Полная электрическая мощность равна произведению сдвинутых по фазе напряжения и тока. Полная мощность непосредственно связана с активной и реактивной мощностями. Её расчёт производится по формуле, выражающей закон Пифагора. Полная электрическая мощность представляет собой максимальную мощность электрического тока, которая может быть выработана генератором или использована.

Расчёт производится по формуле: S = U * I  или S = P + Q

Изображенный на рисунке треугольник отображает взаимосвязь между электрическими мощностями или соответствующими им напряжениями.

Теперь о расчёте мощности генератора.

Для точного определения области применения и пригодности любого электроагрегата для выполнения поставленных задач необходимо прежде всего определить суммарную мощность потребителей тока. Только таким образом можно определить, какой электроагрегат может быть использован для данных целей. При выборе необходимой мощности электроагрегата можно использовать приведённые ниже эмпирические формулы.

1. Потребители, являющиеся только активной нагрузкой (например, электронагреватели, лампы накаливания и подобные им приборы с чисто омическим сопротивлением).
Суммарную мощность можно расчитать путём простого сложения мощностей отдельных потребителей, которые могут быть подключены к генератору. В данном случае полная электрическая мощность, измеряемая в ВА или VA (Вольт-ампер) равна активной мощности, измеряемой в Вт или W (Ватт). Необходимая мощность электроагрегата определяется путём увеличения суммарной мощности подключаемых потребителей на 10% (т.е. с учётом определённых технических факторов).

Пример: Суммарная мощность потребителей * 110% = Мощность, требуемая от электроагрегата.

Если суммарная мощность всех потребителей 2000 Вт (в данном случае 2000 Вт = 2000 ВА ), то требуемая мощность электроагрегата будет: 2000 ВА * 110% = 2200ВА

2. Потребители, имеющие индуктивную составляющую мощности (компрессоры, насосы и прочие электродвигатели). Эти нагрузки потребляют очень большой ток при пуске и выходе на рабочий режим. В данном случае, сначала необходимо определить точное значение мощности одновременно подключаемых потребителей. Далее следует выбрать мощность электроагрегата.

Полная мощность такого электроагрегата должна быть не менее, чем в 3,5 раза больше суммарной мощности потребителей. В исключительных случаях она должна превышать мощность потребителей в 4—5 раз.

Пример: Суммарная мощность потребителей * 3,5 = Мощность, требуемая от электроагрегата.

Если суммарная мощность всех потребителей 2000 ВА, то требуемая мощность электроагрегата будет: 2000 ВА * 3,5 = 7000 ВА

Как найти реактивную мощность

Во многих электрических цепях присутствует такое понятие, как реактивная мощность. Данное определение представляет собой способность размещенных в цепи реактивных элементов, к накоплению и отдаче магнитной или электрической энергии. Поэтому, очень часто, при эксплуатации электрических цепей, возникает вопрос, как найти реактивную мощность.

Понятие реактивной мощности

Если в цепях с переменным током имеется нагрузка с определенной емкостью, то она за половину периода способна накапливать заряд. Это накопление происходит в конденсаторных обкладках, после чего заряд возвращается обратно к источнику тока.

Основным свойством индуктивной нагрузки является накопление в катушках магнитной энергии. Затем, она превращается в электрическую энергию и возвращается к источнику питания.

Напряжение, возникающее на выходе реактивных элементов, приобретает максимальное значение при перемене направления электрического тока. Таким образом, ток и напряжение в пределах одного элемента, при сдвиге фаз на 90 градусов, расходятся во времени на четвертую часть периода.

Следует отметить, что вся полезная работа совершается активной мощностью, нагревающей нагрузку. В отличие от нее, реактивная нагрузка производит нагрев подводящих проводов, совершая бесполезную и даже вредную работу. Поэтому, возникновение реактивной мощности происходит только в тех цепях, где содержатся емкостные и индуктивные реактивные элементы.

Расчет реактивной мощности

Для того, чтобы подсчитать мощность, потребляемую каким-либо устройством, необходимо учитывать и его полную нагрузку. Эта величина, по сути, является всей мощностью, потребляемой электрическим прибором. В ее состав входит активная и реактивная мощность, исходя из вида нагрузки. Измерение активной мощности производится в ваттах, а полная мощность измеряется в вольт-амперах. Поэтому, во многих электрических устройствах имеются не только активные, но и реактивные компоненты.

Таким образом, при решении задачи, как найти реактивную мощность, вначале необходимо определить значение активной нагрузки. У многих устройств она является основным показателем. Реактивные нагрузки, чаще всего, встречаются в электродвигателях и других видах электронной бытовой техники. Их расчет производится по специальным формулам, в которых содержится значение активной и полной мощности, связанных между собой общим коэффициентом.

Виды компенсации реактивной мощности

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ТРЕУГОЛЬНИК МОЩНОСТЕЙ, ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Особенности индуктивных нагрузок

Большинство нагрузок в современных системах электроснабжения имеют индуктивный характер. К ним, например, относятся электродвигатели, трансформаторы, балласты люминесцентных ламп, индукционные печи. Для нормальной работы подобных нагрузок в них требуется создать магнитное поле.

Индуктивные нагрузки требуют наличия двух составляющих тока:

  • Активной составляющей, за счет которой происходит нагрев, получение света, механическое движение, полезная работа и т.п.;
  • Реактивной составляющей, необходимой для получения и поддержания магнитного поля.

Активная составляющая тока отвечает за потребление активной мощности, которая может быть измерена с помощью ваттметра. Она измеряется в ваттах (Вт) и киловаттах (кВт). Реактивная мощность не совершает никакой полезной работы, но циркулирует между генератором и нагрузкой. При этом она увеличивает нагрузку на источники питания и распредсистему. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах-реактивных (вар).

Вместе активная и реактивная мощность образуют полную или кажущуюся мощность. Она измеряется в киловольт-амперах (кВА).

Рис. 1. Активная мощность

Рис. 2.Реактивная мощность

Понятие коэффициента мощности (косинуса фи)

Под коэффициентом мощности понимают отношение активной мощности к полной. Этот коэффициент характеризует, насколько эффективно используется электроэнергия. Высокие значения коэффициента мощности соответствуют эффективному использованию электроэнергии, а низкие – напротив, неэффективному.

Для определение коэффициента мощности (PF) следует разделить активную мощность (в кВт) на полную (кВА). Для линейных систем с синусоидальными токами коэффициент мощности численно равен cos ?:

PF = кВт/кВА = cos ?

Например, для токарно-карусельного станка, работающего с полезной мощностью 100 кВт и полной мощностью 125 кВА, коэффициент мощности составит 100/125 = 0,8.

Рис. 3. Полная мощность

Рис. 4. Треугольник мощностей

Примечание: показанный на рис.4 треугольник мощностей используется для иллюстрации соотношений между активной, реактивной и полной мощностями.

Должен ли нас волновать низкий коэффициент мощности PF (косинус фи — cos ?)?

Низкий cos ? означает, что вы не полностью используете оплачиваемую вами электроэнергию.

Из показанных на рис.5 соотношений можно видеть, что полная мощность уменьшается с ростом коэффициента мощности. При коэффициенте мощности, равном 70%, для получения 100 кВт требуется 142 кВА. При коэффициенте мощности, равном 95%, для получения 100 кВт требуется только 105 кВА. Если посмотреть на все это с точки зрения величины тока, получается, что при коэффициенте мощности 70% требуется на 35% больший ток для совершения той же самой полезной работы.

Рис. 5. Типичные треугольники мощностей

Что можно сделать для повышения косинуса фи (коэффициента мощности)?

Коэффициент мощности можно повысить путем установки компенсирующих конденсаторов в распредсистеме предприятия

Если полная мощность (кВА) больше, чем полезная мощность (кВт), через энергосистему протекает сумма активного и реактивного токов. Силовые конденсаторы являются своего рода генератором реактивной мощности (см. рис. 6). Выдавая реактивный ток, они снижают общий ток, протекающий от энергосистемы к нагрузкам.

Наиболее выгодным является коэффициент мощности 95%

Теоретически конденсаторы могут выдать 100% требуемой реактивной мощности. Однако наиболее выгодным является поддержание коэффициента мощности на уровне 95%.

На рис.7 показано потребление полной мощности в системе до и после установки конденсаторов. Установка конденсаторов и увеличение коэффициента мощности до 95% обеспечивает снижение полной мощности со 142 кВА до 105 кВА, т.е. снижение составляет 35%.

Рис.6. Конденсаторы как генераторы реактивной мощности

Рис.7. Требуемая полная мощность до и после компенсации

Компенсация реактивной мощности: руководство для главного энергетика

Какова будет экономия при установке компенсирующих конденсаторов

Силовые конденсаторы дают множество преимуществ:

  • снижение расходов на электроэнергию;
  • снижение требований к мощности системы;
  • улучшение стабильности напряжения;
  • снижение потерь.

Снижение расходов на оплату электроэнергии

Ваша энергоснабжающая организация поставляет как активную (кВт), так и реактивную мощность (квар). Хотя реактивная мощность и не регистрируется счетчиками электроэнергии (считающими киловатт- часы), распределительная сеть должна быть достаточно мощной, чтобы обеспечить необходимую полную мощность. Поэтому у энергоснабжающих компаний есть масса способов заставить потребителей компенсировать их расходы на более мощные генераторы, трансформаторы, кабели, выключатели и т.п.

Как показано в случае ниже, конденсаторы могут сэкономить ваши деньги вне зависимости от того, как именно происходит начисление платы за электроэнергию.

Начисление за полную мощность (кВА)

Энергоснабжающая организация измеряет и тарифицирует каждый ампер потребляемого тока, включая реактивную составляющую.

Начисление за кВт с учетом коэффициента мощности

Энергоснабжающая организация начисляет плату в соответствии с потребляемой активной энергией и добавляет пени при низком коэффициенте мощности. Также может использоваться поправочный коэффициент, на который умножается величина активной энергии. Следующая формула иллюстрирует начисление, при котором «отправной точкой» является коэффициент мощности, равный 90%:

Потребление в кВт х 0,90

фактический коэффициент мощности

Если коэффициент мощности равен 0,84, поставщик электроэнергии увеличит плату на % в соответствии с формулой:

кВт х 0,90 / 0,84 = 107 (множитель)

Некоторые энергоснабжающие организации требуют дополнительную плату за низкий коэффициент мощности, но предоставляют вычеты или бонусы за потребление свыше определенного уровня.

Начисление за реактивную мощность

Энергоснабжающая организация напрямую взимает плату за реактивную мощность, которая обычно составляет определенную долю от активной мощности (кВт). Например, если эта плата составляет 1 рубль за каждый квар для всего, что находится сверх 50% активной мощности. Иными словами, если имеется нагрузка 400 кВт, энергоснабжающая организация предоставит 200 квар бесплатно.

Увеличение пропускной способности системы при компенсации реактивной мощности

Применение конденсаторов для компенсации реактивной мощности увеличивает пропускную способность системы по току. Повышение коэффициента мощности снижает количество квар на кВт полезной нагрузки. Таким образом, используя конденсаторы можно увеличить полезную нагрузку при сохранении величины полной мощности (кВА).

Рис.8. Увеличение пропускной способности трансформатора при компенсации

Компенсация реактивной мощности позволяет увеличить нагрузочную способность трансформатора

Предприятие имеет трансформатор мощностью 500 кВА, работающий почти на номинальной мощности. Он потребляет 480 кВА или 578 А при 400 В. Существующий коэффициент мощности – 75%, соответственно доступная активная мощность составляет 360 кВт.

Желательно увеличить производительность на 25%, т.е. необходимо получить 450 кВт. Как этого добиться? Самый простой выход – установить новый трансформатор. Для получения 450 кВт потребуется трансформатор мощностью 600 кВА при работе с коэффициентом мощности 75%. При этом, скорее всего, понадобится следующий стандартный типоразмер трансформатора (750 кВА).

Возможно, лучшим решением будет повысить коэффициент мощности, чтобы трансформатор смог работать с дополнительной нагрузкой. Для повышения коэффициента мощности с 75 до 95% при нагрузке в 450 кВт потребуется конденсатор с мощностью 450 х 0,553 = 248,8 квар.

Аналогичный принцип используется при необходимости снизить ток, протекающий через перегруженное оборудование. Повышение коэффициента мощности с 75 до 95% при той же активной мощности приводит к снижению тока на 21%. Если посмотреть по другому, при работе с коэффициентом мощности 75% ток возрастает на 26,7%, а при 65% — на 46,2%.

Отрасли промышленности с низким коэффициентом мощности, в которых выгодно использовать конденсаторы

Низкий косинус фи является следствием того, что множество двигателей работают с нагрузкой ниже номинальной. Такое часто происходит в циклических технологических процессах, например, при использовании циркулярных пил, шаровых мельниц, конвейеров, компрессоров, шлифовальных станков, прессов и т.п. Для подобных механизмов двигатели обычно выбираются, исходя из максимально возможной нагрузки. Примерами механизмов, работающих с низким коэффициентом мощности (от 30 до 50%), можно считать токарный станок, работающий в режиме неглубокого реза, ненагруженный компрессор, циркулярную пилу в отсутствии заготовки.

С низким коэффициентом мощности обычно работают предприятия в следующих отраслях:

Отрасли с низким коэффициентом мощности

Отрасль Нескомпенсированный коэффициент мощности
Лесопильни 45-65%
Производство пластмасс (особенно экструдеры) 55-70%
Металлообрабатывающие станки, прессы 60-70%
Гальванопокрытия, текстиль, химическая промышленность, пивоварни 65-75%
Больницы, склады, литейное производство 70-80%

Включайте конденсаторы КРМ в новые проекты и проекты расширения производства

Включение конденсаторов в новые проекты и проекты модернизации производства позволяет уменьшить типоразмеры трансформаторов, шин, выключателей и т.п., что ведет к прямой экономии.

На рис. 9 показано, как высвобождается полная мощность системы (кВА) при увеличении коэффициента мощности. Увеличение коэффициента мощности с 70 до 90% высвобождает 0,32 кВА на кВт. При нагрузке 400 кВт высвобождается 128 кВт.

Повышение стабильности напряжения

Пониженное из-за больших потребляемых токов напряжение приводит к затрудненному пуску двигателей и их перегреву. По мере снижения коэффициента мощности растет общий ток в линии, что приводит к увеличению падения напряжения. Установка конденсаторов и конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности и снижение просадок позволяют добиться более эффективной работы двигателей и продлить их срок службы.

Снижение потерь

Потери из-за низкого коэффициента мощности связаны с реактивным током, протекающим в системе. Эти потери связаны с выделением тепла и могут быть устранены за счет коррекции коэффициента мощности. Мощность потерь (в ваттах) в распредсистеме рассчитывается как произведение квадрата тока на активное сопротивление контура (I2R). Рассчитать снижение потерь можно по формуле:

Снижение потерь (%) = 100 – 100 х (начальный коэф. мощности/конечный коэф. мощности)2

Рис.9. Высвобождение полной мощности при коррекции коэффициента мощности

Как правильно выбрать конденсаторы для конкретного случая?

Если сделан вывод о целесообразности компенсации реактивной мощности на том или ином объекте, понадобится выбрать оптимальный типоразмер и количество конденсаторов.

Существует два основных способа установки конденсаторов: «индивидуальный» (когда отдельные конденсаторы устанавливаются непосредственно у нагрузок, обычно линейных) и «групповой» (когда батарея с фиксированной или регулируемой емкостью устанавливается на присоединении или на подстанции).

Сравнение индивидуальной и групповой компенсации

Преимущества установки индивидуальных конденсаторов рядом с нагрузками:

  • Предсказуемость; конденсаторы не могут создать проблемы в сети при работе без нагрузки;
  • Не требуются отдельные выключатели; двигатель всегда включается вместе с относящимся к нему конденсатором;
  • Оптимизация режимов работы двигателей за счет более эффективного использования электроэнергии и снижения просадок напряжения;
  • Двигатели можно переставлять вместе с относящимися к ним конденсаторами;
  • Проще выбрать конденсатор для конкретной нагрузки;
  • Снижение потерь в линии;
  • Повышение пропускной способности системы.

Преимущества установки конденсаторных батарей на присоединении или на подстанции:

  • Ниже цена за квар;
  • Повышение коэффициента мощности всего предприятия, что снижает или исключает любые санкции за низкий коэффициент мощности;
  • Автоматическое переключение конденсаторов обеспечивает получение строго необходимой реактивной мощности, что исключает перекомпенсацию и связанные с ней перенапряжения.

Преимущества и недостатки индивидуальной и групповой (с нерегулируемыми и автоматически регулируемыми батареями) компенсации

Метод Преимущества Недостатки
Индивидуальные конденсаторы Наиболее эффективный метод, наибольшая гибкость Большая стоимость установки и обслуживания
Нерегулируемая батарея Наиболее экономичное решение, требуется меньше точек установки Менее гибкое решение, требуются выключатели и/или контакторы
Автоматически регулируемая батарея Наилучшее решение при меняющихся нагрузках, исключаются перенапряжения, низкая стоимость установки Выше стоимость оборудования
Комбинированный Наиболее подходящее решение при большом количестве двигателей Менее гибкое решение

Изучение особенностей объекта

Для выбора оптимального решения необходимо взвесить достоинства и недостатки каждого из возможных способов компенсации. При этом следует учитывать «переменные объекта», такие как тип нагрузок, их мощность, постоянство нагрузки, нагрузочная способность сети, способы пуска двигателей и способ начисления платы за электроэнергию.

Тип нагрузок

Если на предприятии установлено много крупных двигателей с мощностью 35 кВт и более, обычно целесообразно устанавливать на каждый двигатель свой конденсатор и включать его одновременно с относящимся к нему конденсатором. Если на предприятии используется много мелких двигателей, от 0,5 до 18 кВт, можно сгруппировать эти двигатели и установить один конденсатор в центральной точке системы. Часто наилучшим решением для предприятий с множеством двигателей разных мощностей оказывается комбинирование обоих типов компенсации.

Мощность нагрузки

Для предприятий с мощными нагрузками может оказаться выгодным комбинирование индивидуальной и групповой компенсации с нерегулируемыми или автоматическими конденсаторными батареями. С другой стороны, для небольшого объекта может оказаться достаточно одного единственного конденсатора в распределительном щите.

Иногда на предприятии обнаруживается изолированный «проблемный участок», в котором требуется коррекция. Такая ситуация может возникнуть, если на предприятии используются сварочные аппараты, индукционные нагреватели или приводы постоянного тока. В этом случае, если скомпенсировать реактивную мощность на конкретном фидере, питающем нагрузку с низким коэффициентом мощности, это повысит коэффициент мощности всего предприятия, и дополнительные конденсаторы будут не нужны.

Постоянство нагрузки

Если предприятие работает круглосуточно и потребляет постоянную мощность, использование нерегулируемых конденсаторов наиболее экономично. Если нагрузка «привязана» к восьмичасовому рабочему дню и потребляется пять дней в неделю, удобно использовать конденсаторные батареи, отключаемые в периоды с меньшей нагрузкой.

Нагрузочная способность

Если фидеры или трансформаторы перегружены, или требуется увеличить нагрузку и без того нагруженных линий, компенсацию реактивной мощности необходимо производить непосредственно на нагрузке. Если распредсистема имеет запас по току, конденсаторы можно устанавливать на главных фидерах. Если нагрузка сильно меняется, разумно использовать регулируемую батарею с автоматическим переключением ступеней.

Способ начисления платы за электроэнергию

Размеры тарифов и штрафы за низкий коэффициент мощности могут существенно влиять на экономический эффект от компенсации и срок окупаемости. Во многих отраслях оптимально подобранное оборудование для коррекции коэффициента мощности окупается менее чем за два года.

Сколько квар необходимо?

Единицей измерения мощности конденсаторов для компенсации реактивной мощности является квар, равный 1000 вар (вольт-ампер-реактивный). Количество квар характеризует, какую реактивную мощность выдаст конденсатор.

Выбор типоразмера конденсаторов для индивидуальной компенсации

Для выбора конденсаторов для индивидуальной компенсации моторных нагрузок следует обратиться к таблице 3. При этом необходимо использовать данные с заводской таблички двигателя — номинальную скорость и мощность. В таблице приведены мощности конденсаторов (квар), необходимые для доведения коэффициента мощности до 95%. В таблицах также приведено, насколько снизится ток после установки конденсаторов.

Выбор типоразмера конденсаторов для компенсации всего предприятия

Если известно, какую активную мощность (кВт) потребляет предприятие, его существующий коэффициент мощности и желаемый коэффициент мощности.

Как считать электрическую мощность?

Чтобы обеспечить нормальное функционирование электрической проводки, необходимо ещё на этапе проектирования правильно рассчитать мощность, подобрать кабель подходящего сечения. От этого зависит не только срок эксплуатации системы, но и пожаробезопасность сооружения. Если выбрать сечение ошибочно или неправильно рассчитать мощность, можно столкнуться с такими опасными последствиями, как возгорание электропроводки, короткие замыкания, пожар и пр. При выборе оборудования  и кабельно-проводниковой продукции важно учитывать разные критерии, среди которых напряжение, сила тока, особенности эксплуатации сети.

Формула расчёта

В уже функционирующей сети измерить мощность электрического тока можно при помощи специального оборудования. Что же делать на этапе проектирования? Ведь самой цепи ещё нет. В этом случае применяется расчётный метод.

Существует два вида мощности: активная и реактивная. Активная превращается в полезную энергию безвозвратно, считается полезной. Реактивная предусматривает затрату определенного (расчетного согласно установленного оборудования и типа оборудования) количества энергии.

В нашем случае реактивная мощность нам не интересна, и мы не будем ее рассчитывать!

В цепях переменного тока, ток и напряжения сдвигаются относительно друг друга.

Этот сдвиг на угол cos обозначается буквой φ (фи).

При расчёте мощности электрической мощности следует учитывать тип сети:

P=U*I*cosφ — для однофазной;

P=√3*U*I*cosφ — для трехфазной.

U – это напряжение сети,

 I – сила тока,

cosφ – коэффициент мощности.

cosφ – коэффициент мощности, это паспортная величина оборудования, если не известно о типе оборудования (например, квартиры), то cosφ – расчетный и берется из инструкции по проектированию (СП 256.1325800.2016)

Зависимость коэффициента мощности

Чтобы рассчитать полную (Обращаем внимание, что имеется ввиду установленная, т.е. полная мощность) мощность, необходимо определить суммарную мощность всей техники и оборудования, которые будут эксплуатироваться, и подключаться к данной электрической сети. Это можно узнать путём суммирования мощностей приборов (этот показатель указан в паспорте товара).

При определении коэффициента мощности учитывается характер нагрузки. К примеру, для нагревательного оборудования он близится к 1. Важно учитывать, что любая активная нагрузка предполагает незначительную реактивную составляющую, поэтому коэффициент мощности будет равен не 1, а 0,95. Для более мощных приборов – 0,8. Напряжение для однофазных цепей принимается 220 В, для трехфазных – 380 В.

Компенсация реактивной мощности как фактор энергосбережения — Новости — EKF

Как платить за электричество меньше, повысить КПД оборудования и более эффективно использовать электрическую энергию, — сегодня эти вопросы волнуют многих руководителей производственных предприятий и владельцев коммерческих объектов.

Из данной статьи вы подробнее узнаете, что такое компенсация реактивной мощности, как правильно рассчитать мощность для потребителей и подобрать оборудование, чтобы сократить потери электроэнергии до 65%.


Немного теории

Для оценки и расчетов цепей переменного тока используются действующие значения тока и напряжения.

Действующее значение переменного тока определяется как величина такого эквивалентного постоянного тока, который проходя через то же активное сопротивление, что и переменный ток, выделяет на нем за период то же количество тепла. Математически действующее значение определяется как среднеквадратичное за период.

Полная мощность вычисляется как произведение действующих значений тока и напряжения цепи.

S = U * I
В случае активной нагрузки фазы тока и напряжения совпадают и вся полная мощность выделяется на нагрузке. Расчеты для переменного тока соответствуют анализу цепей постоянного тока, только используются действующие значения тока и напряжения.

Полная мощность фактически показывает требования к электрической сети. Измеряется она в вольт-амперах (ВА).

Если в цепи переменного тока появляются реактивные элементы (индуктивные нагрузки и емкостные нагрузки) расчёты приходится корректировать. Реактивные элементы обладают способностью накапливать энергию и отдавать ее обратно в цепь. Появляется сдвиг фаз между током и напряжением и как следствие появляется реактивная мощность.

Реактивная мощность может быть, как положительной (для индуктивных цепей), так и отрицательной (для емкостной составляющей).

Реактивная мощность не выделяется на нагрузке, не создает полезной работы. Она накапливается на реактивных элементах нагрузки (конденсаторах, катушках индуктивности), а затем возвращается обратно в питающую сеть. Возвращаясь, она увеличивает текущий по проводам ток. Этот реактивный ток, присутствуя в линиях, дополнительно нагревает их. Поэтому в любой энергосистеме стремятся уменьшить реактивную мощность до минимума.

На нагрузке остается активная мощность. Она и совершает полезную работу: приводит в движение двигатель, переходит в световую волну в лампах и др. Активная мощность — это среднее значение мгновенной мощности за период.

Полная мощность в цепях переменного тока равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей.

S = ? ( P2 + Q2)

Активная мощность вычисляется как:
P = I * U * cos ?
I и U это действующие значения тока и напряжения.


Или:

P = S * cos ?
Т.е. активная и полная мощности связаны через коэффициент — cos ?.

Коэффициент мощности – это соотношение полезной активной мощности к полной мощности, то есть cos?=P/S этот коэффициент характеризует, насколько эффективно используется электроэнергия. cos ? – это косинус угла сдвига между напряжением питающей сети и током, потребляемым нагрузкой.

При cos ? = 1 (когда фаза тока совпадает с фазой напряжения) активная мощность на нагрузке равна полной. Вся энергия питающей сети используется для полезной работы. Происходит это только на чисто активной нагрузке, без реактивной составляющей.

Попробуем рассчитать мощность, когда угол между напряжением и током составляет 90 градусов.

На графике ? равно 90 косинус фи (cos?)=0(нулю). Для простоты вычислений возьмем максимальное значение напряжения равное 1 (100%). В этот момент ток равен 0 (нулю). Соответственно их произведение, то есть мощность равны 0(нулю). И наоборот, когда ток максимальный, напряжение равно нулю. Получается, что полезная, активная мощность равна 0 (нулю).

Конечно, устройств с cos ? = 0 на практике не бывает, но промежуточных вариантов может быть множество. Например, бестрансформаторный блок питания, приведенный в качестве примера выше, имеет коэффициент мощности 0,6 — 0,7.

Значимость коэффициента мощности

Приведем простые расчеты, демонстрирующие значимость данного показателя.
Два потребителя электроэнергии с одинаковой активной (полезной) мощностью. У первого cos ? = 1, а у второго – 0,5. Это означает, что второй потребитель потребляет от сети ток в два раза больше, чем первый. Т.к. зависимость потерь в проводах от тока имеет квадратичный характер (P = I2 * R), то потери на активном сопротивлении проводов во втором случае будут в 4 раза больше. Соответственно потребуются провода большего сечения.

Высокий коэффициент мощности особенно важен для мощных нагрузок и длинных линий электропередач.

Реактивная мощность в электрических сетях продуцирует следующие негативные факторы:
  • Увеличение потерь в проводниках
  • Нагрев проводников вызывает ускорение старения изоляции, снижение срока службы, способствует возникновению коротких замыканий
  • Снижение пропускной способности энергосистемы при генерации дополнительной мощности для компенсации потерь
  • Нагрев обмоток трансформаторов и снижение нагрузочной способности без видимых причин
  • Перегрузка генераторов и трансформаторов.
    Повышение тока из-за низкого коэффициента мощности вызывает перегрузку генераторов и трансформаторов, и, как следствие, уменьшение их срока службы вследствие превышения расчётных характеристик
  • Увеличение падения напряжения
    Протекающий по электрическому проводнику ток вызывает падение на нем напряжения, величина которого определяется по закону Ома. Возрастание величины тока из-за низкого значения коэффициента мощности вызывает увеличение падения напряжения, что приводит к снижению напряжения на нагрузке относительно требуемого значения, и приводит к снижению мощности, поступающей на нагрузку
  • Использование КРМ для снижения нагрузки в электросетях. Виды компенсаторов

    Для уменьшения нагрузки в электрических сетях от реактивной мощности применяются компенсаторы реактивной мощности. Это может быть использование синхронного компенсатора. Данное оборудование представлено синхронным двигателем, работающим на холостом ходу. Одновременно с ним применяются системы регулировок, влияющих на эффективность оборудования. Кроме синхронного устройства, компенсация производится с помощью батарей конденсаторов. Этот вариант считается более простым и дешевым в эксплуатации.

    Преимущества компенсации реактивной мощности

    • Повышение эффективности использования электрической энергии за счет снижения тепловых потерь на передачу электроэнергии.

    Снижение тепловых потерь можно рассчитать, если значение тока в законе Джоуля-Ленца выразить через соотношение для активной мощности. Получается следующая зависимость:

    Потери комп./Потери нач. =( COS ? нач./ COS ? комп)?

    В результате расчётов получаем следующие зависимости:


    В таблице показано возможное уменьшение тепловых потерь

    COS ? начальнй COS ? компенсированный
    0,85 0,90 0,95 1,00
    0,50 65,40% 69,14% 72,30% 75,00%
    0,55 58,13% 62,65% 66,48% 69,75%
    0,60 50,17% 55,56% 60,11% 64,00%
    0,65 41,52% 47,84% 53,19% 57,75%
    0,7 32,18% 39,51% 45,71% 51,00%
    0,75 22,15% 30,59% 37,67% 43,75%
    0,80 11,42% 20,99% 29,09% 36,00%
    0,85 10,80% 19,94% 27,75%
    0,90 10,25% 19,00%
    0,95 9,75%
    • Повышение качества электроснабжения за счёт уменьшения падения напряжения в линии электропередач.

    В процессе передачи электроэнергии на расстоянии ток вынужден преодолевать сопротивление (R) проводов, что вызывает падение напряжения в линии. Падения напряжения можно определить по закону Ома. Оно равно произведению величины тока на сопротивление. Если выразить величину тока через активную мощность, то в конце преобразований получим следующее выражение:

    ?U=?Uкомп./?Uнач.* COS ? нач./ COS ? комп

    В таблице показано возможное уменьшение падения напряжения

    COS ? начальнй COS ? компенсированный
    0,85 0,90 0,95 1,00
    0,50 41,18% 44,44% 47,37% 50,00%
    0,55 35,29% 38,89% 42,11% 45,00%
    0,60 29,41% 33,33% 36,84% 40,00%
    0,65 23,53% 27,78% 31,58% 35,00%
    0,7 17,65% 22,22% 26,32% 30,00%
    0,75 11,76% 16,67% 21,05% 25,00%
    0,80 5,88% 11,11% 15,76% 20,00%
    0,85 5,56% 10,53% 15,00%
    0,90 5,26% 10,00%
    0,95 5,00%

    • Экономия до 30% на оплате электроэнергии. При компенсированном коэффициенте мощности нет необходимости платить за реактивную мощность. Значительное сокращение энергопотребления.
    • Увеличение срока службы электрических машин. Недостаток реактивной мощности приводит к увеличению тока, что вызывает снижение срока службы электрооборудования.
    • Стоимость прокладки кабеля сокращается до 30%. Оптимизация конструкции оборудования за счёт уменьшения сечения проводников позволяет снизить стоимость используемых материалов.
    • Снижения тепловых потерь на передачу электроэнергии. Повышение эффективности использования электроэнергии и качества электроснабжения за счёт уменьшения падения напряжения в линии электропередач.
    • Дополнительный прирост мощности системы электроснабжения. При скомпенсированном коэффициенте мощности часть избыточной энергии, высвобождающейся за счёт уменьшения потерь, может быть использована потребителем.

    Как выбрать оборудование для компенсации реактивной мощности

    Оптимальный выбор оборудования для коррекции коэффициента мощности будет зависеть от типа имеющихся нагрузок и режимов их работы.

    Если загрузка оборудования мало подвержена колебаниям, т.е. она почти постоянна, то выгоднее всего использовать индивидуальную компенсацию реактивной мощности. В этом случае конденсатор включается и выключается вместе с относящейся к нему нагрузкой, поэтому компенсация соответствует cos ? нагрузки и синхронизирована с ее суточными колебаниями. Индивидуальная компенсация реактивной мощности наиболее эффективна, если большая часть реактивной мощности потребляется несколькими мощными нагрузками, которые работают непрерывно или длительное время.

    рис.1


    Индивидуальная компенсация (см. рис.1) реактивной мощности имеет следующие преимущества:
    • Компенсация четко соответствует нагрузке
    • Конденсаторная батарея может быть размещена непосредственно у нагрузки
    • Конденсаторы используются только во время работы нагрузки
    • Низкая стоимость установки
    • Реактивная мощность полностью исключена из распределительной сети
    • Простота установки
    • Низкая стоимость решения

    Однако во многих системах не все нагрузки задействованы одновременно, и некоторые из них работают всего несколько часов в день. В этом случае индивидуальная компенсация реактивной мощности становится более дорогой из-за необходимости установки большого количества конденсаторов. При этом основная масса конденсаторов не будет использоваться большую часть времени.

    рис.2

    Если в такой системе часть потребителей всегда работает, а часть стоит, периодически меняясь местами, но суммарная нагрузка получается примерно одинаковая по времени, то используют нерегулируемую групповую компенсацию реактивной мощности (см. рис. 2).

    Такая конфигурация имеет следующие преимущества:

    • Конденсаторная батарея может быть размещена в щите управления
    • Конденсаторы используются только во время работы нагрузки
    • Низкая стоимость установки
    • Реактивная мощность полностью исключена из распределительной сети

    Групповая компенсация имеет и недостаток:

    • Распределительная сеть до щита питания нагружена реактивной мощностью

    Если потребность в реактивной мощности сильно колеблется, целесообразно использовать батареи с автоматическим регулированием (см. рис. 3), а не конденсаторы, емкость которых постоянна. В этой системе конденсаторы устанавливаются рядом со щитом питания. Суммарная емкость батареи конденсаторов разделяется на ступени. Контроллер регистрирует текущий коэффициент мощности в сети и подключает или отключает необходимую реактивную мощность. При этом контроллер выбирает ту ступень, которая меньше всего проработала до этого момента.

    рис.3

    Преимущества централизованной компенсации реактивной мощности с автоматическим регулированием:


    • Компенсация четко соответствует изменяющейся во времени нагрузке
    • Конденсаторная батарея размещена рядом со щитом питания
    • Более эффективное использование конденсаторов: контроллер равномерно распределяет нагрузку на конденсаторы, что увеличивает срок службы конденсаторов
    • Лучшее регулирование напряжения в энергосистеме

    Важно обратить внимание, что распределительная сеть до щита питания нагружена реактивной мощностью. Необходим контроллер и аппарат управления ступенями, что усложняет решение, но при этом делает его более оптимальным по функционалу и стоимости.

    В ассортименте компании EKF представлены все элементы компенсации реактивной мощности:


    • Конденсаторы КПС-0,40-ХХ-3, рассчитанные на работу в трехфазных сетях переменного тока 400В с номинальными емкостями до 50 кВАр
    • Регуляторы на 3,5,7,14 подключаемых ступеней компенсации
               <li><span><a href="https://ekfgroup.com/produktsiya/kommutatsionnoe-oborudovanie-do-1000a/kontaktory-dlja-kondensatornyh-batarej-KRM/">Контакторы</a> для конденсаторов номиналами от 12,5 кВАр до 50 кВАр с катушками управления 230В и 400В</span><a href="https://ekfgroup.com/produktsiya/kommutatsionnoe-oborudovanie-do-1000a/kontaktory-dlja-kondensatornyh-batarej-KRM/"><img src="/uploads/articles/155098/kontakt.png" /></a></li>



               <li><span>Щиты ШМП и ВРУ с удобной внутренней конфигурацией, которые можно подобрать для любого варианта компенсации реактивной мощности.</span><img src="/uploads/articles/155098/shit.png" /> </li>               </ul>


           <p>Кроме того, в компании EKF проводится сертификация сборщиков данного оборудования. Подробнее о том, как осуществить квалифицированный подбор и сборку компенсаторных установок в вашем регионе, можно уточнить по электронной почте <a href="mailto:[email protected]"><b>[email protected]</b></a>.</p>
   </ul></div>

Электропитание переменного тока Рабочий лист — Электрические цепи переменного тока

Учащийся размышляет над поведением простой последовательной RC-цепи:

Теперь ясно, что емкостное реактивное сопротивление 4 кОм не добавляется напрямую к сопротивлению 3 кОм, чтобы в сумме получить 7 кОм. Вместо этого сложение импедансов равно векторных :

.
(4kω ∠ — 90 O ) + (3Kω ∠ 0 O ) = (5kω ∠ — 53.13 O )

Этому студенту также ясно, что падения напряжения компонентов также образуют векторную сумму, так что 4 вольта, падающие последовательно на конденсатор, с 3 вольтами, падающими на резистор, действительно составляют до 5 вольт общего источника напряжение:

(4В ∠ — 90 o ) + (3В ∠ 0 o ) = (5В ∠ — 53.13 или )

Что удивляет ученика, так это сила. При расчете мощности каждого компонента учащийся получает 4 мВт для конденсатора (4 вольта на 1 мА) и 3 мВт на резистор (3 вольта на 1 мА), но только 5 мВт для общей мощности цепи (5 вольт на 1 мА). 1 миллиампер). В цепях постоянного тока рассеиваемая мощность компонентов всегда добавляется к , независимо от того, насколько странно могут быть связаны их напряжения и токи.Студент честно ожидал, что общая мощность составит 7 мВт, но это не имеет смысла при общем напряжении 5 вольт и общем токе 1 мА.

Затем ученику приходит в голову, что мощность может складываться векторно точно так же, как сопротивление и падение напряжения. На самом деле, кажется, что это единственный способ, которым числа имеют какой-либо смысл:

.

Однако, после построения этого треугольника ученика снова одолевают сомнения. Согласно закону сохранения энергии, общая мощность на входе должна равняться общей мощности на выходе.Если источник вводит в эту цепь суммарную мощность 5 мВт, не должно быть никакой возможности, чтобы резистор рассеивал 3 мВт , а конденсатор рассеивал 4 мВт. Это будет составлять больше энергии, покидающей цепь, чем поступающей!

Что не так с диаграммой треугольника власти этого ученика? Как мы можем понять цифры, полученные путем умножения напряжения на ток для каждого компонента и для всей цепи?

Расчет коэффициента мощности | Коэффициент мощности

Как упоминалось ранее, угол этого «треугольника мощности» графически показывает соотношение между количеством рассеиваемой (или потребляемой ) мощности и количеством поглощаемой/возвращаемой мощности.

Он также совпадает с углом импеданса цепи в полярной форме. Выраженное в виде дроби, это отношение между истинной мощностью и кажущейся мощностью называется коэффициентом мощности для этой схемы.

Поскольку истинная мощность и кажущаяся мощность образуют смежную и гипотенузную стороны прямоугольного треугольника соответственно, отношение коэффициента мощности также равно косинусу этого фазового угла. Используя значения из последнего примера схемы:

 

 

Следует отметить, что коэффициент мощности, как и все измерения передаточного отношения, является безразмерной величиной .

Значения коэффициента мощности

Для чисто резистивной цепи коэффициент мощности равен 1 (идеальный), поскольку реактивная мощность равна нулю. Здесь треугольник мощности будет выглядеть как горизонтальная линия, потому что противоположная сторона (реактивная мощность) будет иметь нулевую длину.

Для чисто индуктивной цепи коэффициент мощности равен нулю, поскольку истинная мощность равна нулю. Здесь треугольник мощности будет выглядеть как вертикальная линия, потому что смежная сторона (истинная мощность) будет иметь нулевую длину.

То же самое можно сказать и о чисто емкостной схеме. Если в цепи нет диссипативных (резистивных) составляющих, то истинная мощность должна быть равна нулю, что делает любую мощность в цепи чисто реактивной.

Треугольник мощности для чисто емкостной цепи снова будет вертикальной линией (указывающей вниз, а не вверх, как это было для чисто индуктивной цепи).

Значение коэффициента мощности

Коэффициент мощности может быть важным аспектом, который следует учитывать в цепи переменного тока, поскольку любой коэффициент мощности меньше 1 означает, что проводка цепи должна пропускать больший ток, чем это было бы необходимо при нулевом реактивном сопротивлении в цепи для обеспечения того же количества ( true) мощность на резистивную нагрузку.

Если бы наша последняя схема в примере была чисто резистивной, мы могли бы отдать в нагрузку полные 169,256 Вт при том же токе 1,410 А, а не всего лишь 119,365 Вт, которые она в настоящее время рассеивает при той же величине тока.

Низкий коэффициент мощности делает систему подачи энергии неэффективной.

Плохой коэффициент мощности

Низкий коэффициент мощности может быть скорректирован, как это ни парадоксально, путем добавления еще одной нагрузки в цепь, потребляющую равную и противоположную величину реактивной мощности, чтобы нейтрализовать влияние индуктивного реактивного сопротивления нагрузки.

Индуктивное сопротивление может быть компенсировано только емкостным сопротивлением, поэтому мы должны добавить конденсатор параллельно нашей примерной схеме в качестве дополнительной нагрузки.

В результате параллельного включения этих двух противоположных реактивных сопротивлений общий импеданс цепи становится равным ее общему сопротивлению (чтобы фазовый угол импеданса был равен или, по крайней мере, ближе к нулю).

Поскольку мы знаем, что (нескорректированная) реактивная мощность составляет 119,998 ВАР (индуктивная), нам необходимо рассчитать правильный размер конденсатора, чтобы произвести такое же количество (емкостной) реактивной мощности.

Поскольку этот конденсатор будет подключен непосредственно параллельно источнику (с известным напряжением), мы будем использовать формулу мощности, которая начинается с напряжения и реактивного сопротивления:

 

 

Возьмем округленное значение емкости конденсатора 22 мкФ и посмотрим, что произойдет с нашей схемой: (рисунок ниже)

 

 

Параллельный конденсатор корректирует отстающий коэффициент мощности индуктивной нагрузки. V2 и номера узлов: 0, 1, 2 и 3 относятся к SPICE и, возможно, пока игнорируются.

 

 

 

Коэффициент мощности схемы в целом значительно улучшен. Основной ток был снижен с 1,41 А до 994,7 мА, а мощность, рассеиваемая на нагрузочном резисторе, осталась неизменной и составила 119,365 Вт. Коэффициент мощности гораздо ближе к 1:

.

 

 

 

Поскольку угол импеданса по-прежнему является положительным числом, мы знаем, что схема в целом по-прежнему является более индуктивной, чем емкостной.

Если бы наши усилия по коррекции коэффициента мощности были точны, мы бы получили угол импеданса, равный нулю, или чисто резистивный.

Если бы мы добавили слишком большой конденсатор параллельно, мы бы получили отрицательный угол импеданса, что указывает на то, что цепь была скорее емкостной, чем индуктивной.

Моделирование SPICE схемы (рис. выше) показывает, что общее напряжение и общий ток почти совпадают по фазе.

Файл схемы SPICE имеет источник нулевого напряжения (V2) последовательно с конденсатором, чтобы можно было измерить ток конденсатора.

Начальное время 200 мс (вместо 0) в операторе анализа переходных процессов позволяет стабилизировать условия постоянного тока перед сбором данных. См. листинг SPICE «коэффициент мощности pf.cir».

 

Пф
.cir
коэффициент мощности V1 1 0 sin(0 170 60)
C1 1 3 22 мкФ v2 3 0 0
L1 1 2 160 мГн
R1 2 0 60
# разрешение стоп старт
.транс 1м 200м 160м
.конец
 

 

График мускатного ореха различных токов по отношению к приложенному напряжению В общее показан на (Рисунок ниже).Эталоном является V total , с которым сравниваются все остальные измерения.

Это связано с тем, что приложенное напряжение, V total , появляется на параллельных ветвях цепи. Не существует единого тока, общего для всех компонентов.

Мы можем сравнить эти токи с V итого .

 

Нулевой фазовый угол из-за синфазности V всего и I всего . Отставание I L по отношению к сумме V корректируется опережающим I C .

 

Обратите внимание, что полный ток (I total ) находится в фазе с приложенным напряжением (V total ), указывая на фазовый угол, близкий к нулю. Это не случайно.

Обратите внимание, что отстающий ток катушки индуктивности I L привел бы к тому, что общий ток имел отстающую фазу где-то между (I total ) и I L . Однако ток опережающего конденсатора I C компенсирует отстающий ток дросселя.

Результатом является фазовый угол полного тока где-то между токами катушки индуктивности и конденсатора. Кроме того, этот общий ток (I total ) был принудительно совмещен по фазе с общим приложенным напряжением (V total ) путем расчета соответствующего номинала конденсатора.

Поскольку общее напряжение и ток совпадают по фазе, произведение этих двух сигналов, мощность, всегда будет положительным на протяжении всего цикла 60 Гц, реальная мощность, как показано на рисунке выше.

Если бы фазовый угол не был скорректирован до нуля (PF=1), произведение было бы отрицательным, если положительные части одного сигнала перекрывают отрицательные части другого, как показано на рисунке выше.Отрицательная мощность подается обратно на генератор.

Нельзя продать; тем не менее, он тратит энергию на сопротивление электрических линий между нагрузкой и генератором. Параллельный конденсатор исправляет эту проблему.

Обратите внимание, что снижение потерь в линии относится к линиям от генератора до точки, где применяется конденсатор коррекции коэффициента мощности. Другими словами, между конденсатором и индуктивной нагрузкой все еще циркулирует ток.

Обычно это не проблема, так как коррекция коэффициента мощности применяется близко к вызывающей нарушение нагрузке, например, к асинхронному двигателю.

Следует отметить, что слишком большая емкость в цепи переменного тока приведет к низкому коэффициенту мощности так же, как и слишком большая индуктивность.

Вы должны быть осторожны, чтобы не сделать чрезмерную коррекцию при добавлении емкости в цепь переменного тока. Вы также должны быть очень осторожными при использовании подходящих конденсаторов для работы (соответствующих напряжению энергосистемы и случайным скачкам напряжения от ударов молнии, для непрерывной работы переменного тока и способных выдерживать ожидаемые уровни тока).

Если цепь преимущественно индуктивная, мы говорим, что ее коэффициент мощности равен , отставая от (поскольку волна тока в цепи отстает от волны приложенного напряжения).

И наоборот, если цепь преимущественно емкостная, мы говорим, что ее коэффициент мощности равен , опережая . Таким образом, схема нашего примера начиналась с коэффициента мощности 0,705 отставания и была скорректирована до коэффициента мощности 0,999 отставания.

 

ОБЗОР:

  • Низкий коэффициент мощности в цепи переменного тока можно «скорректировать» или восстановить на значении, близком к 1, путем добавления параллельного реактивного сопротивления, противоположного влиянию реактивного сопротивления нагрузки.Если реактивное сопротивление нагрузки имеет индуктивный характер (что почти всегда будет), параллельная емкость необходима для коррекции низкого коэффициента мощности.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Несколько практических способов определения требуемой компенсации реактивной энергии для энергосистемы

Треугольник мощности и коэффициент мощности

уровень.Конденсаторы действуют как источник реактивной энергии, что соответственно снижает реактивную мощность, которую должен отдавать источник энергии. Таким образом, коэффициент мощности системы улучшается.

Практические способы определения необходимой компенсации реактивной энергии для системы распределения электроэнергии

В установке, потребляющей реактивную мощность Q1 (диаграмма 1), добавление батареи конденсаторов, генерирующей реактивную мощность компенсации Qc (диаграмма 2), повышает общую эффективность установка.Реактивная мощность Q1, первоначально подаваемая источником, уменьшается до нового значения Q2 (диаграмма 3), угол φ уменьшается, а косинус этого угла улучшается (приближается к 1).

Также снижается потребление тока.

Рисунок 1 – Треугольник мощности

Рисунок 1 – Треугольник мощности

Компенсация мощности позволяет объединить интересы пользователя и компании по распределению энергии за счет повышения эффективности установок за счет лучшего использования доступной мощности путем ограничения потребления реактивной энергии, которая не только не нужна и дорога, но и является источником перегрузки по току в проводниках.

В приведенном ниже примере показано, как путем «увеличения» коэффициента мощности с 0,7 до 0,95 для той же активной мощности 100 кВт кажущаяся мощность S (в ВА) по сравнению с той, которая фактически должна быть поставки сократились на 35% .

Рисунок 2 – Пример увеличения коэффициента мощности с 0,7 до 0,95

Рисунок 2 – Этот пример показывает, как при «увеличении» коэффициента мощности с 0,7 до 0,95 при той же активной мощности 100 кВт полная мощность S (в Ва), в
по сравнению с тем, что реально должно поставляться, снижено на 35%.

Расчеты коэффициента мощности:

  • до PF = 100/142 = 0,70 или 70%
  • после PF = 100/105 = 0,95 или 95%

Когда COS изменяется от начального значения COS φ1 до конечного значения cos φ 2 , как правило, омические потери уменьшаются на: (1 – (cos φ1/cos φ2)²) × 100 в %

От 0,7 до 0,95 снижает потери на 45%. Таким образом, плохой cosφ вызывает падение напряжения в проводниках.Падение напряжения в электрической линии можно рассчитать по формуле: ΔU = I (R cosφ + L sinφ) . Максимальная мощность, которая может быть передана в системе переменного тока, рассчитывается по следующим формулам:

P = UI cosφ для однофазного и P = UI √3 cosφ для трехфазного.

При одном и том же токе передаваемая мощность прямо пропорциональна cos φ. Таким образом, изменение cos φ от 0,7 до 0,95 позволяет увеличить активную мощность (в Вт) на 35 % при одновременном снижении связанных с этим потерь тепла в линии и падения напряжения (см. выше).Мощность, которую может выдать трансформатор, выражается в кВА. Это доступная кажущаяся мощность. Этот трансформатор можно использовать еще лучше, если cos φ нагрузки близок к 1.

Улучшение cos φ от начального значения cos φ1 до конечного значения cos φ 2 , для используемой мощности X (Вт), высвобождает дополнительную полезную полную мощность S (кВа) = p(кВт) × ((1/cos φ1) – (1/cos φ 2 )) . Таким образом, трансформатор мощностью 1000 кВА обеспечивает нагрузку 700 кВт с cosφ, равным 0.7 находится под максимальной нагрузкой.

За счет улучшения cos φ с 0,7 до 0,95 высвобождается дополнительная располагаемая активная мощность 250 кВт .

Содержание: 9 Оглавление:

  1. Определение компенсации по теоретическому расчету
    1. на основе COSφ и токов
    2. на основе TANφ и полномочий
    3. чрезмерной компенсации
    4. Определение компенсации на основе выставления счета информация
      1. С учетом реактивной энергии
      2. Без учета реактивной энергии
      3. Пример потенциальной экономии на установке, счет за которую выставляется в кВА
    5. Расчет на основе измеряемых элементов
  2. Таблица преобразования

1.Определение компенсации теоретическим расчетом

1.1. На основе cosϕ и токов

Рисунок 3 – Определение компенсации на основе cosϕ и токов

Рисунок 3 – Определение компенсации на основе cosϕ и токов

Где:

  • Ia – активный ток
  • Iti – начальный полный ток (до коррекции)
  • Itf – конечный полный ток (после коррекции)
  • φ i – фазовый сдвиг перед коррекцией
  • IRI — реактивный ток до коррекции
  • IRF — реактивный ток после коррекции
  • IA = ITI COS φ I = ITF COS Φ F

Конечный ток уменьшается так, чтобы: Itf = Iti cosφ i /cosφ f

Уменьшение кажущегося тока пропорционально имп. изменение cosφ для той же активной мощности P = UI cosφ .Аналогично, компенсация cosφ при постоянном кажущемся токе позволит увеличить активную мощность (Pf) в той же пропорции, что и отношение между начальным cos ϕ и скорректированным cosφ.

Pf/Pi = cosφ f / cosφ i

Компенсацию реактивной мощности Qc можно определить как разность между начальной мощностью ( Qi = U×Ir f ×sin84 ) и реактивная мощность, полученная после компенсации
( Qf = U×Ir f ×sinφ f ):

Qc = U·× (Ir i – Ir in) 3(s in) i – sinφ f )

Вернуться к оглавлению ↑


1.2. На основе tanφ и мощностей

Расчет на основе мощностей позволяет напрямую использовать требуемое значение тангенса для определения устанавливаемой компенсации реактивной мощности.

Рисунок 4 – Определение компенсации на основе тангенса ϕ и мощностей

Рисунок 4 – Определение компенсации на основе тангенса ϕ и мощностей
  • Начальное значение тангенса φ i = Q/P
  • Требуемое значение тангенса φ f = Q’/P
  • Qc = Q – Q’, т. е. Qc = P (tan φ i – tan φ f )

Компенсацию мощности очень легко рассчитать по требуемому значению тангенса.Значение емкости в Фарадах рассчитывается следующим образом:

C = P (Tan Φ I — Tan Φ F ) / ωu 2

Вернуться к содержимому таблицу ↑


1.3 превышение компенсации

Если компенсация мощности ( Qc1 ) определена правильно, ее значение должно быть как можно ближе к компенсируемой реактивной мощности Q , а угол фазового сдвига ( ϕ’ ) стремится к 0. Если компенсация ( Qc2 ) больше реактивной мощности, угол фазового сдвига ( φ” ) увеличивается, а полная мощность S” увеличивается.

Цепь становится преимущественно емкостной. Это приводит к увеличению потребляемого тока, что противоречит цели.

Рисунок 5 – Избыточная компенсация

Рисунок 5 – Избыточная компенсация

Избыточная компенсация также имеет тенденцию увеличивать напряжение, подаваемое на установку . Этого следует избегать. Обычно считается, что она не должна превышать компенсируемую мощность в 1,15 раза. Использование регуляторов коэффициента мощности и ступенчатых конденсаторных батарей позволяет избежать проблем перекомпенсации.

Рисунок 6 – Избыточная компенсация токов

Рисунок 6 – Повышение напряжения, подаваемого на установку

Избыточная компенсация ( Ic >Ir ), увеличивает потребляемый полный ток, а также увеличивает напряжение, подаваемое на оборудование. Иллюстрация векторов V2 S (с перекомпенсацией) и V2 (с соответствующей компенсацией) показывает это явление, которого следует избегать.

Следует соблюдать осторожность при выборе компенсации энергии.

Вернуться к оглавлению ↑


2. Определение компенсации на основе платежной информации показания или счета дистрибьюторской компании, будут описаны здесь. В зависимости от метода ценообразования доступ к потреблению реактивной энергии (кварч) может быть прямым вместе с количеством часов, к которым относится это значение.затем он оплачивается пропорционально.

Как правило, это относится к соединениям большой мощности с одним или несколькими трансформаторами СН/НН, предназначенными для установки.

Для соединений меньшей мощности потребление реактивной мощности может быть косвенно выставлено в счет из-за перерасхода полной мощности (в ВА), что является причиной. Для соединения «контролируемая мощность» счет затем выставляется в соответствии с суммами, на которые превышена номинальная кажущаяся мощность по подписке.

Вернуться к оглавлению ↑


2.1. При учете реактивной энергии

Как правило, выставление счетов производится, когда tanφ превышает определенное значение (например, 0,4), а также в зависимости от периодов времени (пиковые периоды) или сезонов (зима). Следующий метод расчета, приведенный только в информационных целях, может быть использован для расчета конденсаторных батарей, устанавливаемых на входе установки с регулярной повторяющейся работой.

Для случайной или последовательной работы рекомендуются автоматические батареи, которые включаются в зависимости от нагрузки, чтобы не «перекомпенсировать» установку.

  • Анализ счетов за период, за который начисляется реактивная мощность
  • Выберите месяц, в котором счет самый высокий (кварч для выставления счета)
  • Оцените количество часов, в течение которых установка работает в месяц (NBhm) (например, время высокой нагрузки и время пиковой нагрузки), в течение которых выставляется счет за реактивную энергию.

Сумма выставленного счета за реактивную энергию Er fac будет: Er fac = Er – Ea×tanφ = Er – (0.4×Ea)

Мощность Qc устанавливаемых конденсаторов: Qc = Er/NBhm

  • Er fac – Ежемесячный счет за реактивную энергию (в кВАрч)
  • 9 E – Ежемесячное потребление активной энергии за период и время, указанные выше
  • Er (кварч) – Потребление реактивной энергии за тот же период
  • NBhm – Количество часов работы в месяц, за которые Er выставляется счет

В зависимости при методах учета и выставления счетов распределительная компания может предоставлять определенное количество реактивной энергии бесплатно или по льготной ставке.Таким же образом, если учет ведется на низком напряжении, доля реактивной мощности, потребляемой трансформатором СН/НН, прибавляется к счетной энергии на фиксированной основе.

Например, если разрешенное значение tanφ изменится на 0,31, количество реактивной энергии, выставляемой в счет Er fac , станет:

Er fac = Er – Ea×tanφ = Er – (0,31×Ea)

Рисунок 7 – Многофункциональный цифровой блок управления измерениями с учетом реактивной энергии

Рисунок 7 – Многофункциональный цифровой блок управления измерениями с учетом реактивной энергии (фото предоставлено zillionelectric.com)

Вернуться к оглавлению ↑


2.2. Без учета реактивной энергии

В этом типе договора поставки (например, «желтый тариф» – маломощное снабжение – во Франции) потребление реактивной энергии не указывается в счете за электроэнергию. Начисляется косвенно, на основе потребления полной мощности в кВА . Распределительная компания взимает «фиксированную плату», которая зависит от абонентской полной мощности. Свыше этой мощности потребитель платит штрафы.это принцип «контролируемой мощности».

Компенсация реактивной энергии снижает фиксированную плату за счет уменьшения абонентской полной мощности. Это также позволяет ограничивать суммы, превышающие эту абонентскую потребность (выставление счетов за дополнительные кВА сверх лимита).

Чтобы определить значение реактивной мощности, которое необходимо установить, необходимо сравнить капитальные затраты на конденсаторы с экономией на фиксированной плате распределительной компании.

На практике крайне нецелесообразно устанавливать батарею конденсаторов без точного анализа мощности (рассчитанного или смоделированного с помощью программного обеспечения) или без предварительных измерений.Недостаточная компенсация не обеспечит ожидаемой экономии потребляемой мощности, а избыточная компенсация приведет к возможным перенапряжениям и резонансу по отношению к питающей сети. Помните, что существует повышенный риск сбоев в работе маломощных установок или установок с искажающими нагрузками (гармониками).

В настоящее время счета за реактивную мощность выставляются только для мощных установок с использованием прямого учета (реактивной мощности в кВАр) или косвенного учета (полной мощности в кВА). Установки малой мощности рассчитываются в кВт, поэтому их единственным недостатком является ограничение доступного тока.

Для ответственного управления энергопотреблением с целью более эффективного использования ресурсов, а также с учетом увеличения числа приемников с плохим коэффициентом мощности (электронные источники питания, лампочки с низким энергопотреблением) биллинг должен логично двигаться в сторону учета реактивной мощности в счет, , который будет уметь следующее поколение «интеллектуальных» счетчиков . Тогда компенсация небольших установок вступит в свои права.

Рекомендуемая литература – ​​Освоение однолинейных и электрических схем: Использование автоматического выключателя для коррекции коэффициента мощности среднего напряжения

Освоение однолинейных и электрических схем: Использование автоматического выключателя для коррекции коэффициента мощности среднего напряжения

Вернуться к оглавлению ↑


2.3 Пример потенциальной экономии на установке, счет за которую выставляется в кВА

Установка обычно работает с абонентской мощностью S, равной 160 кВА. Среднее значение tanφ считывания составляет 0,75 (расчетное значение cos 0,8). При пиковом спросе достигаемая мощность близка к абонентскому потреблению. Таким образом, в пиковое время эта установка потребляет активную мощность P = UI√3 cosφ = 160 × 0,8 = 128 кВт и реактивную мощность Q = P × tanφ = 128 × 0,75 = 96 кВАр .

Установка целевого значения tanφ на уровне 0.4 , можно будет уменьшить потребление реактивной мощности до Q = P (tan φ i – tan φ f ) = 128 × (0,75 – 0,4) = 45 кВАр .

  • Экономия потребления реактивной мощности составляет G = 96 – 45 = 51 кВАр .
  • Компенсация мощности Qc может быть 50 кВАр по умолчанию.
  • Мощность S для абонентской нагрузки тогда становится равной S = √(P 2 + Q 2 ) = √(128) 2 + (51) 2 = 138 кВА .

Остается только сопоставить возможную экономию на абонентском тарифе с необходимыми затратами на установку компенсационных конденсаторов. Срок окупаемости таких инвестиций, как правило, очень быстрый и оправдывается 90 265 , как только tanφ превышает 0,6 90 266 .

Этот упрощенный подход может привести к риску перекомпенсации, когда установка не подвергается высоким нагрузкам (например, летом). Вот почему на практике всегда рекомендуются более или менее подробные показания, в зависимости от сложности циклов потребления.

Дополнительная литература – ​​Пять действий для достижения превосходного энергосбережения в старых электроустановках

Пять действий для достижения превосходного энергосбережения в старых электроустановках

Вернуться к оглавлению ↑


3. Расчет на основе измеренных элементов

Измерения мощности сильно изменились из-за возрастающей сложности поглощаемых сигналов и форм токов, и, как следствие, измерительное оборудование также усовершенствовалось до такой степени, что теперь можно говорить не об измерении мощности, а об анализе мощности.

Вернуться к оглавлению ↑


3.1. Измерение мощности

Измерение мощности является разовым измерением, которое может предоставить полезную информацию об условиях работы установки, но оно остается более или менее ограниченным в зависимости от используемого оборудования (прямой доступ к cosφ, tanφ и гармоническим мощности), могут быть испорчены ошибками из-за формы и частоты сигналов, и, прежде всего, обеспечивает изображение только в данный момент.

  • В однофазных системах можно измерить мощность (с помощью ваттметра), а также напряжение и силу тока.отношение p/ui дает cosϕ.
  • В трехфазных системах мощность P1 и P2 можно измерить, используя метод двух ваттметров.

Рисунок 8. Метод двух ваттметров

Рисунок 8. Метод двух ваттметров I 1 ⇒ P2 = U 23 × I 2 · COS (U 23 × I 2 ) = U 2 × I 2 × I 2
  • I 1 + I 2 + I 3 = 0 ⇒ I 3 = — I 1 — i 2
  • ⇒ P = V 1 × I 1 × I 2 — V 3 × I 1 — V 3 — V 3 × I 2
  • P = I 1 (V 1 — V 3 ) + I 2 (V 2 — V 3 ) = I 1 ×U 13 + I 2 ×U 23 = P 1 + P 2
  • 3 показания из два ваттметра.Аналогично рассчитывается тангенс ϕ:
    tanϕ = √3·(P1 – P2) / (P1 + P2) .

    В сбалансированном состоянии реактивную мощность Q можно измерить с помощью одного ваттметра. Показано, что cos(U 13 ×I 1 ) = cos(π/2 – ϕ) . Реактивная мощность в трехфазных системах записывается как Q = √3×P .

    Рисунок 9 – Метод одного ваттметра

    Рисунок 9 – Метод одного ваттметра ×I 1

    Вернуться к оглавлению ↑


    3.2 Расчет для поставщиков энергии (малые электростанции)

    Для этого типа установки независимый производитель электроэнергии должен поставлять распределительной компании количество реактивной энергии, равное договорной доле его производства активной энергии в периоды высокой нагрузки и пиковые периоды.

    В этом случае при расчете конденсаторной батареи необходимо учитывать следующее:

    • Активное потребление генератора под нагрузкой
    • Реактивное потребление под нагрузкой трансформатора СН/НН (при его наличии) )
    • Поставляемая реактивная энергия (договорная доля произведенной активной энергии)

    Вернуться к оглавлению ↑


    4.Таблица преобразования

    Эту таблицу можно использовать для расчета (на основе мощности приемника в кВт) мощности конденсаторов для изменения исходного коэффициента мощности до требуемого коэффициента мощности. Это также дает эквивалентность между cosϕ и tanϕ.

    Таблица 1 – Мощность устанавливаемых конденсаторов (в кВАр) на кВт нагрузки

    Таблица 1 – Мощность устанавливаемых конденсаторов (в кВАр) на кВт нагрузки

    Пример: Двигатель 200 кВт – cosϕ = 0,75 – cosϕ должен быть достигнут: 0.93 – Qc = 200 × 0,487 = 98 кВАр .

    Вернуться к оглавлению ↑

    Источник: Legrand

    3 шага для расчета требуемой реактивной мощности для коррекции коэффициента мощности


    Если вы думаете, что расчет требуемой реактивной мощности для коррекции коэффициента мощности является сложной задачей, то этот учебник докажет, что вы ошибаетесь. В этом уроке я продемонстрирую вам 3 шага для расчета необходимой реактивной мощности для коррекции коэффициента мощности. Также в конце вы получите ссылку на простой инструмент Excel, который вы можете загрузить и использовать для автоматического расчета требуемой реактивной мощности.Итак, начнем.


    Ознакомьтесь с предыдущими уроками из серии «Коэффициент мощности».

    Прежде чем приступить к расчету требуемой реактивной мощности, вы должны знать две вещи —

    1. Текущий коэффициент мощности для вашей машины или системы
    2. Суммарная мощность в кВт

    Если вы знаете эти два параметра, вы готовы к работе.

    Требуемая реактивная мощность


    Допустим, у вас есть асинхронный двигатель мощностью 100 кВт, текущий коэффициент мощности которого равен 0.7, а вы хотите, чтобы оно было 0,95. Итак, мы сделаем наши расчеты, чтобы улучшить коэффициент мощности этого двигателя. Формула, которую мы собираемся использовать для расчета требуемой реактивной мощности, приведена ниже.

    Требуемая реактивная мощность = P x [ tan (cos -I Ø1) – tan (cos -I Ø2)]

    Где P = общая мощность в кВт
    Ø1 = текущий коэффициент мощности
    Ø2 = требуемый коэффициент мощности
    Разобьем эту формулу на три простых шага.

    Шаг 1


    Вычислите косинус, обратный току и требуемому коэффициенту мощности.
    В нашем случае текущий коэффициент мощности равен 0,7, а требуемый коэффициент мощности равен 0,95

    Таким образом, косинус, обратный Ø1, равен 45,57, а Ø2 равен 18,19

    Шаг 2


    Умножьте полученные значения на тангенс, а затем вычтите.

    = загар (45,57) – загар (18,19)
    = 0,6915

    Шаг 3


    Умножьте конечное значение на мощность.

    Теперь на последнем шаге умножьте значение, полученное на предыдущем шаге, на мощность.
    = 100 х 0.6915
    = 69,15 кВАр

    Итак, столько реактивной мощности вам понадобится, чтобы улучшить коэффициент мощности с 0,7 до 0,95. Вы можете выбрать конденсатор в диапазоне от 75 кВАР до 80 кВАР, чтобы быть в безопасности.


    Вы также можете сделать то же самое, используя простой инструмент Excel, который я создал. Просто введите мощность в кВт, текущий коэффициент мощности и требуемый коэффициент мощности в поле ввода, и вы получите требуемую реактивную мощность.

    Щелкните ссылку, приведенную ниже, чтобы загрузить инструмент Excel.

    Как рассчитать реактивную мощность трансформатора? – Нарушение напряжения

    Потребляемая реактивная мощность трансформатора

    Силовые трансформаторы «потребляют» индуктивную реактивную мощность во время работы. Это связано с потребностью в реактивной мощности двух отдельных ветвей трансформатора, а именно:

    1. Шунт намагничивающего реактивного сопротивления
    2. Реактивное сопротивление утечки серии

    Реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, может достигать 5 % от номинальной мощности трансформатора при подаче тока полной нагрузки.Коэффициент мощности на первичной обмотке трансформатора обычно ниже, чем измеренный на вторичной обмотке из-за этого требования к реактивной мощности трансформатора. Если измерение выполняется при среднем напряжении, то также будет измеряться дополнительная реактивная мощность, потребляемая трансформатором. В подобных случаях важно знать, сколько реактивной мощности потребляет трансформатор, чтобы ее можно было вычесть из потребности в реактивной мощности нагрузки. Обычно это происходит, когда электросчетчик находится на первичной обмотке, а трансформатор также принадлежит коммунальному предприятию.Нет смысла выставлять счет за реактивную мощность, потребляемую трансформатором, принадлежащим коммунальному предприятию, поскольку они могли бы очень хорошо поставить счетчики на стороне низкого напряжения, и потребителю не придется платить за это, если это так. Когда трансформатор принадлежит потребителю, коммунальное предприятие будет измерять реактивную мощность, потребляемую силовым трансформатором.

    Приведенный ниже калькулятор можно использовать для расчета реактивной мощности, потребляемой трансформатором при полной нагрузке и номинальном напряжении .Чтобы рассчитать реактивную мощность только из-за импеданса намагничивания шунта, используйте %нагрузки как «без нагрузки».

    Конденсаторные батареи обычно меньше рассчитанного значения, так как существует риск перекомпенсации при малой нагрузке. Может быть установлен автоматический конденсатор ступенчатого коэффициента мощности, который будет переключать только необходимые ступени конденсатора, чтобы довести коэффициент мощности до желаемого уровня. Однако для этого необходимо будет выполнить измерение коэффициента мощности на первичной обмотке трансформатора, что не всегда возможно.Чаще всего реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, составляет лишь небольшой процент реактивной мощности, потребляемой объектом, и точная компенсация может не требоваться.

    1. Реактивное сопротивление шунта намагничивания

    Реактивное сопротивление намагничивания шунта отвечает за создание магнитного потока в сердечнике трансформатора. Ток, необходимый для создания этого потока в сердечнике, называется током возбуждения и относительно не зависит от тока нагрузки трансформатора. Возбуждающий ток обычно около 0.25-2% тока полной нагрузки трансформатора. Фактическое значение тока возбуждения можно получить из протокола заводских испытаний или измерить в полевых условиях.

    Чтобы рассчитать потребляемую реактивную мощность, сначала рассчитайте приблизительное сопротивление намагничивания шунта по заданному току возбуждения. Ток возбуждения обычно указывается в процентах от тока полной нагрузки трансформатора.

    2. Реактивное сопротивление рассеяния серии

    Сопротивление утечки серии

    косвенно относится к величине магнитного потока, который не связан между первичной и вторичной обмотками.Реактивное сопротивление последовательного рассеяния (также известное как % импеданса) является важным параметром трансформатора, который определяет влияние короткого замыкания, регулирование напряжения и т. д.

    Требуемая реактивная мощность из-за реактивного сопротивления последовательного рассеяния изменяется пропорционально квадрату тока нагрузки. Общая индуктивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, представляет собой арифметическую сумму потребности обеих вышеперечисленных ветвей. Калькулятор в этой статье рассчитает это за вас.

     

    Компенсация реактивной энергии, потребляемой трансформатором

    Потребляемая трансформатором реактивная мощность может быть компенсирована добавлением шунтирующих батарей конденсаторов.Как видно из калькулятора, когда трансформатор загружен, полная реактивная мощность Qt состоит из двух компонентов: реактивной мощности Q0 при работе вторичной разомкнутой цепи (без нагрузки) и реактивной мощности, вызванной реактивным сопротивлением рассеяния. Суммарная реактивная мощность, потребляемая трансформатором, описывается следующим уравнением:

     Где,

    Q t = Суммарная реактивная мощность, потребляемая трансформатором

    Q 0 = Реактивная мощность, потребляемая шунтирующим реактивным сопротивлением намагничивания трансформатора (без нагрузки)

    %z= Сопротивление короткого замыкания трансформатора в процентах

    кВА T = номинальная мощность трансформатора кВА

    кВА л = нагрузка кВА

    Если требуется емкостная компенсация для компенсации потребляемой трансформатором реактивной мощности, следует соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерной компенсации в условиях легкой нагрузки.В условиях малой нагрузки или без нагрузки реактивная мощность не будет потребляться реактивным сопротивлением последовательного рассеяния, и реактивная мощность будет потребляться только шунтирующим импедансом намагничивания. В случае чрезмерной компенсации это вызовет увеличение напряжения на вторичных клеммах. Многие коммунальные службы предоставляют документ, в котором указана максимальная емкостная компенсация, которую можно установить на вторичной обмотке служебного трансформатора. Если вам нужна эта информация, обратитесь в местную электроэнергетическую службу.

    Чаще реактивная мощность, потребляемая самим трансформатором, очень мала по сравнению с общей реактивной мощностью, потребляемой нагрузкой объекта.В этих случаях предприятие может принять решение об установке конденсаторной батареи большего размера на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае необходимо обратить внимание на возможность гармонического резонанса между реактивным сопротивлением трансформатора и конденсатором.

    Как измерить реактивную мощность?

    Калькулятор коэффициента мощности

    Расчет однофазной активной и реактивной мощности

    Описание

    Блок измерения мощности измеряет активную и реактивную мощность элемент однофазной сети.Блок выводит величины мощности для каждого указанную вами частотную составляющую. Для трехфазных измерений рассмотрите возможность использования трехфазного питания. Блок измерения.

    Используйте этот блок для измерения мощности как для синусоидальных, так и для несинусоидальных периодических импульсов. сигналы.

    Установите для параметра Sample time значение 0 для непрерывного времени или явно для дискретного времени.

    Укажите вектор всех частотных составляющих для включения в выходную мощность с помощью Номера гармоник параметр:

    • Для вывода постоянной составляющей укажите 0 .

    • Чтобы вывести компонент, соответствующий основной частоте, указать 1 .

    • Для вывода компонентов, соответствующих гармоникам высшего порядка, укажите н > 1 .

    Уравнения

    Для каждой заданной гармоники k блок вычисляет действительную мощность P k и реактивная мощность Q k из векторного уравнения:

    Pk+jQk=G(VkejθVk)(IkejθIk¯),

    где:

    • G равно 0.25 для ДЦ компонента ( k = 0 ) и 0,5 для Компоненты переменного тока ( k > 0 ).

    • VkejθVk — векторное представление k — компонент входного напряжения.

    • IkejθIk¯ является комплексно-сопряженным IkejθIk, векторным представлением k — составляющая входного тока.

    Блок оценивает в режиме реального времени k -составляющую напряжения и текущие вектора, использующие эти отношения:

    VkejθVk=2T∫t−TtV(t)sin(2πkFt)dt+j2T∫t−TtV(t)cos(2πkFt)dt

    IkejθIk=2T∫t−TtI(t)sin(2πkFt)dt+j2T∫t−TtI(t)cos(2πkFt)dt.

    В этих векторных уравнениях:

    • V(t) и I(t) вход напряжение и ток соответственно.

    • T — период входного сигнала, или эквивалентно обратной его базовой частоте Ф .

    Если входные сигналы имеют конечное число гармоник n , полная активная мощность P и общая реактивная мощность Q можно рассчитать из их составляющих:

    Сумма для Q не включает DC компонент ( k = 0 ), потому что этот компонент вносит только вклад в реальный власть.

    Расчет компенсации реактивной мощности для крупномасштабного уличного освещения

    В последние годы мы наблюдаем динамичный рост использования технологии полупроводникового освещения. Это вызвано и стимулируется несколькими факторами, такими как потребность в энергосбережении; физические свойства твердотельных источников света: пренебрежимо малое время начала действия, способность диммирования, высокий ожидаемый срок службы; Постоянное снижение цен на светодиодные светильники.

    Ежегодное глобальное потребление энергии, связанное с наружным освещением, оценивается в 12–15% от общего потребления энергии [10].В этом контексте даже небольшое улучшение энергоэффективности освещения, например, порядка 1%, дает значительную общую экономию из-за эффекта масштаба. Приведенные выше рассуждения привели к разработке широкого спектра методов снижения энергопотребления [12] и устойчивого обслуживания уличного освещения, начиная с хорошо подходящих проектов освещения [6, 9], опирающихся на данные инвентаризации на основе ГИС [20, 21]. , применения систем управления [5, 18, 22], сложных методов освещения тоннелей [16, 17] или улучшения отражательных свойств дорожного покрытия [19].

    Одним из основных преимуществ модернизации осветительных установок светодиодными источниками является радикальное снижение энергопотребления порядка 60% [1, 25]. Дополнительную экономию можно получить, регулируя световые потоки светильников при изменении дорожных и окружающих условий [24]. Тем не менее, хотя уменьшение яркости светильника для регулировки уровня освещения в соответствии с конкретными потребностями позволяет экономить энергию, существует побочный эффект. Это увеличение на емкостной реактивной мощности в сети электропитания, взаимозаменяемо выраженной с помощью тригонометрических значений \(\tan \varphi\) и \(\cos \varphi\), известных как коэффициент мощности .Пока драйвер мощности не работает на полную мощность, он затемняет светильник и вводит реактивную мощность.

    Плата за реактивную мощность взимается как с производителей, так и с потребителей электроэнергии. Подробное описание тарифов и вариантов ценообразования для производителей энергии, а также для поставщиков электроэнергии можно найти в [8]. В случае с клиентами это также зависит от нормативно-правовой базы [15].

    Реактивная мощность может быть компенсирована дополнительными аппаратными компонентами, прикрепленными к отдельным лампам [3, 13] или введенными в электрическую сеть.Хотя компенсация сама по себе является простой задачей, она становится нетривиальной в контексте большой (т. уровень не постоянен, а изменяется непредсказуемым образом.

    Основной целью данной статьи является введение алгоритма, обеспечивающего настройку компенсации статической реактивной мощности для уличного освещения с адаптивным управлением на каждом из шкафов управления освещением.

    Компенсация емкостной реактивной мощности. Кроме того, предположим, что оба сигнала являются синусоидами с периодом

    T (следовательно, угловая частота для обоих равна \( \omega = {2\pi \over T }\)). Наличие в цепи конденсатора и/или катушки индуктивности может вызвать явление фазового сдвига между током и напряжением, которое проявляется в виде дополнительного члена \( \varphi \) в форме сигнала \(i(t) = i_0 \ sin (\omega t + \varphi )\) (или \(u(t) = u_0 \sin (\omega t — \varphi )\)).2}. \end{выровнено}$$

    (6)

    Значения коэффициента мощности (\(\cos \varphi \)) и \(\tan \varphi \) рассчитываются как

    $$\begin{aligned} \cos \varphi = {P \over S} ,\quad \tan \varphi = {Q \over P}. \end{выровнено}$$

    (7)

    Можно легко вывести из уравнения. (7) что при \( \varphi = 0 \) реактивная мощность не вырабатывается (\( P = S \)). Следует подчеркнуть, что коэффициент мощности (\( \textit{PF} \)) равен \( \cos \varphi \), когда существует только основная гармоника тока или если высшими гармониками можно пренебречь.2}}\cos\varphi , \end{выровнено}$$

    (8)

    где \( I_{\mathrm {RMS}} \) — общий ток, а \( I_{1,\mathrm {RMS}} \) обозначает основную составляющую тока. Нижний индекс RMS означает, что оба значения вычисляются как среднеквадратические значения.

    Для дальнейших рассуждений мы выбираем \( \tan \varphi \) как более удобное для выражения фазового сдвига. Это связано со знаком функции \(\tan\varphi\), которая отражает тип реактивной мощности.\infty u_{h} i_{h} \sin \varphi _{h}, \end{aligned}$$

    (9)

    где суммирование выполняется по всем гармоникам тока и напряжения.

    В рассматриваемом случае мы имеем дело с диммируемыми светодиодными светильниками, для которых диммирование подразумевает изменение составляющих тока \( \{i_h\} \) только при неизменном напряжении, т.е. все гармоники, кроме основной, равны 0: (\( u_h \приблизительно 0\) для \(h>1 \)). Таким образом, уравнение (9) сводится только к основной составляющей: \( Q_B = u_1 i_1\sin \varphi _1.\)

    Мы фокусируемся на модели компенсации, в которой мы пытаемся соответствовать \( \tan \varphi \) в диапазоне \([0,\tan \varphi _0] \). Компенсация CRP (\( Q_{cap} < 0\)) достигается за счет увеличения индуктивной реактивной мощности (\( Q_{ind} > 0\)) так, чтобы результирующая \( \tan \varphi \) была по крайней мере не- отрицательное и меньше \(\tan\varphi_0\). Его можно записать с помощью уравнения (7):

    $$\begin{aligned} \tan \varphi = {Q_{cap} + Q_{ind}\over P}. \end{выровнено}$$

    (10)

    В нашем анализе мы рассматриваем \( Q_{cap} = Q_{\mathrm {fix}}+Q_{\mathrm {power\, line}}\) как сумму двух отрицательных компонентов: первый компонент соответствует Светодиодный светильник, а второй связан с линией электропередач, которая действует как конденсатор.Хотя для коротких расстояний ею можно пренебречь, для более длинных она может дать мощность, которую необходимо учитывать, чтобы избежать дальнейшей неточной компенсации.

    Для светильника, работающего с некоторым установленным уровнем диммирования и его питающей сети, постоянного источника индуктивной реактивной мощности, \( Q_{ind} \), используется компенсирующая система с постоянным реактивным сопротивлением.2} + {\omega c l}}, \end{align}$$

    (11)

    где \( U =230\,\mathrm {V} \) (в Европе) — значение напряжения, \( \omega =2\pi f\) (частота \( f =50\,\mathrm { Гц} \) в Европе), \( Q_{\mathrm {fix}} \) обозначает CRP приспособления, c обозначает пропускную способность кабеля на единицу длины и l обозначает длину кабеля.С практической точки зрения компенсацию емкостной реактивной мощности проще всего осуществить, подключив параллельный дроссель с индуктивным сопротивлением \(X_L\) к приспособлению таким образом, чтобы \(X_L = X_C\). Поскольку индуктивное сопротивление определяется формулой:

    $$\begin{aligned} L = {X_L \over \omega }, \end{aligned}$$

    (12)

    , где L — индуктивность, можно получить желаемое значение последней, комбинируя уравнения.2 с л}}. \end{выровнено}$$

    (13)

    Следует отметить, что такой подход позволяет преобразовать сильно штрафуемый КРП в индуктивный с приемлемым \( \tan \varphi <\tan \varphi _0 \).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.