Теория компенсации реактивной мощности
В электрических цепях протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения, когда нагрузка имеет активный (резисторы) характер. Когда ток отстает от напряжения, нагрузка индуктивная (двигатели, трансформаторы на холостом ходу), когда ток опережает напряжение, нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы).
Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой 1. Iа — активный ток 2. Iри — реактивный ток индуктивного характера К этим токам привязаны мощности потребляемые двигателем. 1. Р – активная мощность привязана к Iа (по всем гармоникам суммарно) 2. Q – реактивная мощность привязана к Iри (по всем гармоникам суммарно) 3. A – полная мощность потребляемая двигателем. (по всем гармоникам суммарно)
Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную мощность, имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.
Параметры определяющие потребление реактивной мощности называются POWER FACTOR или Cos (φ)
POWER FACTOR (PF) = P / A Cos (φ) = P1гарм / A1гарм P1гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц А 1гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц где, A = √P² + Q²Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий сos (φ) несет следующие проблемы:
1. Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности) 2. Высокие перепады напряжения в электрических линиях (например 330…370 В, вместо 380 В) 3. Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Конденсаторы нужны чтобы скомпенсировать реактивную мощность двигателей.
Как компенсировать реактивную мощность?
Компенсация реактивной мощности производится путем подключения конденсаторных установок и конденсаторов. Подключая конденсаторы мы уменьшаем потребление реактивной мощности через силовые трансформаторы у энергоснабжающей организации и улучшаем сos (φ). Необходимо поддерживать сos (φ) = 0,9..0,95, для того, чтобы избежать платежей за потребление реактивной мощности, снизить нагрузку на кабели и трансформаторы, и в тоже время, застраховаться о перекомпенсации (работы с избыточным количеством конденсаторов), возможной при сos (φ)=0,97 и выше.
Более того, при повышении сos (φ) от 0,9 до 0,99 полный ток уменьшается всего на 3% а мощность конденсаторной установки необходимая для этого увеличивается в 2 раза, ее стоимость в 1,5 раза, что экономически нецелесообразно.
Компенсация реактивной мощности может быть ОБЩЕЙ (ЦЕНТРАЛИЗОВАНОЙ) и ИНДИВИДУАЛЬНОЙ.
Индивидуальная компенсация – компенсация реактивной мощности каждой нагрузки отдельно (например на клеммах двигателя).
Индивидуальная компенсация – это наиболее простое техническое решение. Конденсатор подбирается мо мощности и сos (φ) двигателя, поэтому реактивная мощность двигателя компенсируется постоянно в течение всего дня, сos (φ) достаточно высок. Дополнительное преимущество индивидуальной компенсации реактивной мощности, это то что затраты на нее невелики.
Общая (централизованная) компенсация – компенсация реактивной мощности с помощью одной конденсаторной установки устанавливаемой на КТП или в составе главного распределительного щита (ГРЩ).
Дневной тренд (характер изменения нагрузки), является основным фактором, влияющим на выбор наиболее подходящей схемы компенсации реактивной мощности. На многих предприятиях не все оборудование работает одновременно, многие станки задействованы всего несколько часов в день. Поэтому индивидуальная компенсация становится очень дорогим решением, при большом количестве оборудования и соответственно большом числе устанавливаемых конденсаторов. Большинство этих конденсаторов не будут задействованы долгий период времени. Индивидуальная компенсация наиболее эффективна, когда большая часть реактивной мощности генерируется небольшим числом нагрузок, потребляющих наибольшую мощность достаточно длительный период времени. Централизованная компенсация применяется там, где нагрузка флюктуирует (перемещается) между разными потребителями в течение дня. При этом потребление реактивной мощности в течение дня меняется, поэтому использование автоматических конденсаторных установок предпочтительнее, чем нерегулируемых.
Компенсация реактивной мощности ёмкостного характера
Capacitive reactive power compensation.
Компенсация реактивной мощности активными фильтрами.
Реактивная мощность ёмкостного характера образуется при подключении конденсаторов, протяжённых кабельных линий, при работе перевозбуждённых синхронных машин и др.
Реактивной мощности ёмкостного характера соответствует реактивный ток, который геометрически складывается с активной составляющей тока и повышает полный ток в электроустановке. Дополнительный ток вызывает дополнительные потери, загружает источники и линии электропередачи и др.
Реактивная мощность ёмкостного характера может представлять большую опасность в системах автономного электроснабжения. Это связано с тем, что генератор автономного источника способен обеспечивать вполне определенную ёмкостную нагрузку. Обычно это 12–15 % от величины полной мощности. Превышение этого предела вызывает срабатывание защиты и отключение генератора.
Реактивная мощность ёмкостного характера на присоединениях вдольтрассовых кабельных линий трубопровода перекачки углеводородов.
Для страховки от подобных ситуаций на электростанции приходится запускать дополнительные источники (дизель-генераторы, ГПА и др.). Это приводит к перерасходу топлива, расходных материалов, ресурса первичных двигателей и др.
Другой пример генерации реактивной мощности ёмкостного характера – работа пассивных фильтров ЭМС (Tuned filters).
| Пассивный фильтр ЭМС (справа) | Конденсаторы пассивного фильтра ЭМС |
При работе преобразователей частоты на долевых нагрузках конденсаторы пассивных фильтров ЭМС генерируют в сеть значительную реактивную мощность ёмкостного характера.
Активный фильтр решает задачи компенсации реактивной мощности ёмкостного и индуктивного характера сходным образом.
При работе в режиме динамической компенсации реактивной мощности требуется указать величину «целевого» коэффициента мощности. Высокое быстродействие активного фильтра позволяет устранить влияние источника реактивной мощности ёмкостного характера на коэффициент мощности всей электроустановки. В момент подачи питающего напряжения на конденсаторную батарею/кабельную линию/другой источник ёмкостной реактивной мощности активный фильтр мгновенно начинает генерировать реактивную мощность индуктивного характера для обеспечения постоянства коэффициента мощности в сети.
Предложения Инженерного центра «АРТ».
Полный комплекс работ по созданию систем динамической компенсации реактивной мощности до 9000 квар на базе активных фильтров.
Отправить запрос.
Компенсация реактивной мощности
В электрических цепях переменного тока присутствуют два вида мощности – активная и реактивная. Активная мощность является полезной и расходуется непосредственно на совершение полезной работы. Реактивная мощность чаще имеет отрицательное воздействие, в связи с чем, требуется компенсация реактивной мощности
.Реактивная мощность
Реактивная мощность возникает при наличии реактивных элементов в цепи, таких как катушка или конденсатор. При этом часть энергии полученной от источника возвращается обратно к нему.
При наличии в цепи и катушки и конденсатора, суммарная реактивная мощность оказывается меньше, чем в цепях, в которых эти элементы расположены по отдельности. Это связано с тем, что индуктивная QL и емкостная QC мощности имеют разные знаки. При равенстве этих мощностей наблюдается явление резонанса, при котором реактивная мощность равна нулю. В этом случае энергия не поступает к источнику, а циркулирует между катушкой и конденсатором.
Реактивная мощность в промышленных установках
В промышленности большая часть оборудования обладает индуктивностью, а следовательно и реактивной мощностью. Примером таких установок может служить трансформаторы, двигатели, индукционные нагревательные установки и т.д. Чем больше величина реактивной мощности, тем меньше коэффициент мощности cosϕ, который определяется как отношение активной мощности к полной. Чем больше число установок, тем больше их суммарная реактивная мощность, следовательно, потери связанные с реактивной мощностью больше.
Реактивная мощность также влияет на токи в цепи. На примере асинхронного двигателя ток определяется как
При увеличении реактивной мощности (Q) ток также будет увеличиваться, что приводит к необходимости выбора проводов большего сечения, а следовательно к лишним затратам. Кроме того, увеличение тока приводит к увеличению тепловых потерь, а следовательно к дополнительному нагреву двигателя.
Компенсация реактивной мощности
Как было сказано ранее, большие значения реактивной мощности приводят к значительным экономическим и трудовым затратам. Поэтому, на практике стараются максимально уменьшить её значение.
Уменьшение реактивной мощности может достигаться несколькими способами. Самым эффективным считается правильный подбор мощности двигателей и трансформаторов и нахождение эффективного режима нагрузки, без холостого хода и недогрузки. Такой способ не требует дополнительных материальных затрат, но им не всегда получается достигнуть оптимальных значений и прибегают к искусственным способам компенсации реактивной мощности.
Одним из таких способов является включение батареи конденсаторов параллельно к приемнику.
С помощью использования батареи конденсаторов можно добиться полной компенсации реактивной мощности. Но на практике затраты на дополнительное оборудование могут значительно превысить затраты на реактивную мощность, из-за дороговизны конденсаторов. Поэтому чаще всего, добиваются лишь частичной компенсации реактивной мощности.
Компенсацию реактивной мощности рассмотрим на примере асинхронного двигателя.
До включения батареи конденсаторов параллельно двигателю, значение реактивной мощности было равно Q1
Ток значительно уменьшается до величины I2, благодаря появлению тока Ic, который можно рассчитать по формуле
Емкость батареи
Мощность батареи
Таким образом, компенсация реактивной мощности играет важную роль с точки зрения сокращения расходов предприятия.
Компенсация реактивной мощности. Виды и нагрузки. Применение
Компенсация реактивной мощности — в жилых помещениях обычно установлен один счетчик электроэнергии. Принято считать, что расходуется только активная часть электроэнергии. Это не совсем правильно, так как существует еще такой показатель, как реактивная мощность, которую можно охарактеризовать задержкой между фазными синусоидами тока и напряжения в сети питания.
Компенсация реактивной мощности
Показателем расхода реактивной мощности считается коэффициент мощности. Он равен косинусу угла между напряжением и током. Коэффициент мощности нагрузки рассчитывается как отношение расходуемой активной мощности к общей мощности:
сos (ф) = P / S
Таким показателем характеризуют реактивную мощность генераторов, электродвигателей и всей сети. В современных квартирах имеется много различных бытовых устройств, которые при функционировании сдвигают фазу напряжения. Но, доля реактивной мощности, потребленной бытовыми электрическими устройствами намного меньше, чем оборудованием промышленных предприятий. По этой причине при расчете расхода электроэнергии этой частью энергии пренебрегают.
Компенсация реактивной мощности в цепях потребителей на промышленных предприятиях является необходимостью, иначе это будет оказывать негативное влияние на энергосистемы, выраженное в нагревании обмоток трансформаторов в пиковые часы, нагреве воздуха вокруг линии электропередач и других отрицательных явлений.
Емкостная и индуктивная нагрузкаЕсли рассмотреть простой потребитель электроэнергии в виде лампочки или нагревателя, то мощность, которая характеризует это устройство (указана в инструкции), будет равна произведению тока и напряжения на этом устройстве. Но, если в конструкции устройства находится, например, трансформатор, либо другие элементы, имеющие индуктивность или емкость, то мощность определяется иначе.
Такие элементы в устройствах имеют специфические свойства. В них электрический ток по фазе отстает от напряжения, либо опережает его, то есть, фаза сдвигается. В таком случае к обычному расчету потребляемой мощности необходимо добавить коэффициент мощности.
Если векторы активной и реактивной мощности сложить между собой, то в результате получится полная мощность потребления. На графике она изображена в виде гипотенузы треугольника. На практике, чем меньше угол наклона гипотенузы (полной мощности), тем лучше.
Q – реактивная мощность, Р – активная мощность, S – полная мощность.
Полному равенству активной и полной мощности мешает реактивная составляющая мощности, которую называют паразитной. Она отрицательно влияет на работу линии электропередач и трансформаторы подстанции, которые могут перегреваться.
Эту проблему решает компенсация реактивной мощности, которая снижает угол φ, и приближает коэффициент мощности к единице. Для обеспечения такой компенсации необходимо увеличить вектор реактивной мощности настолько, чтобы появился резонанс токов, при котором доля реактивной мощности значительно снизится. Простым способом решения этой задачи является подключение конденсаторов необходимой емкости в автоматическом режиме.
Сегодня существуют системы, удерживающие коэффициент мощности в пределах 0,9-1. Идеального результата добиться трудно, так как подключение емкостей происходит ступенчато. Однако эффект экономии от этого получается неплохой. Такие устройства имеют интеллектуальные алгоритмы, действующие автоматически, без настроек. Достижения науки в области информационных технологий позволяют достичь равномерного включения конденсаторов. Время реакции приборов снижено до минимума, вспомогательные дроссели уменьшают перепад напряжения при процессах перехода.
Система управления питанием промышленного предприятия выполнена в виде щита эргономичной компоновки. Он обеспечивает работу оператора для быстрого принятия решения в аварийных случаях.
Простое устройство, с помощью которого обеспечивается компенсация реактивной мощности, состоит из металлического шкафа с контрольной панелью управления на лицевой части. Внизу шкафа размещены батареи конденсаторов. Они имеют немалый вес, поэтому и размещаются снизу.
Вверху расположены приборы контроля, показывающие различные параметры сети, в том числи и коэффициент мощности. Имеется аварийная индикация, переключатель работы с ручного режима на автоматический. Микропроцессор устройства сравнивает показания датчиков и выдает сигналы управления на исполнительные устройства. Такие механизмы выполнены на основе мощных тиристоров, поэтому их работа не создает шума, и имеет высокое быстродействие.
Виды компенсации реактивной мощности- Постоянная (индивидуальная) компенсация. При этом индуктивная мощность компенсируется на месте возникновения, что приводит к уменьшению нагруженности проводов.
- Групповая компенсация. В ней по аналогии с постоянной компенсацией для нескольких индуктивных нагрузок подключается общая батарея конденсаторов. Разгружается электрическая сеть.
- Централизованная компенсация. При ней некоторое количество конденсаторов подключается к групповому или основному распределительному щиту. Такой метод используют чаще всего в больших системах с изменяемой нагрузкой. Управление этой емкостной установки осуществляет электронный контроллер, анализирующий расход реактивной мощности. Такие регуляторы производят коммутацию конденсаторов.
Определение емкости конденсаторов
На предприятиях промышленности реактивную мощность можно определить по числу работающих устройств с учетом их характеристик, сдвигающих фазу. Например, асинхронный двигатель, который чаще всего имеет место в приводах механизмов на заводе, наполовину загруженный, имеет коэффициент мощности 0,73, светильник люминесцентного типа 0,5. Коэффициент мощности сварочного аппарата находится в интервале 0,8-0,9, печь дуговая 0,8.
По таблицам можно найти эти параметры для любого оборудования. Такая информация является базовой. На ее основе вносятся корректировки путем отключения и добавления конденсаторов.
Компенсация реактивной мощности в квартиреЭлектрические устройства домашней бытовой сети имеют активное, емкостное и индуктивное сопротивление. Для них подходят все, рассмотренные выше, формулы расчета мощности. Это создает дополнительную нагрузку на электропроводку в квартире.
Эти показатели не учитываются в старых электросчетчиках индукционного типа. Некоторые новые модели приборов учета могут фиксировать их. Это дает возможность произвести точный анализ ситуации нагрузки тока и теплового воздействия на изоляцию проводов при эксплуатации большого числа потребителей. Емкостное сопротивление у бытовых устройств имеет малую величину и не учитывается электросчетчиками.
Компенсация реактивной мощности в таких случаях заключается во включении в электрическую цепь батарей конденсаторов, которые способны погасить индуктивную составляющую мощности. Конденсаторы должны включаться в определенный момент на некоторый промежуток времени.
Такие устройства компенсации имеют большие размеры, и больше подходят для промышленных целей в комплексе с автоматической системой. Они не уменьшают расход активной мощности и не сокращают оплату за электроэнергию.
Чудо-приборыВ интернете и в торговой сети встречается множество рекламируемых устройств, которые якобы снижают реактивную мощность, и очень сильно экономят электрическую энергию, что создаст колоссальное снижение денежных затрат. Однако, как показывает практика, такие устройства являются всего лишь мифом, и не могут экономить электроэнергию.
Одним из таких приборов является «Saving Box». Его возможности и технические данные используются в качестве рекламы и не соответствуют действительности. Такая реклама построена на обмане покупателей.
Компенсация реактивной мощности и ее необходимостьРеактивная составляющая мощности снижает показатели функциональности энергетической системы. Реактивные токи генераторов повышают потребление топлива, потерю энергии в приемниках и подводящих сетях.
Реактивная энергия создает дополнительную нагрузку на линии электропередач. В связи с этим необходимо увеличивать поперечное сечение жил кабелей и проводов. Как следствие, повышаются затраты на электропроводящие материалы.
Основными нагрузками, потребляющими реактивную мощность, являются:
- Асинхронные электродвигатели, расходующие около 40% общей мощности, вместе с бытовыми нуждами.
- Линии электропередач (расходуют около 7%).
- Преобразователи (10%).
- Электрические печи (8%).
- Трансформаторы (35%).
Наиболее эффективным методом уменьшения расхода реактивной мощности является использование устройств, с помощью которых проводится компенсация реактивной мощности. Такими устройствами являются конденсаторные установки.
Преимущества применения конденсаторных установок- Снижение расходов на оплату электрической энергии.
- Снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт, а также обновление электрооборудования.
- Подавление помех в сети.
- Уменьшение перекоса фаз.
- Повысить возможности системы электроснабжения, что позволяет дополнительно подключить электрические устройства без повышения стоимости сети питания.
- Снижение токовой нагрузки на трансформаторы, распредустройства и линии электропередач.
- Уменьшение уровня гармонических колебаний высокой частоты.
- Повысить экономичность и надежность распределительных сетей.
- Получение информационных данных о состоянии и параметрах электрической сети.
Похожие темы:
Кто потребляет реактивную мощность? Потребители, расчет, методика
Потребители реактивной мощности
Асинхронные электродвигатели и трансформаторы
Асинхронные электродвигатели и трансформаторы потребляют 60…80 % реактивной энергии в промышленных электросетях. Рассмотрим потребление ими реактивной мощности, основываясь на схемах замещения АД и Тр. Эти схемы идентичны, отличаются только ветвью, имитирующей нагрузку.
Значения сопротивлений ротора АД аналогично вторичной обмотки трансформатора, приводятся с учетом коэффициентов трансформации к параметрам цепей статора АД (первичной обмотки Тр), г0 и х0 — сопротивления ветви намагничивания.
В обоих случаях реактивная составляющая тока нагрузки равна:
Реактивная мощность холостого хода не зависит от нагрузки, а реактивная мощность короткого замыкания зависит от квадратакоэффициента загрузки: в АД — по активной мощности, в Тр — по полной мощности.
При номинальной нагрузке АД значения обеих составляющихреактивной мощности АД примерно равны.
В паспортах АД приводятся значения коэффициента мощности при номинальной нагрузке, что позволяет легко определить Q0 и ЩЩ при любом значении ку В АД значение Q0 составляет около 50 % от номинальной мощности. Этим значением можно пользоваться при приблизительных расчетах.
Значения Q0 составляет 2… 5 % от номинальной мощности Тр. Это объясняется отсутствием воздушного зазора в магнитопроводе Тр, благодаря чему для создания основного магнитного потока требуются меньшие значения намагничавающего тока iор и реактивной мощности.
Несмотря на это суммарное потребление реактивной мощности трансформаторами соизмеримо с потреблением АД, поскольку суммарная номинальная мощность Тр, как правило, во много раз больше, чем АД.
Для уменьшения потребления реактивной мощности:
- АД выбирают двигатели с небольшим запасом по активной мощности;
- выполняют переключения статорных обмоток с треугольника на звезду при их загрузке ниже 40… 50 %;
- исключается режим холостого хода путем установки соответствующих ограничителей;
- заменяют асинхронные двигатели синхронными той же мощности, если это возможно по техникоэкономическим условиям.
Для уменьшения потерь реактивной мощности в Тр рекомендуется отключение в резерв Тр, загруженных менее 40 % от номинальной мощности, а также перевод нагрузки на другой трансформатор либо замена на менее мощный Тр.
Дуговые сталеплавильные печи
Дуговые сталеплавильные печи относятся к числу крупных потребителей реактивной мощности. В значительной мере это объясняется необходимостью обеспечения непрерывности горения электрической дуги, что возможно только при наличии индуктивности в цепи ДСП. Достаточный для непрерывного горения дуги угол сдвига по фазе между первыми гармониками тока и напряжения определяется выражением
где Ud — минимальное необходимое напряжение для горения дуги; Um — амплитудное значение напряжения источника питания.
Наличие автоматических регуляторов, позволяющих воздействовать на уровни Ud и Um, позволяет осуществлять работу ДСП с углами ф < 32,5е. Таким образом, минимально возможные соотношения между реактивной и активной мощностями, потребляемыми ДСП без применения регуляторов, позволяющих изменить соотношение Ud и Um, составляет:
На практике в большинстве случаев Qn > 0,637 что объясняется наличием значительных индуктивностей в цепи ДСП.ДСП относятся к резкопеременным несимметричным нагрузкам.
Оценивать значения реактивной мощности, потребляемой ДСП, на основании чисто теоретических предпосылок очень затруднительно изза влияния конструктивных параметров ДСП, материала электродов, состава скрапа, несимметрии и несинусоидальности режима и ряда других параметров. Поэтому на практике используются усредненные данные, полученные в результате многочисленных измерений на действующих ДСП.
Средние значения tgсp за весь период плавки для печей различной емкости составляют:
- Тип печи tgcp
- ДСП12 и ДСП25 — 0,65
- ДСП100 — 0,90
- ДСП200 — 0,97
Для печей ДСП100 и ДСП200 приведенные значения tg<p могут использоваться также при оценке 30 минутного максимума реактивной нагрузки. Для ДСП меньшей емкости значение tgq>pсоответствующее 30 минутному максимуму, принимается равным приведенному выше с коэффициентом 0,47.
Максимальное значение реактивной мощности имеет место при так называемом эксплуатационном коротком замыкании:
где Sn.т. — номинальная мощность печного трансформатора; kэкз — кратность эксплуатационного короткого замыкания, соответствующего режиму соприкосновения электродов с плавящимся металлом (среднее значение кэ к 3 для печей ДСП12…ДСП25 — 3,2…3,5; для ДСП100…ДСП200 1,5…2,3).
Вентильные преобразователи
В настоящее время более 50 % электроэнергии, поставляемой промышленными предприятиями, преобразуется с помощью выпрямителей и инверторов; эти устройства называются вентильными преобразователями (ВП).
Они являются крупными потребителями реактивной мощности.
На основе ВП строятся современные регулируемые источники реактивной мощности.
Угол сдвига фаз между первыми гармониками напряжения и тока определяется по формуле
Индукционные печи предназначены для расплавления металлов индуцированными токами, для чего необходимо создание сильных магнитных полей.
Для этой цели необходима значительная реактивая мощность, поэтому коэффициент мощности индукционных (печей очень низкий (от 0,1 до 0,6), в связи с чем в комплект индукционной печи входят регулируемые батареи конденсаторов. Установи дуговой и контактной электросварки являются однофазными резко переменными нагрузками с cos от 0,2 до 0,6.
Компенсация реактивной мощности миф или реальность?
В современном мире электроэнергия является важнейшей составляющей любого производственного процесса. И от ее качества зависит не только качество выпускаемого продукта, но и долговечность производственного оборудования. К сожалению, предприятие не всегда способно в полной мере сопоставить параметры поставляемой ей электроэнергии согласно ГОСТ 13109-97 и предпринять необходимые меры для приведения их в соответствие нормативным документам. По этим причинам в электросети предприятия возникают нелинейные и гармонические искажения, вызванные эксплуатацией различного по электрическим характеристикам оборудования и неравномерной нагрузкой на энергосистему. Искажения амплитуд, частот и других параметров сети приводит к не нормальному режиму эксплуатации электропотребителей. Вследствие этого на предприятия периодически возникает выход из строя оборудования и идет дополнительное увеличение расхода электроэнергии.
Техническим средством повышения качества электроэнергии, а также снижения ее расхода является применение установок компенсации реактивной мощности (УКРМ). Избыточная реактивная мощность приводит к расходу электроэнергия без совершения полезной работы, или, другими словами, к переплате за электроэнергию до 10-25%.
Для правильного выбора параметров УКРМ, необходимо провести измерение параметров сети. Без проведения замеров не возможно защитить УКРМ от высших гармоник, которые фактически являются токами короткого замыкания для конденсаторных установок, и вызывают выход последних из строя .
Таким образом, негативными экономическими последствиями низкого качества электроэнергии являются более короткие сроки эксплуатации оборудования, завышенный расход электроэнергии, а также тенденция к необоснованным аварийным отключениям. Стоимость предотвращения таких неприятных последствий относительно невелика и требует лишь правильных подходов при подборе оборудования.
Компенсация реактивной мощности это эффективное средство целенаправленного воздействия на баланс регулирования напряжения, и сокращения потерь электроэнергии.
Установки для компенсации реактивной мощности
Использование электроэнергии стало нашей повседневностью. Каждый день мы вводим в эксплуатацию различные устройства, потребляющие электричество в малых или больших порциях. Но, не смотря на это, мало кто задается вопросом об экономии данного продукта, а значит и экономии потраченных на потребление средств. Так, наиболее потребляемыми электроэнергетические ресурсы устройствами являются:
- трансформаторы;
- асинхронные электродвигатели с большой выходной мощностью, а так же такие комплексные устройства как мотор-редукторы любого назначения;
- оборудование, используемое для дуговой сварки и прочие устройства, прежде всего, имеющие обмотки.
В активном режиме работы сетей возникают реактивные мощности, изрядно снижающие качество энергии в целом, что выражается:
- Потерями мощности;
- Перепадами напряжения на линиях энергопередачи;
- Просадками напряжения;
- Необходимостью выполнять завышение мощностей силовых трансформаторов.
Это серьёзная проблема, ведущая к серьёзным финансовым затратам. Поэтому, использование установок для компенсации реактивной мощности даёт возможность улучшить не только энергосбережение, но и позволяет добиться экономического эффекта. Кроме того, установки стали выгодным решением сбережения энергии, когда отсутствует возможность купить дорогостоящее специализированное оборудование с высоким запасом рабочей энергетической и технологической прочности. Существуют тиристорные и контакторные УКРМ делятся на три группы (в зависимости от места подключения):
- общая группа – устанавливаемая на вводе предприятия;
- групповая – располагаемая в энергосети с однотипными пользователями;
- индивидуальная группа – наиболее предпочтительна и всегда устанавливается в месте возникновения реактивной мощности для её компенсации;
Более всего, рекомендуется выполнять компенсацию энергии смешанным образом, когда компенсация происходит за счёт конденсаторных батарей с постоянной ёмкостью и подключаемой автоматической конденсаторной установкой на вводе предприятия. Преимуществами конденсаторных установок компенсации реактивной мощности являются:
- Возможность подбирать различные компенсации мощности;
- Отсутствие элементов вращения;
- Минимальные потери мощности;
- Простой монтаж и удобная эксплуатация;
- Возможность выполнять подключение в сети в любой её точке;
- Низкая стоимость и быстрая окупаемость;
- Отсутствие шумов в рабочем режиме.
Так же, в систему компенсации реактивной мощности могут входить контакторы и регуляторы, которые Вы так же можете выбрать в каталоге ЭНЕРГОПУСК. Мы предлагаем создаваемые комплекты, имеющие высокопродуктивные и высоко экономические показатели, соответствующие специализированному дорогостоящему высокопрочному оборудованию, и способны работать в любых производственных условиях.
Сферы использования установок
Имея такие возможности, компенсирующие мощность установки нашли своё применение в ряде случаев, прежде всего, связанных с промышленностью, где уровень энергопотребления крайне велик через резкопеременные нагрузки и несинусоидальные токи. Рекомендуем приобрести установки для повышения эффективности следующих сфер:
- машиностроение, где часто применимы сварочные аппараты, электро-краны, электроприводная и прочая техника;
- шахты: Для управления буровыми установками, грузоподъёмными лифтами и прочими устройствами;
- многоэтажные постройки: лифты, автоматизированная вентиляция и кондиционирование;
- крупные водоперегонные и напорные станции, эксплуатирующие насосы в постоянном и переменном режиме нагрузок;
- горнодобывающие предприятия;
- сельскохозяйственные, фермерские, зерноперерабатывающие и прочие хозяйственные предприятия.
Так же, могут быть оборудованы установками и прочие сферы, где используются приводные, электродуговые и другие агрегаты, максимально потребляемые энергию. Специалисты электротехнической компании ЭНЕРГОПУСК всегда качественно и выгодно смогут подобрать конденсаторы необходимых параметров, обеспечив наилучшее функционирование потребителей энергии, используемых Вами, за счёт правильного создания необходимых электроэнергетических условий.
Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)
Методы компенсации реактивной мощности в силовой электронике
Определение : Компенсация реактивной мощности цепи очень важна, поскольку она связана со значением коэффициента мощности. Компенсация реактивной мощности соответствует управлению реактивной мощностью для увеличения рабочих характеристик системы переменного тока. Есть несколько методов, с помощью которых можно улучшить коэффициент мощности системы, и, следовательно, они рассматриваются как методы компенсации реактивной мощности.
На практике говорят, что значение коэффициента мощности нагрузки должно быть близко к единице, поскольку это значение экономически целесообразно.
Поскольку здесь мы имеем дело с методами компенсации реактивной мощности, давайте сначала вкратце разберемся, что такое реактивная мощность?
Реактивная мощность определяется как количество энергии, которое остается неиспользованным и генерируется в цепи или системе переменного тока реактивными компонентами. Иногда это называют мнимой степенью .Реактивная схема возвращает количество энергии к источнику, которое она потребила, поэтому средняя потребляемая мощность схемы будет равна нулю. Причина этого в том, что одинаковое количество энергии течет от источника к нагрузке туда и обратно.
Реактивная мощность считается основной частью общей мощности цепи.
Он выражается в единицах, называемых вольт-амперных реактивных (VAr) с символом « Q », и является произведением вольт и ампер, которые не совпадают по фазе друг с другом.
Необходимость компенсации реактивной мощности
Мы недавно обсуждали, что существует возвратно-поступательное движение реактивной мощности от источника питания к реактору таким образом, что в первой четверти цикла сигнала переменного тока конденсатор сохраняет мощность, а во второй четверти цикла — сохраненная мощность. возвращается к источнику переменного тока. Это движение реактивной мощности между источником и нагрузкой туда и обратно должно контролироваться.
Также нагрузки в промышленном оборудовании, таком как асинхронные двигатели, индукционные печи, дуги и т. Д.это те, которые работают с низким коэффициентом мощности, в то время как люминесцентные лампы, вентиляторы и т. д., которые работают с низким коэффициентом мощности, требуют довольно большого количества реактивной мощности, поэтому уровень напряжения на клеммах нагрузки снижается. Однако такое низкое напряжение на клеммах нагрузки нежелательно, так как это приведет к снижению производительности их сетевых устройств.
По этой причине коэффициент мощности системы обязательно должен быть улучшен с помощью определенных методов.
Благодаря компенсации реактивной мощности эффективность передачи увеличивается.Наряду с этим можно регулировать установившиеся и временные перенапряжения, что позволяет избежать катастрофических отключений.
Компенсация реактивной мощности
Низкое значение коэффициента мощности требует большой реактивной мощности, что влияет на уровень напряжения. Следовательно, чтобы компенсировать реактивную мощность, необходимо улучшить коэффициент мощности системы.
Таким образом, методы компенсации реактивной мощности — это не что иное, как методы, с помощью которых можно улучшить низкие коэффициенты мощности.Методы следующие:
- Использование конденсаторных батарей
- Использование синхронных конденсаторов
- Использование статических компенсаторов VAr
Давайте теперь обсудим каждую отдельно.
1. Конденсаторные батареи: В этом методе батарея конденсаторов образует соединение через нагрузку. Поскольку мы знаем, что конденсатор принимает на себя ведущую реактивную мощность, это приводит к снижению мощности, потребляемой от источника. Это в результате улучшает значение коэффициента мощности системы.Это дополнительно классифицируется как последовательная и шунтовая компенсация.
Предположим, у нас есть схема, показанная здесь,
Как мы уже обсуждали в самом начале, значение коэффициента мощности должно быть равно единице, таким образом, чтобы достичь этого, здесь конденсатор на клеммах двигателя должен быть изменен в соответствии с изменением нагрузки асинхронного двигателя. Это известно как управление динамическим коэффициентом мощности , поскольку компенсация реактивной мощности выполняется путем включения или выключения конденсаторов при любых условиях нагрузки.
Для непрерывного контроля коэффициента мощности в системе необходимы различные конденсаторы малой мощности. Раньше включение и выключение конденсатора выполнялось механическими переключателями, но теперь используются тиристоры, которые помогают регулировать поток реактивной мощности и контролировать напряжение реактивной мощности за счет быстрого переключения статических конденсаторов.
2. Синхронные конденсаторы : Возбуждение синхронного двигателя выше фиксированного уровня заставляет его работать как синхронный конденсатор или конденсатор.Он предназначен для обеспечения динамической коррекции коэффициентов мощности в диапазоне его возбуждения. Первоначально, когда синхронный двигатель находится в состоянии недостаточного возбуждения, он действует как отстающий коэффициент мощности, таким образом, поглощается реактивная мощность. В условиях перевозбуждения ведущий коэффициент мощности вступает в действие и начинает генерировать реактивную мощность, таким образом, действует как конденсатор.
Недавно мы обсуждали батарею статических конденсаторов, где мы увидели, что она предлагает дискретное управление коэффициентом мощности, тогда как в случае синхронного конденсатора повышение коэффициента мощности и поток реактивной мощности имеют непрерывный характер.
Однако потери в синхронных конденсаторах сравнительно больше, чем в конденсаторной батарее. Наряду с этим он предлагает установку оборудования в одном фиксированном месте, а конденсаторная батарея предлагает распределенную установку. Это увеличивает эффективность синхронного конденсатора. Время отклика синхронного конденсатора сравнительно больше, чем у конденсаторной батареи.
3. Статические компенсаторы VAr: В высоковольтной системе питания используется статический компенсатор VAr.Он сокращенно называется SVC и демонстрирует повышенную стабильность системы, снижение потерь в линии, поддержание отклонений в определенных пределах. Он имеет шунтирующие реакторы и шунтирующие конденсаторы. Шунтирующие реакторы и реакторы с тиристорным управлением используются для ограничения роста напряжения при отсутствии нагрузки или в условиях низкой нагрузки, в то время как статические конденсаторы и конденсаторы с тиристорной коммутацией используются для предотвращения падения напряжения в условиях пиковой нагрузки.
Он может быть сформирован двумя способами: один с параллельной комбинацией реактора с тиристорным управлением и конденсатора постоянной емкости, а другой — с параллельной комбинацией конденсатора с тиристорным управлением и реактора с тиристорным управлением.
SVC предназначен как для выработки, так и для поглощения реактивной мощности.
Необходимость компенсации реактивной мощности
Компенсация реактивной мощности
За исключением очень немногих особых ситуаций, электрическая энергия генерируется, передается, распределяется и используется как переменный ток (AC). Однако переменный ток имеет несколько явных недостатков. Одна из них — необходимость в реактивной мощности, которая должна подаваться вместе с активной мощностью. Реактивная мощность может быть опережающей или запаздывающей. В то время как активная мощность вносит вклад в потребляемую или передаваемую энергию, реактивная мощность не влияет на энергию. Реактивная мощность является неотъемлемой частью «общей мощности».
Реактивная мощность либо генерируется, либо потребляется почти в каждом компоненте системы, генерации, передаче и распределении и, в конечном итоге, нагрузками. Импеданс ветви цепи в системе переменного тока состоит из двух компонентов: сопротивления и реактивного сопротивления.
Реактивное сопротивление может быть индуктивным или емкостным, что способствует увеличению реактивной мощности в цепи. Большинство нагрузок являются индуктивными, и на них должна подаваться отстающая реактивная мощность. Эту реактивную мощность экономично подавать ближе к нагрузке в распределительной системе.
Компенсация реактивной мощности в энергосистемах может быть параллельной или последовательной.
Шунтирующая компенсация реактивной мощности
Поскольку большинство нагрузок являются индуктивными и потребляют отстающую реактивную мощность, требуемая компенсация обычно обеспечивается опережающей реактивной мощностью.Шунтирующая компенсация реактивной мощности может применяться либо на уровне нагрузки, либо на уровне подстанции, либо на уровне передачи.
Это может быть емкостная (опережающая) или индуктивная (запаздывающая) реактивная мощность, хотя в большинстве случаев компенсация емкостная. Наиболее распространенной формой опережающей компенсации реактивной мощности является подключение к линии шунтирующих конденсаторов.
Шунтирующие конденсаторы
Шунтирующие конденсаторы используются на уровне подстанции по следующим причинам:
Регулировка напряжения
Основная причина, по которой шунтирующие конденсаторы устанавливаются на подстанциях, заключается в том, чтобы контролировать напряжение в пределах требуемых уровней.Нагрузка меняется в течение дня, с очень низкой нагрузкой с полуночи до раннего утра, а пиковые значения приходятся на вечер с 16:00 до 19:00. Форма кривой нагрузки также меняется от буднего дня к выходному, при этом нагрузка на выходных обычно невысока.
При изменении нагрузки изменяется напряжение на шине подстанции и на шине нагрузки. Поскольку коэффициент мощности нагрузки всегда отстает, конденсаторная батарея с параллельным подключением на подстанции может повышать напряжение при высокой нагрузке. Батареи шунтирующих конденсаторов могут быть постоянно подключены к шине (батарея фиксированных конденсаторов) или могут переключаться по мере необходимости.Переключение может быть основано на времени, если изменение нагрузки предсказуемо, или может основываться на напряжении, коэффициенте мощности или токе в сети.
Снижение потерь мощности
Компенсация коэффициента мощности отстающего от нагрузки с помощью подключенной к шине шунтирующей конденсаторной батареи улучшает коэффициент мощности и снижает ток, протекающий через линии передачи, трансформаторы, генераторы и т. Д. Это снизит потери мощности (потери I2R) в этом оборудование.
Повышенное использование оборудования
Шунтовая компенсация с помощью конденсаторных батарей снижает нагрузку в кВА на линии, трансформаторы и генераторы, что означает, что с компенсацией они могут использоваться для передачи большей мощности без перегрузки оборудования.Компенсация реактивной мощности в энергосистеме бывает двух типов — шунтирующая и последовательная. Компенсацию шунта можно установить рядом с нагрузкой, на распределительной подстанции, вдоль распределительного фидера или на передающей подстанции.
У каждого приложения разные цели.
Шунтовая компенсация реактивной мощности может быть индуктивной или емкостной. На уровне нагрузки, на распределительной подстанции и вдоль распределительного фидера компенсация обычно емкостная. На передающей подстанции устанавливаются как индуктивная, так и емкостная компенсация реактивной мощности.
ИСТОЧНИК: Производство, передача и распределение электроэнергии Леонардом Л. Григсби
Система передачи— компенсация реактивной мощности (часть 1)
1. Потребность в компенсации реактивной мощности
За исключением очень немногих особых ситуаций, вырабатывается электрическая энергия, передается, распределяется и используется как переменный ток (AC). Тем не мение, У переменного тока есть несколько явных недостатков. Один из них — необходимость реактивная мощность, которую необходимо подавать вместе с активной мощностью.Реактивный мощность может быть опережающей или отстающей. Хотя именно активная мощность способствует к потребляемой или передаваемой энергии реактивная мощность не влияет к энергии. Реактивная мощность является неотъемлемой частью «полной мощности». Реактивный мощность либо вырабатывается, либо потребляется почти в каждом компоненте система, генерация, передача и распределение и, в конечном итоге, нагрузки. Полное сопротивление ветви цепи в системе переменного тока составляет из двух компонентов, сопротивления и реактивного сопротивления.Реактивное сопротивление может быть индуктивным. или емкостной, что способствует увеличению реактивной мощности в цепи. Самый нагрузок являются индуктивными, и на них должны подаваться запаздывающие реактивные власть. Эту реактивную мощность экономично подавать ближе к нагрузке. в системе распределения.
В этом разделе компенсация реактивной мощности, в основном в системах передачи установлен на подстанциях, обсуждается. Компенсация реактивной мощности в Системы питания могут быть параллельными или последовательными.Оба будут обсуждаться.
1.1 Шунтирующая компенсация реактивной мощности
Поскольку большинство нагрузок являются индуктивными и потребляют отстающую реактивную мощность, требуемая компенсация обычно обеспечивается ведущим реактивным власть. Шунтирующая компенсация реактивной мощности может применяться как на нагрузке. уровень, уровень подстанции или на уровне передачи. Может быть емкостным (опережающая) или индуктивная (запаздывающая) реактивная мощность, хотя в большинстве случаев как объяснялось ранее, компенсация является емкостной.Самая распространенная форма опережающая компенсация реактивной мощности за счет подключения шунтирующих конденсаторов к линия.
1.2 Шунтирующие конденсаторы
Шунтирующие конденсаторы используются на уровне подстанции по следующим причинам:
1. Регулировка напряжения: основная причина установки шунтирующих конденсаторов. на подстанциях — контролировать напряжение в пределах требуемых уровней. Нагрузка варьируется днем, с очень низкой нагрузкой с полуночи до раннего утра и в пик значения происходят вечером с 16 до 19 часов.Форма кривой нагрузки также варьируется от буднего дня к выходному, при этом нагрузка на выходные обычно невысока. В качестве нагрузка меняется, напряжение на шине подстанции и на шине нагрузки меняется. Поскольку коэффициент мощности нагрузки всегда отстает, конденсатор с параллельным подключением банк на подстанции может повышать напряжение при высокой нагрузке.
Шунтирующие конденсаторные батареи могут быть постоянно подключены к шине (фиксированная конденсаторная батарея) или может быть переключена по мере необходимости. Переключение может быть основано на время, если изменение нагрузки предсказуемо или может основываться на напряжении, мощности коэффициент или линейный ток.
2. Снижение потерь мощности: компенсация коэффициента мощности отстающего от нагрузки с помощью подключенная к шине шунтирующая конденсаторная батарея улучшает коэффициент мощности и снижает ток по линиям электропередачи, трансформаторам, генераторам, и т. д. Это снизит потери мощности (потери I2 R) в этом оборудовании.
3. Повышенное использование оборудования: компенсация шунта с помощью конденсатора. банки снижают нагрузку кВА линий, трансформаторов и генераторов, что означает, что с компенсацией их можно использовать для передачи большей мощности без перегрузка оборудования.
Компенсация реактивной мощности в энергосистеме бывает двух типов — шунтирующая и серии. Компенсацию шунта можно установить рядом с нагрузкой в распределительной сети. подстанции, вдоль распределительного фидера или на передающей подстанции. У каждого приложения разные цели. Шунтирующая реактивная компенсация может быть индуктивным или емкостным. На уровне нагрузки на распределительной подстанции а вдоль распределительного фидера компенсация обычно емкостная. На передающей подстанции как индуктивная, так и емкостная компенсация реактивной мощности. установлены.
2. Применение шунтирующих конденсаторных батарей в распределительных системах: Перспектива полезности
Проект Солт-Ривер (SRP) — это государственная энергетическая компания, обслуживающая более 720 000 (апрель 2000 г.) клиентов в центральной Аризоне. Тысячи конденсаторов банки установлены во всей распределительной системе.
Конденсаторные батареи в системе распределения используются в основном для поддерживать определенный коэффициент мощности в условиях пиковой нагрузки.Цель коэффициент мощности 0,98 опережает на пике системы. Эта цифра была установлена как попытка иметь единичный коэффициент мощности на стороне подстанции 69 кВ трансформатор. Опережающий коэффициент мощности компенсирует промышленные подстанции без конденсаторов. Единичный коэффициент мощности поддерживает баланс с привязки к другим инженерным сетям.
Основное назначение конденсаторов — не поддержка напряжения, т.к. случай может быть на коммунальных предприятиях с длинными распределительными фидерами.Большинство кормушек в зоне обслуживания СРП не имеют протяженности (подстанций около 2 милях друг от друга) и переключатели ответвлений на трансформаторах подстанции. для регулирования напряжения.
Система SRP — это летняя пиковая система. После каждого летнего пика конденсатор исследование проводится для определения требований к конденсаторам для следующего лето. Вход в компьютерную программу для оценки добавок конденсаторов. состоит из трех основных компонентов:
• Мегаватты и мегавары для каждого трансформатора подстанции в пике нагрузки;
• Список конденсаторных батарей с указанием размера и рабочего состояния на данный момент пика;
• Прогнозируемые нагрузки на следующее лето
Посмотрев на текущий пик MW и Мварс и сравнивая результаты с прогнозируемыми МВт нагрузками, Возможны недостатки Mvar.Вывод программы рассматривается и составляется список потенциальных потребностей. Системные операции персонал также проверяет результаты исследования, и их вклад включается в принятие окончательного решения о добавлении конденсаторных батарей.
После составления списка требований к дополнительной реактивной мощности, принимаются определения о размещении каждого банка. В Требования к конденсаторам разрабатываются для каждого трансформатора. Соотношение квар, подключенных к кВА на фидер, положение на фидере существующие конденсаторные батареи и любая концентрация нынешней или будущей нагрузки все они учитываются при определении положения новых конденсаторных батарей.Все новые конденсаторные батареи на 1200 квар. Тип кормушки на месте конденсаторной батареи определяет, будет ли конденсатор установлен на опоре. (над головой) или на площадках (под землей).
Конденсаторные батареи также требуются, когда предлагаются новые фидеры. для сообществ, построенных по генеральному плану, крупных жилых домов или крупных коммерческих развития.
В таблице 1 показано количество и размер конденсаторных батарей в системе SRP. в 1998 году. В таблице 2 показано количество линейных конденсаторов по типам управления.
Конденсаторные батареи подстанции (три или четыре на трансформатор) обычно инсценировано включаться и выключаться при определенных уровнях нагрузки.
ТАБЛИЦА 1 Количество и размер конденсаторных батарей в системе SRP
ТАБЛИЦА 2 Линейные конденсаторы SRP по типам управления
Тип управления | Номер банка
Ток 4 Фиксированный 450 Время 1760 Температура 38 (используется как фиксированная) Напряжение 5
3. Статическое управление VAR
Статические компенсаторы VAR, широко известные как SVC, представляют собой устройства с параллельным подключением, изменять выходную реактивную мощность, управляя или переключая реактивную компоненты импеданса с помощью силовой электроники.В эту категорию входят следующее оборудование:
Реакторы с тиристорным управлением (TCR) с конденсаторами постоянной емкости (FC)
Конденсаторы с тиристорной коммутацией (TSC)
Реакторы с тиристорным управлением в комбинации с механически или тиристорными коммутируемые конденсаторы
УстановленоSVC для решения различных проблем энергосистемы:
1. Регулировка напряжения
2. Уменьшите колебания напряжения, вызванные изменяющимися нагрузками, такими как дуговая печь и т. Д.
3. Увеличение пропускной способности систем передачи
4. Повышение переходных пределов устойчивости энергосистемы
5. Увеличить гашение колебаний мощности
6. Снизить временные перенапряжения
7. Глухие подсинхронные колебания
Вид установки SVC показан на фиг. 1.
3.1 Описание SVC
ИНЖИР. 2 показаны три основные версии SVC. ИНЖИР. 2a показывает конфигурацию ТКР с фиксированными конденсаторными батареями.Основными компонентами SVC являются тиристоры. клапаны, реакторы, система управления и понижающий трансформатор.
РИС. 1 Вид установки SVC. (Фото любезно предоставлено ABB Inc., Auburn
Холмы, штат Мичиган)
РИС. 2 Три версии SVC. (а) TCR с батареей фиксированных конденсаторов; (б)
ТКР с переключаемыми конденсаторными батареями; и (c) компенсатор TSC.
РИС. 3 Кривые напряжения (В) и тока (I) TCR для трех проводников
уровни. Угол закрытия тиристора = a; угол проводимости = s.(а) a = 90 ° и
s = 180 °; (b) a = 120 ° и s = 120 °; и (c) a = 150 ° и s = 60 °.
РИС. 4 Изменение реактивной мощности TCR с переключаемыми батареями конденсаторов.
РИС. 5 Поток мощности по линии передачи.
3.2 Как работает SVC?
При изменении нагрузки в распределительной системе будет происходить переменное падение напряжения. возникают в системном импедансе, который в основном является реактивным. Предполагая, что генератор напряжение остается постоянным, напряжение на шине нагрузки будет изменяться.Напряжение падение является функцией реактивной составляющей тока нагрузки, и система и реактивное сопротивление трансформатора. Когда нагрузки меняются очень быстро или колеблются часто это может вызвать «мерцание напряжения» у клиентов нагрузки. Мерцание напряжения может раздражать и раздражать клиентов, потому что вызываемого им «мерцания лампы». Некоторые нагрузки также могут быть чувствительными к этим быстрым колебаниям напряжения.
SVC может компенсировать падение напряжения при колебаниях нагрузки и поддерживать постоянное напряжения, контролируя продолжительность протекания тока в каждом цикле через реактор.Ток в реакторе можно контролировать, контролируя стробирование тиристоров, управляющих периодом проводимости тиристора в каждом цикле, от нулевой проводимости (сигнал затвора отключен) до проводимости полного цикла. На фиг. 2а, например, предположим, что МВА батареи фиксированных конденсаторов составляет равной МВА реактора, когда ветвь реактора ведет на полный цикл. Следовательно, когда ветвь реактора работает по полному циклу, чистая реактивная мощность, потребляемая SVC (комбинация конденсаторной батареи и TCR) будет нулевым.Когда реактивная мощность нагрузки (обычно индуктивная) изменяется, реактивная мощность SVC будет изменяться в соответствии с реактивной нагрузкой. мощность за счет управления продолжительностью прохождения тока в тиристорном управляемом ответвление реактивной мощности. ИНЖИР. 3 показаны кривые тока для трех проводников. уровни, 60 °, 120 ° и 180 °. ИНЖИР. 3а показаны формы сигналов для тиристорного стробирования. угол (а) 90 °, что дает угол (ы) проводимости 180 ° для каждого тиристора. Это справедливо для проведения полного цикла, так как два соединенных друг с другом тиристоры проводят в каждом полупериоде.Этот случай эквивалентен короткому замыканию тиристоры. ИНЖИР. 3b — случай, когда сигнал стробирования задерживается на 30 ° после пика напряжения, что дает угол проводимости 120 °.
РИС. 3c для a = 150 ° и s = 60 °.
С батареей конденсаторов постоянной емкости, как показано на фиг. 2а, можно варьировать чистая реактивная мощность SVC только от 0 до полной емкостной VAR. Этого достаточно для большинства применений регулирования напряжения, так как в большинстве только емкостные VAR необходимы для компенсации индуктивных VAR. нагрузки.
Если конденсатор можно включать и выключать, Mvar может быть изменен от от полной индукции до полной емкостной, до номинальной индуктивной и емкостные ветви. Конденсаторная батарея может переключаться с помощью механических выключателей. (см. фиг. 2b), если временная задержка (обычно 5-10 циклов) не учитывается, или они могут переключаться быстро (менее 1 цикла) тиристорными переключателями (см. фиг. 2c).
Показано изменение реактивной мощности с переключаемыми батареями конденсаторов для SVC. на фиг.4.
4. Компенсация серии
Компенсация серииобычно используется в высоковольтных системах передачи переменного тока. Впервые они были установлены в конце 1940-х годов. Последовательная компенсация увеличивается возможность передачи мощности, как в установившемся, так и в переходном режиме, при передаче линия. Поскольку общественность все больше сопротивляется строительству линий электропередачи сверхвысокого напряжения, последовательные конденсаторы привлекательны для увеличения возможности линий электропередачи.Последовательные конденсаторы также представляют некоторые дополнительные проблемы для энергосистемы.
Об этом мы поговорим позже.
Мощность, передаваемая через систему передачи (показанную на фиг. 5), составляет выдано…
… Где…
P2 — мощность, передаваемая через систему передачи
V1 — напряжение на передающем конце линии
V2 — напряжение на приемном конце линии передачи
XL — реактивное сопротивление линии передачи
d — фазовый угол между V1 и V2
Уравнение 19.1 показывает, что если полное реактивное сопротивление системы передачи уменьшается путем установки емкости последовательно с линией, мощность передаваемые по линии могут быть увеличены.
Если в линию установлен последовательный конденсатор, уравнение 1 может быть записано как …
… где K = XC / XL — степень компенсации, обычно выражаемая в процентов. Компенсация серии 70% означает стоимость серии Конденсатор в Ом составляет 70% реактивного сопротивления линии.
РИС. 6 Принципиальная однолинейная схема последовательной конденсаторной батареи.
5. Блок конденсаторов серии
Последовательная конденсаторная батарея состоит из конденсаторной батареи, защиты от перенапряжения. система и байпасный выключатель, все возвышаются на изолированной платформе. для сетевого напряжения. См. Фиг. 6. Защита от перенапряжения состоит из варистора из оксида цинка и срабатывающего разрядника, которые соединены параллельно конденсаторной батарее и демпфирующему реактору.До разработка высокоэнергетического варистора из оксида цинка в 1970-х годах, кремниевый карбидный нелинейный резистор использовался для защиты от перенапряжения.
Резисторы из карбида кремниятребуют последовательного включения искрового разрядника, поскольку нелинейность резисторов недостаточно высока. Варистор из оксида цинка лучше нелинейные резистивные характеристики, обеспечивают лучшую защиту и имеют стать стандартной системой защиты для последовательных конденсаторных батарей.
Конденсаторная батарея обычно рассчитана на то, чтобы выдерживать линейный ток в течение нормальные условия потока мощности и условия качания мощности.Это не экономично спроектировать конденсаторы, чтобы выдерживать токи и напряжения, связанные с с неисправностями. В этих условиях конденсаторы защищены металлическим банк оксидных варисторов (MOV). MOV имеет очень нелинейную резистивную характеристику. и проводит незначительный ток, пока напряжение на нем не достигнет защитный уровень. Для внутренних неисправностей, которые определяются как неисправности внутри участок линии, в котором расположена последовательная конденсаторная батарея, токи короткого замыкания может быть очень высоким.В этих условиях как конденсаторная батарея, так и MOV будет обойден «сработавшим искровым разрядником». Демпфирующий реактор (D) ограничивает ток разряда конденсатора и гасит колебания вызвано работой искрового разрядника или замкнутым байпасным выключателем. В амплитуда, частота колебаний и скорость затухания конденсатора ток разряда будет определяться параметрами цепи, C (последовательный конденсатор), L (демпфирующая катушка индуктивности) и сопротивление в цепи, которое в большинстве случаев это потери в демпфирующем реакторе.
Вид установки последовательной конденсаторной батареи показан на фиг. 7.
РИС. 7 Вид с воздуха на конденсаторную установку серии 500 кВ. (ABB Inc.)
5.1 Описание основных компонентов
5.1.1 Конденсаторы
Конденсаторная батарея для каждой фазы состоит из нескольких конденсаторных блоков. в последовательно-параллельном соединении, чтобы обеспечить необходимое напряжение, ток, и Мвар рейтинг банка. Каждый отдельный конденсаторный блок имеет одну фарфоровую втулка.Другой вывод подсоединен к корпусу из нержавеющей стали. Конденсаторный блок обычно имеет встроенный разрядный резистор внутри кейс. Конденсаторы обычно имеют пленочную конструкцию с изолирующей жидкостью, которая не является печатной платой. Для отдельных конденсаторных блоков используются два типа предохранителей — внутри слитные или слитые извне. Чаще используются блоки с внешними предохранителями. В Соединенных Штатах. Конденсаторы с внутренними предохранителями широко распространены в Европе. инсталляции.
5.1.2 Металлооксидный варистор
Металлооксидный варистор (MOV) состоит из дисков из оксида цинка, соединенных последовательно. и параллельное расположение для достижения необходимого уровня защиты и энергии требование. В каждой устанавливаются от одной до четырех колонн дисков из оксида цинка. герметичный фарфоровый контейнер, похожий на высоковольтный разрядник. А Типичная система защиты MOV содержит несколько фарфоровых контейнеров, все подключены параллельно. Требуемое количество параллельных дисковых колонн из оксида цинка зависит от количества энергии, которое должно быть разряжено через MOV во время наихудший проектный сценарий.Типовые характеристики системы защиты MOV являются следующими.
Система защиты MOV для последовательной конденсаторной батареи обычно рассчитана на выдерживать энергию, выделяемую при всех сбоях в системе вне участок линии, в котором расположена последовательная конденсаторная батарея. Неисправности включают однофазные, межфазные и трехфазные КЗ. Пользователь также следует указать продолжительность неисправности. Большинство неисправностей в системах сверхвысокого напряжения будут сброшены системой первичной защиты за три-четыре цикла.Резервное устранение неисправностей может иметь продолжительность от 12 до 16 циклов. Пользователь должен укажите, должен ли MOV выдерживать энергию для резервного копирования время устранения неисправностей. Иногда указывается, что MOV должен быть рассчитан на все КЗ со временем отключения первичной защиты, но только для однофазных сбои для резервного времени устранения сбоев. По статистике большинство неисправностей однофазные КЗ.
Энергия, отводимая через MOV, постоянно контролируется, и если он превышает номинальное значение, MOV будет защищен срабатывание сработавшего воздушного зазора, который будет обходить MOV.
5.1.3 Срабатывающий воздушный зазор
Срабатывающий воздушный зазор обеспечивает быстрый обход последовательного конденсатора. банк и система MOV при выдаче триггерного сигнала при определенных условия неисправности (например, внутренние неисправности) или когда энергия разряжена через MOV превышает номинальное значение. Обычно он состоит из промежутка сборка двух больших электродов с воздушным зазором между ними. Иногда Также можно использовать два или более последовательных воздушных зазора.Разрыв между электроды устанавливают таким образом, чтобы напряжение пробоя узла зазора без сигнал запуска будет существенно выше, чем защитный уровень MOV даже в самых неблагоприятных атмосферных условиях.
5.1.4 Демпфирующий реактор
Демпфирующий реактор обычно представляет собой конструкцию с воздушным сердечником с параметрами сопротивления. и индуктивность для достижения проектной цели по достижению указанной амплитуды, частота и скорость затухания.Ток разряда конденсатора при шунтировании сработавшим воздушным зазором или байпасным выключателем будут подавляться колебания с амплитуда, скорость затухания и частота определяются параметрами схемы.
5.1.5 Выключатель байпаса
Байпасный выключатель обычно представляет собой стандартный линейный выключатель с номинальным напряжение, основанное на напряжении на конденсаторной батарее. В большинстве установок байпасный выключатель расположен отдельно от платформы конденсаторной батареи и за защитным ограждением.Это упрощает обслуживание. Оба терминала выключателя, стоящего на изоляционных столбах, изолированы для линии Напряжение. Обычно это элегазовый автоматический выключатель с элементами управления на земле. уровень.
РИС. 8 Переменная последовательная компенсация, управляемая выключателем.
5.1.6 Система реле и защиты
Система реле и защиты конденсаторной батареи расположена на земле. уровень, в диспетчерской станции, с информацией с платформы и на платформу передается по оптоволоконным кабелям.В нынешней практике задействованы все измеряемые количество на платформе передается на уровень земли, со всеми обработка сигналов производится на уровне земли.
РИС. 9 Однолинейная схема ТКПК, установленного на подстанции Слатт.
РИС. 10 Протекание тока при различных режимах работы TCSC. (а) Без тиристора
значение тока (стробирование заблокировано). (b) Обходной с тиристором. (c) Вставлено
с нониусным управлением, пропуская некоторый ток через тиристор.
5.2 Подсинхронный резонанс
Конденсаторы сериипри радиальном подключении к линиям передачи от генерация рядом, может создать состояние подсинхронного резонанса (SSR) в системе при некоторых обстоятельствах. SSR может вызвать повреждение генератора вал и нарушение изоляции обмоток генератора. Этот феномен хорошо описана в нескольких учебниках, приведенных в списке литературы на конец этого раздела.
5.3 Регулируемая серия компенсации
Возможность изменять последовательную компенсацию дает больший контроль над поток мощности через линию и может улучшить предел динамической устойчивости энергосистемы. Если последовательная конденсаторная батарея установлена поэтапно, обход одной или нескольких ступеней с помощью байпасных выключателей может изменить величину последовательной компенсации линии. Например, как показано на фиг. 8, если банк состоит из 33% и 67% от общей суммы компенсации, четыре ступени, 0%, 33%, 67% и 100% можно получить, минуя оба банка, меньше банк (33%), более крупный банк (67%), а не в обход обоих банков соответственно.
Изменение последовательной компенсации переключением с помощью механических прерывателей является медленным, что приемлемо для управления установившимся потоком мощности. Однако для повышения динамической устойчивости системы последовательная компенсация нужно быстро менять. Это можно сделать с помощью тиристорного управления. последовательная компенсация (TCSC).
5.4 Серийная компенсация с тиристорным управлением
Последовательная компенсация с тиристорным управлением (TCSC) обеспечивает быстрое управление и изменение импеданса последовательной конденсаторной батареи.На сегодняшний день (1999 г.), три прототипа установки, по одной от ABB, Siemens и General Electric Company (GE) были установлены в США. TCSC — это часть гибкой системы передачи переменного тока (FACTS), которая является приложением силовой электроники для управления системой переменного тока для повышения мощности расход, работа и управление системой переменного тока. TCSC улучшает систему характеристики для демпфирования SSR, демпфирования колебаний мощности, устойчивости к переходным процессам, и управление потоком энергии.
Последним из трех прототипов является установка на Слатте. Подстанция 500 кВ на линии 500 кВ Слатт-Бакли недалеко от штата Орегон-Вашингтон граница в США. Это совместно финансируется компанией Electric Power. Исследовательский институт (EPRI), Бонневильское энергетическое управление (BPA) и General Electric Company (GE). Однолинейная схема Slatt TCSC показан на фиг. 9. Конденсаторная батарея (8 Ом) разделена на шесть одинаковых Модули TCSC.Каждый модуль состоит из конденсатора (1,33 Ом), соединенного спина к спине. тиристорные вентили, управляющие потоком мощности в обоих направлениях, реактор (0,2 Ом), и варистор. Реакторы в каждом модуле последовательно с тиристором. клапаны, ограничивают скорость изменения тока через тиристоры. В контроль протекания тока через реактор также изменяет импеданс комбинированная комбинация конденсатор-реактор, дающая переменное сопротивление. Когда затвор тиристора заблокирован, полный линейный ток протекает через только емкость, а полное сопротивление — 1.Емкостный 33 Ом (см. Фиг. 10а). Когда тиристоры закрыты на полную проводимость (фиг. 10b), большая часть через ветвь реактор-тиристор протекает линейный ток (небольшой ток протекает через конденсатор), и результирующее полное сопротивление составляет 0,12 Ом индуктивного сопротивления. Если тиристоры закрыты только для частичной проводимости (рис. 10c), циркулирующий ток будет течь между конденсатором и катушкой индуктивности, и сопротивление может варьироваться от 1,33 до 4,0 Ом, в зависимости от угла проводимости тиристорные вентили.Последний называется режимом работы нониуса.
Полная конденсаторная батарея со всеми шестью модулями может быть отключена байпасный выключатель. Этот байпасный выключатель расположен за пределами главного конденсатора. платформа банка, аналогичная корпусу для обычного последовательного конденсатора банк. Также имеется реактор, подключенный последовательно к байпасному выключателю. для ограничения величины тока разряда конденсатора через прерыватель. Все реакторы имеют конструкцию сухого типа с воздушным сердечником и рассчитаны на полную линейку. текущий рейтинг.MOV, подключенные параллельно конденсаторам в каждом модуль обеспечивает защиту от перенапряжения. MOV для TCSC требует значительно меньшая способность к поглощению энергии, чем у обычных серий конденсатор сопоставимого размера, так как затвор тиристорных вентилей обеспечивает быстрая защита от неисправностей.
продолжение к части 2 >>
Компенсация реактивной мощности — Etigroup
Коррекция коэффициента мощности — одно из лучших вложений для снижения затрат на электроэнергию с быстрой окупаемостью.Во многих случаях работа по проектированию и определению размеров осложнялась тем фактом, что во внутренней низковольтной установке компании, а также в сетях среднего напряжения, которые ее питают, увеличилась доля сетевых гармоник. все больше за последние несколько лет.
Преобразователи энергии, приводы с электронным управлением, статические преобразователи частоты, телевизоры и компьютеры подают гармонические токи в сеть питания. Эти гармоники могут усиливаться импедансом сети и установленными конденсаторами.Отсутствие гармоник также сводит к минимуму помехи для других устройств, питающихся от того же источника.
Низковольтные изделия для лучшего качества электроэнергии и повышения эффективности сети.
Новинка !!!Информативный расчет экономии при использовании банков автоматической коррекции коэффициента мощности. Щелкните здесь | |||
Оборудование компенсации мощности ETI Prostik (корпуса) помогает клиентам повысить производительность за счет экономии энергии и лучшего качества электроэнергии.Благодаря нашим продуктам и решениям клиенты экономят деньги и снижают воздействие своей деятельности на окружающую среду.
Мы предлагаем широкий спектр оборудования для компенсации мощности для низких уровней напряжения. Мы анализируем ваши потребности и разрабатываем правильные решения для оптимальной эффективности и экономии.
Ключевые преимущества:
- „„ Уменьшение гармоник
- „„ Компактные решения
- „„ Более низкие потери
- „„ Повышенное качество электроэнергии
- „„ Экономия денег
Коэффициент мощности
Коэффициент мощности составляет способ описания того, насколько эффективно потребляется электроэнергия.
Коррекция коэффициента мощности формирует входной ток автономных источников питания, чтобы максимизировать реальную мощность, доступную от сети. В идеале электрический прибор должен иметь нагрузку, имитирующую чистый резистор, и в этом случае реактивная мощность, потребляемая устройством, равна нулю. Этому сценарию присуще отсутствие гармоник входного тока — ток является точной копией входного напряжения (обычно синусоидальной волны) и точно совпадает с ним по фазе. В этом случае ток, потребляемый от сети, является минимальным для реальной мощности, необходимой для выполнения необходимой работы, и это сводит к минимуму потери и затраты, связанные не только с распределением мощности, но также с выработкой энергии и капитальное оборудование, задействованное в процессе.
Коррекция коэффициента мощности просто определяется как отношение реальной мощности к полной мощности, или:
PF = активная мощность (выраженная в ваттах) / полная мощность (выраженная в ВА),
, где активная мощность является средней, в течение цикла мгновенного произведения тока и напряжения, а полная мощность — это произведение действующего значения тока на действующее значение напряжения. Если и ток, и напряжение синусоидальны и синфазны, коэффициент мощности равен 1,0. Если оба синусоидальны, но не совпадают по фазе, коэффициент мощности — это косинус фазового угла.На начальных курсах по электричеству это иногда преподается как определение коэффициента мощности, но оно применяется только в особых случаях, когда и ток, и напряжение являются чистыми синусоидальными волнами. Это происходит, когда нагрузка состоит из резистивных, емкостных и индуктивных элементов, и все они линейны (инвариантны по току и напряжению).
