Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Содержание

Определение

Реактивная мощность не выполняет полезной работы. Она обусловлена наличием у потребителя индуктивной или ёмкостной составляющей нагрузки. На предприятиях реактивная мощность возникает при работе электрических двигателей, трансформаторов или ламп ДРЛ. В домашних условиях это моторы пылесосов, стиральных машин или компрессоров холодильников. На корпусе данных агрегатов часто можно увидеть параметр cosф, называемый коэффициентом мощности. Он количественно характеризует долю реактива.

Обратите внимание! Cosф – параметр крайне нестабильный. Он способен меняться в широком диапазоне с течением года и временем суток

Также коэффициент мощности тесно связан с будними и выходными днями.

Бирка на двигателе

Все перечисленное служит примером источников индуктивной составляющей. Гораздо реже встречается ёмкостная. К её примерам относятся мощные импульсные блоки питания и всё, что во входной части содержит конденсаторы.

Это интересно: Отделители и короткозамыкатели — назначение, конструкция, принцип работы

Расчет и компенсация реактивной мощности. Расчет реактивной мощности.

Если с постоянным током при определении мощности проблем нет, то с переменным начинают твориться чудеса. По отношению к резистивным нагрузкам (нагревательные элементы, лампы накаливания) переменный электроток ведет себя также как и постоянный. Но когда в цепи появляются индуктивные (трансформаторы, дроссели, электродвигатели) и емкостные (конденсаторы) электронагрузки  – возникают паразитные токи, не только не участвующие в полезной работе, но и создающие ей помехи. В индуктивностях ток начинает отставать от напряжения, а в емкостях наоборот – опережает. Это называется сдвигом фаз, угол которых принято обозначать символом ϕ.

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

В итоге, мощность разделяется на активную и реактивную. Первая участвует в работе, а реактивная или ничего не делает или мешает. Зависимость угла сдвига фаз принято выражать через cos ϕ.

COS φ = Р/S

Где Р – активная мощность, S – реактивная. Это отношение называется коэффициентом мощности (Pf) и может варьироваться от 0 до 1. И чем эта величина ближе к единице, тем меньше реактивная мощность, а значит выше КПД.

Также читайте – «Время-токовые характеристики автоматов».

Опираясь на то, что S находится в зависимости от угла ϕ, мы имеем возможность сделать ее расчет по формуле:

Q = U*I*sinφ.

Где Q– реактивная составляющая, единицей измерения является вар или квар.

А по формуле:

P = U*I*cosφ — производят расчет активной составляющей.

Смысл реактивной нагрузки

В электрической цепи с реактивной нагрузки фаза тока и фаза напряжения не совпадают во времени. В зависимости от характера подключенного оборудования напряжение либо опережает ток (в индуктивности), либо отстаёт от него (в ёмкости). Для описания вопросов используют векторные диаграммы. Здесь одинаковое направление вектора напряжения и тока указывает на совпадение фаз. А если вектора изображены под некоторым углом, то это и есть опережение или отставание фазы соответствующего вектора (напряжения или тока). Давайте рассмотрим каждый из них.

В индуктивности напряжение всегда опережает ток. «Расстояние» между фазами измеряется в градусах, что наглядно иллюстрируется на векторных диаграммах. Угол между векторами обозначается греческой буквой «Фи».

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

В идеализированной индуктивности угол сдвига фаз равен 90 градусов. Но в реальности это определяется полной нагрузкой в цепи, а в реальности не обходится без резистивной (активной) составляющей и паразитной (в этом случае) емкостной.

В ёмкости ситуация противоположна – ток опережает напряжение, потому что индуктивность заряжаясь потребляет большой ток, который уменьшается по мере заряда. Хотя чаще говорят, что напряжение отстаёт от тока.

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Если сказать кратко и понятно, то эти сдвиги можно объяснить законами коммутации, согласно которым в ёмкости напряжение не может изменится мгновенно, а в индуктивности – ток.

Расчёты

Для вычисления полной мощности используют формулу в комплексной форме. Например, для генератора расчет имеет вид:

А для потребителя:

Но применим знания на практике и разберемся как рассчитать потребляемую мощность. Как известно мы, обычные потребители, оплачиваем только за потребление активной составляющей электроэнергии:

P=S*cosФ

Здесь мы видим, новую величину cosФ. Это коэффициент мощности, где Ф – это угол между активной и полной составляющей из треугольника. Тогда:

cosФ=P/S

В свою очередь реактивная мощность рассчитывается по формуле:

Q = U*I*sinФ

Для закрепления информации, ознакомьтесь с видео лекцией:

Всё вышесказанное справедливо и для трёхфазной цепи, отличаться будут только формулы.

ПРОБЛЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ИЗ-ЗА ВЫСШИХ ГАРМОНИК

Информация к размышлению, любая выпрямительно-емкостная нагрузка (современные сварочные аппараты, преобразователи частоты, источники бесперебойного питания, промышленные и бытовые компьютеры и т.д.) генерируют в питающую сеть высшие гармоники

Механизм возникновения высших гармоник мы рассматривать не будем, а обращаем Ваше внимание на то, что их нужно подавлять в месте их возникновения. Способов подавления не так уж и много, это установка входных силовых дросселей, пассивных входных фильтров гармоник и активных фильтров.Входные силовые дроссели, установленные в звене постоянного тока преобразователя частоты или на его входе улучшают форму входного тока и уменьшают уровень высших гармоник, генерирующим ПЧ в сеть

Однако входные силовые дроссели эффективны в том случае, когда установленная мощность преобразовательной техники составляет не более 20% от мощности трансформаторного ввода, если больше, то придется использовать входные фильтры гармоник или активные фильтры. Входные пассивный фильтр гармоник, это полосовые LC-фильтры, параметры которых, как правило, рассчитаны на 5 и 7 гармоники. Это хорошее техническое решение, позволяющее получить коэффициент нелинейных искажений входного тока преобразователя частоты не более 10% или 5% в зависимости от модификации LC-фильтра.Особого внимания заслуживают активные фильтры, которые в последнее время все чаще используются на предприятиях с большим количеством преобразовательной техники. Они могут программироваться на выборочное подавление любой гармоники до 25 включительно, или на какую-то полосу частот, при этом могут корректировать коэффициент мощности, а если проще, то компенсировать реактивную мощность.

Хочется обратить Ваше внимание на то, что практически никто не борется с высшими гармониками, которые приносят много неприятностей, пока «жаренный петух» не клюнет в одно место. Например, на одном из водоканалов все системы водоснабжения и водоотвода были автоматизированы с помощью частотно-регулируемого электропривода на базе статических преобразователей частоты

Потребители были довольны высоким качеством водоснабжения, а водоканал — приличной экономией электроэнергии, пока не внедрили автоматизированную систему коммерческого учета электроэнергии – АСКУЭ (АСКОЕ), которая на станции первого подъема начала показывать генерацию реактивной мощности в питающую сеть.

Начались «разборки» с  привлечением технических специалистов облэнерго, ведь на насосной станции нет ни одного компенсирующего конденсатора, откуда же генерация РМ в сеть? В результате проверки облэнерго установило, что генерация РМ в сеть отсутствует, и рекомендовала заменить коммерческий счетчик электроэнергии. Гарантийная замена счетчика ничего не изменила, и водоканал попросил нас «разрулить» сложившуюся ситуацию.

Наши измерения качества электрической энергии в точках подключения к сети электроснабжения с помощью сертифицированного в Украине и аттестованного «Укрметртестстандартом» прибором, так же не показали генерацию РМ в сеть

Однако хотим обратить Ваше внимание на осциллограмму тока, потребляемую насосной станцией с питающей сети. Так как форма тока не синусоидальна, то возникают высшие гармоники, которые изображены на второй осциллограмме, среди которых в «полный рост» видны пятая и седьмая гармоники

Популярные статьи  Электроприемник: что это такое, определение, примеры

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Ну и что? — спросите Вы. Да вообще-то и ничего, но теоретические и практические исследования говорят о том, что наличие высших гармонических составляющих напряжения и тока увеличивают погрешность измерения счетчиков электроэнергии до ± 13% — вот Вам и ответ, почему счетчик показывает генерацию реактивной мощности в сеть. А что же делать? — выполнять рекомендации, приведенные в первом абзаце этого раздела.

Коль речь зашла о погрешностях измерения, то для их нейтрализации на станциях компенсации реактивной мощности используются регуляторы, которые не измеряют ни напряжение, ни ток, ни косинус фи, а считывают и анализируют показатели коммерческого счетчика электроэнергии и подключают компенсирующие конденсаторы таким образом, что бы не было ни потребления, ни генерации РМ.

А теперь рекламная пауза: Ей, хлопці! Не візьмемо і не віддамо ні одного кВАрааа!!!

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45), №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47) , №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).

Виды компенсаторов и их принцип действия

Чаще всего в роли компенсирующего устройства применяется либо батареи конденсаторов, либо двигатели. При этом может использоваться как один компенсатор, так и множество подключенных параллельно.

В течение дня баланс мощности в сети может изменяться, на что УКРМ должно реагировать соответствующим образом. С этой точки зрения компенсаторы бывают:

  • нерегулируемые – без возможности переключения составных элементов;
  • автоматические – компенсатор сам отслеживает cosф, производит расчеты и решает, какое количество конденсаторов следует добавить в схему;
  • с ручным управлением – человек сам анализирует cosф по приборам и производит соответствующие переключения.

В зависимости от условий эксплуатации выделяют следующие типы коммутирующих устройств:

  • контакторные – только статические переключения;
  • тиристорные – работа в реальном времени;
  • вакуумные выключатели – для напряжений свыше 1 кВ.

Расчет мощности УКРМ

Коэффициент реактивной мощности на стороне ВН определяется следующим образом:

(2)

Потребляемая активная мощность на шинах ВН складывается из активной мощности нагрузки и активных потерь мощности в трансформаторе:

(3)

Потребляемая реактивная мощность на шинах ВН складывается из реактивной мощности нагрузки и реактивных потерь мощности в трансформаторе за вычетом расчетной мощности компенсирующего устройства:

(4)

Выразим реактивную мощность нагрузки через известные величины (см. рис.1):

(5)

(6)

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе зависят от передаваемой мощности и рассчитываются по формулам (7) и (8):

(7)

(8)

где ΔPxx – потери активной мощности холостого хода трансформатора (паспортные данные), кВт;

ΔQμ – потери реактивной мощности холостого хода трансформатора, квар;

ΔPнагр. (ΔQнагр.) – нагрузочные активные (реактивные) потери в трансформаторе, кВт (квар);

ΔPк – потери активной мощности короткого замыкания трансформатора (паспортные данные), кВт;

SННпотребляемая полная мощность на шинах НН, кВ*А:

(9)

SТ – номинальная полная мощность трансформатора, кВ*А;

Iхх – ток холостого хода трансформатора, %;

Uк – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Следует заметить, что расчеты по формулам (7) – (9) носят приближённый характер, так как на этом этапе нельзя определить значение QНН из-за того, что неизвестно расчетное значение реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ.р, см. формулу (4). В этом случае можно:

  • принять QКУ.р = 0 и выполнить расчет без компенсирующего устройства;
  • принять QКУ.р = Qр.нагр. и выполнить расчет при полной компенсации реактивной мощности на шинах НН (этот вариант рекомендуется использовать из-за меньшей расчетной погрешности первой итерации расчёта потерь в трансформаторе).

Подставляя в (2) выражения (3), (4) и (5), получим выражение для расчета коэффициента реактивной мощности на шинах ВН, где вторым неизвестным является значение реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ:

(10)

Так как максимальное значение коэффициента реактивной мощности на шинах ВН нормировано, значит должно выполняться следующее условие:

(11)

Выполнение условия (11) необходимо по нормативным требованиям, но недостаточно, так как коэффициент реактивной мощности может быть отрицательной величиной. Действительно, если в (10) QКУ.р будет достаточно большой величиной, чтобы числитель дроби стал отрицательным, то получим перекомпенсацию реактивной мощности QВН< 0 (генерацию в сеть высокого напряжения) и tgϕВН < 0. Перекомпенсация реактивной мощности также нежелательна, как и недокомпенсация, так как в сети опять появляются дополнительные потери мощности и энергии в электрической сети и возрастают капитальные затраты на её строительство. Таким образом, наряду с максимальным значением коэффициента реактивной мощности должно задаваться его минимальное значение tgϕmin. В отсутствие нормативных требований к величине tgϕmin его значение может быть определено из следующих соображений:

  • если генерация реактивной мощности в сеть ВН недопустима, то tgϕmin = 0;
  • если нельзя превышать заданный уровень потерь мощности и энергии в сети, а также обеспечить работу оборудования в номинальных режимах (перекомпенсация допустима), то tgϕmin = -tgϕmax.

Необходимое и достаточное условие для выбора УКРМ выглядит следующим образом:

(12)

Подставив (10) в (12), получим:

(13)

Рассмотрим отдельно левую и правую части выражения (13).

Очевидно, что tgϕmax будет при наименьшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ.р.min. Заменим в (13) QКУ.р на QКУ.р.min и подставим знак равенства между правой и средней частью выражения:

(14)

Выразив в (14) QКУ.р.min и выполнив необходимые преобразования (15), получим выражение для расчета минимально допустимой мощности компенсирующего устройства (16):

(15)

(16)

Аналогично для левой части (13), tgϕmin будет при наибольшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства QКУ.р.max. Соответственно, выражение для расчета максимально допустимой мощности КУ:

(17)

Номинальная мощность установки компенсации реактивной мощности выбирается из условия:

(18)

где QКУ.р.max и QКУ.р.min – граничные значения реактивной мощности УКРМ, определенные для расчётных значений Pр.нагр. и cosϕр.нагр..

Подставив (16) и (17) в (18), получаем окончательные выражения для выбора номинальной реактивной мощности УКРМ:

(19)

(20)

Выбрав УКРМ, проводим вторую итерацию расчетов по формулам (7) – (9), подставляя в формулы вместо QКУ.р значение QКУ.ном, и уточняем величину QКУ.ном по выражениям (19) и (20).

Инвертор реактивной мощности своими руками

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Когда появляется спрос на какой-то продукт, появляется и предложение.

Постоянно растущие цены на электричество породили большое количество «чудо-приборов» (к примеру, Electricity saving box), обещающих уменьшение расхода энергии чуть ли не вдвое.

Их действие основывается на преобразовании в активную реактивной энергии. Однако, схема таких приборов настолько проста, что практически любой не чуждый технике человек способен сделать экономитель электроэнергии своими руками.

Самодельное устройство для экономии электроэнергии, принцип действия

Основополагающим принципом является то, что любая электрическая мощность состоит из реактивной и активной энергии. Активная полезна в быту, она приводит в действие все механизмы.

Реактивная же, наоборот, бесполезна и даже снижает эффективность энергосистемы.

Популярные статьи  Возможна ли установка автоматических трансформаторов на ЛЭП?

Приборы учета (механические и электрические счетчики) определяют только количество использованной активной энергии, за которую платят бытовые потребители.

Промышленные же предприятия платят и за реактивную энергию, которая измеряется специальными счетчиками. Она создается механизмами с высокой индуктивной составляющей (например, электродвигателями), и на заводах и фабриках ее количество уменьшают с помощью специальных конденсаторных установок.

Учитывая вышеописанное, идеи о том, как сделать самому приспособление для экономии электроэнергии, витали в воздухе. В быту источники реактивной энергии – это обычные механизмы с электродвигателями (кухонный комбайн, фен, пылесос, холодильник, дрель).

С другой стороны, есть устройства, которым нужен постоянный ток (телевизоры и компьютерные мониторы).

Поэтому стали разрабатывать приспособление для экономии электроэнергии, схема которого позволила бы уменьшить потребление электричества путем преобразования в активную реактивной энергии.

Теоретическое обоснование и принципиальная схема самодельного экономителя

Суть экономии состоит в том, что нагрузка питается не от сети с переменным током, а от подключенного конденсатора, заряд коего производится импульсами высокой частоты, при этом соответствуя синусоиде напряжения в сети.

Электросчетчики комплектуются входным индукционным преобразователем с низкой чувствительностью к высокочастотным токам.

По причине этого импульсное энергопотребление счетчиком учитывается со значительной отрицательной погрешностью.

Для создания прибора необходимы такие детали:

  • микросхема (К155 ЛАЗ),
  • стабилитрон (D2 -КС156А),
  • диоды (D1 — Д226Б; Вr2 — Д242Б; Br1 — Д232А),
  • транзисторы (ТЗ — КТ315, Т2 — КТ815В,Т1 — КТ848А),
  • высокочастотные конденсаторы (С2, СЗ — 0.1 мкФ, С1- 1мкФ х 400В),
  • электролитические конденсаторы (С5 — 1000 мкФ х 16В, С4 — 1000 мкФ х 50Б),
  • маломощный трансформатор 220/36 В,
  • резисторы (RЗ — 56 Ом; R1, R2 — 27 кОм; R5 -22 кОм; R4 — 3 кОм; R6 — 10 Ом; R7, R9 — 560 Ом; R8 — 1.5 кОм).

Сборка проводится согласно схемы 1. Транзисторы устанавливаются с использованием изолирующих прокладок на радиатор 150 кв.см. Обязательно применять плавкие предохранители.

Собранный блок питания низковольтный должен давать на выходе 36 В ток 2 А и 5 В для питания генератора, который формирует импульсы ориентировочной частотой 2 кГц и  с амплитудой 5 В.

Во время сборки схемы нужно проверять режим работы при помощи осциллографа. После этого подключается конденсатор.

Устройство рассчитано на питание переменным током бытовых потребителей. Мощность – 1 кВт/ч, напряжение – 220 В. Собранное устройство подключается к розетке и питает нагрузку, при этом заземление не требуется. По расчетам, при подключении такого самодельного экономителя счетчик учитывает лишь 25% потребленного электричества.

Разработана также схема 2, позволяющая питать потребителей, работающих как на постоянном, так и на переменном токе (камины, электроплиты, освещение, водонагреватели). Главным предостережением является отсутствие в таких приборах элементов, которые рассчитаны на переменный ток (трансформаторы, электродвигатели).

Компенсация реактивной мощности в сетях 0,4 кВ: сколько требуется конденсаторов?

Выбор конденсаторной батареи тесно связан со следующими параметрами:

  • cos φ2 – желаемая величина коэффициента мощности
  • cos φ1 – начальное значение
  • установленная реактивная мощность.

Необходимая компенсирующая мощность определяется выражением:

QC = P (tan φ1 – tan φ2)

Это выражение можно переписать в виде: Qc = k * P, где параметр k легко определить из таблицы 1 и

QC – требуемая реактивная мощность конденсаторов ;

P – активная мощность ;

QL и QL’ – реактивная мощность до и после установки конденсаторной батареи;

A, A’ – полная мощность до и после коррекции коэффициента мощности .

Таблица 1

Начальный коэффициент мощности Конечный коэффициент мощности
0,9 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95
0,40 1,807 1,836 1,865 1,896 1,928 1,963
0,41 1,740 1,769 1,799 1,829 1,862 1,896
0,42 1,676 1,705 1,735 1,766 1,798 1,832
0,43 1,615 1,644 1,674 1,704 1,737 1,771
0,44 1,557 1,585 1,615 1,646 1,678 1,712
0,45 1,500 1,529 1,559 1,589 1,622 1,656
0,46 1,446 1,475 1,504 1,535 1,567 1,602
0,47 1,394 1,422 1,452 1,483 1,515 1,549
0,48 1,343 1,372 1,402 1,432 1,465 1,499
0,49 1,295 1,323 1,353 1,384 1,416 1,450
0,50 1,248 1,276 1,306 1,337 1,369 1,403
0,51 1,202 1,231 1,261 1,291 1,324 1,358
0,52 1,158 1,187 1,217 1,247 1,280 1,314
0,53 1,116 1,144 1,174 1,205 1,237 1,271
0,54 1,074 1,103 1,133 1,163 1,196 1,230
0,55 1,034 1,063 1,092 1,123 1,156 1,190
0,56 0,995 1,024 1,053 1,084 1,116 1,151
0,57 0,957 0,986 1,015 1,046 1,079 1,113
0,58 0,920 0,949 0,979 1,009 1,042 1,076
0,59 0,884 0,913 0,942 0,973 1,006 1,040
0,60 0,849 0,878 0,907 0,938 0,970 1,005
0,61 0,815 0,843 0,873 0,904 0,936 0,970
0,62 0,781 0,810 0,839 0,870 0,903 0,937
0,63 0,748 0,777 0,807 0,837 0,870 0,904
0,64 0,716 0,745 0,775 0,805 0,838 0,872
0,65 0,685 0,714 0,743 0,774 0,806 0,840
0,66 0,654 0,683 0,712 0,743 0,775 0,810
0,67 0,624 0,652 0,682 0,713 0,745 0,779
0,68 0,594 0,623 0,652 0,683 0,715 0,750
0,69 0,565 0,593 0,623 0,654 0,686 0,720
0,70 0,536 0,565 0,594 0,625 0,657 0,692
0,71 0,508 0,536 0,566 0,597 0,629 0,663
0,72 0,480 0,508 0,538 0,569 0,601 0,635
0,73 0,452 0,481 0,510 0,541 0,573 0,608
0,74 0,425 0,453 0,483 0,514 0,546 0,580
0,75 0,398 0,426 0,456 0,487 0,519 0,553
0,76 0,371 0,400 0,429 0,460 0,492 0,526
0,77 0,344 0,373 0,403 0,433 0,466 0,500
0,78 0,318 0,347 0,376 0,407 0,439 0,474
0,79 0,292 0,320 0,350 0,381 0,413 0,447
0,80 0,266 0,294 0,324 0,355 0,387 0,421
0,81 0,240 0,268 0,298 0,329 0,361 0,395
0,82 0,214 0,242 0,272 0,303 0,335 0,369
0,83 0,188 0,216 0,246 0,277 0,309 0,343
0,84 0,162 0,190 0,220 0,251 0,283 0,317
0,85 0,135 0,164 0,194 0,225 0,257 0,291
0,86 0,109 0,138 0,167 0,198 0,230 0,265
0,87 0,082 0,111 0,141 0,172 0,204 0,238

Зачем нужна компенсация реактивной мощности

Чем больше требуется энергии — тем выше становится уровень потребления топлива. И это не всегда оправдано. Компенсация мощности, т.е, её правильный расчет, поможет сэкономить в промышленных распределительных электросетях на производстве до 50 % затрачиваемого топлива, а в некоторых случаях и больше.

Нужно понимать, что тем больше ресурсов затрачено на производство, тем выше будет цена конечного продукта. При возможности снизить стоимость изготовления товара, производитель либо предприниматель, сможет снизить его цену, чем привлечь потенциальных клиентов и потребителей.

Как наглядный пример – пара диаграмм ниже. Эти векторы визуально передают полный эффект от работы установки.

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве
Диаграмма до работы установки Диаграмма после работы установки

Кроме этого, мы также избавляемся от потерь в электросетях, от чего эффект следующий:

  • напряжение ровное, без перепадов;
  • увеличивается долговечность проводов (abb – авв, аку) и индукционной обмотки в жилых помещениях и на заводе;
  • значительная экономия на работе домашних трансформаторов и выпрямителей тока;
  • проведенная компенсация мощности и реактивной энергии значительно продлит время работы мощных устройств (асинхронный двигатель трехфазный и однофазный).
  • значительное снижение электрических затрат.

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве
Общая схема преобразователя

Расчет и компенсация реактивной мощности. Компенсация реактивной составляющей.

Поскольку реактивная энергия оказывает влияние на работу электрооборудования, имеющего индуктивные и емкостные электропотребители, для них применяются специальные компенсирующие устройства. Схема действия компенсации основана на способностях емкостных и индуктивных нагрузок сдвигать фазы в противоположные направления. Ввиду того, что основную часть реактивной энергии создают индуктивности, для ее компенсации используют конденсаторы большой емкости, присоединяемые параллельно нагрузке. Казалось бы что вопрос решен. Но на практике, на производстве с большим процентом электродвигателей не все так гладко. Электромоторы на конвейерах и другом оборудовании не включаются все сразу, а работают по своему алгоритму. В иные моменты одновременно могут находиться в работе как большое, так и минимальное количество электропотребителей этого типа. А перекомпесация не менее вредна  недокомпенсации.

Популярные статьи  Электрическое оборудование (электрооборудование): определение, примеры, классификация

Это интересно – «Защита электрооборудования от перенапряжения».

И поэтому, подключением конденсаторных блоков управляет контроллер на микропроцессоре, измеряющий реактивную энергию в каждый момент времени. И в зависимости от потребности, выбирает и присоединяет к потребителям определенное количество конденсаторов.

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производствеАвтоматическая установка компенсации реактивной энергии УКРМ.

Схема централизованной компенсации реактивной мощности.

Такой способ коррекции косинус фи может использоваться предприятиями, подключенными к сети напряжением 10 (6) кВ и осуществляться по:

  • стороне низшего напряжения непосредственно на подстанции 110 (35)/10 (6) кВ, когда граница балансовой принадлежности проходит по стороне 110 (35) кВ;
  • стороне высшего напряжения на подстанции 10 (6)/0.4 кВ или на границе балансовой принадлежности;
  • стороне напряжения 0.4 кВ в узлах нагрузки с значительным диапазоном динамики реактивной мощности.

Централизованный способ компенсации при сравнительно небольших капитальных вложениях позволяет разгрузить трансформаторы, токоведущие кабеля, повысить качество электроэнергии, обеспечить запас резерва в рамках поставляемой по договору мощности для расширения производства. Вместе с тем, вся сеть в балансовой принадлежности потребителя остается нагруженной перетоками реактивной мощности, а применение централизованной компенсации возможно только при достаточно стабильной и ракномерно распределенной по фазам нагрузке.

Проверка работы регулятора

Теперь нужно проверить правильность настроек и алгоритма работы. Для этого нужен источник тока и напряжения с регулируемым углом между ними. Для таких целей вполне подойдет Ретом-21 или что-то аналогичное. Начнем с подключений:

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Задаем 100 В в измерительный канал напряжения и около 2 А в измерительный канал тока. Угол между напряжением и током должен быть +90°, так как . Это состояние будет соответствовать COS φ = 1.

Проверка правильности подключения

Вращая фазорегулятор и наблюдая за показаниями на дисплее регулятора NOVAR 1214 убедиться:

  • Максимальное значение активная мощность принимает при углах +90° и -90° (270°), а реактивная мощность стремиться к нулю;
  • В этих же точках COS φ = 1;
  • При +90° активная мощность имеет положительный знак, а при -90°(270°) — отрицательный, и загорается светодиод «Экспорт»;
  • В точках 0° и 180° активная мощность — минимальна, реактивная мощность — максимальна;
  • COS φ = 0;
  • При 0° реактивная мощность — положительна (или с индексом «L»), а при 180° — отрицательна (или с индексом «С»). Такое обозначение знака, не характерное для электротехники, принято в регуляторе.

Если всё так, то проверяем работу алгоритма.

Проверка работы регулятора с действием на ступени

Проделаем следующие шаги:

  1. Устанавливаем значение напряжения 100 В, тока — 2 А;
  2. Выставляем по дисплею регулятора COS φ = 0.9;
  3. Медленно вращая фазорегулятор в сторону уменьшения косинуса (угол стремится к 0°) находим момент, когда начинает моргать светодиод «ИНДУКТИВНОСТЬ«. Фиксируем значение этого угла. Моргание светодиода говорит о том, что мы вышли из зоны, когда половина наименьшей ступени конденсатора могла бы скомпенсировать COS φ;
  4. Вращаем регулятор далее к уменьшению косинуса (угол стремится к 0°), находим момент, когда светодиод «ИНДУКТИВНОСТЬ» начинает светиться ровным светом. Засекаем угол и время. Через время, равное , должна сработать одна из ступеней, как правило — первая.
  5. Дожидаемся, когда включатся последовательно все ступени, каждая по истечении ;
  6. Вращая фазорегулятор в сторону увеличения COS φ (угол стремится к 90°), достигаем момента, когда начинаем моргать светодиод «ЕМКОСТЬ«. Светодиод «ИНДУКТИВНОСТЬ» погаснет во время увеличения угла. Фиксируем угол и засекаем время. Ступени должны начать отключаться последовательно по истечении .
  7. Увеличивает ток до 4 А;
  8. Выставляем по дисплею регулятора COS φ = 0.9;
  9. Медленно вращая фазорегулятор в сторону уменьшения косинуса (угол стремится к 0°) находим момент, когда начинает моргать светодиод «ИНДУКТИВНОСТЬ«. Значение этого угла должно быть меньше, чем в пункте 3.
  10. Вращаем регулятор далее к уменьшению косинуса (угол стремится к 0°), находим момент, когда светодиод «ИНДУКТИВНОСТЬ» начинает светиться ровным светом. Угол и время срабатывания должны быть меньше, чем в пункте 4.
  11. Дожидаемся, когда включатся последовательно все ступени;
  12. Вращая фазорегулятор в сторону увеличения COS φ (угол стремится к 90°), достигаем момента, когда начинаем моргать светодиод «ЕМКОСТЬ«. Угол должен быть меньше, а время — такое же как и в п. 6.

Ниже приведена диаграмма срабатывания регулятора в зависимости от угла между током и напряжением.

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Предложенная далее проверка не является догмой. Вы можете сами определить достаточность мер для проверки, уменьшить их или увеличить. В любом случае, если Вы поделитесь своими мыслями и аргументами — это только улучшит нашу методику.

Средства компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения.

Все средства компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения условно делят на пассивные и активные, причем реализация пассивных средств приводит к уменьшению объемов потребляемой реактивной мощности, а активные средства генерируют реактивную мощность и интегрируются в электрические сети в соответствии с оптимальным способом компенсации.

Пассивные средства компенсации реактивной мощности.

Типовыми средствами компенсации реактивной мощности, используемыми для разгрузки сети по реактивным токам, сегодня являются:

  • организационно-технические мероприятия по оптимизации административных, производственных и технологических процессов, позволяющие обеспечить улучшение энергетического режима работы энергоприемников – оборудования, устройств, систем. Это замена устаревшего не энергоэффективного оборудования, модернизация систем освещения, контроля и управления процессами, не одновременное, а распределенное (несмимметричное) пол времени включение реактивных нагрузок, оптимизация режима работы подразделений и т.д. и т.п;
  • использование переключения с треугольника на звезду статорных обмоток асинхронных двигателей с загрузкой в часы работы менее, чем на 40%;
  • снижение объемов потребляемой реактивной мощности за счет отключения асинхронных двигателей, работающих на холостом ходу, а также вывода из эксплуатации (или отключения) трансформаторов с загрузкой менее, чем на треть;
  • применение в проектах и замена в действующих приводах асинхронных двигателей синхронными, где это допустимо в техническом и технологическом аспектах;
  • модернизация приводов с применением тиристорного управления регулированием напряжения, преобразователей с заменой на модели с большим числом фаз выпрямления;
  • интеграция в электрические сети систем с искусственной коммутацией вентилей или ограничениями по генерации токов высших гармоник;
  • применение в новых сегментах электрической сети и поэтапная замена действующих реактивных нагрузок на оборудование, устройства, сертифицированные по энергосбережению.

Активные средства компенсации реактивной мощности.

К активным средствам компенсации реактивной мощности, генерирующим реактивную энергию в электрические сети, относят:

  • единичные косинусные конденсаторы и конденсаторные батареи, применяемые в способах индивидуальной и групповой компенсации реактивной мощности;
  • конденсаторные батареи с коммутационной аппаратурой, средствами защиты и управления – комплектные установки повышения коэффициента мощности – нерегулируемые и автоматические с релейными контакторами;
  • синхронные двигатели и их разновидность – синхронные компенсаторы, работающие без нагрузки на валу и используемые для стабилизации напряжения в точке подключения в пределах интервала ±5% от номинального значения;
  • многоступенчатые установки коррекции коэффициента мощности на конденсаторных батареях и с тиристорными ключами. Установка устройств с тиристорными ключами дает возможность снизить броски тока при включении ступеней — конденсаторных батарей и риски перенапряжения при отключении ступеней;
  • статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности — мостовые генераторы реактивной мощности с индуктивным накопителем, реакторы насыщения с нелинейной или линейной вольтамперной характеристикой, а также последовательным подключением встречно-параллельных управляемых вентилей – работающие принципу прямой и косвенной компенсации.
  • тиристорные компенсаторы реактивной мощности для сетей с резкопеременной нагрузкой напряжением 6-10 кВ, тиристорно-реакторные группы для ЛЭП и т.д.
Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: