Compensazione della potenza reattiva nelle reti elettriche

Le apparecchiature elettriche consumano energia durante il funzionamento. In questo caso, la potenza totale è composta da due componenti: attiva e reattiva. La potenza reattiva non fa alcun lavoro utile, ma introduce ulteriori perdite nel circuito. Pertanto, si sforzano di ridurlo, per il quale arrivano a varie soluzioni tecniche per compensare la potenza reattiva nelle reti elettriche. In questo articolo, vedremo di cosa si tratta e a cosa serve un dispositivo di compensazione.

Definizione

La potenza elettrica totale è costituita da energia attiva e reattiva:

S = Q + P

Qui Q è reattivo, P è attivo.

La potenza reattiva si verifica nei campi magnetici ed elettrici caratteristici dei carichi induttivi e capacitivi quando si opera in circuiti a corrente alternata. Quando è in funzione un carico resistivo, le fasi di tensione e corrente sono le stesse e coincidono. Quando è collegato un carico induttivo, la tensione è in ritardo rispetto alla corrente e quando è collegato un carico capacitivo, è in vantaggio.

Il coseno dell'angolo di spostamento tra queste fasi è chiamato fattore di potenza.

cosФ = P / S

P = S * cosФ

Il coseno dell'angolo è sempre minore di uno, quindi la potenza attiva è sempre minore di quella piena. La corrente reattiva scorre in senso opposto a quella attiva e ne impedisce il passaggio. Poiché la corrente a pieno carico scorre attraverso i fili:

S = U * I

Anche quando si sviluppano progetti per linee di trasmissione di energia, è necessario tenere conto del consumo di energia attiva e reattiva. Se quest'ultimo è eccessivo, sarà necessario aumentare la sezione trasversale delle linee, il che comporta costi aggiuntivi. Pertanto, stanno lottando con esso. La compensazione della potenza reattiva riduce il carico sulla rete e consente di risparmiare energia industriale.

Dove è importante considerare il coseno phi

Scopriamo dove e quando è necessaria la compensazione della potenza reattiva. Per fare ciò, è necessario analizzare le sue fonti.

Un esempio di carico reattivo di base è:

• motori elettrici, collettori e asincroni, soprattutto se in modalità operativa il suo carico è piccolo per un particolare motore;
• attuatori elettromeccanici (solenoidi, valvole, elettromagneti);
• dispositivi di commutazione elettromagnetici;
• trasformatori, soprattutto al minimo.

Il grafico mostra la variazione del cosФ del motore elettrico al variare del carico.

La base delle apparecchiature elettriche della maggior parte delle imprese industriali è l'azionamento elettrico. Da qui l'elevato consumo di potenza reattiva. I consumatori privati ​​non pagano per il suo consumo, mentre le imprese lo pagano. Ciò comporta costi aggiuntivi, dal 10 al 30% o più della bolletta elettrica totale.

Tipi di compensatori e loro principio di funzionamento

Al fine di ridurre il reagente, vengono utilizzati dispositivi di compensazione della potenza reattiva, i cosiddetti. UKRM. In pratica, sono più spesso usati come compensatore di potenza:

• banchi di condensatori;
• motori sincroni.

Poiché la quantità di potenza reattiva può variare nel tempo, significa che i compensatori possono essere:

1. Non regolamentato: di solito un banco di condensatori senza la possibilità di scollegare i singoli condensatori per modificare la capacità.
2. Automatico: i passaggi di compensazione cambiano a seconda dello stato della rete.
3. Dinamico: compensa quando il carico cambia rapidamente carattere.

Il circuito utilizza, a seconda della quantità di energia reattiva, da uno a un intero banco di condensatori che possono essere immessi ed emessi dal circuito. Quindi il controllo può essere:

• manuale (interruttori automatici);
• semiautomatico (colonne a pulsantiera con contattori);
• incontrollati, quindi vengono collegati direttamente al carico, si accendono e si spengono con esso.

Le batterie del condensatore possono essere installate sia nelle sottostazioni che direttamente vicino ai consumatori, quindi il dispositivo è collegato ai loro cavi o bus di alimentazione. In quest'ultimo caso, di solito vengono calcolati per la compensazione individuale del reagente di un motore specifico o altro dispositivo - si trova spesso su apparecchiature in reti elettriche da 0,4 kV.

La compensazione centralizzata viene eseguita sia al confine della sezione di equilibrio delle reti, sia alla sottostazione e può essere eseguita nelle reti ad alta tensione a 110 kV. La cosa buona è che scarica le linee ad alta tensione, ma la cosa negativa è che le linee da 0,4 kV e il trasformatore stesso non sono scaricati. Questo metodo è più economico degli altri. Allo stesso tempo, è possibile scaricare centralmente il lato basso di 0,4 kV, quindi l'UKRM è collegato ai bus a cui è collegato l'avvolgimento secondario del trasformatore e di conseguenza viene anche scaricato.

Potrebbe esserci anche un'opzione di compensazione di gruppo. È un tipo intermedio tra centralizzato e individuale.

Un altro modo è la compensazione con motori sincroni, che possono compensare la potenza reattiva. Appare quando il motore è in modalità di sovreccitazione. Questa soluzione è utilizzata nelle reti da 6 kV e 10 kV e si verifica anche fino a 1000V. Il vantaggio di questo metodo rispetto all'installazione di batterie di condensatori è la possibilità di utilizzare un compensatore per eseguire lavori utili (rotazione di potenti compressori e pompe, ad esempio).

Il grafico mostra la caratteristica a forma di U di un motore sincrono, che riflette la dipendenza della corrente dello statore dalla corrente di campo. Sotto di esso, vedi cos'è il coseno phi. Quando è maggiore di zero, il motore ha una natura capacitiva e quando il coseno è inferiore a zero, il carico è capacitivo e compensa la potenza reattiva del resto dei consumatori induttivi.

Conclusione

Riassumiamo elencando le principali tesi sulla compensazione dell'energia reattiva:

• Scopo: scaricare le linee elettriche e le reti elettriche delle imprese. Il dispositivo può includere strozzatori anti-risonanza per ridurre il livello armoniche nella rete.
• Gli individui non pagano le bollette per questo, ma le imprese sì.
• Il compensatore include banchi di condensatori o macchine sincrone utilizzate per gli stessi scopi.

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Secondo il libro V.E. Kitaev, L.S. Shlyapintokh "Ingegneria elettrica con le basi dell'elettronica industriale" paragrafo n. 54 per il numero del libro 1968 e il paragrafo #53 per il libro dell'edizione 1973, afferma chiaramente:... "che in un circuito di corrente alternata contenente solo induttanza, la corrente è in ritardo rispetto alla tensione... ed è più avanti dell'EMF dell'autoinduzione. Possiamo dire che nel circuito induttivo, la tensione è in anticipo rispetto alla corrente in fase di 90 gradi.

Per quanto riguarda il carico capacitivo nello stesso libro (prossimo paragrafo n. 55 del 1968. e #54 per il numero del 1973) dice:... "durante la carica e la scarica di un condensatore... La corrente è in anticipo rispetto alla tensione in fase di un quarto di periodo, ad es. 90 gradi".

E hai scritto tutto il contrario...