Kompensacja mocy biernej w sieciach elektrycznych

Sprzęt elektryczny zużywa energię podczas pracy. W tym przypadku moc całkowita składa się z dwóch składników: czynnej i biernej. Moc bierna nie wykonuje użytecznej pracy, ale wprowadza do obwodu dodatkowe straty. Dlatego dążą do jej zmniejszenia, dla czego dochodzą do różnych rozwiązań technicznych w zakresie kompensacji mocy biernej w sieciach elektrycznych. W tym artykule przyjrzymy się, co to jest i do czego służy urządzenie kompensacyjne.

Definicja

Całkowita moc elektryczna składa się z energii czynnej i biernej:

S = Q + P

Tutaj Q jest reaktywne, P jest aktywne.

Moc bierna występuje w polach magnetycznych i elektrycznych charakterystycznych dla obciążeń indukcyjnych i pojemnościowych podczas pracy w obwodach prądu przemiennego. Gdy działa obciążenie rezystancyjne, fazy napięcia i prądu są takie same i pokrywają się. Po podłączeniu obciążenia indukcyjnego napięcie pozostaje w tyle za prądem, a po podłączeniu obciążenia pojemnościowego prowadzi.

Cosinus kąta przesunięcia między tymi fazami nazywany jest współczynnikiem mocy.

cosФ = P / S

P = S * cosФ

Cosinus kąta jest zawsze mniejszy niż jeden, więc moc czynna jest zawsze mniejsza niż pełna. Prąd bierny płynie w kierunku przeciwnym do aktywnego i zapobiega jego przejściu. Ponieważ prąd pełnego obciążenia przepływa przez przewody:

S = U * I

Nawet przy opracowywaniu projektów linii elektroenergetycznych należy uwzględnić zużycie energii czynnej i biernej. Jeśli tego ostatniego jest za dużo, konieczne będzie zwiększenie przekroju linii, co prowadzi do dodatkowych kosztów. Dlatego zmagają się z tym. Kompensacja mocy biernej zmniejsza obciążenie sieci i oszczędza energię przemysłową.

Gdzie ważne jest, aby wziąć pod uwagę cosinus phi

Zastanówmy się, gdzie i kiedy potrzebna jest kompensacja mocy biernej. Aby to zrobić, musisz przeanalizować jego źródła.

Przykładem podstawowego obciążenia biernego jest:

• silniki elektryczne, kolektorowe i asynchroniczne, zwłaszcza jeśli w trybie pracy ich obciążenie jest małe dla danego silnika;
• siłowniki elektromechaniczne (elektromagnesy, zawory, elektromagnesy);
• elektromagnetyczne urządzenia przełączające;
• transformatory, zwłaszcza na biegu jałowym.

Wykres przedstawia zmianę cosФ silnika elektrycznego przy zmianie obciążenia.

Podstawą wyposażenia elektrycznego większości przedsiębiorstw przemysłowych jest napęd elektryczny. Stąd wysoki pobór mocy biernej. Prywatni konsumenci nie płacą za jego konsumpcję, a firmy za nią. Powoduje to dodatkowe koszty, od 10 do 30% lub więcej całkowitego rachunku za energię elektryczną.

Rodzaje kompensatorów i zasada ich działania

W celu redukcji odczynnika stosuje się urządzenia do kompensacji mocy biernej tzw. UKRM. W praktyce najczęściej wykorzystywane są jako kompensator mocy:

• baterie kondensatorów;
• silniki synchroniczne.

Ponieważ ilość mocy biernej może się zmieniać w czasie, oznacza to, że kompensatory mogą być:

1. Nieregulowany - zwykle bateria kondensatorów bez możliwości odłączenia poszczególnych kondensatorów w celu zmiany pojemności.
2. Automatycznie - kroki kompensacji zmieniają się w zależności od stanu sieci.
3. Dynamiczny - kompensuj, gdy ładunek szybko zmienia swój charakter.

Układ wykorzystuje, w zależności od ilości energii biernej, od jednego do całego zespołu kondensatorów, które mogą być wprowadzane i wyprowadzane z układu. Wtedy kontrola może być:

• ręczny (przełączniki automatyczne);
• półautomatyczne (słupki przyciskowe ze stycznikami);
• niekontrolowane, wtedy są podłączane bezpośrednio do obciążenia, włączają się i wyłączają wraz z nim.

Baterie kondensatorów można instalować zarówno w podstacjach, jak i bezpośrednio w pobliżu odbiorców, wtedy urządzenie podłącza się do ich kabli lub szyn zasilających. W tym drugim przypadku są one zwykle obliczane dla indywidualnej kompensacji odczynnika określonego silnika lub innego urządzenia - często występuje na sprzęcie w sieciach elektrycznych 0,4 kV.

Kompensacja scentralizowana jest wykonywana albo na granicy odcinka bilansowego sieci, albo w podstacji i może być wykonywana w sieciach wysokiego napięcia 110 kV. Dobrą rzeczą jest to, że odciąża linie wysokiego napięcia, ale złą rzeczą jest to, że linie 0,4 kV i sam transformator nie są rozładowywane. Ta metoda jest tańsza niż inne. Jednocześnie możliwe jest centralne odciążenie strony niskiej 0,4 kV, wtedy UKRM jest podłączony do szyn, do których podłączone jest uzwojenie wtórne transformatora i odpowiednio jest również odciążany.

Może istnieć również opcja rekompensaty grupowej. Jest to typ pośredni między scentralizowanym a indywidualnym.

Innym sposobem jest kompensacja za pomocą silników synchronicznych, które mogą kompensować moc bierną. Pojawia się, gdy silnik jest w trybie nadmiernego wzbudzenia. Rozwiązanie to jest stosowane w sieciach 6 kV i 10 kV, a także występuje do 1000V. Przewagą tej metody nad instalacją baterii kondensatorów jest możliwość wykorzystania kompensatora do wykonywania użytecznych prac (np. obracanie potężnych sprężarek i pomp).

Wykres przedstawia charakterystykę silnika synchronicznego w kształcie litery U, która odzwierciedla zależność prądu stojana od prądu pola. Pod nim widać, co to jest cosinus phi. Gdy jest większy od zera, silnik ma charakter pojemnościowy, a gdy cosinus jest mniejszy od zera, obciążenie jest pojemnościowe i kompensuje moc bierną pozostałych odbiorników indukcyjnych.

Wniosek

Podsumujmy, wyliczając główne tezy dotyczące kompensacji energii biernej:

• Cel - rozładunek linii energetycznych i sieci elektrycznych przedsiębiorstw. Urządzenie może zawierać dławiki antyrezonansowe w celu obniżenia poziomu harmoniczne w sieci.
• Osoby fizyczne nie płacą za to rachunków, ale firmy tak.
• Kompensator zawiera baterie kondensatorów lub maszyny synchroniczne używane do tych samych celów.

Polecamy również obejrzenie przydatnych filmów na temat artykułu:

Powiązane materiały:

• Przyczyny utraty mocy na długich dystansach
• Jak określić zużycie energii?
• Bezprzewodowa transmisja energii elektrycznej na odległość

Według książki V.E. Kitaev, L.S. Shlyapintokh „Inżynieria elektryczna z podstawami elektroniki przemysłowej” paragraf nr 54 do wydania książki 1968 i paragraf nr 53 książki z 1973 r. wyraźnie stwierdza:... "że w obwodzie prądu przemiennego zawierającym tylko indukcyjność, prąd pozostaje w tyle za napięciem... i wyprzedza EMF samoindukcji. Możemy to powiedzieć w obwodzie indukcyjnym napięcie wyprzedza prąd w fazie o 90 stopni.

Jeśli chodzi o obciążenie pojemnościowe w tej samej książce (kolejny paragraf nr 55 wydanie z 1968 r. i #54 dla wydania z 1973 r.) jest napisane:... "podczas ładowania i rozładowywania kondensatora... Prąd wyprzedza napięcie w fazie o ćwierć okresu, tj. 90 stopni ".

A ty napisałeś wszystko na odwrót...