В каких единицах выражается реактивная мощность потребителей: Реактивная мощность кратко и понятно: что такое, формулы

Пусть приемник электро­энергии присоединен к источнику синусоидального напряжения u(t) = Usin(ωt) и потребляет синусоидальный ток i(t) = I sin (ωt -φ), сдви­нутый по фазе относительно напряжения на угол φ. U и I – действующие значения. Значение мгновенной мощности на зажимах приемника определяется выражением

и является суммой двух величин, одна из которых постоянна во времени, а другая пульсирует с двойной частотой.

Среднее значение p(t) за период Т называется активной мощностью и полностью определяется первым слагаемым уравнения (5.1):

Активная мощность ха­рактеризует энергию, расходуемую необратимо источником в единицу времени на производство полезной работы потребителем. Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т. п.

Среднее значение от второго слагаемого мгновенной мощности (1.1) (пульсирует с двойной частотой) за время Т равно нулю, т. е. на ее создание не требуется каких-либо материальных затрат и поэтому она не может совершать полезной ра­боты. Однако ее присутствие указывает, что между источником и приемником происходит обратимый процесс обмена энергией. Это возможно, если имеются элементы, способные накапливать и отдавать электромагнитную энергию – емкость и индуктивность. Эта составляющая характеризует реактивную мощность.

Полную мощность на зажимах приемника в комп­лексной форме можно представить следующим образом:

.

(5.2)

Единица измерения полной мощности S = UI – ВА.

Реактивная мощность – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями (обменом) энергии между источником и приемником. Для синусоидального тока она равна произведению действующих значений тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = UI sinφ. Единица измерения – ВАр.

Реактивная мощность не связана с полезной работой ЭП и расходуется только на создание переменных электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, аппаратах, линиях и т. д.

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как генерация, потребление, передача, потери, баланс. Считается, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощ­ность потребляется и имеет положительный знак, а если ток опережает напряжение (емкостный характер нагрузки), то реактивная мощность ге­нерируется и имеет отрицательное значение.

Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели (60–65 % общего потреб­ления), трансформаторы (20–25 %), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные электрические сети и прочие приемники (10 %).

Передача реактивной мощности загружает электрические сети и установленное в ней оборудование, уменьшая их пропускную способность. Реактивная мощность генерируется синхронными генераторами электростанций, синхронными компенса­торами, синхронными двигателями (регулирование током возбуждения), батареями конденсаторов (БК) и линиями электропередачи.

Реактивная мощность, вырабатываемая емкостью сетей, имеет следующий порядок величин: воздушная линия 20 кВ генерирует 1 кВАр на 1 км трехфазной линии; подземный кабель 20 кВ – 20 кВАр/км; воздушная линия 220 кВ – 150 кВАр/км; подземный кабель 220 кВ – 3 МВАр/км.

Коэффициент мощности и коэффициент реактивной мощности.

Векторное представление величин, характеризующих состояние сети, приводит к представлению реактивной мощности Q вектором, перпендикулярным вектору активной мощности Р (рис. 5.2 ). Их векторная сумма дает полную мощность S.

Рис. 5.1. Треугольник мощностей

Согласно рис. 5.1 и (5.2) следует, что S² = Р² + Q²; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Основным нормативным показателем, характе­ризующим реактивную мощность, ранее был коэффициент мощности cosφ. На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92–0,95. Однако выбор соотношения P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности. Например, при изменении коэффициента мощности от 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10 %, а при изменении этого же коэффициента от 0,99 до 0,98 приращение реактивной мощности составляет уже 42 %. При расчетах удобнее оперировать соотношением tgφ = Q/P, которое называют коэффициентом реактивной мощности.

Предприятиям, у которых присоединенная мощность более 150 кВт (за исключением «бытовых» потребителей), определены предельные значения коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети – с 7 до 23 часов (Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22.02.2007 г. № 49 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии»).

Предельные значения коэффициентов реактивной мощности (tgφ) нормируются в зависимости от положения точки (напряжения) присоединения потребителя к сети. Для напряжения сети 100 кВ tgφ = 0,5; для сетей 35, 20, 6 кВ – tgφ = 0,4 и для сети 0,4 кВ – tgφ = 0,35.

Введение новых директивных документов по компен­сации реактивной мощности было направлено на повышение эффективности работы всей системы электроснабжения от генераторов энергосистемы до приемников электроэнергии.

С введением коэффициента реактивной мощности стало возможным представлять потери активной мощности через активную или реактивную мощности: Р = (P²/U²) R (l + tg²φ).

Угол между векторами мощностей Р и S соответствует углу φ между векторами активной составляющей тока I_а и полного тока I, который, в свою очередь, представляет собой векторную сумму активного тока I_а, находящегося в фазе с напряжением, и реактивного тока I_р, находящегося под углом 90° к нему. Это расположение токов является расчетным приемом, связанным с разложением на активную и реактивную мощности, которое можно считать естественным.

Большинство потребителей нуждаются в реактивной мощности, поскольку они функционируют благодаря изменению магнитного поля. Для наиболее употребительных двигателей в нормальном режиме работы можно привести следующие примерные значения tgφ.

В момент пуска двигателей требуется значительное количество реактивной мощности, при этом tgφ = 4–5 (cosφ = 0,2–0,24).

Синхронные машины обладают способностью потреблять или выдавать реактивную мощность в зависимости от степени возбуждения.

В синхронных генераторах и двигателях размеры цепей возбуждения ограничивают возможность поставки реактивной мощности до максимальных значений tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) или до tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (табл. 5.1).

Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент мощности (cosφ = 0,9) и при номинальной активной нагрузке P_ном и напряжении U_ном могут вырабатывать номинальную реактивную мощность Q_ном ≈ 0,5P_ном.

При недогрузке СД по активной мощности β = P/P_ном < 1 возможна перегрузка по реактивной мощности α = Q/Q_ном > 1.

Преимуществом СД, используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности. Недостатком является то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для СД больше, чем для КБ.

Дополнительные активные потери в обмотке СД, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения cosφ от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД, равной P_ном, кВт:

Р_ном = Q²_номR /U²_ном ,

где Q_ном – номинальная реактивная мощность СД, кВ Ар; R – сопротивление одной фазы обмотки СД в нагретом состоянии, Ом; U_ном – номинальное напряжение сети, кВ.

В системах электроснабжения промышленных предприятий КБ компенсируют реактивную мощность базисной (основной) части графиков нагрузок, а СД снижают пики нагрузок графика.

Таблица 5.1

Зависимости коэффициента перегрузки по реактивной мощности синхронных двигателей

Синхронные компенсаторы.

Разновидностью СД являются синхронные компенсаторы (СК), которые представляют собой СД без нагрузки на валу. В настоящее время выпускается СК мощностью выше 5000 кВ?Ар. Они имеют ограниченное применение в сетях промышленных предприятий. Для улучшения показателей качества напряжения у мощных ЭП с резкопеременной, ударной нагрузкой (дуговые печи, прокатные станы и т. п.) используются СК.

Статические тиристорные компенсирующие устройства. 

В сетях с резкопеременной ударной нагрузкой на напряжении 6–10 кВ рекомендуется применение не конденсаторных батарей, а специальных быстродействующих источников реактивной мощности (ИРМ), которые должны устанавливаться вблизи таких ЭП. Схема ИРМ приведена на рис. 5.2. В ней в качестве регулируемой индуктивности используются индуктивности LR и нерегулируемые ёмкости С1–С3.

Рис. 5.2. Быстродействующие источники реактивной мощности

Регулирование индуктивности осуществляется тиристорными группами VS, управляющие электроды которых подсоединены к схеме управления. Достоинствами статических ИРМ являются отсутствие вращающихся частей, относительная плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть, возможность трёх- и четырёхкратной перегрузки по реактивной мощности. К недостаткам относится появление высших гармоник, которые могут возникнуть при глубоком регулировании реактивной мощности.

За счет дополнительных потерь мощности в сети, вызванных потреблением реактивной мощности, увеличивается общее потребление электроэнергии. Поэтому снижение перетоков реактивной мощности является одной из основных задач эксплуатации электрических сетей.

единица измерения, как определить, формула

Полная мощность электроцепи состоит из двух составляющих — активная и реактивная. Как правило, данная величина равна произведению действующих значений, вычисляется по следующей формуле: P=UхI. Подробнее о полной мощности в статье.

Что это такое

Полная мощность (ВА, кВА) характеризуется потребляемой нагрузкой (например, ИБП) двух составляющих, а также отклонением формы электрического тока и напряжения от гармонической. С мощностью электротока человеку приходится сталкиваться и в быту и на производстве, где применяются электрические приборы. Каждый из них потребляет электроток, поэтому при их использовании всегда необходимо учитывать возможности этих приборов, в том числе заложенные в них технические характеристики.

Чтобы определить работу мощности за одну секунду, на практике применяется формула для производительности постоянного тока. Следует отметить, что данная физическая величина меняется во времени и для выполнения практического расчета совершенно бесполезна. Для вычисления среднего значения производительности требуется интегрирование по времени.

Обратите внимание! С целью определения данного показателя в электрической цепи, где периодически происходит смена напряжения и тока, средняя ёмкость вычисляется по передаче мгновенной мощности в течение определённого времени.

Есть определенная категория людей, которая интересуется вопросом, какая бывает мощность. Активная производительность делится на следующие категории: фактическую, настоящую, полезную, реальную.

Ёмкость, преобладающая в электрических цепях постоянного тока, которая при этом получает нагрузку постоянного тока, определяется простым произведением напряжения по показателям нагрузки и потребляемого тока. Данная величина вычисляется по формуле: P = U х I. Данный результат показывает, что фазовый угол между током и напряжением отсутствует в электрических цепях постоянного тока. То есть отсутствует коэффициент производительности.

Синусоидальный сигнал намного усложняет процесс. Так как фазовый угол между током и напряжением может значительно отличаться друг от друга. Поэтому среднее значение определяется по следующей формуле:

P = U I Cosθ

Важно! Если в соединениях переменного тока фиксируется активная (резистивная) производительность, тогда для вычисления данного показателя применяется формула следующего характера: P = U х I.

Чему равна полная мощность

Теория комплексных чисел позволит тщательно разобраться в понятии полных, активных, реактивных мощностей. Соответственно, можно легко определить коэффициент. Данная теория представляет собой целый треугольник мощностей активная, реактивная и полная.

Активная производительность

Единица измерения активной мощности электрической трёхфазной цепи — ватт (русское обозначение: Вт, киловатт — кВт; международное: ватт -W, киловатт — kW).

Важно! Средняя мгновенная производительность, которая обозначается буквой Т — это активная мощность.

Там, где преобладает несинусоидальный ток, равенство электрической ёмкости соответствует средним мощностям отдельных элементов. Активная величина — это прежде всего скорость необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии. К ним относится тепловая и электромагнитная. Как правило, активная производительность выражается через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g.

Определяя любую электрическую цепь (синусоидальный или несинусоидальный ток) активная отдача всей цепи будет равна сумме активных мощностей отдельных элементов. Важно отметить, что для трёхфазных цепей электрическая производительность определяется как сумма производительности отдельных фаз. С полной ёмкостью S, активная связана соотношением полной и активной отдачи.

К сожалению, потребителю электроэнергии приходится платить не за активную (полезную) мощность, а за полную мощность. Разница в мощности на входе и на выходе системы бесперебойного питания составила 58 кВА! Необходимо учесть, что тариф за потребление электроэнергии с низким cosj (Pf) существенно выше. Таким образом, применение системы бесперебойного питания позволило не только защитить оборудование от исчезновения и провалов напряжения, но и получить существенную экономию электроэнергии.

Рассматривая длинные линии (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая производительность, которая определяется как разность между падающей и отраженной пропускной способностью.

Реактивная емкость

Часто возникает вопрос о том, что такое реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузку, которая создаётся в электросистемах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи, где преобладает синусоидальный переменный ток.

Реактивная ёмкость представляет собой энергию, которая переносится от источника на реактивные элементы прибора. К ним можно отнести: индуктивность, конденсатор, обмотки двигателей. После чего данная емкость вместе с элементами перемещается в источник в течение одного периода колебаний.

Важно подчеркнуть, что показатель sin φ для значения φ от 0 до плюс 90° представляет собой положительную величину. Данное значение, которое обозначается как sin φ для φ от 0 до минус 90° является — это отрицательная величина. Учитывая формулу, по которой происходит определение реактивной производительности, можно получить как положительную величину (при нагрузке с активно-индуктивным характером), так и отрицательную (при нагрузке с активно-ёмкостным характером). Всё это характеризуется тем, что реактивная отдача не происходит когда поступает электрический ток.

Некоторые электросистемы обладают положительной реактивной емкостью. Здесь уже говорится о том, что происходит нагрузка активно-индуктивного характера. Когда определяется отрицательная производительность то здесь производится нагрузка с активно-ёмкостным характером. Этот фактор характеризуется тем, что многие электропотребляющие устройства, подключение которых происходит при помощи трансформатора, являются активно-индуктивными.

Электрические станции оснащены синхронными генераторами. Они могут потреблять и производить реактивную ёмкость. Кроме того происходит определение величины электрического тока возбуждения, который поступает в обмотки ротора генератора. Благодаря отличительным особенностям синхронной электрической машины можно свободно регулировать заданный уровень напряжения сети. Чтобы снизить нагрузки, а также повысить коэффициент производительности электросистем, специалисты производят компенсацию реактивной ёмкости.

Обратите внимание! Если использовать современные электрические измерительные преобразователи на микропроцессорной технике, тогда производится точная оценка показателя энергии от индуктивной и нагрузки ёмкости в источник переменного напряжения.

Полная емкость

Для того чтобы определить какие системы обладают полной производительностью, необходимо изучить особенности данной величины. Полная мощность — это физическая величина, равная произведению действующих элементов периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах. Для определения соотношения полной отдачи с активной и реактивной емкостями нужно расшифровать значения, которые вычисляются по формуле. Например, соотношение производительности, где P — активная, Q — представляет собой реактивную пропускную способность (если нагрузка индуктивного характера Q»0, а при ёмкостной обозначается — Q»0).

Важно! Полная производительность описывает нагрузку, налагается на элементы подводящей электросети (проводам, распределительным щитам, трансформаторам, линиям электропередач). Ведь вся эта нагрузка зависит от потребляемой энергии, а не от расходующей пользователем энергии. Исходя из этих результатов полная мощность трансформатора или распределительного щита измеряют в вольт-амперах, а не в ваттах.

Единица измерения мощностей

Единица измерения производительности — это Джоули, деленные на секунду (Вольты, умноженные на Амперы), или Ватты. Последнее название дали в честь инженера Джеймса Уатта, создавшего паровую машину. Именно Ватт является единицей ёмкости в системе СИ.

Для электроприборов, а также на промышленных предприятиях зачастую используют более крупные единицы — киловатты, мегаватты и др. Они получаются добавлением стандартных десятичных приставок. Соответственно, 1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

Как правильно рассчитать

Активная мощность, как сделать правильный расчет?

Мощность электрического тока влияет на то, как быстро прибор сможет выполнить работу. К примеру, дорогой обогреватель, имеющий в 2 раза большую мощность, обогреет помещение быстрее, чем два дешевых, с меньшей в 2 раза мощностью. Получается, что выгоднее купить агрегат, имеющий большую мощность, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. Но, в то же время, такой агрегат будет тратить существенно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

Потребляемая мощность всех приборов в доме учитывается и при подборе проводки для прокладки в доме. Если не учитывать этого и в последующем включить в сеть слишком много приборов, то это вызовет перегрузку сети. Проводка не сможет выдержать мощность электрического тока всех приборов, что приведет к плавлению изоляции, замыканию и самовоспламенению проводки. В результате может начаться пожар, который может привести к непоправимым последствиям.

Однофазный синусоидальный ток в электрических цепях вычисляется по формуле Р = U x I x cos φ, где υ и Ι. Их обозначение шифруется следующим образом: среднеквадратичное значение напряжение и тока, а φ — фазный угол фаз между ними.

Для цепей несинусоидального тока электрическая ёмкость равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной производительности. Активная производительность характеризуется скоростью, которая имеет необратимый процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Данная ёмкость может вычисляться через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле P = I(2) x r = U(2) x g.

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная способность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая емкость определяется как сумма пропускной способности отдельных фаз. С полной производительностью S, активная связана соотношением P = S x cos φ.

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной производительностью.

Как найти реактивную полную мощность через активную? Данная производительность, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = U x I x sin φ (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным).

Как обозначается мощность

Р — мощность электрического тока обозначается (Вт).

В завершение следует отметить, что полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому данная величина трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

формула, как определить — Asutpp

Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

Определение

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности  Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.

Обозначение реактивной составляющей:

Это  номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Расчет

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

S = U * I * cos φ.

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.

Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

Q_L = U_LI = I²x_L

Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

S = √P² + Q², и все это равняется U*I .

Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

Сопротивление индуктивности: x_L = ωL = 2πfL,

Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

cos φ = r/z = P/S

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL — QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит:

1. Значительно уменьшается нагрузка силовых трансформаторов;
2. Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
3. У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
4. На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

Важность реактивной мощности для системы

Введение:

• Мы всегда на практике снижаем реактивную мощность для повышения эффективности системы. Это приемлемо на некотором уровне. Если система является исключительно резистивной или емкостной, это может вызвать проблемы в электрической системе. Переменные системы поставляют или потребляют два вида энергии: реальную мощность и реактивную мощность.
• Реальная мощность выполняет полезную работу, в то время как реактивная мощность поддерживает напряжение, которое необходимо контролировать для надежности системы.Реактивная мощность оказывает глубокое влияние на безопасность энергосистем, поскольку она влияет на напряжения во всей системе.
• Найдите важную дискуссию о важности реактивной мощности и о том, как полезно поддерживать работоспособное напряжение системы

Важность реактивной мощности:

• Управление напряжением в электроэнергетической системе важно для правильной работы электроэнергетического оборудования, чтобы предотвратить повреждения, такие как перегрев генераторов и двигателей, уменьшить потери при передаче и сохранить способность системы выдерживать и предотвращать падение напряжения.
• Уменьшение реактивной мощности, вызывающее падение напряжения, в то время как его увеличение, вызывающее повышение напряжения. Падение напряжения может происходить, когда система пытается обслуживать гораздо большую нагрузку, чем может выдержать напряжение.
• Когда реактивное питание понижает напряжение, при падении напряжения ток должен увеличиваться для поддержания потребляемой мощности, в результате чего система потребляет больше реактивной мощности, и напряжение падает еще больше. Если ток увеличивается слишком сильно, линии передачи отключаются, перегружая другие линии и потенциально вызывая каскадные сбои.
• Если напряжение падает слишком низко, некоторые генераторы автоматически отключаются, чтобы защитить себя. Падение напряжения происходит, когда увеличение нагрузки или меньшее количество генерирующих или передающих устройств вызывает падение напряжения, что вызывает дальнейшее снижение реактивной мощности от зарядки конденсатора и линии, и, тем не менее, происходит дальнейшее снижение напряжения. Если снижение напряжения продолжится, это приведет к отключению дополнительных элементов, что приведет к дальнейшему снижению напряжения и потере нагрузки. Результатом всего этого постепенного и неконтролируемого падения напряжения является то, что система не может обеспечить реактивную мощность, необходимую для подачи реактивной мощности, требует

Необходим для контроля напряжения и реактивной мощности:

• Контроль напряжения и управление реактивной мощностью – это два аспекта одного вида деятельности, которые поддерживают надежность и упрощают коммерческие транзакции в сетях передачи.
• В системе переменного тока (переменного тока) напряжение контролируется путем управления выработкой и поглощением реактивной мощности.
• Существует три причины, по которым необходимо управлять реактивной мощностью и управляющим напряжением.
• Во-первых, оборудование заказчика и энергосистемы предназначены для работы в диапазоне напряжений, обычно в пределах ± 5% от номинального напряжения. При низком напряжении многие типы оборудования работают плохо, лампочки обеспечивают меньшее освещение, асинхронные двигатели могут перегреваться и повреждаться, а некоторые электронные устройства не будут работать.Высокое напряжение может повредить оборудование и сократить срок его службы.
• Во-вторых, реактивная мощность потребляет ресурсы передачи и генерации. Чтобы максимизировать количество реальной мощности, которое может быть передано через перегруженный интерфейс передачи, потоки реактивной мощности должны быть минимизированы. Точно так же выработка реактивной мощности может ограничивать реальную мощность генератора.
• В-третьих, перемещение реактивной мощности в системе передачи несет реальные потери мощности. И мощность и энергия должны быть предоставлены, чтобы заменить эти потери.
• Контроль напряжения осложняется двумя дополнительными факторами.
• Во-первых, сама система передачи является нелинейным потребителем реактивной мощности в зависимости от нагрузки системы. При очень малой нагрузке система генерирует реактивную мощность, которая должна быть поглощена, в то время как при большой нагрузке система потребляет большое количество реактивной мощности, которую необходимо заменить. Требования к реактивной мощности системы также зависят от конфигурации генерации и передачи.
• Следовательно, реактивные требования к системе меняются во времени, когда меняются уровни нагрузки и схемы нагрузки и генерации.Основная система питания состоит из множества единиц оборудования, любое из которых может выйти из строя в любое время. Таким образом, система разработана таким образом, чтобы выдерживать потери любого отдельного элемента оборудования и продолжать работу без ущерба для любых клиентов. То есть система разработана таким образом, чтобы выдерживать одну непредвиденную ситуацию. Потеря генератора или основной линии электропередачи может привести к сокращению реактивной мощности и в то же время к перенастройке потоков таким образом, чтобы система потребляла дополнительную реактивную мощность.
• По крайней мере, часть реактивного источника должна быть способна быстро реагировать на изменение требований реактивной мощности и поддерживать приемлемые напряжения во всей системе. Таким образом, точно так же, как электрической системе требуются реальные резервы мощности для реагирования на непредвиденные обстоятельства, она также должна поддерживать резервы реактивной мощности.
Нагрузки
• также могут быть как реальными, так и реактивными. Реактивная часть нагрузки может быть подана от системы передачи. Реактивные нагрузки вызывают большее падение напряжения и реактивные потери в системе передачи, чем реальные нагрузки аналогичного размера (МВА).
• Работа системы имеет три цели при управлении реактивной мощностью и напряжениями.
• Во-первых, он должен поддерживать адекватные напряжения во всей системе передачи и распределения как для текущих, так и для непредвиденных обстоятельств.
• Во-вторых, он стремится минимизировать скопление реальных потоков энергии.
• В-третьих, он стремится минимизировать реальные потери мощности.

Основная концепция реактивной мощности

1) Почему нам нужна реактивная мощность:

• Активная мощность – это энергия, подаваемая для работы двигателя, обогрева дома или освещения электрической лампочки.Реактивная мощность обеспечивает важную функцию регулирования напряжения.
• Если напряжение в системе недостаточно высокое, активная мощность не подается.
• Реактивная мощность используется для обеспечения уровней напряжения, необходимых для активной мощности для выполнения полезной работы.
• Реактивная мощность необходима для передачи активной мощности через систему передачи и распределения потребителю. Реактивная мощность требуется для поддержания напряжения для подачи активной мощности (Вт) по линиям передачи.
• Моторные нагрузки и другие нагрузки требуют реактивной мощности, чтобы преобразовать поток электронов в полезную работу.
• Когда реактивной мощности недостаточно, напряжение падает, и невозможно протолкнуть мощность, требуемую нагрузками, по линиям ».

2) Реактивная мощность является побочным продуктом систем переменного тока

• Трансформаторы, линии электропередачи и двигатели требуют реактивной мощности. Электродвигатели нуждаются в реактивной мощности для создания магнитных полей для их работы.
• Трансформаторы и линии электропередачи вводят индуктивность и сопротивление

1. Оба противостоят потоку тока
2. Необходимо поднять напряжение выше, чтобы протолкнуть мощность через индуктивность линий
3. Если емкость не вводится для компенсации индуктивности

3) Как напряжения управляются реактивной мощностью:

• Напряжения контролируются путем обеспечения достаточного запаса реактивной мощности для обеспечения потребностей до

1. Шунтирующие конденсаторные и реакторные компенсации
2. Динамическая компенсация
3. Правильный график напряжения генерации.

• Напряжения контролируются путем прогнозирования и корректировки потребности в реактивной мощности от нагрузок

4) Реактивная мощность и коэффициент мощности

• Реактивная мощность присутствует, когда напряжение и ток не находятся в фазе

1. Один сигнал ведет к другому
2. Фазовый угол не равен 0 °
3. Коэффициент мощности меньше единицы

• Измеряется в вольт-амперных реактивных (VAR)
• Получается, когда текущая форма волны опережает форму напряжения (опережающий коэффициент мощности)
• Наоборот, потребляется, когда текущая форма сигнала отстает от напряжения (коэффициент мощности отстает)

5) Ограничения реактивной мощности:

• Реактивная мощность не распространяется очень далеко.
• Обычно необходимо производить его близко к месту, где это необходимо
• Поставщик / источник, находящийся близко к месту потребности, находится в гораздо лучшем положении для обеспечения реактивной мощности по сравнению с поставщиком, который расположен далеко от места потребности
• Реактивные источники питания тесно связаны с возможностью подачи реальной или активной мощности.

Реактивная мощность вызвала отсутствие электричества -А отключение

• Качество подачи электроэнергии можно оценить по ряду параметров.Однако самым важным всегда будет наличие электрической энергии, а также количество и продолжительность прерываний.
• Когда потребление электроэнергии велико, потребность в индуктивной реактивной мощности увеличивается в той же пропорции. В этот момент линии передачи (которые хорошо нагружены) вводят дополнительную индуктивную реактивную мощность. Местные источники емкостной реактивной мощности становятся недостаточными. Необходимо подавать больше реактивной мощности от генераторов электростанций.
• Может случиться так, что они уже полностью загружены, и реактивную мощность придется доставлять из более отдаленных мест. Передача реактивной мощности будет загружать больше линий, что, в свою очередь, приведет к увеличению реактивной мощности. Напряжение на стороне потребителя будет снижаться дальше. Локальное управление напряжением с помощью автотрансформаторов приведет к увеличению тока (чтобы получить ту же мощность), а это, в свою очередь, приведет к падению напряжения в линиях. В один момент этот процесс может идти как лавина, снижая напряжение до нуля.В то же время большинство генераторов на электростанциях отключатся из-за недопустимо низкого напряжения, что, конечно, ухудшит ситуацию.
• Недостаточная реактивная мощность, приводящая к падению напряжения, стала причиной крупных отключений электроэнергии во всем мире. Падение напряжения произошло в Соединенных Штатах в результате отключения электроэнергии 2 июля 1996 г. и 10 августа 1996 г. на западном побережье
• В то время как 14 августа 2003 г. отключение напряжения в Соединенных Штатах и ​​Канаде не было вызвано падением напряжения, поскольку этот термин традиционно использовался инженерами энергосистемы, в заключительном отчете целевой группы говорится, что «Недостаточная реактивная мощность была проблемой в отключении электроэнергии и в отчете также «переоценка динамики реактивной мощности системной генерации» в качестве общего фактора среди крупных отключений в Соединенных Штатах.
• Спрос на реактивную мощность был необычно высок из-за большого объема междугородных передач, проходящих через Огайо в районы, включая Канаду, чем это необходимо для импорта электроэнергии для удовлетворения местного спроса. Но запас реактивной мощности был низким из-за того, что некоторые электростанции вышли из строя и, возможно, из-за того, что другие электростанции не производили достаточного количества энергии ».

Проблема реактивной мощности:

• Хотя реактивная мощность необходима для работы многих электрических устройств, она может оказывать вредное воздействие на приборы и другие моторизованные нагрузки, а также на электрическую инфраструктуру.Поскольку ток, протекающий через электрическую систему, выше, чем тот, который необходим для выполнения требуемой работы, избыточная мощность рассеивается в виде тепла, когда реактивный ток протекает через резистивные компоненты, такие как провода, переключатели и трансформаторы. Имейте в виду, что всякий раз, когда энергия расходуется, вы платите. Не имеет значения, расходуется ли энергия в виде тепла или полезной работы.
• Мы можем определить, сколько реактивной мощности используют электрические устройства, измерив их коэффициент мощности, соотношение между реальной мощностью и реальной мощностью.Коэффициент мощности 1 (то есть 100%) в идеале означает, что вся электрическая мощность используется для реальной работы. Дома обычно имеют общие коэффициенты мощности в диапазоне от 70% до 85%, в зависимости от того, какие устройства могут работать. Новые дома с новейшими энергоэффективными приборами могут иметь общий коэффициент мощности 90%.
• Электрические компании корректируют коэффициент мощности в промышленных комплексах, либо они потребуют от обидчика, либо взимают плату за реактивную мощность.Электрические компании не беспокоятся о жилом обслуживании, потому что влияние на их распределительную сеть не так сильно, как в сильно индустриализированных районах. Тем не менее, верно, что коррекция коэффициента мощности помогает электрической компании, снижая спрос на электроэнергию, тем самым позволяя им удовлетворять потребности в обслуживании в других местах.
• Коррекция коэффициента мощности не приведет к увеличению счета за электричество и не нанесет вреда вашим электрическим устройствам. Технология успешно применяется во всей отрасли в течение многих лет.При правильном размере коррекция коэффициента мощности повысит электрическую эффективность и долговечность индуктивных нагрузок. Коррекция коэффициента мощности может иметь неблагоприятные побочные эффекты (например, гармоники) на чувствительном промышленном оборудовании, если им не занимаются хорошо осведомленные, опытные специалисты. Коррекция коэффициента мощности в жилых домах ограничена мощностью электрической панели (не более 200 А) и не компенсирует индуктивные нагрузки в домашних условиях. Повышая эффективность электрических систем, снижается потребность в энергии и ее воздействие на окружающую среду

Влияние реактивной мощности в различных элементах энергосистемы:

1) Поколение:

• Основная функция генератора электроэнергии заключается в преобразовании топлива в электроэнергию.Почти все генераторы также имеют значительный контроль над своим напряжением на клеммах и выходной реактивной мощностью.
• Способность генератора обеспечивать реактивную поддержку зависит от его реальной выработки электроэнергии. Как и большинство электрического оборудования, генераторы ограничены их токонесущей способностью. Вблизи номинального напряжения эта способность становится пределом MVA для якоря генератора, а не ограничением MW.
• Производство реактивной мощности включает в себя увеличение магнитного поля для повышения напряжения на клеммах генератора.Увеличение магнитного поля требует увеличения тока в обмотке вращающегося поля. Поглощение реактивной мощности ограничено картиной магнитного потока в статоре, что приводит к чрезмерному нагреву утюга на стороне статора – предела нагрева на стороне сердечника.
• Момент синхронизации также уменьшается при поглощении большого количества реактивной мощности, что также может ограничить возможности генератора, чтобы уменьшить вероятность потери синхронизации с системой.
• Генератор первичного двигателя (эл.например, паровая турбина) обычно проектируется с меньшей мощностью, чем электрический генератор, что приводит к пределу первичного хода. Разработчики признают, что генератор будет вырабатывать реактивную мощность и поддерживать напряжение системы большую часть времени . Обеспечение первичного двигателя, способного выдавать всю механическую энергию, которую генератор может преобразовывать в электричество, когда он не производит и не поглощает реактивную мощность, приведет к недостаточному использованию первичного двигателя.
• Для производства или поглощения дополнительных VAR за этими пределами потребуется уменьшение реальной выходной мощности устройства.Управление реактивным выходом и напряжением на клеммах генератора обеспечивается регулировкой постоянного тока во вращающемся поле генератора. Управление может быть автоматическим, непрерывным и быстрым.
• Присвоенные характеристики генератора помогают поддерживать напряжение системы. При любой заданной настройке поля генератор имеет определенное напряжение на клеммах, которое он пытается удерживать. Если напряжение системы падает, генератор подает реактивную мощность в систему питания, стремясь поднять напряжение системы.Если системное напряжение повышается, реактивная мощность генератора падает, и в конечном итоге реактивная мощность поступает в генератор, что приводит к снижению системного напряжения. Регулятор напряжения будет усиливать это поведение, управляя током поля в соответствующем направлении, чтобы получить желаемое системное напряжение.

2) Синхронные конденсаторы:

• Каждая синхронная машина (двигатель или генератор) с управляемым полем обладает возможностями реактивной мощности, описанными выше.
• Синхронные двигатели иногда используются для обеспечения динамического напряжения питания системы питания, поскольку они обеспечивают механическую мощность для своей нагрузки. Некоторые турбины внутреннего сгорания и гидроагрегаты спроектированы так, чтобы генератор мог работать без механического источника энергии, просто чтобы обеспечить возможность реактивной мощности для энергосистемы, когда реальное производство электроэнергии отсутствует или не требуется. Синхронные машины, которые предназначены исключительно для обеспечения реактивной поддержки, называются синхронными конденсаторами.
• Синхронные конденсаторы обладают всеми преимуществами скорости отклика и управляемости генераторов, при этом нет необходимости строить остальную часть силовой установки (например, оборудование для перекачки топлива и котлы). Поскольку они представляют собой вращающиеся машины с движущимися частями и вспомогательными системами, они могут требовать значительно большего обслуживания, чем статические альтернативы. Они также потребляют реальную мощность, равную примерно 3% от номинальной реактивной мощности машины.

3) Конденсаторы и индукторы:

• Конденсаторы и индукторы (которые иногда называют реакторами) являются пассивными устройствами, которые генерируют или поглощают реактивную мощность.Они достигают этого без существенных реальных потерь мощности или эксплуатационных расходов.
• Выход конденсаторов и катушек индуктивности пропорционален квадрату напряжения . Таким образом, конденсаторная батарея (или катушка индуктивности), оцененная в 100 МВАР, будет производить (или поглощать) только 90 МВАР, когда напряжение падает до 0,95 п.н., но она будет производить (или поглощать) 110 МВАР, когда напряжение возрастает до 1,05 ПУ. Это соотношение полезно, когда для удержания напряжения используются индукторы.
• Индуктор поглощает больше, когда напряжение самое высокое, и устройство больше всего нужно.Эта связь является неудачной для более распространенного случая, когда конденсаторы используются для поддержки напряжений. В крайнем случае падение напряжения приводит к тому, что конденсаторы вносят меньший вклад, что приводит к дальнейшему снижению напряжения и еще меньшей поддержке от конденсаторов; в конечном счете, происходит падение напряжения и происходят перебои.
Индукторы
• представляют собой дискретные устройства, предназначенные для поглощения определенного количества реактивной мощности при определенном напряжении. Они могут быть включены или выключены, но не предлагают переменного управления.
• Конденсаторные батареи состоят из отдельных емкостных банок, обычно 200 кВАР или менее каждая.Банки соединены последовательно и параллельно, чтобы получить требуемое напряжение и емкость конденсаторной батареи. Как и катушки индуктивности, конденсаторные батареи представляют собой дискретные устройства, но они часто конфигурируются с помощью нескольких шагов, чтобы обеспечить ограниченный объем переменного управления, что делает его недостатком по сравнению с синхронным двигателем.

4) Статические компенсаторы VAR: (SVC)

• SVC сочетает в себе обычные конденсаторы и индукторы с возможностью быстрого переключения.Переключение происходит во временном интервале субцикла (т.е. менее чем за 1/60 секунды), обеспечивая непрерывный диапазон управления. Диапазон может быть рассчитан на диапазон от поглощения до генерации реактивной мощности. Следовательно, элементы управления могут быть разработаны для обеспечения очень быстрой и эффективной реактивной поддержки и контроля напряжения.
• Поскольку SVC используют конденсаторы, они страдают от такого же снижения реактивной способности, как и падения напряжения. Они также не имеют возможности кратковременной перегрузки генераторов и синхронных конденсаторов.Приложения SVC обычно требуют применения фильтров гармоник для уменьшения количества гармоник, вводимых в систему питания.

5) Статические синхронные компенсаторы: (STATCOMs)

• STATCOM – это твердотельное шунтирующее устройство, которое генерирует или поглощает реактивную мощность и является одним из членов семейства устройств, известных как гибкая система передачи переменного тока.
• STATCOM похож на SVC по скорости отклика, возможностям управления и использованию силовой электроники.Однако вместо того, чтобы использовать обычные конденсаторы и индукторы в сочетании с быстрыми переключателями, STATCOM использует силовую электронику для синтеза выходной реактивной мощности. Следовательно, выходная мощность обычно симметрична, обеспечивая столько же возможностей для производства, сколько и поглощение.
• Твердотельная природа STATCOM означает, что, подобно SVC, элементы управления могут быть разработаны для обеспечения очень быстрого и эффективного контроля напряжения. Несмотря на отсутствие возможности кратковременной перегрузки генераторов и синхронных конденсаторов, емкость STATCOM не страдает так серьезно, как SVC и конденсаторы от пониженного напряжения.
• STATCOM ограничены по току, поэтому их способность MVAR линейно реагирует на напряжение, в отличие от отношения квадратов напряжения SVC и конденсаторов. Этот атрибут значительно увеличивает полезность STATCOM для предотвращения падения напряжения.

6) Распределенная генерация:

• Распределение ресурсов генерации по энергосистеме может иметь положительный эффект, если генерация способна обеспечить реактивную мощность.Без этой способности контролировать выходную реактивную мощность производительность системы передачи и распределения может быть ухудшена.
• Индукционные генераторы были привлекательным выбором для небольших, связанных с сетью генераций, в первую очередь потому, что они относительно недороги. Они не требуют синхронизации и имеют механические характеристики, привлекательные для некоторых применений (например, ветра). Они также поглощают реактивную мощность, а не генерируют ее, и не являются управляемыми. Если выходная мощность генератора колеблется (как ветер), реактивная потребность генератора также колеблется, что усугубляет проблемы контроля напряжения для системы передачи.
• Индукционные генераторы можно компенсировать статическими конденсаторами, но эта стратегия не решает проблему флуктуации и не обеспечивает контролируемую поддержку напряжения. Многие распределенные ресурсы генерации теперь подключаются к электросети через твердотельную силовую электронику, чтобы позволить скорости первичного двигателя изменяться независимо от частоты энергосистемы. Для ветра это использование твердотельной электроники может улучшить захват энергии.
• Для газовых микротурбин оборудование силовой электроники позволяет им работать на очень высоких скоростях.Фотоэлектрические устройства генерируют постоянный ток и требуют, чтобы инверторы соединяли их с энергосистемой. Устройства накопления энергии (например, батареи, маховики и сверхпроводящие устройства накопления магнитной энергии) часто также распределены и требуют твердотельных инверторов для взаимодействия с сеткой. Такое расширенное использование твердотельного интерфейса между устройствами и энергосистемой имеет дополнительное преимущество, заключающееся в обеспечении полного управления реактивной мощностью, аналогичного использованию STATCOM.
• Фактически, большинству устройств необязательно обеспечивать активную мощность для полного диапазона реактивного управления.Поколение первопроходца, например, турбина, может быть выведена из строя, в то время как реактивный компонент полностью функционирует. Это технологическое развитие (твердотельная силовая электроника) превратило потенциальную проблему в выгоду, позволив распределенным ресурсам внести свой вклад в контроль напряжения.

7) Передающая сторона:

• Неизбежным следствием работы нагрузки является наличие реактивной мощности, связанной с фазовым сдвигом между напряжением и током.
• Некоторая часть этой мощности компенсируется на стороне клиента, а остальная часть загружает сеть. Контракты на поставку не требуют cosφ, равного единице. Реактивная мощность также используется владельцем линий электропередачи для управления напряжениями.
• Реактивная составляющая тока увеличивает ток нагрузки и увеличивает падение напряжения на импедансе сети . Регулируя поток реактивной мощности, оператор меняет напряжение в линиях и, таким образом, напряжение в точке подключения клиента.
• Напряжение на стороне клиента зависит от всего, что происходит на пути от генератора к нагрузке клиента. Все узлы, точки подключения других линий передачи, распределительная станция и другое оборудование способствуют потоку реактивной мощности.
• Сама линия электропередачи также является источником реактивной мощности. Линия, которая открыта на другом конце (без нагрузки), похожа на конденсатор и является источником емкостной (опережающей) реактивной мощности. Продольные индуктивности без тока не намагничены и не вводят никаких реактивных компонентов.С другой стороны, когда линия проводит большой ток, вклад продольных индуктивностей превалирует, и сама линия становится источником индуктивной (отстающей) реактивной мощности. Для каждой линии может быть рассчитано характерное значение мощности потока.
• Если передаваемая мощность превышает предварительно определенное значение, линия вводит дополнительно индуктивную реактивную мощность, а если она ниже предварительно определенного значения, линия вводит емкостную реактивную мощность. Предварительно определенное значение зависит от напряжения: для линии 400 кВ это около 32% от номинальной мощности передачи, для линии 220 кВ около 28% и для линии 110 кВ около 22%.Процент будет варьироваться в зависимости от параметров строительства.
• Реактивная мощность, создаваемая самими линиями, действительно мешает оператору системы передачи. Ночью, когда спрос низок, необходимо подключить параллельные реакторы для потребления дополнительной емкостной реактивной мощности линий. Иногда необходимо отключить малонагруженную линию (что определенно влияет на надежность системы). В часы пик не только нагрузки потребителей вызывают большие падения напряжения, но и индуктивная реактивная мощность линий увеличивает общий поток мощности и вызывает дальнейшие падения напряжения.
• Контроль напряжения и реактивной мощности имеет некоторые ограничения. Большая часть реактивной мощности вырабатывается в объединениях электростанций. Генераторы могут обеспечить плавно регулируемую опережающую и запаздывающую реактивную мощность без каких-либо затрат на топливо.
• Однако реактивная мощность занимает генерирующую мощность и снижает выработку активной мощности. Кроме того, не стоит передавать реактивную мощность на большие расстояния (из-за потерь активной мощности). Контроль, предоставляемый «в пути» в линии электропередачи, узлах связи, распределительной станции и других точках, требует установки конденсаторов или \ и реакторов.
• Они часто используются с системой замены отводов трансформатора. Диапазон регулирования напряжения зависит от их размера. Контроль может состоять, например, из при повышении напряжения трансформатора, а затем уменьшении его током реактивных токов.
• Если напряжение трансформатора достигает наибольшего значения и все конденсаторы работают, напряжение на стороне потребителя не может быть дополнительно увеличено. С другой стороны, когда требуется снижение, предел устанавливается максимальной реактивной мощностью реакторов и самым низким отводом трансформатора.

Методы оценки для контроля напряжения и реактивной мощности:

• Планировщики передачи и распределения должны заранее определить требуемый тип и место реактивной коррекции.

1) Поддержка статического и динамического напряжения

• Тип требуемой реактивной компенсации зависит от времени, необходимого для восстановления напряжения.
• Статическая компенсация идеально подходит для секундного и минутного отклика.(Конденсаторы, реакторы, переключатели).
Динамическая компенсация
• идеально подходит для мгновенных ответов. (конденсаторы, генераторы)
• Для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне необходим надлежащий баланс поддержки статического и динамического напряжения.

2) Реактивные резервы при различных рабочих условиях

• Конденсаторы, реакторы и конденсаторы системы должны работать для обеспечения нормальной реактивной нагрузки.По мере увеличения нагрузки или после возникновения непредвиденных обстоятельств следует включать дополнительные конденсаторы или удалять реакторы для поддержания приемлемых напряжений системы.
• Реактивная способность генераторов должна быть в значительной степени зарезервирована для непредвиденных обстоятельств в системе EHV или для поддержки напряжений в экстремальных условиях работы системы.
• Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы, если желаемое напряжение недостижимо, а запас реактивной мощности

3) Координация напряжений

• Реактивные источники должны быть скоординированы, чтобы гарантировать, что адекватные напряжения поддерживаются повсюду в соединенной системе во всех возможных условиях системы.Поддержание приемлемых системных напряжений включает в себя координацию источников и приемников, которые включают в себя:

1. Графики напряжения на заводе
2. Настройки трансформаторного крана
3. Реактивные настройки устройства
4. Схемы отключения нагрузки.

• Последствия несогласованных вышеперечисленных операций будут включать:

1. Увеличение потерь реактивной мощности
2. Уменьшение реактивной маржи, доступной для непредвиденных обстоятельств и условий экстремальной легкой нагрузки
3. Чрезмерное переключение шунтирующих конденсаторов или реакторов
4. Увеличена вероятность падения напряжения.

• График напряжения установки: Каждая электростанция должна поддерживать определенное напряжение на системной шине, к которой подключена установка. Назначенный график позволит энергоблоку, как правило, работать:

1. В середине диапазона реактивной способности в нормальных условиях
2. На верхнем крае диапазона реактивных способностей при непредвиденных обстоятельствах
3. «Недостаточно возбужден» или поглощает реактивную мощность в условиях экстремальных легких нагрузок.

• Параметры отводов трансформатора : Отводы трансформатора должны быть согласованы друг с другом и с графиками напряжения близлежащей генераторной станции.
• Отводы трансформатора следует выбирать таким образом, чтобы вторичные напряжения оставались ниже пределов оборудования в условиях малой нагрузки.
• Настройки реактивного устройства : Конденсаторы в сетях низкого напряжения должны быть установлены на включение, чтобы поддерживать напряжения во время пиковых и непредвиденных ситуаций.И «Выкл», когда больше не требуется поддержка уровней напряжения.
• Схемы отключения нагрузки: Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы как «последнее средство» для поддержания приемлемых напряжений.

4) Контроль напряжения и реактивной мощности

• Требуется работа по координации всех дисциплин передачи и распределения.
• Передача должна:

1. Прогноз реактивного спроса и обязательной резервной маржи
2. Запланируйте, спроектируйте и установите необходимый тип и место реактивной коррекции
3. Поддерживать реактивные устройства для правильной компенсации
4. Вести счетчики для обеспечения точных данных
5. При необходимости порекомендуйте правильную схему отключения нагрузки.

1. Полностью скомпенсировать распределение нагрузки до того, как рассматривается реактивная компенсация передачи
2. Поддерживать реактивные устройства для правильной компенсации
3. Вести счетчики для обеспечения точных данных
4. Установка и проверка автоматических схем отключения нагрузки под напряжением

Справочные материалы:

1. Самир Аганович,
2. Зоран Гайиш,
3. Grzegorz Blajszczak- Варшава, Польша,
4. Джанфранко Чикко
5. Роберт П.О’Коннелл-Уильямс Энерджи Компани
6. Harry L. Terhune – американская передающая компания,
7. Авраам Ломи, Фернандо Альварадо, Благой Борисов, Лоуренс Д. Кирш
8. Роберт Томас,
НАЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ОАК-РИДЖ

Нравится:

Нравится Загрузка …

Похожие

О Джинеш.Пармар (B.E, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Джинеш Пармар получил степень M.Tech (Управление энергосистемой), B.E (Электрооборудование). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членство №: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в области передачи, распределения, обнаружения краж электрической энергии, электрического обслуживания, электрических проектов (планирование, проектирование, технический анализ, координация, исполнение). В настоящее время он работает в одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмедабаде, Индия.Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Электрическое зеркало», «Электрическая Индия», «Освещение Индии», «Умная энергия», «Промышленная Электрикс» (Австралийские энергетические публикации). Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные базовые электрические программы Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блогер и знаком с английским, хинди, гуджарати, французским языками. Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновить себя по различным инженерным темам.

Как рассчитать количество ступеней и реактивную мощность конденсаторных батарей

Конденсаторные батареи и ступени

В зависимости от размера модуля компенсации, он собирается с конденсаторами одинакового размера (в больших единицах) или другого размера. Блок с общей реактивной мощностью, например, 300 кВар состоит из шести силовых конденсаторов по 50 кВАр каждый.

Как рассчитать количество шагов и реактивную мощность конденсаторных батарей (фоторепортаж: Janitza electronics)

Таким образом, количество конденсаторов идентично количеству ступеней: шесть конденсаторов, управляемых шестью ступенями .

Однако банки компенсации с неравными шагами, например 50 кВар и 25 кВар (см. Рис. 1), обеспечивают компенсацию в режиме «точного пошагового» . Меньшие блоки до 150 кВАр имеют экономичные комбинации конденсаторов разных размеров.

Рисунок 1 – Компенсационный банк с защитой от реактора 400 кВар, 400 В, 50 Гц, 16 × 25 кВар (фото предоставлено: Frako Kondensatoren und Anlagenbau GmbH, Германия)

Например, блок компенсации с общей мощностью 110 кВар собран с четырьмя конденсаторами 10, 20 и 2 × 40 кВар (соотношение 1: 2: 4: 4) для обеспечения управления в 11 шагах .Более старый коэффициент мощности передает управление с помощью фиксированной программы переключения, так называемой «геометрической последовательности переключения» (см. Рисунок 2).

Современные реле «выбирают» правильный размер конденсатора , обращаясь к фактической потребности в реактивной мощности непосредственно .

Рисунок 2 – Фиксированные программы переключения для конденсаторов одинакового или неравного размера

После определения общей потребности в реактивной мощности, подлежащей компенсации, затем определяется, какие типы единиц компенсации (см. Эту статью) следует использовать.Что касается их местоположения, следует иметь в виду, что выводы должны быть всегда освобождены от реактивной мощности.

Потери мощности (кВт · ч) вдоль выводов возрастают в квадрате с полной мощностью (I ² × R) .

В небольших установках часто достаточно одной компенсации центрального типа. Коэффициент мощности, запрашиваемый поставщиком электроэнергии, должен сохраняться в среднем в течение одного расчетного периода. Краткие отклонения от целевого значения коэффициента мощности не должны контролироваться быстро.Таким образом, задержки переключения на шаг от 30 до 40 с вполне достаточны.

Необходимо учитывать, что более короткие задержки увеличивают количество операций переключения, которые часто подсчитываются современными реле коэффициента мощности.

Еще одним критерием выбора компенсационных банков является тип потребителя . Если есть только несколько потребителей с высокой номинальной мощностью, то применяется конденсаторная батарея с грубым пошаговым управлением. Установки со многими потребителями среднего или малого размера требуют компенсации с контролем точного шага.

Для этой цели доступны более дорогих компенсационных единиц с 12 или даже 14 ступенями (рисунок 3).

Рисунок 3 – Принципиальная электрическая схема блока компенсации, готового к установке:

Где:

• (a) Блок управления, включая реле коэффициента мощности
• (b) Базовая единица с шагами 1–6
• (c) Удлинитель с шагами 7–12
• F1 – главные предохранители
• F2 – предохранители управления
• F3 – предохранители конденсаторов
• K1 – K12 – контакторы
• P1 – реле коэффициента мощности
• T1 – силовой трансформатор
• T2 – трансформатор тока (устанавливается на распределительной панели)
• X1 – терминал управления
• X2 – штекерные соединения между модулями

В течение проектного периода следует учитывать возможное продление в будущем.Это должно спланировать достаточно места для модуля расширения и, кроме того, установить реле коэффициента мощности с дополнительными выходами управления.

Большинство электронных реле коэффициента мощности, имеющихся на рынке, способны автоматически распознавать незанятые шаги и выводить их из строя . Если модуль расширения установлен, существующая компенсация должна быть «без напряжения», включая реле коэффициента мощности.

После завершения установки модуль расширенной компенсации будет снова включен.Прежде всего, реле коэффициента мощности проверяет все выходы с самого начала и распознает шаги нового конденсатора (см. Рис. 4a и 4b).

Рисунок 4 – Контроллер коэффициента мощности: 30–525 В, 50/60 Гц; до 12 выходов управления – подходит для работы в четырех квадрантах (фото предоставлено: Condensator Dominit GmbH, Германия) Рисунок 5 – Реле контроля реактивной мощности: 400 В / 230 В, 50 Гц; 12 управляющих выходов; подходит для четырехквадрантной операции (фото предоставлено Frako Kondensatoren und Anlagenbau GmbH, Германия)

Старые реле коэффициента мощности, все еще работающие на многих станциях по всему миру, следуют строгой программе переключения, например, переключение с шага 1 на 6 или вниз с 6 на 1 или 0 (см. Рисунок 2, арифметическая последовательность).

Эта программа имеет существенный недостаток в отношении количества часов работы на шаг: В худшем случае на шаг 1 все время подается питание по сравнению с шагом 6, который никогда не переключался в !

Поэтому современные реле коэффициента мощности были заменены на так называемую программу вращения или круговой коммутации , как показано на рисунке 5. Эта программа распределяет часы работы равномерно по конденсаторам.

Рисунок 5 – Круговая или ротационная программа переключения, показанная по желанию

Конденсатор, находящийся под напряжением в течение самого длительного времени во время процедуры управления, будет сначала отключен, а затем будет подключен конденсатор, который был отключен дольше всего.Даже, например, во время окончания работы в пятницу (см. Секторы A и B), если все конденсаторы будут отключены, утром в понедельник тогда на конденсатор 7 или 3 будет подано напряжение в первую очередь, обращаясь к секторам C и D, при условии, что не было отключение при нулевом напряжении.

Как упоминалось выше, меньшие компенсационные блоки работают с конденсаторами разных размеров, например, 10 кВАр, 20 кВар и двумя конденсаторами по 40 кВар каждый. Благодаря соотношению мощностей 1: 2: 4: 4 , так называемая геометрическая последовательность (см. Рисунок 2) используется много раз.

Первый шаг в 10 квар символизирует размер шага компенсационного банка и имеет наибольшее количество операций переключения в течение срока его службы. Он будет включен и выключен четыре раза до последнего шага 7, строго следуя программе переключения.

Однако современные микропроцессорные реле коэффициента мощности всегда «выбирают» соответствующий конденсатор, в зависимости от фактического отклонения реактивной мощности .

Это экономит операции переключения, особенно для конденсаторов 10 и 20 кВАр; они будут включены в процедуру контроля, если фактическое отклонение реактивной мощности превышает две трети (66%) только 10 или 20 кВар.Это определяет так называемое значение «C / k» – значение, которое рассчитывается по размеру шага C, деленному на отношение k трансформатора тока .

Пороговый уровень C / k Значение

Большинство банков компенсации контролируются поэтапно. Для этого важно «знать» , когда разрешено (де) активировать ступень конденсатора с помощью реле коэффициента мощности.

Так называемое значение C / k рассчитывается на величиной шага C, деленной на отношение k трансформатора тока .

Ясно, что конденсатор с, например, 50 кВАр не может быть включен, если реле коэффициента мощности измеряет отклонение реактивной мощности всего 10 кВар относительно предварительно отрегулированного целевого коэффициента мощности. Если это так, 40 кВар «зависнет» на другой стороне линии, представляющей целевой коэффициент мощности (см. Рисунок 6).

Рисунок 6 – Функция между линией cos φ _d и линией C / k

Реле отключится из-за уровня 10 кВАР. Эта процедура, называемая «охотой» (колеблющейся), будет повторяться постоянно.Эта опасность возникла в более старых реле коэффициента мощности с ручной регулировкой C / k, когда они были установлены неправильно или слишком низко . По крайней мере, две трети (66%) размера шага должны существовать как отклонение, чтобы войти в процедуру контроля. Процент может варьироваться от 65 до 85% в зависимости от реалистичных допусков конденсатора, трансформатора тока и самого реле коэффициента мощности.

Значение C / k символизирует пороговый уровень, проходящий параллельно обеим сторонам симметрично так называемой «обратной линии» , представляющей желаемый целевой коэффициент мощности cos φ _d (см. Рисунок 6).Таким образом возникает полоса пропускания нечувствительной зоны.

• Если обнаруженный вектор кажущегося тока находится в пределах полосы пропускания, любое управление реактивной мощностью должно быть остановлено.
• Если вектор превышает пороговый уровень вправо, реле коэффициента мощности должно переключаться с шагом конденсатора.
• Если вектор превышает пороговый уровень влево, ступени конденсатора должны быть отключены, чтобы вектор снова попал в полосу пропускания.

Все реле коэффициента мощности должны соответствовать математическому описанию, чтобы избежать «охоты»:

Где:

• C / k – необходимый уровень реактивного тока для входа в процедуру управления (Ar = ампер реактивный)
• Qc – ступень конденсатора (квар)
• U – дельта-напряжение сети (кВ)
• к – коэффициент трансформации трансформатора тока

В современных микропроцессорных реле правильная регулировка C / k происходит автоматически .Они также поддаются минимальной чувствительности в 1%; при более низких значениях реле не способны «распознавать» ступени конденсатора. Поэтому значение C / k и его значение очень важны для понимания.

Со временем реле коэффициента реактивной мощности с ручной настройкой C / k предназначены для выключения.

Ссылка // Компенсация реактивной мощности Вольфганга Хофмана, Юргена Шлаббаха и Вольфганга Джаста (Покупка печатной копии у Amazon)

,