Αλληλεπίδραση μεταξύ συντελεστή ισχύος και αντιστάθμισης άεργου ισχύος

Έχετε αντιμετωπίσει ποτέ αυτό το αινιγματικό πρόβλημα; Εγκαταστήσατε πρόσθετους πυκνωτές αντιστάθμισης για να βελτιώσετε την ποιότητα ισχύος -, ωστόσο το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας αυξήθηκε, όχι μειώθηκε. Ποια είναι η κρυμμένη τεχνική αιτία πίσω από αυτό το αδιανόητο αποτέλεσμα; Σε αυτό το κομμάτι, αναλύουμε τις βασικές αρχές του συντελεστή ισχύος και της αντιστάθμισης άεργου ισχύος, σας καθοδηγούμε στους υπολογισμούς για την ικανότητα αντιστάθμισης και περιγράφουμε πρακτικά μέτρα για τον μετριασμό των καταστροφών.

 

Ο συντελεστής ισχύος εξαρτάται από το φορτίο-. Στα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, ο συντελεστής ισχύος είναι πάντα ακριβώς 1, επομένως η ίδια η έννοια είναι λειτουργικά άσχετη. Μόλις μπούμε στον κόσμο της ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος, ο συντελεστής ισχύος μπαίνει στο παιχνίδι - και είναι σχεδόν πάντα μικρότερος από 1.

 

Ο συντελεστής ισχύος ορίζεται επίσημα ως ο λόγος της ενεργού ισχύος προς τη φαινόμενη ισχύ.

Ενεργή Ισχύς: Η πραγματική ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται από τον εξοπλισμό για την παραγωγή πραγματικού, χρήσιμου έργου.

Αδραστική Ισχύς: Δεν χρησιμοποιείται ποτέ από το φορτίο. αντί. Είναι ενέργεια που συνεχώς κυκλοφορεί και ταλαντώνεται αδρανώς μέσα στο ηλεκτρικό δίκτυο.

Η γεωμετρική σχέση μεταξύ των τριών μεγεθών ακολουθεί αυτόν τον τύπο:

                                                     P²+Q²=S²(Ενεργή ισχύς² + άεργη ισχύς²=Φαινόμενη ισχύς²)

2. Γιατί χρειαζόμαστε αντιστάθμιση άεργου ισχύος;

 

Ο συντελεστής ισχύος καθορίζεται βασικά από τη χωρητική και επαγωγική συμπεριφορά των ηλεκτρικών γραμμών και των φορτίων σας.

Σε αντίθεση με τον τυπικό εξοπλισμό τελικού{0}}χρήστη, οι πυκνωτές και τα πηνία αντλούν και αποθηκεύουν προσωρινά ηλεκτρική ενέργεια. Στα περισσότερα πρακτικά σενάρια, η άντληση ενέργειας υπερβαίνει κατά πολύ την αποθηκευμένη χωρητικότητά τους. Ωστόσο, αυτό εξακολουθεί να δημιουργεί ένα μέρος του ρεύματος που κυκλοφορεί μέσω του συστήματος, αλλά δεν εκτελεί καθόλου παραγωγικό έργο.

 

μπορεί να ρωτήσει:Τι σημασία έχει για μένα αν η ισχύς δεν λειτουργεί πραγματικά;

Αν και μπορεί να σας φαίνεται άσχετο, αποτελεί κρίσιμη ανησυχία για τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και τις επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας του δικτύου. Όταν μια γεννήτρια λειτουργεί εντός ασφαλών ορίων ρεύματος, ένας χαμηλότερος συντελεστής ισχύος μειώνει άμεσα την ποσότητα της χρησιμοποιήσιμης, παραγωγικής ισχύος που μπορεί να παρέχει. Δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια τιμολογείται αποκλειστικά για την κατανάλωση ενεργού ενέργειας. Η αέργου ισχύς σπαταλά πολύτιμη χωρητικότητα παραγωγής και υποδομής δικτύου - ενώ δεν αποφέρει απολύτως κανένα εισόδημα στους παρόχους ηλεκτρικής ενέργειας.

 

Σκεφτείτε το ως εξής: είναι ακριβώς σαν να οδηγείτε το μετρό. Ένας επιβάτης αγοράζει ένα εισιτήριο, πηγαίνει από την αρχή μέχρι το τέλος της γραμμής, μετά γυρίζει και πηγαίνει αμέσως πίσω. Γυρίζουν μπρος-πίσω όλη την ημέρα και δεν βγαίνουν ποτέ από το σταθμό. Πληρώνουν μόνο ένα μικρό ναύλο, αλλά δεσμεύουν τη χωρητικότητα συγκοινωνίας καθ' όλη τη διάρκεια - δεν είναι περίεργο που ο φορέας του μετρό καταλήγει να χάνει!

 

Λοιπόν, πώς μπορούμε να το διορθώσουμε αυτό; Τα καλά νέα είναι: η άεργος ισχύς από χωρητικά φορτία και τα επαγωγικά φορτία ακυρώνουν φυσικά το ένα το άλλο. Το ρεύμα σε έναν πυκνωτή οδηγεί την τάση κατά 90 μοίρες, ενώ το ρεύμα μέσω ενός επαγωγέα υπολείπεται της τάσης κατά 90 μοίρες. Όταν η χωρητική αντίδραση και η επαγωγική αντίδραση ισορροπούν τέλεια, ο συνολικός συντελεστής ισχύος κυκλώματος μπορεί να φτάσει την ιδανική τιμή 1.

 

Τώρα τίθεται ένα βασικό ερώτημα: σε ένα τυπικό πραγματικό-σύστημα διανομής ενέργειας παγκοσμίως, έχουμε περισσότερα επαγωγικά ή χωρητικά φορτία;

Στον ευρύτερο ορισμό, ένας πυκνωτής είναι απλώς οποιαδήποτε δύο απομονωμένα αγώγιμα σώματα και φυσικά παρουσιάζει μόνο μια πολύ μικρή χωρητικότητα στις περισσότερες περιπτώσεις. Αντίθετα, η επαγωγή είναι παντού: είναι εγγενής σε πηνία, ηλεκτροκινητήρες και παρόμοια μηχανήματα. Οποιοσδήποτε εξοπλισμός με πηνία περιέλιξης μετράει ως επαγωγικό φορτίο.

 

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα επαγωγικά φορτία κυριαρχούν σε μεγάλο βαθμό σε όλη την καθημερινή χρήση ισχύος - και αυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο η αντιστάθμιση άεργου ισχύος είναι σχεδόν πάντα απαραίτητη. Η τυπική προσέγγιση του κλάδου είναι να διαστασιολογήσετε και να εγκαταστήσετε αντίστοιχους πυκνωτές ισχύος σύμφωνα με τις πραγματικές απαιτήσεις αέργου ισχύος της εγκατάστασής σας, για να ενισχύσετε αξιόπιστα τον συνολικό συντελεστή ισχύος του συστήματος.

 

Επιλογή Προσέγγισης Αποζημίωσης

 

Τοπική αποζημίωση στον ιστότοπο-:Η άεργος ισχύς χαμηλής-τάσης θα αντισταθμίζεται στο επίπεδο χαμηλής-τάσης χρησιμοποιώντας πυκνωτές χαμηλής τάσης, ενώ η άεργος ισχύς υψηλής-τάσης γίνεται από πυκνωτές υψηλής τάσης. Οι πυκνωτές διακλάδωσης δεν πρέπει ποτέ να εγκαθίστανται στην πλευρά υψηλής-τάσης εάν δεν υπάρχει φορτίο υψηλής-τάσης.

 

Switching Scheme:Η χειροκίνητη εναλλαγή λειτουργεί καλύτερα για αντιδραστικά φορτία στατικής βάσης με σταθερές συνθήκες λειτουργίας. Η αυτόματη εναλλαγή είναι ιδανική για την αποτροπή υπερ-αντιστάθμισης και την εξάλειψη προβλημάτων υπέρτασης κατά τη λειτουργία ελαφρού-φορτίου.

 

Έλεγχος & Ρύθμιση:Όταν η ενεργειακή απόδοση είναι ο πρωταρχικός στόχος, ο έλεγχος παραμέτρων που βασίζεται στην άεργη ισχύ-είναι η προτιμώμενη λύση. Για μεταβαλλόμενα φορτία-τύπου πρόσκρουσης-ταχείας αλλαγής-, η ελεγχόμενη αντιστάθμιση με θυρίστορ-παρέχει ομαλή, αιφνίδια-ελεύθερη εναλλαγή και υποστηρίζει ανεξάρτητη διαίρεση-διόρθωσης φάσης.

 

Αρχή Ομαδοποίησης Τραπεζών:Η ομαδοποίηση πυκνωτών πρέπει να ταιριάζει σωστά με τις προδιαγραφές όλου του εξοπλισμού του συστήματος, ώστε να εξαλειφθεί ο κίνδυνος συντονισμού κατά τη διάρκεια συμβάντων μεταγωγής.

 

Αρμονική & Μετριασμός Κυμάτων:Οι συστοιχίες πυκνωτών υψηλής τάσης θα είναι εφοδιασμένες με αντιδραστήρες σειράς. Σε συστήματα χαμηλής-τάσης, μπορείτε να αναβαθμίσετε μεμονωμένα στάδια μεταγωγής ή να αναπτύξετε ειδικά-ενσωματωμένους επαφές/διακόπτες θυρίστορ, για να καταστέλλετε αποτελεσματικά τα ρεύματα εισόδου μεταγωγής.

 

4. Πώς να διαστασιολογήσετε την απαιτούμενη χωρητικότητα αντιδραστικής αντιστάθμισης

 

Τρεις βασικές παράμετροι πρέπει να επιβεβαιωθούν πριν από το μέγεθος της αντιστάθμισης:

Αρχικός συντελεστής ισχύος λειτουργίας cosφ1​

Στόχος ο επιθυμητός συντελεστής ισχύος cosφ2​

Ενεργή ισχύς συστήματος P

 

Τύπος Υπολογισμού:

Παράδειγμα Πρακτικής Εφαρμογής

 

Ένας ιστότοπος λειτουργεί α630 kVAμετασχηματιστή, που λειτουργεί επί του παρόντος με αρχικό συντελεστή ισχύος 0,6 και πρέπει να βελτιώσει τον συντελεστή ισχύος σε στόχο 0,9. Ποια ικανότητα αποζημίωσης απαιτείται;

 

Εφαρμόζοντας τον παραπάνω τύπο προκύπτει μια υπολογιζόμενη αντιδραστική ζήτηση περίπου334 kvar. Για αυτήν την εφαρμογή, μια συστοιχία πυκνωτών με αυτόματη μεταγωγή 334 kvar είναι η βέλτιστη και σωστά προσαρμοσμένη λύση.

 

Γρήγορη εκτίμηση για νέο έργο

Για νέες εγκαταστάσεις όπου δεν υπάρχουν διαθέσιμα ιστορικά αρχεία συντελεστή ισχύος, η τυπική πρακτική του κλάδου είναι να εκτιμάται η ικανότητα αντιστάθμισης σε30% έως 40% της ονομαστικής ονομαστικής χωρητικότητας του μετασχηματιστή.

 

5. Ποιοι είναι οι κίνδυνοι της υπερ-αποζημίωσης;

 

Η αντιστάθμιση χωρητικής ισχύος λειτουργεί με την ανάπτυξη πυκνωτών διακλάδωσης για τη διατήρηση της σταθερότητας της τάσης του δικτύου και την πρόληψη της αποσύνθεσης τάσης. Τούτου λεχθέντος, αν το μέγεθος της τράπεζας αποζημίωσης είναι πολύ μεγάλο δημιουργεί σοβαρά μειονεκτήματα:

 

Περιττές απώλειες δικτύου:Από την πλευρά του βοηθητικού προγράμματος, τόσο το χωρητικό όσο και το επαγωγικό άεργο ρεύμα δημιουργούν πρόσθετες πραγματικές απώλειες ισχύος. Οποιαδήποτε αποζημίωση πέρα ​​από αυτό που πραγματικά απαιτείται παρέχει μηδενικό λειτουργικό πλεονέκτημα.

 

Κίνδυνος συντονισμού:Όταν το πλέγμα της πλευράς του πελάτη-γίνεται υπερβολικά χωρητικό, ενώ το πλέγμα διανομής ανάντη παραμένει εγγενώς επαγωγικό, οι λανθασμένες τιμές αντίδρασης μπορεί να διεγείρουν τον συντονισμό του συστήματος. Αυτό προκαλεί ακραία συμβάντα υπέρτασης και υπερέντασης, τα οποία μπορούν να καταστρέψουν μόνιμα τον συνδεδεμένο εξοπλισμό - και στη χειρότερη-περιπτώσεις, ακόμη και να προκαλέσουν αποσύνδεση του τοπικού δικτύου.

 

Για αυτόν τον λόγο, η υπερ-αποζημίωση θα πρέπει πάντα να αποτρέπεται. Η βέλτιστη πρακτική του κλάδου απαιτεί μόνο τη διατήρηση συντελεστή ισχύος περίπου 0,9. Σε αυτό το σημείο ρύθμισης, περίπου το ήμισυ της ροής ενεργού ισχύος εξακολουθεί να αποτελείται από άεργο ρεύμα, το οποίο αυξάνει τις απώλειες γραμμής κατά 56%. Ακόμη και όταν αυξάνεται σε PF 0,95, τα αντιδραστικά εξαρτήματα εξακολουθούν να αντιπροσωπεύουν περίπου το 31% της συνολικής ισχύος.

 

Στην πραγματική-λειτουργία πεδίου, απαιτούνται επίσης συμπληρωματικά μέτρα, όπως η εγκατάσταση αντιδραστήρων σειράς, για την εξάλειψη των επικίνδυνων επιπτώσεων ενίσχυσης τάσης και ρεύματος.