Τι είναι η αντιστάθμιση άεργου ισχύος και πώς υπολογίζεται το ποσό της αντιστάθμισης;

Στην καθημερινή εργασία, αντιμετωπίζετε συχνά αυτό το ερώτημα: η χωρητικότητα των μετασχηματιστών μετριέται σε kilovolt-amperes (kVA), η ισχύς εξόδου των κινητήρων σε κιλοβάτ (kW) και η ισχύς της αντιστάθμισης πυκνωτή σε vars ή kilovars (var). Γιατί υπάρχουν τρεις διαφορετικοί όροι για μονάδες που όλες αντιπροσωπεύουν ηλεκτρική ενέργεια;

Αυτό μας οδηγεί στο θέμα που θα συζητήσουμε σήμερα: την εγγενή σχέση μεταξύ άεργου ισχύος (μονάδα: var ή kvar), ενεργού ισχύος (μονάδα: W ή kW), φαινομενικής ισχύος (μονάδα: VA ή kVA) και του συντελεστή ισχύος.

 

I. Στο ηλεκτρικό δίκτυο, η ηλεκτρική ισχύς που παρέχεται από την πηγή στο φορτίο μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε δύο τύπους: ενεργή ισχύ και άεργη ισχύ.

(1) Αέργου Ισχύς (Q):
Πολλές ηλεκτρικές συσκευές λειτουργούν με βάση τις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, όπως οι μετασχηματιστές διανομής και οι κινητήρες. Οι κινητήρες απαιτούν τη δημιουργία και τη συντήρηση ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου για την κίνηση του ρότορα, το οποίο με τη σειρά του οδηγεί τη μηχανική κίνηση. Το μαγνητικό πεδίο του ρότορα σε έναν κινητήρα δημιουργείται με την άντληση άεργου ισχύος από την πηγή ισχύος.
Οι μετασχηματιστές απαιτούν επίσης άεργο ισχύ για να δημιουργήσουν ένα μαγνητικό πεδίο στο πρωτεύον τύλιγμα και να επάγουν τάση στο δευτερεύον τύλιγμα. Επομένως, χωρίς άεργο ισχύ, οι κινητήρες δεν θα περιστρέφονταν, οι μετασχηματιστές δεν θα μπορούσαν να μετατρέψουν την τάση και οι επαφές AC δεν θα εμπλέκονταν. Οι γεννήτριες μπορούν να παράγουν άεργο ισχύ και οι πυκνωτές μπορούν να παρέχουν άεργο ισχύ-αυτή είναι η βάση της αντιστάθμισης άεργου ισχύος.

(2) Ενεργή Ισχύς (P):
Η ενεργός ισχύς αναφέρεται στο τμήμα της ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να μετατραπεί άμεσα σε άλλες μορφές ενέργειας και να καταναλωθεί. Για παράδειγμα, ένας κινητήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική. Χωρίς να εξετάζεται η απόδοση, ένας κινητήρας 11 kW μπορεί να μετατρέψει 11 kWh ηλεκτρικής ενέργειας σε ισοδύναμη ποσότητα μηχανικής ενέργειας ανά ώρα. Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως 100 W μετατρέπει 0,1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτεινή ενέργεια ανά ώρα. Ομοίως, ένας θερμαντήρας 1 kW μετατρέπει 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική ενέργεια ανά ώρα. Η ενεργός ισχύς είναι η ηλεκτρική ισχύς που μπορεί να μετατραπεί άμεσα σε άλλες μορφές ενέργειας.

(3) Φαινομενική ισχύς (S):
Κατά μία έννοια, η φαινόμενη ισχύς είναι ο συνδυασμός ενεργού ισχύος (P) και άεργου ισχύος (Q). Για πηγές ισχύος, η φαινόμενη ισχύς περιλαμβάνει τόσο την ενεργό όσο και την άεργο ισχύ. Για παράδειγμα, η ισχύς που παρέχεται από έναν μετασχηματιστή περιλαμβάνει ενεργά και αντιδραστικά στοιχεία, γι' αυτό η χωρητικότητα των μετασχηματιστών εκφράζεται σε φαινόμενη ισχύ, μετρούμενη σε kilovolt-amperes (kVA).

 

II. Η σχέση μεταξύ ενεργού ισχύος, αντιδραστικής ισχύος και φαινομενικής ισχύος

Για να εξηγήσουμε τη σχέση μεταξύ αυτών των τριών, πρέπει πρώτα να καταλάβουμε ποιος είναι ο συντελεστής ισχύος.

Σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, το συνημίτονο της διαφοράς φάσης (Φ) μεταξύ τάσης και ρεύματος ονομάζεται συντελεστής ισχύος, που συμβολίζεται ως cosΦ. Αριθμητικά, ο συντελεστής ισχύος είναι ο λόγος της ενεργού ισχύος προς τη φαινόμενη ισχύ, δηλαδή cosΦ=P/S.

 

 

(1) Τι ακριβώς είναι η άεργος ισχύς;

Με βάση τις σχέσεις που απεικονίζονται από το τρίγωνο ισχύος, το τρίγωνο τάσης και το τρίγωνο σύνθετης αντίστασης, η άεργος ισχύς μπορεί απλά να κατανοηθεί με πρακτικούς όρους ως εξής:
Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα καταναλώνονται εξαρτήματα αμιγώς αντίστασηςενεργή ισχύς (P), ενώ τα επαγωγικά εξαρτήματα (όπως πηνία αντιδραστήρα, περιελίξεις μετασχηματιστή και στάτορες ή ρότορες κινητήρα) καταναλώνουνάεργος ισχύς (Q). Από την άλλη πλευρά, τα χωρητικά εξαρτήματα παρέχουν άεργο ισχύ (Q) - για παράδειγμα, πυκνωτές και σύγχρονες γεννήτριες. (Σημείωση: Όταν μια σύγχρονη γεννήτρια λειτουργεί, οι περιελίξεις της συμπεριφέρονται χωρητικά, που σημαίνει ότι παρέχει ενεργή και άεργο ισχύ.)

Έτσι, μια απλή περίληψη είναι:
Τα επαγωγικά ή χωρητικά εξαρτήματα είναι οι καταναλωτές και οι πάροχοι άεργου ισχύος.

(2) Ποιες είναι οι αρνητικές επιπτώσεις της άεργου ισχύος;

Μειώνει την ενεργό ισχύ εξόδου των γεννητριών
Αυτό συμβαίνει επειδή η συνολική χωρητικότητα (δηλαδή, η φαινομενική ισχύς S) μιας γεννήτριας είναι σταθερή. Εάν παρέχεται υπερβολική άεργος ισχύς Q, η ενεργή ισχύς P θα μειωθεί ανάλογα. Διαφορετικά, η γεννήτρια μπορεί να υπερφορτωθεί.

Μειώνει την ικανότητα τροφοδοσίας του εξοπλισμού μεταφοράς και διανομής
Το σκεπτικό είναι το ίδιο με αυτό για τις γεννήτριες.

Αυξάνει τις απώλειες τάσης γραμμής
Καθώς η συνιστώσα άεργου ρεύματος στο κύκλωμα αυξάνεται, το συνολικό ρεύμα αυξάνεται επίσης. Η πτώση τάσης (δU=IZ) είναι ανάλογη του ρεύματος. Οι μεγαλύτερες πτώσεις τάσης απαιτούν αύξηση της-διατομής των αγωγών, οδηγώντας σε υψηλότερο κόστος επένδυσης.

 

(3) Τα οφέλη της άεργου ισχύος

Πολλές ηλεκτρικές συσκευές λειτουργούν με βάση τις αρχές της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, όπως οι μετασχηματιστές διανομής και οι κινητήρες.

Οι κινητήρες απαιτούν τη δημιουργία και τη συντήρηση ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου για την κίνηση του ρότορα, το οποίο με τη σειρά του οδηγεί τη μηχανική κίνηση. Το μαγνητικό πεδίο του ρότορα σε έναν κινητήρα δημιουργείται με την άντληση άεργου ισχύος από την πηγή ισχύος.

Ομοίως, οι μετασχηματιστές χρειάζονται άεργο ισχύ για να δημιουργήσουν ένα μαγνητικό πεδίο στο πρωτεύον τύλιγμα, επάγοντας έτσι τάση στο δευτερεύον τύλιγμα.

Επομένως, χωρίς άεργο ισχύ:

Οι κινητήρες δεν θα περιστρέφονταν,

Οι μετασχηματιστές δεν μπορούσαν να μετατρέψουν την τάση,

Οι επαφές AC δεν εμπλέκονται.

Από αυτό, είναι σαφές ότι η άεργος ισχύς παίζει υποστηρικτικό ρόλο στη μετατροπή και μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας. Χωρίς άεργο ισχύ, τα μαγνητικά πεδία δεν μπορούν να δημιουργηθούν και η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορεί να μετατραπεί σε μηχανική ενέργεια.

 

III. Πώς να εκτελέσετε αντιστάθμιση άεργου ισχύος και να υπολογίσετε το ποσό αντιστάθμισης;

Παραπάνω, έχουμε αναλύσει μαζί τους ρόλους και τα μειονεκτήματα της αέργου ισχύος. Τα κύρια μειονεκτήματα είναι: πρώτον, αυξάνει την χωρητικότητα των μετασχηματιστών και την{1}}διατομή των αγωγών, γεγονός που αυξάνει έμμεσα το κόστος του έργου. δεύτερον, μετά τη λειτουργία, ο συντελεστής ισχύος δεν πρέπει να πέσει κάτω από 0,9, διαφορετικά η εταιρεία παροχής ρεύματος θα επιβάλει πρόστιμα.

Επομένως, κατά τη διάρκεια του μηχανικού σχεδιασμού, πρέπει να εξετάσουμε πλήρως αυτό το ζήτημα. Σε συστήματα τροφοδοσίας χωρίς γεννήτριες, συνήθως χρησιμοποιούνται παράλληλοι πυκνωτές για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος των υποσταθμών. Η αρχή είναι η τοπική παροχή άεργου ισχύος, εξαλείφοντας την ανάγκη λήψης άεργου ισχύος από το δίκτυο. Αυτή η προσέγγιση όχι μόνο μειώνει την απαιτούμενη χωρητικότητα των μετασχηματιστών αλλά βελτιώνει επίσης τον συντελεστή ισχύος στην πλευρά της μέτρησης.

 

(1) Επιλογή μεθόδων αντιστάθμισης πυκνωτών

1.Όταν χρησιμοποιείτε πυκνωτές ισχύος διακλάδωσης ως συσκευές αντιστάθμισης τεχνητής αέργου ισχύος, για να ελαχιστοποιηθούν οι απώλειες γραμμής και οι πτώσεις τάσης, η αντιστάθμιση πρέπει να εξισορροπείται τοπικά. Αυτό σημαίνει ότι η άεργος ισχύς σε τμήματα χαμηλής-τάσης πρέπει να αντισταθμίζεται από πυκνωτές χαμηλής-τάσης, ενώ η άεργος ισχύς σε τμήματα υψηλής-τάσης θα πρέπει να αντισταθμίζεται από πυκνωτές υψηλής-τάσης.

Εάν δεν υπάρχει φορτίο υψηλής-τάσης, δεν θα πρέπει να εγκατασταθούν συσκευές πυκνωτών διακλάδωσης στην πλευρά της υψηλής{{1} τάσης.

Κατά την εκτέλεση τοπικής μεμονωμένης αντιστάθμισης για εξοπλισμό που τροφοδοτείται{0}} με κινητήρα, το ονομαστικό ρεύμα του πυκνωτή αντιστάθμισης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,9 φορές το ρεύμα διέγερσης του κινητήρα.

Κατά τους υπολογισμούς ηλεκτρικού φορτίου, θα πρέπει να συμπεριληφθεί η αντισταθμισμένη άεργος ισχύς.

2.Οι τρόποι μεταγωγής για τράπεζες πυκνωτών αντιστάθμισης χωρίζονται σε χειροκίνητες και αυτόματες.

Η χειροκίνητη μεταγωγή είναι κατάλληλη για συστοιχίες πυκνωτών που αντισταθμίζουν τη βασική άεργο ισχύ χαμηλής-τάσης, καθώς και για συστοιχίες πυκνωτών υψηλής-τάσης με σταθερή ζήτηση άεργου ισχύος και σπάνια εναλλαγή.

Για να αποφευχθεί η υπερβολική αντιστάθμιση ή η υπερβολική τάση κατά τη διάρκεια ελαφρών φορτίων, τα οποία θα μπορούσαν να βλάψουν συγκεκριμένο ηλεκτρικό εξοπλισμό, συνιστάται η αυτόματη εναλλαγή.

Εάν τα αποτελέσματα των συσκευών αυτόματης αντιστάθμισης υψηλής-και χαμηλής-τάσης είναι παρόμοια, θα πρέπει να προτιμώνται συσκευές αυτόματης αντιστάθμισης χαμηλής-τάσης.

3.Μέθοδοι ρύθμισης για αυτόματη αντιστάθμιση άεργου ισχύος:

Για αντιστάθμιση που στοχεύει κυρίως στην εξοικονόμηση ενέργειας, παράμετροι όπως η άεργος ισχύς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ρύθμιση.

Για φορτία κρούσης, δυναμικά γρήγορα μεταβαλλόμενα φορτία-και τρι-μη ισορροπημένα φορτία τριών φάσεων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν θυρίστορ (ηλεκτρονικοί διακόπτες) για έλεγχο, διασφαλίζοντας ομαλή λειτουργία χωρίς ρεύματα εισροής, παροχή καλής δυναμικής απόδοσης και επιτρέποντας τον διαχωρισμό φάσης-διαχωρισμένου ελέγχου για εφέ τριών- φάσεων.

4. Κατά την ομαδοποίηση των πυκνωτών, θα πρέπει να διασφαλίζεται η συμβατότητα με τις τεχνικές παραμέτρους του εξοπλισμού υποστήριξης. Πρέπει να τηρείται το επιτρεπόμενο εύρος απόκλισης τάσης και θα πρέπει να καταβάλλονται προσπάθειες για μείωση του αριθμού των ομάδων, αυξάνοντας δεόντως τη χωρητικότητα κάθε ομάδας.

Η εναλλαγή ομαδοποιημένων πυκνωτών δεν πρέπει να προκαλεί συντονισμό.

5.Οι συστοιχίες πυκνωτών υψηλής{1}τάσης θα πρέπει κατά προτίμηση να συνδέονται σε σειρά με αντιδραστήρες κατάλληλου μεγέθους, ενώ οι συστοιχίες πυκνωτών χαμηλής{2}τάσης θα πρέπει να αυξάνουν την ικανότητα μεταγωγής χρησιμοποιώντας αποκλειστικούς επαφές μεταγωγής ή θυρίστορ για μείωση των ρευμάτων εισόδου κατά τη μεταγωγή.

Σε γραμμές που επηρεάζονται σημαντικά από αρμονικές από ηλεκτρικό εξοπλισμό, οι αντιδραστήρες θα πρέπει να συνδέονται σε σειρά με τις συστοιχίες πυκνωτών.

 

(2) Υπολογισμός Χωρητικότητας Αντιστάθμισης Πυκνωτών

 

Ο στόχος είναι να προσδιοριστεί η απαιτούμενη άεργος ισχύς Qc (kvar) προς