Mis on reaktiivvõimsuse kompenseerimine ja kuidas kompensatsiooni suurust arvutatakse?

Kas puutute igapäevatöös sageli kokku selle küsimusega: trafode võimsust mõõdetakse kilovoltides -amprites (kVA), mootorite väljundvõimsust kilovattides (kW) ja kondensaatori kompensatsiooni võimsust varides või kilovarides (var). Miks on ühikute jaoks kolm erinevat terminit, mis kõik tähistavad elektrienergiat?

See viib meid teemani, mida täna arutame: loomupärane seos reaktiivvõimsuse (ühik: var või kvar), aktiivvõimsuse (ühik: W või kW), näivvõimsuse (ühik: VA või kVA) ja võimsusteguri vahel.

 

I. Elektrivõrgus saab allikast koormusele tarnitava elektrienergia liigitada kahte tüüpi: aktiivvõimsus ja reaktiivvõimsus.

(1) Reaktiivvõimsus (Q):
Paljud elektriseadmed, nagu jaotustrafod ja mootorid, töötavad elektromagnetilise induktsiooni põhimõtetel. Mootorid nõuavad rootori käitamiseks pöörleva magnetvälja loomist ja hooldamist, mis omakorda juhib mehaanilist liikumist. Rootori magnetväli mootoris genereeritakse toiteallikast reaktiivvõimsuse ammutamisel.
Trafod vajavad ka reaktiivvõimsust primaarmähises magnetvälja tekitamiseks ja sekundaarmähises pinge esilekutsumiseks. Seetõttu ei pöörleks mootorid ilma reaktiivvõimsuseta, trafod ei saaks pinget muundada ja vahelduvvoolu kontaktorid ei lülituks sisse. Generaatorid saavad toota reaktiivvõimsust ja kondensaatorid reaktiivvõimsust -see on reaktiivvõimsuse kompenseerimise alus.

(2) Aktiivne võimsus (P):
Aktiivvõimsus viitab elektrienergia osale, mida saab otse muuks energiaks muundada ja tarbida. Näiteks mootor muudab elektrienergia mehaaniliseks energiaks. Tõhusust arvestamata suudab 11 kW mootor muuta 11 kWh elektrienergiat samaväärseks mehaaniliseks energiaks tunnis. 100 W hõõglamp muudab 0,1 kWh elektrienergiat valgusenergiaks tunnis. Samamoodi muundab 1 kW kütteseade 1 kWh elektrienergiat soojusenergiaks tunnis. Aktiivne võimsus on elektrienergia, mida saab otse muundada muudeks energialiikideks.

(3) Näivvõimsus (S):
Mõnes mõttes on näivvõimsus aktiivvõimsuse (P) ja reaktiivvõimsuse (Q) kombinatsioon. Toiteallikate puhul hõlmab näivvõimsus nii aktiiv- kui ka reaktiivvõimsust. Näiteks trafo võimsus sisaldab nii aktiiv- kui ka reaktiivkomponente, mistõttu trafode võimsust väljendatakse näivvõimsuses, mõõdetuna kilovoltides -amprites (kVA).

 

II. Aktiivvõimsuse, reaktiivvõimsuse ja näiva võimsuse suhe

Nende kolme seose selgitamiseks peame kõigepealt mõistma, mis on võimsustegur.

Vahelduvvooluahelas nimetatakse pinge ja voolu faasierinevuse (Φ) koosinust võimsusteguriks, mida tähistatakse kui cosΦ. Numbriliselt on võimsustegur aktiivvõimsuse ja näivvõimsuse suhe, st cosΦ=P/S.

 

 

(1) Mis täpselt on reaktiivvõimsus?

Toitekolmnurga, pingekolmnurga ja impedantsi kolmnurgaga illustreeritud seoste põhjal saab reaktiivvõimsust praktilises mõttes lihtsalt mõista järgmiselt:
Elektriahelas tarbivad puhtalt takistuslikud komponendidaktiivvõimsus (P), samas kui induktiivsed komponendid (nagu reaktori mähised, trafo mähised ja mootori staatorid või rootorid) tarbivadreaktiivvõimsus (Q). Teisest küljest annavad mahtuvuslikud komponendid reaktiivvõimsust (Q) -, näiteks kondensaatorid ja sünkroongeneraatorid. (Märkus. Kui sünkroongeneraator töötab, käituvad selle mähised mahtuvuslikult, mis tähendab, et see annab nii aktiiv- kui ka reaktiivvõimsust.)

Seega on lihtne kokkuvõte järgmine:
Induktiivsed või mahtuvuslikud komponendid on reaktiivvõimsuse tarbijad ja pakkujad.

(2) Millised on reaktiivvõimsuse negatiivsed mõjud?

Vähendab generaatorite aktiivvõimsust
Seda seetõttu, et generaatori koguvõimsus (st näivvõimsus S) on fikseeritud. Kui antakse liiga palju reaktiivvõimsust Q, väheneb aktiivvõimsus P vastavalt; vastasel juhul võib generaator üle koormata.

Vähendab ülekande- ja jaotusseadmete toitevõimsust
Põhjendus on sama, mis generaatorite puhul.

Suurendab liini pingekadusid
Kui reaktiivvoolu komponent ahelas suureneb, suureneb ka koguvool. Pingelangus (δU=IZ) on võrdeline vooluga. Suuremad pingelangud nõuavad juhtmete ristlõikepindala suurendamist-, mis toob kaasa suuremad investeerimiskulud.

 

(3) Reaktiivvõimsuse eelised

Paljud elektriseadmed, nagu jaotustrafod ja mootorid, töötavad elektromagnetilise induktsiooni põhimõtetel.

Mootorid nõuavad rootori käitamiseks pöörleva magnetvälja loomist ja hooldamist, mis omakorda juhib mehaanilist liikumist. Rootori magnetväli mootoris genereeritakse toiteallikast reaktiivvõimsuse ammutamisel.

Samamoodi vajavad trafod reaktiivvõimsust primaarmähises magnetvälja tekitamiseks, indutseerides seeläbi sekundaarmähises pinget.

Seega, ilma reaktiivvõimsuseta:

Mootorid ei pöörleks,

Trafod ei saanud pinget teisendada,

Vahelduvvoolu kontaktorid ei lülitu sisse.

Sellest on selge, et reaktiivvõimsusel on elektrienergia muundamisel ja muundamisel toetav roll. Ilma reaktiivvõimsuseta ei saa luua magnetvälju ja elektrienergiat ei saa muuta mehaaniliseks energiaks.

 

III. Kuidas teostada reaktiivvõimsuse kompensatsiooni ja arvutada kompensatsiooni summa?

Eespool oleme koos analüüsinud reaktiivvõimsuse rolle ja puudusi. Peamised puudused on järgmised: esiteks suurendab see trafode võimsust ja juhtmete ristlõikepinda-, mis suurendab kaudselt projekti kulusid; teiseks, pärast töötamist ei tohi võimsustegur langeda alla 0,9, vastasel juhul määrab toiteettevõte trahvi.

Seetõttu peame inseneri projekteerimisel seda küsimust täielikult kaaluma. Generaatoriteta toitesüsteemides kasutatakse alajaamade võimsusteguri parandamiseks tavaliselt paralleelseid kondensaatoreid. Põhimõte on anda reaktiivvõimsust lokaalselt, välistades vajaduse reaktiivvõimsust võrgust ammutada. Selline lähenemine mitte ainult ei vähenda trafode nõutavat võimsust, vaid parandab ka mõõtepoole võimsustegurit.

 

(1) Kondensaatorite kompenseerimise meetodite valik

1. Kui kasutate kunstliku reaktiivvõimsuse kompensatsiooniseadmetena šundi võimsuskondensaatoreid, tuleks liinikadude ja pingelanguste minimeerimiseks kompenseerida lokaalselt. See tähendab, et madalpinge{2}}sektsioonide reaktiivvõimsus tuleks kompenseerida madal-pingekondensaatoritega, samas kui kõrgepinge{4}}sektsioonide reaktiivvõimsus tuleks kompenseerida kõrge-pingekondensaatoritega.

Kui kõrge{0}}pingekoormus puudub, ei tohiks kõrgepingepoolele paigaldada šuntkondensaatoreid.

Mootori{0}}toitega seadmete kohaliku individuaalse kompenseerimisel ei tohiks kompensatsioonikondensaatori nimivool ületada 0,9 korda mootori ergutusvoolu.

Elektrilise koormuse arvutamisel tuleks arvesse võtta kompenseeritud reaktiivvõimsust.

2. Kompensatsioonikondensaatoripankade lülitusrežiimid jagunevad käsitsi ja automaatseks.

Käsitsi lülitamine sobib kondensaatoripankadele, mis kompenseerivad tavalist madalpinge{0}}reaktiivvõimsust, aga ka kõrge-pingekondensaatoripankadele, millel on stabiilne reaktiivvõimsuse nõudlus ja harvad ümberlülitused.

Vältimaks üle-kompenseerimist või liigset pinget väikese koormuse korral, mis võib teatud elektriseadmeid kahjustada, on soovitatav automaatne lülitus.

Kui kõrge-- ja madalpinge-automaatsete kompenseerimisseadmete mõju on sarnane, tuleks eelistada madalpinge-automaatseid kompenseerimisseadmeid.

3. Reaktiivvõimsuse automaatse kompenseerimise reguleerimismeetodid:

Eelkõige energiasäästule suunatud kompensatsiooni puhul saab reguleerimiseks kasutada selliseid parameetreid nagu reaktiivvõimsus.

Löökkoormuste, dünaamiliselt kiiresti{0}}muutuvate koormuste ja kolme-faasilise tasakaalustamata koormuse korral saab juhtimiseks kasutada türistoreid (elektroonilisi lüliteid), mis tagavad sujuva töö ilma tõukevooludeta, hea dünaamilise jõudluse ja võimaldavad faaside -eraldusjuhtimist kolme-faasilise tasakaalustamise efektide jaoks.

4. Kondensaatorite rühmitamisel tuleks tagada ühilduvus tugiseadmete tehniliste parameetritega. Tuleb järgida lubatud pingehälbe vahemikku ja teha jõupingutusi rühmade arvu vähendamiseks, suurendades samal ajal iga rühma võimsust.

Rühmitatud kondensaatorite ümberlülitamine ei tohiks esile kutsuda resonantsi.

5. Kõrgpinge kondensaatoripangad tuleks eelistatavalt ühendada sobiva suurusega reaktoritega järjestikku, samas kui madalpinge kondensaatoripangad peaksid suurendama lülitusvõimsust spetsiaalsete lülituskontaktorite või türistorite abil, et vähendada sisselülitusvoolusid ümberlülitamise ajal.

Liinidel, mida elektriseadmete harmoonilised oluliselt mõjutavad, tuleks reaktorid ühendada kondensaatoripankadega järjestikku.

 

(2) Kondensaatori kompensatsioonivõimsuse arvutamine

 

Eesmärk on määrata vajalik reaktiivvõimsus Qc (kvar) to