Hvad er reaktiv effektkompensation, og hvordan beregnes kompensationsbeløbet?

Støder du ofte på dette spørgsmål i det daglige arbejde: transformatorernes kapacitet måles i kilovolt-ampere (kVA), motorernes udgangseffekt i kilowatt (kW) og effekten af ​​kondensatorkompensation i vars eller kilovars (var). Hvorfor er der tre forskellige udtryk for enheder, der alle repræsenterer elektrisk strøm?

Dette fører os til det emne, vi vil diskutere i dag: det iboende forhold mellem reaktiv effekt (enhed: var eller kvar), aktiv effekt (enhed: W eller kW), tilsyneladende effekt (enhed: VA eller kVA) og effektfaktoren.

 

I. I elnettet kan den elektriske effekt, der leveres af kilden til belastningen, kategoriseres i to typer: aktiv effekt og reaktiv effekt.

(1) Reaktiv effekt (Q):
Mange elektriske enheder fungerer baseret på elektromagnetiske induktionsprincipper, såsom distributionstransformatorer og motorer. Motorer kræver etablering og vedligeholdelse af et roterende magnetfelt for at drive rotoren, som igen driver mekanisk bevægelse. Rotorens magnetfelt i en motor genereres ved at trække reaktiv effekt fra strømkilden.
Transformatorer kræver også reaktiv effekt for at generere et magnetfelt i primærviklingen og inducere spænding i sekundærviklingen. Derfor, uden reaktiv effekt, ville motorer ikke rotere, transformere kunne ikke transformere spænding, og AC-kontaktorer ville ikke gå i indgreb. Generatorer kan producere reaktiv effekt, og kondensatorer kan levere reaktiv effekt-dette er grundlaget for reaktiv effektkompensation.

(2) Aktiv effekt (P):
Aktiv effekt refererer til den del af elektrisk strøm, der direkte kan omdannes til andre former for energi og forbruges. For eksempel omdanner en motor elektrisk energi til mekanisk energi. Uden at tage hensyn til effektiviteten kan en 11 kW motor omdanne 11 kWh elektrisk energi til en tilsvarende mængde mekanisk energi i timen. En 100 W glødelampe omdanner 0,1 kWh elektrisk energi til lysenergi i timen. På samme måde omdanner en 1 kW varmelegeme 1 kWh elektrisk energi til termisk energi i timen. Aktiv effekt er den elektriske effekt, der direkte kan omdannes til andre former for energi.

(3) Tilsyneladende styrke (S):
På en måde er tilsyneladende effekt kombinationen af ​​aktiv effekt (P) og reaktiv effekt (Q). For strømkilder omfatter tilsyneladende effekt både aktiv og reaktiv effekt. For eksempel omfatter den effekt, der leveres af en transformer, både aktive og reaktive komponenter, hvorfor transformatorernes kapacitet er udtrykt i tilsyneladende effekt, målt i kilovolt-ampere (kVA).

 

II. Forholdet mellem aktiv kraft, reaktiv kraft og tilsyneladende magt

For at forklare forholdet mellem disse tre, må vi først forstå, hvad magtfaktoren er.

I et AC-kredsløb kaldes cosinus af faseforskellen (Φ) mellem spænding og strøm effektfaktoren, betegnet som cosΦ. Numerisk er effektfaktoren forholdet mellem aktiv effekt og tilsyneladende effekt, dvs. cosΦ=P/S.

 

 

(1) Hvad er reaktiv effekt egentlig?

Baseret på relationerne illustreret af effekttrekanten, spændingstrekanten og impedanstrekanten kan reaktiv effekt ganske enkelt forstås i praktiske termer som følger:
I et elektrisk kredsløb forbruger rene resistive komponenteraktiv effekt (P)mens induktive komponenter (såsom reaktorspoler, transformerviklinger og motorstatorer eller rotorer) forbrugerreaktiv effekt (Q). På den anden side leverer kapacitive komponenter reaktiv effekt (Q) -, for eksempel kondensatorer og synkrone generatorer. (Bemærk: Når en synkrongenerator er i drift, opfører dens viklinger sig kapacitivt, hvilket betyder, at den leverer både aktiv effekt og reaktiv effekt.)

En simpel opsummering er således:
Induktive eller kapacitive komponenter er forbrugere og udbydere af reaktiv effekt.

(2) Hvad er de negative virkninger af reaktiv effekt?

Reducerer den aktive effekt fra generatorer
Dette skyldes, at den samlede kapacitet (dvs. tilsyneladende effekt S) af en generator er fast. Hvis der tilføres for meget reaktiv effekt Q, vil den aktive effekt P falde tilsvarende; ellers kan generatoren overbelaste.

Reducerer strømforsyningskapaciteten for transmissions- og distributionsudstyr
Begrundelsen er den samme som for generatorer.

Øger linjespændingstab
Når den reaktive strømkomponent i kredsløbet stiger, stiger den samlede strøm også. Spændingsfaldet (δU=IZ) er proportionalt med strømmen. Større spændingsfald nødvendiggør en forøgelse af ledernes-tværsnitsareal, hvilket fører til højere investeringsomkostninger.

 

(3) Fordelene ved reaktiv effekt

Mange elektriske enheder fungerer baseret på elektromagnetiske induktionsprincipper, såsom distributionstransformatorer og motorer.

Motorer kræver etablering og vedligeholdelse af et roterende magnetfelt for at drive rotoren, som igen driver mekanisk bevægelse. Rotorens magnetfelt i en motor genereres ved at trække reaktiv effekt fra strømkilden.

På samme måde har transformatorer brug for reaktiv effekt for at skabe et magnetfelt i primærviklingen og derved inducere spænding i sekundærviklingen.

Derfor uden reaktiv effekt:

Motorer ville ikke rotere,

Transformere kunne ikke transformere spænding,

AC-kontaktorer ville ikke gå i indgreb.

Heraf er det klart, at reaktiv effekt spiller en understøttende rolle i omdannelsen og transformationen af ​​elektrisk energi. Uden reaktiv effekt kan magnetiske felter ikke etableres, og elektrisk energi kan ikke omdannes til mekanisk energi.

 

III. Hvordan udfører man kompensation for reaktiv effekt og beregner kompensationsbeløbet?

Ovenfor har vi sammen analyseret rollerne og ulemperne ved reaktiv effekt. De største ulemper er: For det første øger det transformatorernes kapacitet og tværsnitsarealet af ledere, hvilket indirekte øger projektomkostningerne; for det andet, efter drift, må effektfaktoren ikke falde under 0,9, ellers vil elforsyningsselskabet pålægge bøder.

Derfor skal vi fuldt ud overveje dette problem under ingeniørdesign. I strømforsyningssystemer uden generatorer bruges parallelle kondensatorer typisk til at forbedre transformerstationers effektfaktor. Princippet er at lokalt levere reaktiv effekt, hvilket eliminerer behovet for at trække reaktiv effekt fra nettet. Denne tilgang reducerer ikke kun den nødvendige kapacitet af transformere, men forbedrer også effektfaktoren på målesiden.

 

(1) Valg af kondensatorkompensationsmetoder

1. Ved brug af shunteffektkondensatorer som kunstige reaktive effektkompensationsanordninger skal kompensationen afbalanceres lokalt for at minimere ledningstab og spændingsfald. Dette betyder, at reaktiv effekt i lav-sektioner skal kompenseres af lav-kondensatorer, mens reaktiv effekt i høj-sektioner skal kompenseres af høj-kondensatorer.

Hvis der ikke er nogen høj-spændingsbelastning, bør shuntkondensatorenheder ikke installeres på-højspændingssiden.

Når der udføres lokal individuel kompensation for-motordrevet udstyr, bør kompensationskondensatorens mærkestrøm ikke overstige 0,9 gange motorens excitationsstrøm.

Ved beregninger af elektrisk belastning skal den kompenserede reaktive effekt medtages.

2. Omskiftningstilstandene for kompensationskondensatorbanker er opdelt i manuelle og automatiske.

Manuel omskiftning er velegnet til kondensatorbanker, der kompenserer for grundlæggende lav-reaktiv effekt, såvel som høj-kondensatorbanker med stabilt behov for reaktiv effekt og sjældent omskiftning.

For at undgå over-kompensation eller for høj spænding under lette belastninger, som kan beskadige bestemt elektrisk udstyr, anbefales automatisk skift.

Hvis virkningerne af automatiske kompensationsenheder med høj-og lav-spænding er ens, bør automatiske kompensationsenheder med lav-spænding foretrækkes.

3. Reguleringsmetoder for automatisk reaktiv effektkompensation:

Til kompensation rettet primært mod energibesparelser kan parametre som reaktiv effekt anvendes til regulering.

Til stødbelastninger, dynamisk hurtige-skiftende belastninger og tre-ubalancerede belastninger kan tyristorer (elektroniske kontakter) bruges til styring, hvilket sikrer jævn drift uden indkoblingsstrømme, giver god dynamisk ydeevne og muliggør fase-segregeret kontrol for tre--afbalanceringseffekter.

4. Ved gruppering af kondensatorer bør kompatibilitet med de tekniske parametre for understøttende udstyr sikres. Det tilladte område for spændingsafvigelse skal overholdes, og der bør gøres en indsats for at reducere antallet af grupper, samtidig med at kapaciteten for hver gruppe øges passende.

Skift af grupperede kondensatorer bør ikke inducere resonans.

5.Høj-kondensatorbanker bør helst forbindes i serie med passende størrelse reaktorer, mens lav-kondensatorbanker bør øge koblingskapaciteten ved hjælp af dedikerede koblingskontaktorer eller tyristorer for at reducere startstrømme under kobling.

På ledninger, der er væsentligt påvirket af harmoniske fra elektrisk udstyr, bør reaktorer forbindes i serie med kondensatorbankerne.

 

(2) Beregning af kondensatorkompensationskapacitet

 

Målet er at bestemme den nødvendige reaktive effekt Qc (kvar) til