Для понижения (компенсации) индуктивного характера реактивной составляющей используют введение емкостной составляющей в нагрузку, которая имеет положительный сдвиг фаз напряжения и тока (ток опережает напряжение).
Реализуется это путем подключения параллельно нагрузке конденсаторов необходимой емкости. В результате происходит компенсация, и нагрузка со стороны питающей сети становится активной, с малой долей реактивной составляющей.
Это завершающая статья из цикла статей про реактивную мощность на Дзен-канале СамЭлектрик.ру.
Статья не претендует на википедийность!
Если нужны академические знания, с ними можно ознакомиться в книгах и учебниках, которые выложены для свободного скачивания у меня на блоге, на странице Скачать.
Важно, чтобы не происходило перекомпенсации. То есть, даже после компенсации косинус не должен быть выше 0,98 – 0,99, и характер мощности всё равно должен оставаться индуктивным. Ведь компенсация имеет ступенчатый характер (контакторами переключаются трехфазные конденсаторы).
Однако, для конечного потребителя компенсация реактивной мощности не имеет особого смысла.
Польза в её компенсации есть только там, где имеются длинные сети передачи, которые “забиваются” реактивной мощностью, что в итоге снижает их пропускную способность.
Поэтому компенсация реактивной мощности относится к вопросу энергосбережения – она позволяет экономить расход топлива на электростанциях, и выработку бесполезной реактивной энергии, которая в конечном счете преобразуется в тепловую энергию и выбрасывается в атмосферу.
На предприятиях учитывается и активная, и реактивная потребляемые мощности, и при составлении договора оговаривается минимальное значение коэффициента мощности, которое нужно обеспечить. Если косинус упал – включается повышающий коэффициент при оплате.
Измерения на предприятии
Далее приведу отчет о проведении измерений на предприятии, по итогам которых были сделаны рекомендации по компенсации реактивной мощности.
При индуктивном характере нагрузки, который наблюдается на практике в большинстве случаев, ток отстает от напряжения (отрицательный сдвиг фаз), что видно на экране прибора HIOKI 3197 (табличные данные) при проведении измерений:
В данном случае видно, что ток отстает от напряжения примерно на 26°.Из вышеприведенного измерения видно, что при угле отставания тока (сдвиге фаз) 26° cos φ = 0,898. Данный расчет подтверждается измеренным значением.
Измерение проводилось в течение около двух часов, за это время оборудование (нагрузка) циклически включалось и выключалось. За всё время измерения коэффициент нелинейных искажений напряжения THD не превысил 1,3% по каждой из фаз.
Результаты измерений приведены ниже:
Для проверки проведём расчет по выше приведенной формуле для самых интенсивных гармоник (5, 7, 11):
Как видно, остальные гармоники имеют пренебрежимо малый вес.Временной график THD:
Временной график cosϕ:
Анализ полученных результатов обследования
На предприятии нужно было выбрать компенсирующую установку для увеличения коэффициента мощности, поскольку питающая ТП работала на пределе мощности. Но перед её покупкой было решено обратить внимание на гармоники.
Были реальные случаи, когда из-за высокого уровня гармоник напряжения взрывались и загорались конденсаторные установки
В ГОСТ 13109-97 указан допустимый уровень гармонических искажений по напряжению, равный 8%. По проведенным измерениям, этот уровень не превышен. Однако, при увеличении мощности в 5 раз можно ожидать увеличение процента гармоник (THD) в то же количество раз. Следовательно, возможно увеличение коэффициента гармоник с 2,3 % до 11,5 %.
Однако, по рекомендациям производителей для безопасной эксплуатации батарей конденсаторов установок стандартного исполнения уровень THD не должен превышать 2 %. При этом уровень гармоник тока не учитывается и ГОСТом не регламентируется.
Следовательно, необходимо применять совместно с конденсаторными установками фильтры высших частот (фильтрокомпенсирующие устройства).
Рекомендации по уменьшению гармонических составляющих питающего напряжения
Для уменьшения гармоник напряжение рекомендуется сделать следующее:
- На все преобразователи частоты мощностью более 10 кВт в обязательном порядке установить линейные дроссели переменного тока. Лучшим вариантом будет выбор дросселей с высоким импедансом (3-4 %), которые уменьшат уровень гармоник на 15-20%. Кроме того, установка дросселей улучшит надежность и отказоустойчивость преобразователей.
- На преобразователи частоты мощностью более 35 кВт, кроме дросселей переменного тока, установить дроссели постоянного тока для питания звена постоянного тока. Это дополнительно уменьшит выбросы гармоник в питающую сеть на 5-10%.
- Применить пассивные LC-фильтры на вводе питания преобразователей частоты и других нелинейных нагрузок.
Для выполнения приведенных рекомендаций желательно обратиться к инструкциям производителей и специалистам.
Кроме того, рекомендуется проверить состояние питающих проводов, кабелей, клемм, переходных сопротивлений силовых соединений фазных и нейтральных проводов, качество соединений заземления корпусов электроприборов и т.д. В результате обследования выявлены преобразователи с отключенным заземлением.
Рекомендации по выбору компенсирующих устройств реактивной мощности
Мощность компенсирующего устройства выбирается исходя из мощности нагрузки, а также существующего и желаемого коэффициентов мощности.
Для расчета параметров можно воспользоваться следующей методикой.
Определить из таблицы коэффициент К, который считается по формулам на основе углов фаз некомпенсированного и компенсированного питания:
Например, текущий cosϕ = 0,7, желаемый cosϕ = 0,96. Тогда К = 0,73.
Как я уже говорил, не рекомендуется компенсировать реактивную мощность полностью (до cosϕ = 1), так как при этом возможна перекомпенсация (за счет переменной величины активной мощности нагрузки и других случайных факторов)
Этот тот самый случай, когда к идеалу стремиться не нужно)
Далее, необходимую емкостную мощность конденсаторных батарей определяют по формуле: Qc = КP (ВАр).
Например, в нашем случае, при мощности 1000 кВт полная мощность конденсаторной батареи будет 730 кВАр.
При выборе конденсаторной батареи она должна обладать следующими параметрами (не хуже):
- Перегрузка по току – 1,3 I ном
- Перегрузка по напряжению – 1,1 U ном
- Мощность минимальной ступени – не более 15 кВАр
- Допустимое содержание гармоник напряжения – не менее 20 %
- Частота расстройки фильтра – не более 190 Гц (срез начиная с 4-й гармоники)
- Регулятор реактивной мощности – электронный, с измерением и выдачей всех необходимых параметров
- Коммутация – контакторы, поскольку изменение активной мощности не быстрое
(рекомендации даны поставщиком КУ)
На этом всё. Если есть желание что-то добавить, или поправить меня – как всегда, рад вашим комментариям!
Автор канала даёт консультации и пишет на заказ статьи по вопросам промышленной и бытовой электрики и электроники. Подробности здесь.
Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт - https://samelectric.ru/ и в группу ВК - https://vk.com/samelectric
Статьи в тему производства:
Некоторые мои статьи на Дзене про электродвигатели и пром.оборудование:
- Что будет, если вместо "Треугольника" двигатель включить в "Звезду"? (Не повторять! Приготовьте огнетушитель!)
- Пошлый турецкий станок
Не забываем подписываться и ставить лайки, впереди много интересного!
Обращение к хейтерам: за оскорбление Автора и Читателей канала - отправляю в баню.
