Verband tussen arbeidsfactor en blindvermogencompensatie

Bent u ooit dit raadselachtige probleem tegengekomen? U hebt aanvullende compensatiecondensatoren geïnstalleerd om de stroomkwaliteit te verbeteren -, maar uw elektriciteitskosten zijn gestegen en niet gedaald. Wat is de verborgen technische oorzaak achter dit contra-intuïtieve resultaat? In dit stuk leggen we de kernprincipes van arbeidsfactor en blindvermogencompensatie uit, leiden u door de berekeningen voor compensatiecapaciteit en schetsen we praktische maatregelen om resonantiegevaren te beperken en te voorkomen.

 

De arbeidsfactor is afhankelijk van de belasting-. In gelijkstroomcircuits is de arbeidsfactor altijd precies 1, dus het concept zelf is functioneel niet relevant. Zodra we de wisselstroomwereld betreden, gaat de arbeidsfactor een rol spelen - en deze is bijna altijd kleiner dan 1.

 

De arbeidsfactor wordt formeel gedefinieerd als de verhouding tussen actief vermogen en schijnbaar vermogen.

Actieve kracht: De werkelijke elektrische energie die door apparatuur wordt verbruikt om daadwerkelijk, nuttig werk te produceren.

Reactief vermogen: Het wordt nooit opgebruikt door de belasting; in plaats van. Het is energie die voortdurend circuleert en werkeloos oscilleert binnen het elektriciteitsnet.

De geometrische relatie tussen de drie grootheden volgt deze formule:

                                                     P²+Q²=S²(Actief vermogen² + reactief vermogen²=Schijnbaar vermogen²)

2. Waarom hebben we blindvermogencompensatie nodig?

 

De arbeidsfactor wordt fundamenteel bepaald door het capacitieve en inductieve gedrag van uw elektrische leidingen en belastingen.

In tegenstelling tot typische eindgebruikersapparatuur-, trekken condensatoren en inductoren elektrische energie aan en slaan deze tijdelijk op. In de meeste praktische scenario's is hun energieverbruik veel groter dan hun opgeslagen capaciteit. Dit creëert echter nog steeds een deel van de stroom die door het systeem circuleert, maar helemaal geen productief werk verricht.

 

kan vragen:Wat maakt het mij uit als de stroom geen echt werk doet?

Hoewel het voor u misschien irrelevant lijkt, is het van cruciaal belang voor elektriciteitscentrales en elektriciteitsbedrijven. Wanneer een generator binnen veilige stroomgrenzen werkt, vermindert een lagere arbeidsfactor direct de hoeveelheid bruikbaar, productief vermogen die hij kan leveren. Omdat elektriciteit uitsluitend wordt gefactureerd op basis van het actieve energieverbruik. Reactieve energie verspilt waardevolle opwekkings- en netwerkinfrastructuurcapaciteit -, terwijl het absoluut geen inkomsten oplevert voor energieleveranciers.

 

Zie het zo: het is precies hetzelfde als in de metro rijden. Een passagier koopt één kaartje, gaat van het begin naar het einde van de rij, draait zich dan om en rijdt meteen terug. Ze lopen de hele dag heen en weer en verlaten zelfs het station niet. Ze betalen maar een klein tarief, maar leggen toch de hele tijd beslag op de transitcapaciteit - geen wonder dat de metromaatschappij uiteindelijk de dupe wordt!

 

Dus hoe kunnen we dit oplossen? Het goede nieuws is: reactief vermogen van capacitieve belastingen en inductieve belastingen heffen elkaar op natuurlijke wijze op. De stroom door een condensator loopt 90 graden voor op de spanning, terwijl de stroom door een inductor 90 graden achterloopt op de spanning. Wanneer capacitieve reactantie en inductieve reactantie perfect in evenwicht zijn, kan de totale arbeidsfactor van het circuit een ideale waarde van 1 bereiken.

 

Nu rijst een belangrijke vraag: hebben we in een typisch stroomdistributiesysteem in de echte-wereld meer inductieve belastingen of capacitieve belastingen?

In de breedste definitie is een condensator eenvoudigweg twee geïsoleerde geleidende lichamen, en in de meeste gevallen heeft deze uiteraard slechts een zeer kleine hoeveelheid capaciteit. Inductie daarentegen is overal aanwezig: het is inherent aan spoelen, elektromotoren en soortgelijke machines. Elk apparaat met wikkelspoelen telt als inductieve belasting.

 

Dat is de reden waarom inductieve belastingen al het dagelijkse stroomverbruik sterk domineren - en dit is precies de reden waarom compensatie van reactief vermogen bijna altijd noodzakelijk is. De standaard aanpak in de industrie is het dimensioneren en installeren van bijpassende vermogenscondensatoren in overeenstemming met de werkelijke vereisten voor reactief vermogen van uw instelling, om op betrouwbare wijze de algehele arbeidsfactor van het systeem te verhogen.

 

Selectie van compensatiebenadering

 

Lokale on-compensatie:Reactief vermogen met lage- spanning wordt gecompenseerd op het lage - spanningsniveau met behulp van LV-condensatoren, terwijl reactief vermogen met hoge - spanning wordt afgehandeld door HV-condensatoren. Shuntcondensatoren mogen nooit aan de hoge-spanningszijde worden geïnstalleerd als er geen hoge- spanningsbelasting aanwezig is.

 

Schakelschema:Handmatig schakelen werkt het beste voor reactieve statische basisbelastingen met stabiele bedrijfsomstandigheden. Automatisch schakelen is ideaal voor het voorkomen van over-compensatie en het elimineren van overspanningsproblemen bij lichte- belasting.

 

Controle & Regulatie:Wanneer energie-efficiëntie het primaire doel is, is op reactief vermogen-gebaseerde parametercontrole de voorkeursoplossing. Voor fluctuerende, impact-type snel-veranderende belastingen zorgt de thyristor-gecontroleerde compensatie voor soepel, inschakel-vrij schakelen en ondersteunt onafhankelijke gesplitste-fasecorrectie.

 

Principe van bankgroepering:De condensatorgroepering moet op de juiste manier worden afgestemd op de specificaties van alle systeemapparatuur, om het risico op resonantie tijdens schakelgebeurtenissen te elimineren.

 

Harmonische en piekbeperking:Hoogspanningscondensatorbanken moeten worden uitgerust met seriereactoren. Op laag-systemen kunt u individuele schakeltrappen groter maken, of speciale- speciaal gebouwde contactors/thyristorschakelaars inzetten om schakelinschakelstromen effectief te onderdrukken.

 

4. Hoe u de vereiste reactieve compensatiecapaciteit kunt bepalen

 

Drie kernparameters moeten worden bevestigd voordat de compensatie wordt bepaald:

Initiële arbeidsvermogensfactor cosφ1​

Streef naar de gewenste arbeidsfactor cosφ2​

Systeem actief vermogen P

 

Berekeningsformule:

Praktisch toepassingsvoorbeeld

 

Een site exploiteert een630 kVAtransformator, die momenteel draait op een initiële arbeidsfactor van 0,6, en moet de arbeidsfactor verbeteren tot een streefwaarde van 0,9. Welk compensatievermogen is nodig?

 

Het toepassen van de bovenstaande formule levert een berekende reactieve vraag op van ongeveer334 kvar. Voor deze toepassing is een automatisch geschakelde condensatorbank van 334 kvar de optimale en goed op elkaar afgestemde oplossing.

 

Snelle schatting voor nieuw project

Voor nieuwe installaties waarvoor geen bestaande historische arbeidsfactorrecords beschikbaar zijn, is het in de industrie gebruikelijk om de compensatiecapaciteit te schatten op30% tot 40% van de nominale capaciteit van de transformator.

 

5. Wat zijn de risico's van over-compensatie?

 

Capacitieve vermogenscompensatie werkt door het inzetten van shuntcondensatoren om de stabiliteit van de netspanning te behouden en spanningsverval te voorkomen. Dat gezegd hebbende, brengt het te groot maken van uw compensatiebank ernstige nadelen met zich mee:

 

Onnodige netverliezen:Vanuit het perspectief van het nutsbedrijf zorgen zowel capacitieve als inductieve reactieve stroom voor extra reële vermogensverliezen. Elke compensatie die verder gaat dan wat feitelijk vereist is, levert geen enkel operationeel voordeel op.

 

Resonantie gevaar:Wanneer het elektriciteitsnet aan de klant-zijde overcapacitief wordt, terwijl het stroomopwaartse distributienet inherent inductief blijft, kunnen niet-overeenkomende reactantiewaarden systeemresonantie veroorzaken. Dit veroorzaakt extreme overspannings- en overstroomgebeurtenissen, die aangesloten apparatuur permanent kunnen vernietigen - en in het ergste- scenario zelfs kunnen leiden tot ontkoppeling van het lokale elektriciteitsnet.

 

Om deze reden moet over-compensatie altijd worden voorkomen. De beste praktijken in de sector vereisen slechts het handhaven van een arbeidsfactor van ongeveer 0,9. Op dit instelpunt bestaat ongeveer de helft van de actieve stroom nog steeds uit reactieve stroom, waardoor de lijnverliezen met 56% toenemen. Zelfs wanneer ze worden verhoogd tot een PF van 0,95, zijn reactieve componenten nog steeds verantwoordelijk voor ongeveer 31% van het totale vermogen.

 

Bij veldoperaties in de praktijk- zijn ook aanvullende maatregelen vereist, zoals het installeren van seriereactoren, om gevaarlijke spannings- en stroomversterkingseffecten te elimineren.