Wat is blindvermogencompensatie en hoe wordt het compensatiebedrag berekend?

In het dagelijks werk kom je vaak deze vraag tegen: de capaciteit van transformatoren wordt gemeten in kilovolt-ampère (kVA), het uitgangsvermogen van motoren in kilowatt (kW) en het vermogen van condensatorcompensatie in vars of kilovars (var). Waarom zijn er drie verschillende termen voor eenheden die allemaal elektrische energie vertegenwoordigen?

Dit brengt ons bij het onderwerp dat we vandaag zullen bespreken: de inherente relatie tussen reactief vermogen (eenheid: var of kvar), actief vermogen (eenheid: W of kW), schijnbaar vermogen (eenheid: VA of kVA) en de arbeidsfactor.

 

I. In het elektriciteitsnet kan het elektrische vermogen dat door de bron aan de belasting wordt geleverd, worden onderverdeeld in twee typen: actief vermogen en reactief vermogen.

(1) Reactief vermogen (Q):
Veel elektrische apparaten werken op basis van elektromagnetische inductieprincipes, zoals distributietransformatoren en motoren. Motoren vereisen het tot stand brengen en in stand houden van een roterend magnetisch veld om de rotor aan te drijven, die op zijn beurt de mechanische beweging aandrijft. Het magnetische veld van de rotor in een motor wordt gegenereerd door reactief vermogen uit de stroombron te halen.
Transformatoren hebben ook reactief vermogen nodig om een ​​magnetisch veld in de primaire wikkeling te genereren en spanning in de secundaire wikkeling te induceren. Daarom zouden motoren zonder reactief vermogen niet draaien, zouden transformatoren de spanning niet kunnen transformeren en zouden AC-schakelaars niet inschakelen. Generatoren kunnen reactief vermogen produceren en condensatoren kunnen reactief vermogen leveren.-Dit is de basis van reactief vermogencompensatie.

(2) Actief vermogen (P):
Actief vermogen verwijst naar het deel van de elektrische energie dat direct kan worden omgezet in andere vormen van energie en kan worden geconsumeerd. Een motor zet bijvoorbeeld elektrische energie om in mechanische energie. Zonder rekening te houden met de efficiëntie kan een motor van 11 kW 11 kWh elektrische energie omzetten in een gelijkwaardige hoeveelheid mechanische energie per uur. Een gloeilamp van 100 W zet per uur 0,1 kWh elektrische energie om in lichtenergie. Op dezelfde manier zet een verwarming van 1 kW 1 kWh elektrische energie per uur om in thermische energie. Actief vermogen is het elektrische vermogen dat direct kan worden omgezet in andere vormen van energie.

(3) Schijnbaar vermogen (S):
In zekere zin is schijnbaar vermogen de combinatie van actief vermogen (P) en reactief vermogen (Q). Voor stroombronnen omvat schijnbaar vermogen zowel actief als reactief vermogen. Het vermogen dat door een transformator wordt geleverd, omvat bijvoorbeeld zowel actieve als reactieve componenten. Daarom wordt de capaciteit van transformatoren uitgedrukt in schijnbaar vermogen, gemeten in kilovolt-ampère (kVA).

 

II. De relatie tussen actief vermogen, reactief vermogen en schijnbaar vermogen

Om de relatie tussen deze drie te verklaren, moeten we eerst begrijpen wat de machtsfactor is.

In een wisselstroomcircuit wordt de cosinus van het faseverschil (Φ) tussen spanning en stroom de arbeidsfactor genoemd, ook wel cosΦ genoemd. Numeriek gezien is de arbeidsfactor de verhouding tussen actief vermogen en schijnbaar vermogen, dwz cosΦ=P/S.

 

 

(1) Wat is reactief vermogen precies?

Gebaseerd op de relaties die worden geïllustreerd door de vermogensdriehoek, de spanningsdriehoek en de impedantiedriehoek, kan blindvermogen eenvoudig als volgt in praktische termen worden begrepen:
In een elektrisch circuit verbruiken puur resistieve componentenactief vermogen (P), terwijl inductieve componenten (zoals reactorspoelen, transformatorwikkelingen en motorstators of rotors) verbruikenreactief vermogen (Q). Aan de andere kant leveren capacitieve componenten reactief vermogen (Q) -, bijvoorbeeld condensatoren en synchrone generatoren. (Opmerking: wanneer een synchrone generator in bedrijf is, gedragen de wikkelingen zich capacitief, wat betekent dat deze zowel actief vermogen als reactief vermogen levert.)

Een eenvoudige samenvatting is dus:
Inductieve of capacitieve componenten zijn de consumenten en leveranciers van reactief vermogen.

(2) Wat zijn de negatieve gevolgen van reactief vermogen?

Vermindert het actieve vermogen van generatoren
Dit komt omdat de totale capaciteit (dat wil zeggen het schijnbaar vermogen S) van een generator vaststaat. Als er te veel reactief vermogen Q wordt geleverd, zal het actieve vermogen P dienovereenkomstig afnemen; anders kan de generator overbelast raken.

Vermindert de stroomvoorzieningscapaciteit van transmissie- en distributieapparatuur
De redenering is dezelfde als die voor generatoren.

Verhoogt lijnspanningsverliezen
Naarmate de reactieve stroomcomponent in het circuit toeneemt, neemt ook de totale stroom toe. De spanningsval (δU=IZ) is evenredig met de stroom. Grotere spanningsdalingen maken een vergroting van de dwarsdoorsnede van de geleiders noodzakelijk, wat leidt tot hogere investeringskosten.

 

(3) De voordelen van reactief vermogen

Veel elektrische apparaten werken op basis van elektromagnetische inductieprincipes, zoals distributietransformatoren en motoren.

Motoren vereisen het tot stand brengen en in stand houden van een roterend magnetisch veld om de rotor aan te drijven, die op zijn beurt de mechanische beweging aandrijft. Het magnetische veld van de rotor in een motor wordt gegenereerd door reactief vermogen uit de stroombron te halen.

Op dezelfde manier hebben transformatoren reactief vermogen nodig om een ​​magnetisch veld in de primaire wikkeling te creëren, waardoor spanning in de secundaire wikkeling wordt geïnduceerd.

Daarom, zonder reactief vermogen:

Motoren draaiden niet,

Transformatoren konden de spanning niet transformeren,

AC-schakelaars wilden niet inschakelen.

Hieruit blijkt duidelijk dat reactief vermogen een ondersteunende rol speelt bij de omzetting en transformatie van elektrische energie. Zonder reactief vermogen kunnen er geen magnetische velden tot stand worden gebracht en kan elektrische energie niet worden omgezet in mechanische energie.

 

III. Hoe blindvermogencompensatie uitvoeren en het compensatiebedrag berekenen?

Hierboven hebben we samen de rollen en nadelen van reactief vermogen geanalyseerd. De belangrijkste nadelen zijn: ten eerste vergroot het de capaciteit van transformatoren en het dwarsdoorsnede-oppervlak van geleiders, wat indirect de projectkosten verhoogt; ten tweede mag de arbeidsfactor na gebruik niet onder de 0,9 komen, anders zal het energiebedrijf boetes opleggen.

Daarom moeten we tijdens het technisch ontwerp deze kwestie volledig in overweging nemen. In voedingssystemen zonder generatoren worden doorgaans parallelle condensatoren gebruikt om de arbeidsfactor van onderstations te verbeteren. Het principe is om reactief vermogen lokaal te leveren, waardoor het niet meer nodig is reactief vermogen van het elektriciteitsnet te betrekken. Deze aanpak vermindert niet alleen de vereiste capaciteit van transformatoren, maar verbetert ook de arbeidsfactor aan de meetzijde.

 

(1) Selectie van condensatorcompensatiemethoden

1. Bij gebruik van shuntvermogenscondensatoren als kunstmatige apparaten voor reactieve vermogenscompensatie, om lijnverliezen en spanningsdalingen te minimaliseren, moet de compensatie lokaal worden gebalanceerd. Dit betekent dat reactief vermogen in laag-spanningssecties moet worden gecompenseerd door laag-condensatoren, terwijl reactief vermogen in hoog-spanningssecties moet worden gecompenseerd door hoog-spanningscondensatoren.

Als er geen hoge-spanningsbelasting is, mogen shuntcondensatorapparaten niet worden geïnstalleerd aan de- hogespanningszijde.

Bij het uitvoeren van lokale individuele compensatie voor door een motor-aangedreven apparatuur mag de nominale stroom van de compensatiecondensator niet groter zijn dan 0,9 maal de bekrachtigingsstroom van de motor.

Bij berekeningen van de elektrische belasting moet het gecompenseerde reactieve vermogen worden meegenomen.

2. De schakelmodi voor compensatiecondensatorbanken zijn onderverdeeld in handmatig en automatisch.

Handmatig schakelen is geschikt voor condensatorbanken die het reactieve basisvermogen met lage- spanning compenseren, maar ook voor condensatorbanken met hoge- hoge spanning met een stabiele vraag naar reactief vermogen en onregelmatig schakelen.

Om over-overcompensatie of overmatige spanning tijdens lichte belasting te voorkomen, waardoor bepaalde elektrische apparatuur beschadigd zou kunnen raken, wordt automatisch schakelen aanbevolen.

Als de effecten van automatische compensatieapparaten met hoge- en lage- lage spanning vergelijkbaar zijn, verdienen automatische compensatieapparaten met lage- lage spanning de voorkeur.

3.Reguleringsmethoden voor automatische blindvermogencompensatie:

Voor compensatie die vooral op energiebesparing is gericht, kunnen parameters als reactief vermogen worden gebruikt voor regeling.

Voor schokbelastingen, dynamisch snel-veranderende belastingen en drie- ongebalanceerde belastingen kunnen thyristoren (elektronische schakelaars) worden gebruikt voor de regeling, waardoor een soepele werking zonder inschakelstromen wordt gegarandeerd, goede dynamische prestaties worden geleverd en fase-gescheiden controle voor drie- balanceringseffecten mogelijk wordt gemaakt.

4. Bij het groeperen van condensatoren moet compatibiliteit met de technische parameters van ondersteunende apparatuur worden gewaarborgd. Er moet worden voldaan aan het toegestane bereik van spanningsafwijkingen, en er moeten inspanningen worden gedaan om het aantal groepen te verminderen en tegelijkertijd de capaciteit van elke groep op passende wijze te vergroten.

Het schakelen van gegroepeerde condensatoren mag geen resonantie veroorzaken.

5. Hoogspanningscondensatorbanken moeten bij voorkeur in serie worden aangesloten met reactoren van de juiste grootte, terwijl laagspanningscondensatorbanken de schakelcapaciteit moeten vergroten met behulp van speciale schakelcontactoren of thyristors om de inschakelstromen tijdens het schakelen te verminderen.

Op lijnen die aanzienlijk worden beïnvloed door harmonischen van elektrische apparatuur, moeten reactoren in serie worden aangesloten met de condensatorbanken.

 

(2) Berekening van de condensatorcompensatiecapaciteit

 

Het doel is om het vereiste reactieve vermogen Qc (kvar) te bepalen