Kaj je kompenzacija jalove moči in kako se izračuna znesek kompenzacije?

Ali se pri vsakodnevnem delu pogosto srečujete s tem vprašanjem: zmogljivost transformatorjev se meri v kilovolt-amperih (kVA), izhodna moč motorjev v kilovatih (kW), moč kondenzatorske kompenzacije pa v varih ali kilovarjih (var). Zakaj obstajajo trije različni izrazi za enote, ki vse predstavljajo električno moč?

To nas pripelje do teme, o kateri bomo razpravljali danes: inherentno razmerje med jalovo močjo (enota: var ali kvar), delovno močjo (enota: W ali kW), navidezno močjo (enota: VA ali kVA) in faktorjem moči.

 

I. V električnem omrežju lahko električno energijo, ki jo vir dovaja bremenu, razvrstimo v dve vrsti: delovno moč in jalovo moč.

(1) Jalova moč (Q):
Številne električne naprave delujejo na osnovi elektromagnetne indukcije, kot so razdelilni transformatorji in motorji. Motorji zahtevajo vzpostavitev in vzdrževanje rotacijskega magnetnega polja za pogon rotorja, ki nato poganja mehansko gibanje. Magnetno polje rotorja v motorju nastane s črpanjem jalove moči iz vira energije.
Transformatorji potrebujejo tudi jalovo moč za ustvarjanje magnetnega polja v primarnem navitju in indukcijo napetosti v sekundarnem navitju. Zato se brez jalove moči motorji ne bi vrteli, transformatorji ne bi mogli transformirati napetosti in AC kontaktorji se ne bi vključili. Generatorji lahko proizvajajo jalovo moč, kondenzatorji pa lahko zagotavljajo jalovo moč-to je osnova za kompenzacijo jalove moči.

(2) Aktivna moč (P):
Aktivna moč se nanaša na del električne energije, ki se lahko neposredno pretvori v druge oblike energije in porabi. Na primer, motor pretvarja električno energijo v mehansko. Brez upoštevanja učinkovitosti lahko motor z močjo 11 kW pretvori 11 kWh električne energije v enako količino mehanske energije na uro. Žarnica z žarilno nitko z močjo 100 W pretvori 0,1 kWh električne energije v svetlobno energijo na uro. Podobno 1 kW grelec pretvori 1 kWh električne energije v toplotno energijo na uro. Aktivna moč je električna moč, ki jo je mogoče neposredno pretvoriti v druge oblike energije.

(3) Navidezna moč (S):
V nekem smislu je navidezna moč kombinacija delovne moči (P) in jalove moči (Q). Pri virih električne energije navidezna moč obsega delovno in jalovo moč. Na primer, moč, ki jo dovaja transformator, vključuje aktivne in reaktivne komponente, zato je zmogljivost transformatorjev izražena v navidezni moči, merjeni v kilovolt-amperih (kVA).

 

II. Razmerje med delovno močjo, jalovo močjo in navidezno močjo

Da bi pojasnili razmerje med temi tremi, moramo najprej razumeti, kaj je faktor moči.

V izmeničnem tokokrogu se kosinus fazne razlike (Φ) med napetostjo in tokom imenuje faktor moči, označen kot cosΦ. Številčno je faktor moči razmerje med delovno in navidezno močjo, tj. cosΦ=P/S.

 

 

(1) Kaj točno je jalova moč?

Na podlagi odnosov, ki jih prikazujejo trikotnik moči, trikotnik napetosti in trikotnik impedance, lahko jalovo moč preprosto razumemo v praktičnih izrazih, kot sledi:
V električnem tokokrogu porabljajo čisto uporovne komponenteaktivna moč (P), medtem ko induktivne komponente (kot so reaktorske tuljave, navitja transformatorjev in statorji ali rotorji motorjev) porabijoreaktivna moč (Q). Po drugi strani pa kapacitivne komponente dobavljajo jalovo moč (Q) -, na primer kondenzatorji in sinhroni generatorji. (Opomba: Ko sinhroni generator deluje, se njegova navitja obnašajo kapacitivno, kar pomeni, da dobavlja tako aktivno moč kot tudi jalovo moč.)

Tako je preprost povzetek:
Induktivne ali kapacitivne komponente so porabniki in dobavitelji jalove moči.

(2) Kakšni so negativni vplivi jalove moči?

Zmanjša delovno moč generatorjev
To je zato, ker je skupna zmogljivost (tj. navidezna moč S) generatorja fiksna. Če je dovedena prevelika jalova moč Q, se bo delovna moč P ustrezno zmanjšala; sicer lahko pride do preobremenitve generatorja.

Zmanjša zmogljivost napajanja opreme za prenos in distribucijo
Utemeljitev je enaka kot pri generatorjih.

Poveča izgube omrežne napetosti
Ko se komponenta jalovega toka v tokokrogu poveča, se poveča tudi skupni tok. Padec napetosti (δU=IZ) je sorazmeren toku. Zaradi večjih padcev napetosti je treba povečati presek vodnikov, kar vodi do višjih stroškov naložbe.

 

(3) Prednosti jalove moči

Številne električne naprave delujejo na osnovi elektromagnetne indukcije, kot so razdelilni transformatorji in motorji.

Motorji zahtevajo vzpostavitev in vzdrževanje rotacijskega magnetnega polja za pogon rotorja, ki nato poganja mehansko gibanje. Magnetno polje rotorja v motorju nastane s črpanjem jalove moči iz vira energije.

Podobno transformatorji potrebujejo jalovo moč, da ustvarijo magnetno polje v primarnem navitju in tako inducirajo napetost v sekundarnem navitju.

Zato brez jalove moči:

Motorji se ne bi vrteli,

Transformatorji niso mogli transformirati napetosti,

AC kontaktorji se ne vključijo.

Iz tega je razvidno, da ima jalova moč podporno vlogo pri pretvorbi in transformaciji električne energije. Brez jalove moči ni mogoče vzpostaviti magnetnih polj in električne energije ni mogoče pretvoriti v mehansko.

 

III. Kako izvesti kompenzacijo jalove moči in izračunati znesek kompenzacije?

Zgoraj smo skupaj analizirali vloge in pomanjkljivosti jalove moči. Glavne pomanjkljivosti so: prvič, poveča se zmogljivost transformatorjev in presek-prevodnikov, kar posredno poveča stroške projekta; drugič, po delovanju faktor moči ne sme pasti pod 0,9, sicer bo podjetje za oskrbo z električno energijo naložilo denarno kazen.

Zato moramo med inženirskim projektiranjem v celoti upoštevati to vprašanje. V sistemih oskrbe z električno energijo brez generatorjev se za izboljšanje faktorja moči transformatorskih postaj običajno uporabljajo vzporedni kondenzatorji. Načelo je lokalno dovajanje jalove moči, kar odpravlja potrebo po črpanju jalove moči iz omrežja. Ta pristop ne le zmanjša zahtevano zmogljivost transformatorjev, ampak tudi izboljša faktor moči na strani merjenja.

 

(1) Izbira metod kondenzatorske kompenzacije

1. Pri uporabi kondenzatorjev za preusmeritveno moč kot naprav za umetno kompenzacijo jalove moči je treba kompenzacijo uravnotežiti lokalno, da zmanjšate izgube v liniji in padce napetosti. To pomeni, da je treba jalovo moč v nizko-napetostnih odsekih kompenzirati z nizko-napetostnimi kondenzatorji, medtem ko je treba jalovo moč v-visokonapetostnih odsekih kompenzirati z visoko-napetostnimi kondenzatorji.

Če ni visokonapetostne-obremenitve, naprav s preklopnimi kondenzatorji ne smete namestiti na visoko-napetostno stran.

Pri izvajanju lokalne individualne kompenzacije za opremo, ki jo- poganja motor, nazivni tok kompenzacijskega kondenzatorja ne sme preseči 0,9-kratnika vzbujalnega toka motorja.

Med izračuni električne obremenitve je treba vključiti kompenzirano jalovo moč.

2. Preklopni načini za kompenzacijske kondenzatorske banke so razdeljeni na ročne in samodejne.

Ročno preklapljanje je primerno za kondenzatorske baterije, ki kompenzirajo osnovno nizko-napetostno jalovo moč, kot tudi visoko{1}}napetostne kondenzatorske baterije s stabilno povpraševanjem po jalovi moči in redkimi preklapljanji.

Da bi se izognili prekomerni-kompenzaciji ali previsoki napetosti med majhnimi obremenitvami, ki bi lahko poškodovale določeno električno opremo, priporočamo samodejno preklapljanje.

Če so učinki visoko{0}}napetostnih in nizko{1}}napetostnih avtomatskih kompenzacijskih naprav podobni, je treba dati prednost nizko-napetostnim avtomatskim kompenzacijskim napravam.

3. Regulacijske metode za samodejno kompenzacijo jalove moči:

Za kompenzacijo, ki je namenjena predvsem prihrankom energije, se lahko za regulacijo uporabijo parametri, kot je jalova moč.

Za udarne obremenitve, dinamično hitro-spremenljive obremenitve in tri-fazne neuravnotežene obremenitve se lahko za krmiljenje uporabijo tiristorji (elektronska stikala), ki zagotavljajo nemoteno delovanje brez zagonskih tokov, zagotavljajo dobro dinamično zmogljivost in omogočajo fazno-ločeno krmiljenje za tri-učinke uravnoteženja faz.

4. Pri združevanju kondenzatorjev je treba zagotoviti združljivost s tehničnimi parametri podporne opreme. Upoštevati je treba dovoljeno območje odstopanja napetosti, prizadevati pa si je treba za zmanjšanje števila skupin ob ustreznem povečanju zmogljivosti vsake skupine.

Preklapljanje združenih kondenzatorjev ne sme povzročiti resonance.

5. Visoko{1}}napetostne kondenzatorske baterije bi morale biti po možnosti zaporedno povezane z reaktorji ustrezne velikosti, nizko-napetostne kondenzatorske baterije pa bi morale povečati preklopno zmogljivost z uporabo namenskih preklopnih kontaktorjev ali tiristorjev, da se zmanjšajo zagonski tokovi med preklapljanjem.

Na vodih, na katere močno vplivajo harmoniki iz električne opreme, morajo biti reaktorji zaporedno povezani s kondenzatorskimi baterijami.

 

(2) Izračun kompenzacijske zmogljivosti kondenzatorja

 

Cilj je določiti potrebno jalovo moč Qc (kvar) do