Содержание
Реактивная мощность
Реактивная мощность обусловлена способностью реактивных элементов накапливать и отдавать электрическую или магнитную энергию.
Eмкостная нагрузка в цепи переменного тока за время половины периода накапливает заряд в обкладках конденсаторов и отдаёт его обратно в источник.Индуктивная нагрузка накапливает магнитную энергию в катушках и возвращает её в источник питания в виде электрической энергии.
Напряжение на выводах реактивного элемента будет достигать максимального значения во время смены направления тока, следовательно, расхождение во времени между напряжением и током в пределах элемента составит четверть периода (сдвиг фаз 90°).
Угол сдвига фаз φ в цепи нагрузки определяется соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузки.
Реактивная мощность характеризует потери, созданные реактивными элементами в цепи переменного тока, и выражается формулой Q = UIsinφ.
Природу потерь в цепи с реактивными элементами можно рассмотреть с помощью графиков на рисунках.
φ = 90° sin90° = 1 cos90° = 0
При отсутствии активной составляющей в нагрузке, сдвиг фаз между напряжением и током составит 90°.
В начале периода, когда напряжение максимально – ток будет равен нулю, следовательно, мгновенное значение мощности UI в это время будет равно нулю.
В течении первой четверти периода, мощность можно видеть на графике, как произведение UI, которое станет равным нулю при максимуме тока и нулевом значении напряжения.
В следующую четверть периода на графике UI принимает отрицательное значение, следовательно, мощность возвращается обратно в источник питания.
То же самое произойдёт и в отрицательном полупериоде тока. В результате средняя (активная) потребляемая мощность P avg за период будет равна нулю.
В таком случае:
Реактивная мощность Q = UIsin90° = UI
Потребляемая мощность P = UIcos90° =
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна реактивной мощности
Коэффициент мощности P/S =
При отсутствии реактивных элементов и сдвига фаз в нагрузках, мгновенная мощность в полупериоде Umax*Imax будет максимальной, и в следующем полупериоде произведение отрицательного напряжения с отрицательным током дадут положительный результат – полезную мощность в нагрузке.
φ = 0° sin90° = 0 cos90° = 1
В этом случае:
Реактивная мощность Q = UIsin0 =
Потребляемая мощность P = UIcos0 = UI
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна потребляемой мощности
Коэффициент мощности P/S = 1
Ниже представлен рисунок графиков со сдвигом фаз 45°, для случая равенства активного и реактивного сопротивлений в нагрузке.
φ = 45° sin45° = cos45° = √2/2 ≈ 0.71
Здесь:
Реактивная мощность Q = UIsin45° = 0.71UI
Потребляемая мощность P = UIcos45° = 0.71UI
Полная мощность S = √(P² + Q²) = UI
Коэффициент мощности P/S = 0.71
В примерах рассмотрены случаи с индуктивной нагрузкой, когда ток отстаёт от напряжения (положительный сдвиг фаз). В случаях с ёмкостной нагрузкой, процессы и расчёты аналогичны, только напряжение будет отставать от тока (отрицательный сдвиг фаз).
Угол сдвига фаз в сети определится соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузок в параллельном соединении следующим образом:
XL и XС соответственно индуктивное и ёмкостное сопротивление нагрузок.Преобладание индуктивных нагрузок будет уменьшать общее индуктивное сопротивление.
Из выражения видно, что угол в этом случае будет принимать положительный знак, а преобладание ёмкостных нагрузок будет уменьшать ёмкостное сопротивление и вызывать отрицательный сдвиг. При равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивлений, угол сдвига будет равен нулю.
В бытовых и производственных потребителях индуктивное сопротивление обычно существенно преобладает над ёмкостным.
Подробнее о вычислениях общего угла сдвига φ для вариантов соединений активного и реактивного сопротивлений в нагрузках можно ознакомиться на страничке электрический импеданс.
Компенсация реактивной мощности
Огромное количество индуктивных нагрузок в сети суммарно обладает колоссальной реактивной мощностью, которая возвращается в генераторы и не совершает никакой полезной работы, расходуя энергию на нагрев кабелей и проводов ЛЭП, перегружает трансформаторы, снижая их КПД, тем самым уменьшая пропускную способность активных токов.
Если параллельно индуктивной нагрузке подключить конденсатор, фаза тока в цепи источника будет смещаться в противоположную сторону, компенсируя угол, созданный индуктивностью нагрузки. При определённом соотношении номиналов, можно добиться отсутствия сдвига фаз, следовательно, и отсутствия реактивных токов в цепи источника питания.
Ёмкость конденсатора определяется реактивным (индуктивным) сопротивлением нагрузки, которое необходимо компенсировать:
C = 1/(2πƒX),
X = U²/Q — реактивное сопротивление нагрузки,
Q — реактивная мощность нагрузки.
Компенсация реактивных токов в сети позволяет значительно уменьшить потери на активном сопротивлении проводов ЛЭП, кабелей и обмоток трансформаторов питающей сети.
В целях компенсации реактивной мощности на производственных предприятиях, где основными потребителями энергии являются асинхронные электродвигатели, индукционные печи, люминесцентное освещение, которые обладают индуктивным сопротивлением, часто применяют специальные конденсаторные установки, способные в ручном или автоматическом режиме поддерживать нулевой сдвиг фаз, тем самым минимизировать реактивные потери. В масштабах энергосистемы компенсация происходит непосредственно на электростанциях путём контроля сдвига фаз и обеспечения соответствующего тока подмагничивания роторных обмоток синхронных генераторов станций.
Компенсация реактивной мощности — одна из составляющих комплекса мер по Коррекции Коэффициента Мощности (ККМ) в электросети (Power Factor Correction — PFC в англоязычной литературе). Применяется в целях уменьшения потерь электроэнергии, как на паразитную реактивную, так и нелинейную составляющую искажений тока в энергосистеме. Более подробно с материалом о ККМ (PFC) можно ознакомиться на странице — коэффициент мощности.
Онлайн-калькулятор расчёта реактивной мощности и её компенсации
Достаточно вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.
| Реактивная мощность Q = √((UI)²-P²) Реактивное сопротивление X = U²/Q Компенсирующая ёмкость C = 1/(2πƒX) |
Похожие страницы с расчётами:
Рассчитать импеданс.
Рассчитать частоту резонанса колебательного контура LC.
Рассчитать реактивное сопротивление катушки индуктивности L и конденсатора C.
Альтернативные статьи: Дизель-генератор
Источник: https://tel-spb.ru/rea_q.html
Расчет конденсаторной установки для компенсации реактивной мощности — Все об электричестве
Реактивная мощность обусловлена способностью реактивных элементов накапливать и отдавать электрическую или магнитную энергию.
Eмкостная нагрузка в цепи переменного тока за время половины периода накапливает заряд в обкладках конденсаторов и отдаёт его обратно в источник.
Индуктивная нагрузка накапливает магнитную энергию в катушках и возвращает её в источник питания в виде электрической энергии.
Напряжение на выводах реактивного элемента будет достигать максимального значения во время смены направления тока, следовательно, расхождение во времени между напряжением и током в пределах элемента составит четверть периода (сдвиг фаз 90°).
Угол сдвига фаз φ в цепи нагрузки определяется соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузки.
Реактивная мощность характеризует потери, созданные реактивными элементами в цепи переменного тока, и выражается формулой Q = UIsinφ.
Природу потерь в цепи с реактивными элементами можно рассмотреть с помощью графиков на рисунках.
φ = 90° sin90° = 1 cos90° = 0
При отсутствии активной составляющей в нагрузке, сдвиг фаз между напряжением и током составит 90°.
В начале периода, когда напряжение максимально – ток будет равен нулю, следовательно, мгновенное значение мощности UI в это время будет равно нулю.
В течении первой четверти периода, мощность можно видеть на графике, как произведение UI, которое станет равным нулю при максимуме тока и нулевом значении напряжения.
В следующую четверть периода на графике UI принимает отрицательное значение, следовательно, мощность возвращается обратно в источник питания.
То же самое произойдёт и в отрицательном полупериоде тока. В результате средняя (активная) потребляемая мощность P avg за период будет равна нулю.
В таком случае:
Реактивная мощность Q = UIsin90° = UI
Потребляемая мощность P = UIcos90° =
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна реактивной мощности
Коэффициент мощности P/S =
При отсутствии реактивных элементов и сдвига фаз в нагрузках, мгновенная мощность в полупериоде Umax*Imax будет максимальной, и в следующем полупериоде произведение отрицательного напряжения с отрицательным током дадут положительный результат – полезную мощность в нагрузке.
φ = 0° sin90° = 0 cos90° = 1
В этом случае:
Реактивная мощность Q = UIsin0 =
Потребляемая мощность P = UIcos0 = UI
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна потребляемой мощности
Коэффициент мощности P/S = 1
Ниже представлен рисунок графиков со сдвигом фаз 45°, для случая равенства активного и реактивного сопротивлений в нагрузке.
φ = 45° sin45° = cos45° = √2/2 ≈ 0.71
Здесь:
Реактивная мощность Q = UIsin45° = 0.71UI
Потребляемая мощность P = UIcos45° = 0.71UI
Полная мощность S = √(P² + Q²) = UI
Коэффициент мощности P/S = 0.71
В примерах рассмотрены случаи с индуктивной нагрузкой, когда ток отстаёт от напряжения (положительный сдвиг фаз). В случаях с ёмкостной нагрузкой, процессы и расчёты аналогичны, только напряжение будет отставать от тока (отрицательный сдвиг фаз).
Угол сдвига фаз в сети определится соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузок в параллельном соединении следующим образом:
XL и XС соответственно индуктивное и ёмкостное сопротивление нагрузок.Преобладание индуктивных нагрузок будет уменьшать общее индуктивное сопротивление.
Из выражения видно, что угол в этом случае будет принимать положительный знак, а преобладание ёмкостных нагрузок будет уменьшать ёмкостное сопротивление и вызывать отрицательный сдвиг. При равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивлений, угол сдвига будет равен нулю.
В бытовых и производственных потребителях индуктивное сопротивление обычно существенно преобладает над ёмкостным.
Подробнее о вычислениях общего угла сдвига φ для вариантов соединений активного и реактивного сопротивлений в нагрузках можно ознакомиться на страничке электрический импеданс.
Высоковольтные конденсаторные установки
Конденсаторные установки (6 кв. и 10 кв.) компенсации реактивной мощности для сетей высокого напряжения предназначены, для повышения коэффициента компенсации реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей напряжением 6 и 10 кВ, частоты 50Гц.
| Номинальная , кВ | 6,3; 10,5 | |
| Номинальная частота, Гц | 50 | |
| Номинальная , квар | от 100 квар и выше (рекомендуем заполнить опросный лист) | |
| Стандартный шаг регулирования, квар | — | 50; 100; 150; 200; 250; 300; 450 возможны другие варианты по требованию Заказчика |
| Варианты регулирования | нерегулируемая / ручное регулирование | автоматическое или ручное |
| Максимальная перегрузка по току, Iном | 1,3 | |
| Максимальная перегрузка по напряжению, Uном | 1,1 | |
| Схема соединения конденсаторов | треугольник | |
| Тип конденсаторов | Однофазные или трёхфазные конденсаторные установки производства РФ или стран Европейского союза. Конденсаторы изготовлены в металлическом корпусе со встроенными разрядными резисторами. Конденсаторы пропитаны экологически безопасной диэлектрической жидкостью и защищены от короткого замыкания предохранителями. | |
| Наличие защиты конденсаторов от токов высших гармоник | установки используются в сетях с гармоническими искажениями согласно ГОСТ 13109-97 | В составе используюттся в соответствии с параметрами электросети заказчика фильтры гармоник на 134; 189 и 210 Гц |
| Варианты исполнения | металлический шкаф окрашенный полиэфирной композицией по RAL7032 с принудительной вентиляцией; блочно-модульный контейнер северного исполнения с утепленной металлической оболочкой, штатно оборудуется освещением, источником энергии 220В, системой отопления и вентиляции, опционально оборудуется системами пожаротушения и сигнализации, воздушным вводом.В обоих исполнениях возможна окраска в корпоративные цвета заказчика с нанесением логотипа компании (требуется ТЗ) | |
| Варианты климатического исполнения | внутреннее У3; наружнее У1; в блочно-модульном контейнере УХЛ1 | |
| Класс защиты | от IP21 до IP54 | |
| Диапазон температур, стандартно | от -40 до + 40 металический шкаф, от -60 до + 40 блочно-модульный контейнер | |
| Габаритные размеры | стандартно в соттветствии с типономиналом или по ТЗ заказчика |
Источник: https://contur-sb.com/raschet-kondensatornoy-ustanovki-dlya-kompensatsii-reaktivnoy-moschnosti/