Меню

Как найти емкость конденсатора для компенсации реактивной мощности



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° = 0
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна реактивной мощности
Коэффициент мощности P/S = 0

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 = 0
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.

Читайте также:  Мощность провода для прикуривания автомобиля

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.

Источник

Конденсаторы для компенсации реактивной мощности

силовые конденсаторы

Косинусные конденсаторы и другие силовые конденсаторы в международном нормативно-правовом поле. Пленочные косинусные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности. Расчет необходимой емкости косинусных конденсаторов.

Конденсаторы для компенсации реактивной мощности (компенсационные конденсаторы или косинусные конденсаторы) (DIN EN 61921, VDE 0560-700:2004-02), в том числе самовосстанавливающиеся пленочные (ГОСТ 27390-87, DIN EN 60831, VDE 0560-46:2003) формируют наиболее емкий сегмент силовых конденсаторов (DIN EN 60143-1, VDE 0560-42:2004-12), используемых в силовой электронике (DIN EN 61071; VDE 0560-120:2008) и электроэнергетике, в том числе в сетях высокого напряжения (DIN IEC 62146, VDE 0560-50:2003).

На текущий момент из-за отсутствия четкой формализации существуют концептуальные разногласия обозначения пределов среднего, высокого и сверхвысокого (extra-high) напряжения у немецкого VDE (Verband Deutscher Elektrotechniker), международного IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers — Институт инженеров по электротехнике и электронике), европейских CENELEC (Comité Européen de Normalisation Électrotechnique — Европейский комитет электротехнической стандартизации), ETSI (European Telecommunications Standards Institute — Европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций) и IEC (International Electrotechnical Commission — международная электротехническая комиссия МЭК). Пока установлены компромиссные параметры сетей среднего напряжения (3, 6, 10, 15, 20 и 30 кВ), высокого напряжения (60 и 110 кВ) и сверхвысокого напряжения (220, 380, 500, 700 и 1150 кВ). К силовым конденсаторам кроме компенсирующих (косинусных) конденсаторов (ГОСТ 1282-88) относят сглаживающие (фильтрующие) конденсаторы, устанавливаемые в цепях выпрямленного тока параллельно нагрузке, демпферные (снабберные) и импульсные конденсаторы, а также конденсаторы для двигателей переменного тока (асинхронных двигателей).

Читайте также:  Мощность автозарядки для телефонов

силовые конденсаторы

Среди силовых конденсаторов выделяют вакуумные конденсаторы (с диэлектриком — техническим вакуумом давления 10 в (-7) степени Torr), SF6 конденсаторы (диэлектрик — гексафторид серы под давлением 3-7 бар), керамические конденсаторы и пленочные конденсаторы (фольговые, металлизированные, фольгово-металлизированные с диэлектриком из бумаги, полимерной пленки или комбинации бумаги и полимерной пленки).

Наибольшее распространение в системных решениях компенсации реактивной мощности получили пленочные конденсаторы, отличающиеся от вакуумных, SF6 и керамических конденсаторов большей живучестью благодаря способности к самовосстановлению при пробое пленочного электрода (фольги, металлизированного покрытия).

силовые конденсаторы

Пленочные косинусные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности

Первые пленочные косинусные конденсаторы изготавливались из слоев бумаги, пропитанной изоляционным маслом (до 1984 года — полихлорированным дифенилом PCB) и фольги, были довольно громоздкими и ненадежными. Большей компактности, а также надежности благодаря самовосстановлению при пробое удалось добиться в металлизированных бумажных конденсаторах (аббревиатура MP) с электродами – металлизированным покрытием по диэлектрику — бумаге, по сути, конденсаторных блоках из нескольких конденсаторных элементов в едином корпусе, соединенных последовательно. После II мировой войны с развитием синтетических материалов бумагу в фольговых и металлизированных конденсаторах стали заменять полимерными пленками — более тонкими благодаря большей электрической прочности диэлектрика (электрическая прочность пропитанной бумаги около 100 V / µm, полипропилена 650 V / µm, полиэтилентерефталата, полиэстера 580 V / µm, полиэтиленнафталата 500 V / µm).

На текущий момент сегмент пленочных конденсаторов формируют (типы по европейским техническим регламентам и DIN 41379):

  • металлизированные бумажные (аббревиатура типа МР) (в ограниченном количестве и в основном благодаря тому, что производство конденсаторов такого типа менее затратное); силовые конденсаторы
  • конденсаторы с диэлектриком из полиэтилентерефталата, полиэстера (Polyethylenterephthalat, Polyester — PET) — фольговые (аббревиатура типа (F)KT), металлизированные (аббревиатура типа MKT или MKS), комбинированные фольгово-металлизированные (аббревиатура типа MFT);
  • конденсаторы с диэлектриком из полиэтиленнафталата (Polyethylennaphtalat — PEN) — фольговые (аббревиатура типа (F)KN) и металлизированные (аббревиатура типа MKN);
  • конденсаторы с диэлектриком из полиэтиленсульфида (Polyphenylensulfid — PPS) — фольговые (аббревиатура типа (F)KI) и металлизированные (аббревиатура типа MKI);
  • конденсаторы с диэлектриком из полипропилена (Polypropylen – РР) — фольговые (аббревиатура типа (F)KР), металлизированные (аббревиатура типа MKР), комбинированные фольгово-металлизированные (аббревиатура типа MFР); силовые конденсаторысиловые конденсаторы
  • конденсаторы с диэлектриком из поликарбоната (Polycarbonat — РС) — фольговые (аббревиатура типа (F)KС) и металлизированные (аббревиатура типа MKС);
  • конденсаторы с диэлектриком из ацетата целлюлозы (Celluloseacetat — СА) — фольговые (аббревиатура типа (F)KU) и металлизированные (аббревиатура типа MKU);
  • многослойные конденсаторы со смешанным (Misch-Dielektrika) диэлектриком (металлизированной бумагой и полимером — полипропиленом) — с бумагой, металлизированной с двух сторон (аббревиатура типа MKV) или с одной стороны (аббревиатура типа МРК).
Читайте также:  Установленная мощность оборудования по каждой

силовые конденсаторы силовые конденсаторы

Выбор того или иного диэлектрика для производства конденсатора в целом определяется электрическими и теплофизическими свойствами материала, а также доступностью пленки нужной толщины и размеров, поскольку производство полимерных пленок для конденсаторов по факту монополизировано несколькими крупными компаниями и высококачественные пленки поставляются на международный рынок под торговыми марками/брендами: Hostaphan®, Mylar® — полиэтилентерефталат и полиэстер, Kaladex® — полиэтиленнафталат, Torelina® — полиэтиленсульфид, Treofan® — полипропилен, Teflon® — политетрафторэтилен, Styroflex® — полистирол, Makrofol® — поликарбонат и т.д.

Источник

Расчет и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности

Расчет и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощностиНаиболее распространенными видами компенсирующих устройств, которые выполняют роль местных генераторов реактивной мощности на предприятиях, являются батареи статических конденсаторов и синхронные двигатели. Конденсаторные батареи устанавливают на цеховых общезаводских трансформаторных подстанциях — со стороны низкого или высокого напряжения.

Чем ближе компенсирующее устройство к приемникам реактивной энергии, тем больше звеньев системы электроснабжения разгружается от реактивных токов. Однако при централизованной компенсации, т. е. при установке конденсаторов на трансформаторных подстанциях, конденсаторная мощность используется более полно.

Мощность конденсаторных батарей может быть определена по диаграмме рис. 1.

Диаграмма мощностей

Рис. 1. Диаграмма мощностей

Q к = P1 х tg φ1 — P2 х tg φ2 ,

где P1 и P2 — нагрузка до и после компенсации, φ1 и φ 2 — соответствующие углы сдвига фаз.

Реактивная мощность, отдаваемая компенсирующей установкой,

где Q 1 и Q2 — реактивная мощность до и после компенсации.

Активная мощность, потребляемая из сети компенсирующим устройством

Величину необходимой мощности конденсаторной батареи можно определить приближенно без учета потерь в конденсаторах, которые составляют 0,003 — 0,0045 кВт/квар

Q к = P (tg φ1 — tg φ2)

Пример расчета и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности

Необходимо определить номинальную мощность Qк конденсаторной батареи, необходимой для повышения коэффициента мощности до значения 0,95 на предприятии с трехсменным равномерным графиком нагрузки. Среднесуточный расход электроэнергии Аа = 9200 кВтч; Ар = 7400 кварч. Конденсаторы установлены на напряжение 380 В.

P ср = Аа/24 = 9200/24 = 384 кВт.

Мощность конденсаторных батарей

Q к = P (tg φ1 — tg φ2) = 384 (0,8 — 0,32) = 185 квар,

где tg φ1 = Ар/Аа = 7400/9200 = 0,8, tg φ2 = (1 — 0,95 2 )/0,95 = 0,32

Выбираем трехфазные конденсаторы типа KM1-0,38-13 каждый номинальной мощностью 13 квар на напряжение 380 В. Число конденсаторов в батарее

n = Q/13 = 185/13 = 14

Мощность различных конденсаторных установок для среднесуточной нагрузки можно найти в электротехнических справочниках и каталогах производителей.

Источник

Как найти емкость конденсатора для компенсации реактивной мощности



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° = 0
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна реактивной мощности
Коэффициент мощности P/S = 0

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.

Читайте также:  Максимальная потребляемая мощность киловатт


φ = 0° sin90° = 0 cos90° = 1

В этом случае:
Реактивная мощность Q = UIsin0 = 0
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.

Читайте также:  Как узнать мощность ксенона

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.

Источник

Расчет и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности

Расчет и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощностиНаиболее распространенными видами компенсирующих устройств, которые выполняют роль местных генераторов реактивной мощности на предприятиях, являются батареи статических конденсаторов и синхронные двигатели. Конденсаторные батареи устанавливают на цеховых общезаводских трансформаторных подстанциях — со стороны низкого или высокого напряжения.

Чем ближе компенсирующее устройство к приемникам реактивной энергии, тем больше звеньев системы электроснабжения разгружается от реактивных токов. Однако при централизованной компенсации, т. е. при установке конденсаторов на трансформаторных подстанциях, конденсаторная мощность используется более полно.

Мощность конденсаторных батарей может быть определена по диаграмме рис. 1.

Диаграмма мощностей

Рис. 1. Диаграмма мощностей

Читайте также:  Мощность провода для прикуривания автомобиля

Q к = P1 х tg φ1 — P2 х tg φ2 ,

где P1 и P2 — нагрузка до и после компенсации, φ1 и φ 2 — соответствующие углы сдвига фаз.

Реактивная мощность, отдаваемая компенсирующей установкой,

где Q 1 и Q2 — реактивная мощность до и после компенсации.

Активная мощность, потребляемая из сети компенсирующим устройством

Величину необходимой мощности конденсаторной батареи можно определить приближенно без учета потерь в конденсаторах, которые составляют 0,003 — 0,0045 кВт/квар

Q к = P (tg φ1 — tg φ2)

Пример расчета и выбор конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности

Необходимо определить номинальную мощность Qк конденсаторной батареи, необходимой для повышения коэффициента мощности до значения 0,95 на предприятии с трехсменным равномерным графиком нагрузки. Среднесуточный расход электроэнергии Аа = 9200 кВтч; Ар = 7400 кварч. Конденсаторы установлены на напряжение 380 В.

P ср = Аа/24 = 9200/24 = 384 кВт.

Мощность конденсаторных батарей

Q к = P (tg φ1 — tg φ2) = 384 (0,8 — 0,32) = 185 квар,

где tg φ1 = Ар/Аа = 7400/9200 = 0,8, tg φ2 = (1 — 0,95 2 )/0,95 = 0,32

Выбираем трехфазные конденсаторы типа KM1-0,38-13 каждый номинальной мощностью 13 квар на напряжение 380 В. Число конденсаторов в батарее

n = Q/13 = 185/13 = 14

Мощность различных конденсаторных установок для среднесуточной нагрузки можно найти в электротехнических справочниках и каталогах производителей.

Источник