Jalový výkon je ta část celkového výkonu, která jde na udržování elektromagnetických procesů v zátěžích, které mají indukční a kapacitní reaktivní složky.
Samotný jalový výkon není na rozdíl od činného výkonu vynakládán na vykonávání žádné užitečné práce, ale přítomnost jalových proudů v drátech vede k jejich zahřívání, tedy ke ztrátě výkonu ve formě tepla, což nutí dodavatele elektřiny neustále dodávat spotřebiteli zvýšený plný výkon. Mezitím, v souladu s nařízením Ministerstva průmyslu a energetiky Ruské federace č. 267 ze dne 4. října 2005, je jalový výkon klasifikován jako technické ztráty v elektrických sítích.
Elektromagnetická pole však vždy vznikají v normálních provozních režimech velkého množství typů elektrických zařízení: zářivky, elektromotory pro různé účely, indukční jednotky atd. – všechny takové zátěže nejen spotřebovávají užitečný činný výkon ze sítě, ale také způsobují vzhled jalového výkonu v prodloužených řetězcích.
A přestože bez jalového výkonu by mnoho spotřebičů obsahujících hmotné indukční komponenty v zásadě nemohlo fungovat, protože vyžadují jalový výkon jako součást celkového výkonu, jalový výkon se často jeví jako škodlivá nadměrná zátěž ve vztahu k elektrickým sítím.
Poškození jalovým výkonem bez náhrady
Obecně platí, že když je množství jalového výkonu v síti významné, napětí v síti klesá; tento stav je velmi typický pro energetické systémy s nedostatkem aktivní složky – tam je napětí v síti vždy pod nominální hodnota. A pak chybějící činný výkon pochází ze sousedních energetických soustav, které v současnosti vyrábějí nadměrné množství elektřiny.
Ale takové systémy, které vždy vyžadují doplňování od sousedů, jsou vždy neúčinné, ale lze je snadno přeměnit na účinné, stačí vytvořit podmínky pro výrobu jalového výkonu přímo na místě, ve speciálně upravených kompenzačních zařízeních vybraných pro aktivní- reaktivní zátěže tohoto energetického systému.
Jalový výkon totiž nemusí být generován v elektrárně generátorem, ale lze jej získat v kompenzační instalaci (v kondenzátoru, synchronním kompenzátoru, ve statickém zdroji jalového výkonu) umístěné v rozvodně.
Kompenzace jalového výkonu dnes není jen odpovědí na otázky týkající se úspory energie a způsobem optimalizace zatížení sítě, ale také cenným nástrojem pro ovlivňování ekonomiky podniků. Koneckonců, konečné náklady na jakýkoli vyrobený produkt jsou tvořeny v neposlední řadě ze spotřebované elektřiny, která, pokud se sníží, sníží náklady na výrobu. Auditoři a odborníci na energetiku došli k tomuto závěru, což přimělo mnoho společností k tomu, aby se uchýlily k výpočtu a instalaci systémů kompenzace jalového výkonu.
Pro kompenzaci jalového výkonu indukční zátěže je vybrán kondenzátor o určité kapacitě, v důsledku čehož se snižuje jalový výkon spotřebovaný přímo ze sítě, nyní se spotřebovává z kondenzátoru. Jinými slovy, účiník spotřebiče (s kondenzátorem) se zvyšuje.
Aktivní ztráty nyní nepřesahují 500 mW na 1 kVar, zatímco instalace nemají žádné pohyblivé části, žádný hluk a provozní náklady jsou zanedbatelné. Kondenzátory mohou být v zásadě instalovány na libovolném místě elektrické sítě a kompenzační výkon se volí individuálně. Instalace se provádí do kovových skříní nebo ve stolním provedení.
Metody kompenzace jalového výkonu v napájecích systémech
V závislosti na schématu připojení kondenzátorů ke spotřebiteli existuje několik typů kompenzace: individuální, skupinové a centralizované.
S individuální kompenzací se kondenzátory (kondenzátor) připojují přímo na místo, kde vzniká jalový výkon, tedy vlastní kondenzátor(y) – na asynchronní motor, samostatný – na výbojku, individuální – na svařovací stroj, osobní kondenzátor – pro indukční pec, pro transformátor atd. .d. Zde jsou přívodní vodiče ke každému konkrétnímu spotřebiteli zbaveny jalových proudů.
Skupinová kompenzace zahrnuje připojení jednoho společného kondenzátoru nebo společné skupiny kondenzátorů k několika spotřebičům s významnými indukčními součástmi najednou. V tomto případě je neustálý současný provoz několika spotřebičů spojen s cirkulací celkové jalové energie mezi spotřebiči a kondenzátory. Vedení dodávající elektřinu skupině spotřebitelů bude vyloženo.
Centralizovaná kompenzace zahrnuje instalaci kondenzátorů s regulátorem do hlavní nebo skupinové rozvodnice. Regulátor v reálném čase vyhodnocuje aktuální spotřebu jalového výkonu a promptně připojuje a odpojuje potřebný počet kondenzátorů. Díky tomu je celkový výkon odebíraný ze sítě vždy snížen na minimum v souladu s okamžitou hodnotou požadovaného jalového výkonu.
Každé zařízení pro kompenzaci jalového výkonu obsahuje několik větví kondenzátorů, několik stupňů, které jsou vytvořeny individuálně pro konkrétní energetickou síť v závislosti na zamýšlených spotřebičích jalového výkonu. Typické velikosti kroku: 5; 10; 20; třicet; 30; 50; 7,5; 12,5 kvar.
Pro získání velkých kroků (100 kVar nebo více) se paralelně kombinuje několik malých. Díky tomu se sníží zatížení sítě, sníží se spínací proudy a doprovodné rušení. V sítích s velkým počtem vyšších harmonických síťového napětí jsou kondenzátory kompenzačních instalací chráněny tlumivkami.
Výhody kompenzace jalového výkonu
Automatické kompenzační instalace poskytují síti, která je jimi vybavena, řadu výhod:
snížit zatížení transformátorů;
zjednodušit požadavky na průřez vodičů; umožnit větší zatížení elektrických sítí, než by bylo možné bez kompenzace;
odstranit důvody pro snížení síťového napětí, i když je spotřebitel připojen dlouhými vodiči;
zvýšit účinnost mobilních generátorů na kapalná paliva;
usnadnit startování elektromotorů;
automaticky zvýšit kosinus phi;
eliminovat jalový výkon z vedení;
zlepšit kontrolu nad parametry sítě.
Účtování harmonických zátěží v síti
Elektronická zařízení, jako jsou frekvenční měniče, nepřerušitelné zdroje napájení (UPS), zařízení pro obloukové svařování, elektronické předřadníky atd. generují harmonické proudy a indukují harmonická napětí na impedancích elektrických rozvodných sítí. Tyto harmonické složky jsou příčinou mnoha poruch elektrických zařízení.
Kromě toho jsou kondenzátory citlivé na harmonické složky. Příliš vysoké harmonické mohou obvykle způsobit přehřátí kondenzátorů při vysokých proudech, což vede k předčasnému stárnutí a případnému selhání kompenzačního zařízení. Z tohoto důvodu musí být výběr kompenzačního zařízení také proveden s ohledem na celkové harmonické proudové zkreslení (THDi) v dané síti.
Základem pro výběr kompenzačního zařízení v sítích s harmonickými složkami může být měření stávajících koeficientů v dané síti. V tomto případě je nutné měřit proudové harmonické při nejvyšší zátěži a bez kompenzačního zařízení při napájení rozvodu z transformátoru (při jmenovitém zdánlivém výkonu Sн).
Zdánlivý výkon (S) naměřený během tohoto časového intervalu bude použit pro následující srovnávací výpočty, které charakterizují tři typy sítí z hlediska harmonického zatížení za účelem výběru vhodného kompenzačního zařízení.
Tato síť je minimálně zatížena harmonickými proudovými složkami. Z tohoto důvodu je ve čtyřvoltových sítích možné použít v kompenzačním zařízení kondenzátory se jmenovitým napětím 400/415 V.
Tato síť odpovídá málo zatížené síti s harmonickými složkami proudu. Z tohoto důvodu musí ve čtyřvoltových sítích kompenzační zařízení používat kondenzátory se zvýšenou kapacitou se jmenovitým napětím 480 V.
Tato síť by měla být považována za silně zatíženou harmonickými složkami proudu. Proto je ve čtyřvoltových sítích v kompenzačním zařízení nutné použít kondenzátory zvýšené kapacity se jmenovitým napětím 480 V v kombinaci s tlumivkami s obvodovým filtrem.
Kompenzační zařízení v sítích s minimálními a málo zatíženými harmonickými
Kapacita netlumeného kompenzačního zařízení spolu s indukčností sítě vytváří oscilační obvod.
Vlastní rezonanční kmitočet tohoto oscilačního obvodu lze snadno určit přibližným vzorcem pomocí hodnot zkratového výkonu Sk v místě připojení a jmenovitého výkonu kompenzačního zařízení Qc: Qр = 50 x druhá odmocnina ( Sk/Qc).
Jak vyplývá z uvedeného přibližného vzorce, vlastní rezonanční frekvence oscilačního obvodu s rostoucím jmenovitým výkonem kompenzačního zařízení klesá.
Čím více stupňů nastavitelného netlumeného kompenzačního zařízení je zapojeno, tím více klesá vlastní rezonanční frekvence.
Pokud se hodnota vlastní rezonanční frekvence přiblíží hodnotě harmonické frekvence zjištěné v dané síti, dojde ke zvýšení napětí této harmonické, což může vést k přetížení kondenzátorů se všemi z toho vyplývajícími důsledky.
Výběr zařízení pro kompenzaci tlumení pro sítě s velkým harmonickým zatížením
Aby se předešlo problémům s harmonickými v sítích silně zatížených harmonickými složkami proudu, je nutné zabránit výskytu rezonancí v oblasti kritických harmonických frekvencí.
V zařízeních pro kompenzaci tlumení jsou kondenzátory kombinovány s tlumivkami filtračního obvodu tak, že sériová (přirozená) rezonanční frekvence fr kondenzátoru a tlumivek filtračního obvodu je výrazně nižší než kritická harmonická frekvence.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
Oznámení: Technicky správná koncepce prostředků a metod kompenzace jalového výkonu. Aktivní a pasivní prostředky kompenzace jalového výkonu. Metody kompenzace jalového výkonu v napájecích systémech.
Kompenzační prostředky jalového výkonu jsou jakákoli zařízení a opatření, kterými lze cíleně ovlivňovat bilanci jalového výkonu v napájecích soustavách, a to jak snižováním spotřeby, tak i zvyšováním výroby jalového výkonu. Metody pro kompenzaci jalového výkonu jsou systematické používání prostředků podle určitých schémat, které jsou optimální pro jalovou zátěž napájecích systémů.
Prostředky kompenzace jalového výkonu v napájecích systémech.
Všechny prostředky kompenzace jalového výkonu v napájecích systémech se konvenčně dělí na pasivní a aktivní a implementace pasivních prostředků vede ke snížení objemu spotřebovaného jalového výkonu a aktivní prostředky vytvářejí jalový výkon a jsou integrovány do elektrických sítí v souladu s optimální kompenzační metodou.
Pasivní prostředky kompenzace jalového výkonu.
Typické prostředky kompenzace jalového výkonu používané k odlehčení sítě jalovými proudy jsou dnes:
- organizační a technická opatření k optimalizaci administrativních, výrobních a technologických procesů, umožňujících zlepšení energetických provozních podmínek energetických přijímačů – zařízení, přístrojů, systémů.
Jedná se o výměnu zastaralých neenergeticky úsporných zařízení, modernizaci osvětlovacích soustav, sledování a řízení procesů, nikoliv simultánní, ale distribuované (asymetrické) poloviční zapínání jalových zátěží, optimalizaci provozního režimu oddělení atd. a tak dále; - využití přepínání statorových vinutí asynchronních motorů z trojúhelníku na hvězdu se zatížením menším než 40 % během provozních hodin;
- snížení množství spotřebovaného jalového výkonu vypnutím asynchronních motorů běžících naprázdno, jakož i vyřazením (nebo vypnutím) transformátorů s méně než třetinovým zatížením;
- aplikace v projektech a výměna asynchronních motorů ve stávajících pohonech za synchronní, kde je to technicky a technologicky přípustné;
- modernizace pohonů pomocí tyristorového řízení regulace napětí, měniče s náhradou za modely s velkým počtem usměrňovacích fází;
- integrace do elektrických sítí systémů s umělým spínáním ventilů nebo omezením generování vyšších harmonických proudů;
- aplikace v nových segmentech elektrické sítě a postupné nahrazování stávajících jalových zátěží zařízeními a přístroji certifikovanými pro úsporu energie.
Aktivní prostředky kompenzace jalového výkonu.
Mezi aktivní prostředky kompenzace jalového výkonu, které generují jalovou energii do elektrických sítí, patří:
- jednotlivé kosinusové kondenzátory a kondenzátorové baterie používané v metodách individuální a skupinové kompenzace jalového výkonu;
- kondenzátorové baterie se spínacím zařízením, ochranami a ovládacími prostředky – kompletní jednotky zvyšující účiník – neregulované a automatické s reléovými stykači;
- synchronní motory a jejich rozmanitost – synchronní kompenzátory, které pracují bez zatížení hřídele a slouží ke stabilizaci napětí v místě připojení v intervalu ±5 % jmenovité hodnoty;
- vícestupňové korekční jednotky účiníku využívající kondenzátorové banky a tyristorové spínače. Instalace zařízení s tyristorovými spínači umožňuje snížit proudové rázy při zapínání stupňů – kondenzátorové banky a rizika přepětí při vypínání stupňů;
- statické tyristorové kompenzátory jalového výkonu – můstkové generátory jalového výkonu s indukčním zásobníkem, saturační tlumivky s nelineární nebo lineární proudově-napěťovou charakteristikou i sériové zapojení zády k sobě řízených ventilů – pracující na principu přímé a nepřímé kompenzace .
- tyristorové kompenzátory jalového výkonu pro sítě s rychle se měnícím zatížením 6-10 kV, skupiny tyristorových reaktorů pro elektrická vedení atd.
Metody kompenzace jalového výkonu v napájecích systémech.
Mezi oblíbené metody patří centralizovaná (na straně vysokého a nízkého napětí), skupinová, individuální a kombinovaná kompenzace jalového výkonu a jako kombinovaná metoda se obvykle používá centralizovaná v kombinaci se skupinovou a/nebo individuální.
Obr. Způsoby kompenzace jalového výkonu: a – centralizované na straně vysokého napětí, b – centralizované na straně nízkého napětí, c – skupinové (sekční), d – individuální, kde čárkované označení znázorňuje elektrické sítě nezatížené toky jalového výkonu.
Volbu prostředků a metod kompenzace jalového výkonu, instalaci zařízení a údržbu provádí specializovaná firma na základě výsledků energetického auditu zařízení, což eliminuje rizika překompenzace a minimalizuje objem nedokompenzovaného výkonu pro a. specifická elektrická síť s jalovým zatížením.