Коэффициент мощности в сетях с нелинейными нагрузками

Опубликовано: 22 октября 2013 г. в 13:56, 320 просмотровКомментировать

В последние десятилетия развитие распределительных сетей с регулируемым нормативно-правовыми актами качеством поставляемой электроэнергии затрудняется из-за причины парадоксального характера — нагрузки (приборы, устройства, агрегаты) эволюционируют в аспекте потребительской функциональности, но одновременно с этим растет их негативное влияние на качество генерируемой и поставляемой по магистральным линиям электроэнергии.

По факту синфазные сети (с аналогичными по времени максимальными значениями тока и напряжения) с «чистой» резистивной нагрузкой и/или сети с индуктивной/емкостной нагрузками и синусоидальной формой тока/напряжения сегодня остались только в теории, а любой сегмент и распределительная сеть в целом в том или ином объеме насыщены нелинейными нагрузками, не только формирующими «нетиповой» сдвиг фаз тока/напряжения, но и искажающими форму синусоид за счет появления значительных по амплитуде токов высших гармоник.

Коэффициент мощности в потребительских сетях.

В относительно «чистых» в контексте нелинейных нагрузок сегментах потребительских сетей кривые тока и напряжения условно имеют синусоидальную форму, в случае превалирования индуктивной нагрузки ток по фазе отстает от напряжения, при преимущественно емкостной нагрузке – напряжение по фазе отстает от тока и чем ближе угол сдвига фаз к 90 градусам, тем меньше реактивная составляющая тока и доля реактивной мощности. В таких условиях бесспорно полезной будет компенсация реактивных токов и реактивной мощности конденсаторными установками КРМ, УКРМ (см. установки компенсации реактивной мощности КРМ 6,3 (10,5) кВ здесь, а конденсаторные установки КРМ/УКРМ 0.4 кВ здесь) (в случае превалирования индуктивных нагрузок!) и использование в расчетах типовой формулы с коэффициентом мощности cos ȹ или коэффициентом реактивной мощности tgȹ, хотя следует учитывать, что:

  • коэффициент мощности cos ȹ (отношение активной мощности к полной мощности) в отличие от коэффициента реактивной мощности tg ȹ не дает необходимой и достаточной информации о реальной величине реактивной мощности;
Таблица. Значение реактивной мощности (РМ) в процентах от активной мощности при разных значениях коэффициентов мощности cos φ

cos φ

1.0

0.99

0.97

0.95

0.94

0.92

0.9

0.87

0.85

0.8

0.7

0.5

0.316

tg φ

0.0

0.14

0.25

0.33

0.36

0.43

0.484

0.55

0.60

0.75

1.02

1.73

3.016

РМ,%

0.0

14

25

33

36

43

48.4

55

60

75

102

173

301.6

  • при «калькуляторных» расчетах мощности устанавливаемой конденсаторной установки (без скрупулезного аудита сегмента/сети) вполне вероятна перекомпенсация реактивной мощности, не менее вредная для компенсируемой сети, распределительной подстанции и распределительной сети более высокого уровня.

Существенно осложняется не только коррекция коэффициента мощности, но и идентификация проблемы реактивных токов в целом в сетях с нелинейными нагрузками — тиристорными контроллерами и частотными приводами, трансформаторами и устройствами плавного пуска электродвигателей, дуговыми плавильными печами и сварочными аппаратами, системами освещения с ДРЛ/люминесцентными лампами и компьютерами/компьютерной периферией, источниками бесперебойного питания и выпрямителями, конвертерами, генераторами и т.д. Так, например, импульсные источники питания показывают синфазность тока и напряжения (реальный сдвиг фаз очень мал — 10-15 градусов), однако их коэффициент мощности значительно меньше 1, поскольку активную мощность определяет ток базовой (основной) частоты, а полную мощность — ток основной частоты и токи высших гармоник, значительные по величине в 3, 5, 7, 9 и 11 гармониках.

Рис. Осциллограмма импульсного источника питания (слева) и токи высших гармоник (справа).

В больших масштабах проблему демонстрирует сегмент трехфазной сети с нелинейной нагрузкой, даже если нагрузка симметрична (равномерно распределена по фазам) - принцип частичной компенсации при векторном сложении токов в линейных проводах работает только для токов основной частоты, но в нейтральном проводе протекают токи высших гармоник, которые могут быть немного меньше по амплитуде, но существенно больше по действующему значению, чем токи в фазных проводах, что вызывает перегрузку нейтрального провода и связанные с ней негативные последствия для всей сети.

Интегральную характеристику сети с нелинейными нагрузками учитывают коэффициентом гармонических искажений Кг (в России), показывающим долю энергии гармоник высшего порядка в сравнении с энергией основной (первой) гармоники, или THD (в ЕС) - полным коэффициентом гармонических искажений (THDF - total harmonic distortion factor), демонстрирующим отношение всей энергии гармонических колебаний (без основной гармоники) к энергии основной гармоники. Активная мощность в сетях с несинусоидальными нагрузками определяется формулой P[in] = Vin(rms)* Iin(rms)*cos ȹ* cos θ, где

В 2001 году в Европейском Союзе введен в действие Стандарт IEC/EN61000-3-2, устанавливающий ограничения на гармоники входного переменного тока до 40-й гармоники включительно и определяющий четыре класса оборудования в зависимости от его типа и формы кривой тока.

Таблица. Предельные значения нелинейных искажений тока THDI в соответствии с IEC/EN61000-3-2, в зависимости от тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.

Таблица. Предельные значения нелинейных искажений тока THDI в соответствии с IEC/EN61000-3-2, в зависимости от тока короткого замыкания Iкз и максимального потребляемого тока I п. макс.

Iкз / I п. макс.
Для первой гармоники

<11

11≤h<17

17≤h<23

23≤h<35

35≤h

THDI, %

<20

4

2

1.5

0.6

0.3

5

20 - 50

7

3.5

2.5

1

0.5

8

50 - 100

10

4.5

4

1.5

0.7

12

100 - 1000

12

5.5

5

2

1

15

>1000

15

7

6

2.5

1.4

20

Информация о компании

Нюкон, ООО
Конденсаторный завод «Нюкон» производит: моторные, светотехнические, косинунсные и силовые конденсаторы. На базе завода работает цех производства шкафов УКРМ и АУКРМ. Продукция завода сертифицирована, обладает стабильно высоким качеством, и пользуется постоянным спросом не только в России, но и за рубежом. Отличительной чертой завода являются не только клиентоориентированые цены, но и быстрые сроки выполнения заказов. Будем рады Вашему обращению в нашу Компанию.

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.