Передача, распределение и накопление электроэнергии

Современная концепция активной и неактивной мощности

23 сентября 2021 г. в 10:56

Анонс: Основные причины низких коэффициентов cosϕ при максимально полной компенсации реактивной мощности в силовой потребительской сети. Параллелепипед мощности для расчета баланса в электросети объекта. Источники искажений в тока, напряжения силовых потребительских сетях.

Интеграция в силовые сети объектов разного назначения все больших объемов сложной нагрузки с нелинейными вольтамперными характеристиками привела к тому, что даже при (условно) полной компенсации потребности в реактивной энергии на фундаментальной частоте (синхронными машинами, установками компенсации реактивной мощности и т. д.) выйти на cosϕ около 1, т. е. когда полная мощность близка активной и потерь в сети мало не удается.

Это происходит по причине искажений кривых тока и напряжения самой нелинейной нагрузкой не только на фундаментальной (основной) частоте 50 Гц, но и других частотах, названных гармоническими (кратных основной частоте — n*f1, где n-номер гармоники, f1 — фундаментальная первая частота).

Ток основной частоты и токи гармоник
Ток основной частоты и токи гармоник в сетях с нелинейной нагрузкой

Упрощенно складывается ситуация, когда мгновенные значения напряжения и тока на выводах не соответствуют закону Ома, как из-за фазового сдвига синусоид тока, напряжения, так и искажения формы сигнала тока по отношению к формам сигнала напряжения.

Еще в 1927 году К. Будяну (с румын. С. Budeanu) в своей теории мощности (Puissances réactives et fictives) определил реактивную мощность, как сумму реактивных мощностей всех гармоник тока и напряжения со своим фазовым сдвигом:

Формула

А IEEE 1459-2010 (IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Non sinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions) после селекции целого пакета теорий баланса мощностей и формализовал для расчетов термины и зависимости, а также не традиционный треугольник, а параллелепипед мощности.

Расчетные формулы
Расчетные формулы

Значения в формуле:

  • Р1 — fundamental active power (фундаментальная активная мощность на основной частоте),
  • Q1 — fundamental reactive power(фундаментальная реактивная мощность на основной частоте),
  • S1 — fundamental apparent power (основная, фундаментальная мощность частоты 50 Гц у нас, в ЕС и Америке — 60 Гц),
  • SN — non fundamental apparent power (мощность на частотах гармоник — нефундаментальная),
  • PН harmonics active power (активная мощность гармоник),
  • SH — harmonic apparent power (полная мощность гармоник),
  • DI — current distortion power(мощность искажений тока),
  • D— voltage distortion power(мощность искажений напряжения),
  • N — non active power(неактивная мощность),
  • THDU — voltage total harmonic distortion (общий коэффициент гармонических искажений напряжения),
  • THDI — current total harmonic distortion (общий коэффициент гармонических искажений тока).

Т. е. по факту гармоники были наиболее мешающим искажением в электрических системах уже в первой половине прошлого века, их проблема до сих пор не решена и усиливается, а интерес к искажениям тока, напряжения скачкообразно вырос со стартом Industry 4.0 за рубежом и цифровизацией экономики в нашей стране (см. более детально об Industry 4.0 и отечественной"цифровизации" в публикации генерального директора завода «МИРКОН» Чудакова А. Ю. в шестом выпуске журнала «Главный энергетик»).

Осложняет решение проблемы недопонимание того, что качество электроэнергии строго зависит от конечного потребителя, а факторами, наиболее влияющими на реальные параметры сети, остаются неисправности в энергосистеме, сети, подстанции, включение и выключение нагрузок большой мощности, а также интеграция значительных объемов нелинейных нагрузок (освещение, электронные устройства, преобразователи) в непосредственной близости от мощного нелинейного электропривода.

Источники искажений в тока, напряжения силовых потребительских сетях

На текущий момент условно выделяют три наиболее крупные источников искажений в силовых сетях:

  • дуговые устройства — печи, сварочные аппараты и т. д.;
  • устройства с электромагнитными сердечниками — трансформаторы, электродвигатели или генераторы;
  • электронные и силовые электронные устройства — компьютерная техника, инверторы, конверторы, выпрямители, а также контроллеры управления на полупроводниковых ключах.

Тогда если рассматривать современное производство с претензией на цифровую трансформацию электросетей согласно планам новой «Энергетической стратегии РФ», то объект будет насыщаться частотными приводами на ШИМ-преобразователях, АСУ с программно-аппаратным комплексом на выпрямителях, оборудованием с программно-логическими контроллерами на полупроводниковых схемах в вентильными ключами, системами энергосберегающего освещения и т. д. и т. п. Т. е. нелинейной нагрузкой, генерирующей разные спектры гармонических искажений.

Вдобавок к этому гармоники тока, напряжения «перегенерируются» трансформаторами подстанций и свободно мигрируют между потребительскими и распределительными сетями, что уже привело к разработке и вводу в действие стандартов по квотам эмиссии и трансмиссии гармоник между сетью электросетевой компании и абонента с формализацией ответственности сторон.

Поэтому решать проблему искажений нужно уже сегодня, делать это придется, да и нужно самим потребителям электроэнергии, а возможные варианты технических решений с прямой или косвенной финансовой выгодой и формальной целесообразностью (в аспекте ухода от правовых коллизий с распределительной сетью) специалисты компании «МИРКОН» аккумулируют в следующих публикациях.

Источник: Завод конденсаторных установок «МИРКОН»

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Информация о компании

Завод конденсаторных установок «МИРКОН» осуществляет полный цикл мероприятий по вопросам компенсации реактивной мощности.
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Стабилизаторы напряжения Энергия трехфазный Voltron 5% 24000

артикул — Е0101-0201; Мощность стабилизатора, ВА — 24000 Полное описание Релейный стабилизатор напряжения Энергия Voltron предназначен для обеспечения стабилизированным питанием трехфазных потребителей. Особенности ВНИМАНИЕ! При однофазном режиме в сети не должны быть подключены трехфазные потребители. Преимущества Конструкция состоит из трех стабилизаторов напряжения Voltron (5%) и общего блока контроля фаз (модуль БКС), который позволяет с помощью переключения выбрать трехфазный или однофазный режим работы и обеспечивает высокую степень защиты от аварийных ситуаций как во входной, так и в выходной сети.
Рыжов Сергей · ЭТК Энергия · 25 марта · Россия · г Москва
Стабилизаторы напряжения Энергия трехфазный Voltron 5% 24000

ПРОДАМ: Стабилизаторы напряжения Энергия трехфазный Voltron 5% 30000

— Артикул — Е0101-0202; — Мощность стабилизатора, ВА — 30000 Полное описание Релейный стабилизатор напряжения Энергия Voltron предназначен для обеспечения стабилизированным питанием трехфазных потребителей. Особенности ВНИМАНИЕ! При однофазном режиме в сети не должны быть подключены трехфазные потребители. Преимущества Конструкция состоит из трех стабилизаторов напряжения Voltron (5%) и общего блока контроля фаз (модуль БКС), который позволяет с помощью переключения выбрать трехфазный или однофазный режим работы и обеспечивает высокую степень защиты от аварийных ситуаций как во входной, так и в выходной сети.
Рыжов Сергей · ЭТК Энергия · 25 марта · Россия · г Москва
Стабилизаторы напряжения Энергия трехфазный Voltron 5% 30000

ПРОДАМ: Стабилизаторы напряжения Энергия трехфазный Voltron 5% 15000

Артикул — Е0101-0200; Мощность стабилизатора, ВА — 15000 Полное описание Релейный стабилизатор напряжения Энергия Voltron предназначен для обеспечения стабилизированным питанием трехфазных потребителей. Особенности ВНИМАНИЕ! При однофазном режиме в сети не должны быть подключены трехфазные потребители. Преимущества Конструкция состоит из трех стабилизаторов напряжения Voltron (5%) и общего блока контроля фаз (модуль БКС), который позволяет с помощью переключения выбрать трехфазный или однофазный режим работы и обеспечивает высокую степень защиты от аварийных ситуаций как во входной, так и в выходной сети.
Рыжов Сергей · ЭТК Энергия · 25 марта · Россия · г Москва
Стабилизаторы напряжения Энергия трехфазный Voltron 5% 15000

ПРОДАМ: Реле защиты от перегрузки

Кроме силового параметра цепей питания, существует и характеристика разности потенциалов в сети, поэтому на любом электрическом устройстве помимо максимального тока указывают номинальное напряжение. И в отличие от силовой характеристики, которая увеличивается параллельно с мощностью, напряжение питания допускает лишь незначительные колебания. В целях обеспечения защиты оборудования от перегрузок, связанных с повышением напряжения (попадание молнии или обрыв нулевой фазы), используют реле защиты от перегрузок. Суть работы рассматриваемого механизма заключается в постоянном контроле напряжения питания, и в случае превышения заданного диапазона происходит механическое воздействие на автоматический выключатель питания. Наша компания с 2005 года профессионально решает задачи на электротехническом рынке в области поставок низковольтного оборудования партнерам по всей России. Сегодня "Элснаб" является крупнейшим дистрибьютором и сервис-партнером чешского завода OEZ (Siemens AG) в России. Наши технические специалисты проводят обучающие семинары и презентации по всему оборудованию, осуществляют полную техническую поддержку и сервисное обслуживание. Электротехническое оборудование "Элснаб" приобретают крупнейшие предприятия и организации страны, работающие в различных отраслях хозяйства: электроэнергетике, атомной, лесной и химической промышленности, агропромышленном комплексе, машиностроении и судостроении, сферах связи и IT. Тщательно продуманная логистика, высокий сервис, надежные поставки, оперативная обработка клиентских запросов - все эти исключительные качества «Элснаб» помогают нашим партнерам реализовать крупные проекты и решать важные задачи в области электротехники. Благодаря собственному складу и сотрудничеству с ведущими транспортными компаниями, мы обеспечиваем быструю отгрузку и высокую скорость поставок в любой регион страны.
Отдел продаж · Элснаб · 26 марта · Россия · г Москва
Реле защиты от перегрузки

ПРОДАМ: Регуляторы мощности: аналоговые и цифровые (н/м)

Регулятором мощности называется электронное устройство, которое пропускает в нагрузку определенную часть каждого поступившего из сетевого напряжения полупериода. При этом изменяется среднее значение выходного напряжения. Регулятор мощности с фазовым управлением нужен для регулировки мощности оборудования от нуля до максимального значения (мощность, как при прямом подключении к сети). Регулятор мощности с фазовым управлением нужен для регулировки мощности оборудования от нуля до максимального значения (мощность, как при прямом подключении к сети). иристорный регулятор мощности Тиристорный регулятор мощности – это современный класс регуляторов для сети переменного тока. Главным элементом этого устройства является тиристор. Он подключен последовательно с нагрузкой. Тиристор может быть в закрытом или открытом состоянии. Открывается он, когда напряжение в нем соответствует необходимой полярности. Когда ток равняется нулю в конце полупериода сетевого напряжения, тиристор закрывается. Мощность в нагрузке регулируется путем изменения момента времени включения. Аналоговый и цифровой регулятор мощности В зависимости от способа увеличения мощности в нагрузке различают 2 типа аналоговых регуляторов мощности: с фазовым управлением; с управлением с коммутацией при переходе тока через ноль. Цифровой регулятор является универсальным. Пользователь может выбрать способ управления и входной управляющий сигнал. Микропроцессор контролирует все параметры. Минус цифрового регулятора в его стоимости, которая выше, чем у аналогов. Для контроля уровня входного напряжения в регуляторе имеется особая схема. Она отслеживает окончание одного полупериода и начало другого. В этот момент в аналоговом регуляторе мощности происходит заряд разряженного времязадающего конденсатора. Этот момент в цифровом регуляторе создается прерыванием, в котором микропроцессор сбрасывает счетчик-таймер и отсчитывает время инкреминацией счетчика. Когда в аналоговом регуляторе достигается...
Регуляторы мощности: аналоговые и цифровые (н/м)
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.