Определение сопротивления кабелей на напряжение 6

В данной статье приводятся таблицы активного и индуктивного сопротивления кабелей на напряжение 6 — 35 кВ взятые из различных справочников по проектированию электрических сетей и руководящих указаний.

Значения активного и индуктивного сопротивления кабелей необходимы при расчете токов короткого замыкания и проверки кабеля на потери напряжения.

Сопротивление кабелей с бумажной, резиновой и поливинилхлоридной изоляцией на напряжение 6 — 35 кВ

1. РД 153-34.0-20.527-98 – Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. 2002 г. Таблица П.8, страница 145.

2. Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г. Таблица 2-5, страница 48.

3. Справочник по проектированию электроснабжению. Ю.Г. Барыбина. 1990 г. Таблица 2.63, страницы 175-176.

4. Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004г. Таблицы 3.9.7; 3.9.11; страницы 448-449

Если значения активных и реактивных сопротивлений кабелей, вы не нашли в приведенных таблицах. В этом случае, сопротивление кабеля можно определить по приведенным формулам с подстановкой в них фактических параметров кабелей.

Методика расчета представлена в книге: «Проектирование кабельных сетей и проводок. Хромченко Г.Е. 1980 г, страницы 45-48».

Активное сопротивление кабеля

1. Активное сопротивление однопроволочной жилы, определяется по формуле 2-1, Ом:

где:

• l — длина жилы, м;
• s – поперечное сечение жилы, мм2, определяется по формуле: π*d²/4;
• d – диаметр жилы кабеля;
• α₂₀ – температурный коэффициент сопротивления, равный при 20 °С:
• 0,00393 1/град – для меди;
• 0,00403 1/град – для алюминия;
• ρ₂₀ – удельное сопротивление материала жилы при 20 °С (температура изготовления жилы), можно принять согласно книги «Справочная книга электрика. Григорьева В.И. 2004г.» Таблица 1.14, страница 30.

• tж – допустимая температура нагрева жилы, согласно ПУЭ п.1.3.10 и 1. 3.12.

2. Активное сопротивление многопроволочной жилы определяется также по формуле 2-1, но из-за конструктивных особенностей многопроволочной жилы, вместо значений ρ₂₀ вводиться в формулу ρ_р равное:

• 0,0184 Ом*мм2/м – для медных жил;
• 0,031 Ом*мм2/м – для алюминиевых жил.

3. Удельное активное сопротивление жилы, отнесенное к единице длины линии 1 км, определяется из следующих зависимостей, Ом/км:

Индуктивное сопротивление кабеля

1. Удельное реактивное (индуктивное) сопротивление кабеля определяется по формуле 2-8, Ом/км:

где:

• d – диаметр жилы кабеля.
• lср – среднее геометрическое расстояние между центрами жил кабеля определяется по формуле [Л1.с.19]:

где:

• l_А-В — расстояние между центрами жил фаз А и В;
• l_В-С — расстояние между центрами жил фаз В и С;
• l_С-А — расстояние между центрами жил фаз С и А.

Пример

Определить активное и индуктивное сопротивление кабеля марки АВВГнг(А)-LS 3х120 на напряжение 6 кВ производства «Электрокабель» Кольчугинский завод». Длина кабельной линии L = 300 м.

Решение

1. Определяем поперечное сечение токопроводящей жилы кабеля имеющую круглую форму:

S = π*d²/4 = 3,14*13,5²/4 = 143 мм²

Расчет поперечного сечение секторной жилы, а также размеры секторных жил на напряжение 0,4 — 10 кВ представлен в статье: «Расчет поперечного сечения секторной жилы кабеля«.

где: d = 13,5 мм – диаметр жилы кабеля (многопроволочные уплотненные жилы), определяется по ГОСТ 22483— 2012 таблица С.3 для кабеля с токопроводящей жилой класса 2. Класс токопроводящей жилы указывается в каталоге завода-изготовителя кабельной продукции.

Ниже представлена классификация жил кабелей, согласно ГОСТ 22483— 2012:

2. Определяем удельное активное сопротивление кабеля марки АВВГнг(А)-LS 3х120, отнесенное к единице длины линии 1 км, Ом/км:

где:

• l = 1000 м – длина жилы, м;
• α₂₀ – температурный коэффициент сопротивления, равный при 20 °С:
• 0, 00393 1/град – для меди;
• 0,00403 1/град – для алюминия;
• ρ_р – удельное сопротивление материала многопроволочной жилы, равное:
• 0,0184 Ом*мм2/м – для медных жил;
• 0,031 Ом*мм2/м – для алюминиевых жил;
• tж = 65 °С — допустимая температура нагрева жилы, для кабеля напряжением 6 кВ, согласно ПУЭ п. 1.3.10.

3. Определяем удельное активное сопротивление кабеля, исходя из длины кабельной трассы:

где: L = 0,3 км – длина кабельной трассы, км;

4. Определяем среднее геометрическое расстояние между центрами жил кабеля, учитывая что жилы кабеля расположены в виде треугольника.

где:

• l_А-В = 20,3 мм — расстояние между центрами жил фаз А и В;
• l_В-С = 20,3 мм — расстояние между центрами жил фаз В и С;
• l_С-А = 20,3 мм — расстояние между центрами жил фаз С и А.

Что бы определить расстояние между центрами жил кабеля, нужно знать диаметр жил кабеля d = 13,5 мм и толщину изоляции жил из поливинилхлоридного пластиката dи.ж = 3,4 мм, согласно ГОСТ 16442-80 таблица 4. Определяем расстояние между центрами жил фаз равное 20,3 мм (см.рис.1).

5. Определяем удельное реактивное (индуктивное) сопротивление кабеля марки АВВГнг(А)-LS 3х120, Ом/км:

где: d = 13,5 мм – диаметр жилы кабеля;

6. Определяем удельное реактивное сопротивление кабеля, исходя из длины кабельной трассы:

Сопротивление кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6 — 35 кВ

Значения активного и реактивного (индуктивного) сопротивления кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена приводятся в каталогах завода-изготовителя. Для ознакомления приведу лишь некоторых производителей кабельной продукции.

«Электрокабель» Кольчугинский завод» – Каталог кабельной продукции.

В таблице 12 – приводятся значения активного сопротивления кабелей согласно ГОСТ 22483-2012

Компания «Estralin» — Каталог силовые кабели и кабельные системы 6 – 220 кВ.

Компания «Камкабель» — Настольная книга проектировщика. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 6-35 кВ.

Справочники по проектированию электрических сетей и руководящие указания, которые упомянуты в данной статье, вы сможете найти, скачав архив.

СКАЧАТЬ

Литература:

1. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4-35 кВ, Голубев М.Л. 1980 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Активные и индуктивные сопротивления линии

Активное сопротивление проводов и кабелей из цветных металлов определяется по одной из следующих формул:

где r — расчетное удельное сопротивление провода или жилы кабеля, ом⋅мм²/м;
g — расчетная удельная проводимость провода или жилы кабеля, м/ом⋅мм²;
F — номинальное сечение провода или кабеля, мм².
Значения удельного сопротивления и удельной проводимости для медных проводов и кабелей:

для алюминиевых проводов и кабелей

Таблица 5-1 Активные сопротивления проводов и кабелей, ом/км
Сечение провода, мм кв.	Медные провода и кабели	Алюминиевые провода и кабели	Сталеалюминиевые провода
1	18,9	—	—
1.5	12,6	—	—
2,5	7,55	12,6	—
4	4,65	7,90	—
6	3,06	5,26	—
10	1,84	3,16	3,12
16	1,20	1,98	2,06
25	0,74	1,28	1,38
35	0,54	0,92	0,85
50	0,39	0,64	0,65
70	0,28	0,46	0,46
95	0,20	0,34	0,33
120	0,158	0,27	0,27
150	0,123	0,21	0,21
185	0,103	0,17	0,17
240	0,078	0,132	0,132
300	0,062	0,106	0,107
400	0,047	0,08	0,08

Индуктивное сопротивление трехфазной линии с проводами из цветных металлов при частоте переменного тока 50 Гц определяется по формуле

где d — внешний диаметр провода, мм;
D — среднее геометрическое расстояние между проводами линии, вычисляемое по формуле

где D — расстояния между проводами у каждой пары проводов трехфазной линии, мм.
Активные сопротивления 1 км провода или жилы кабеля приведены в табл. 5-1, индуктивные сопротивления 1 км линии — в табл. 5-2 и 5-4.
Для стальных проводов активное и внутреннее индуктивное сопротивления зависят от протекающего по проводу переменного тока. Общее индуктивное сопротивление воздушной линии, выполненной стальными проводами, определяется как сумма внешнего х’ и внутреннего х» индуктивных сопротивлений:

х=х’+х», ом/км (5-5)

Таблица 5-2 Индуктивные сопротивления воздушных лм/км
Среднее геометрическое расстояние между проводами, мм	Сечение проводов, мм2
	6	10	16	25	35	50	70	95	120	150	185
Медные провода
400	0,371	0,355	0,333	0,319	0,308	0,297	0,283	0,274	—	—	—
600	0,397	0,381	0,358	0,345	0,336	0,325	0,309	0,300	0,292	0,287	0,280
800	0,413	0,399	0,377	0,363	0,352	0,341	0,327	0,318	0,310	0,305	0,298
1000	0,429	0,413	0,391	0,377	0,366	0,355	0,341	0,332	0,324	0,319	0,313
1250	0,443	0,427	0,405	0,391	0,380	0,369	0,355	0,346	0,338	0,333	0,327
1500	—	0,438	0,416	0,402	0,391	0,380	0,366	0,357	0,349	0,344	0,338
2000	—	0,457	0,435	0,421	0,410	0,398	0,385	0,376	0,368	0,363	0,357
2500	—	—	0,449	0,435	0,424	0,413	0,399	0,390	0,382	0,377	0,371
3000	—	—	0,460	0,445	0,435	0,423	0,410	0,401	0,393	0,388	0,382
Алюминиевые провода
600	—	—	0,358	0,345	0,336	0,325	0,315	0,303	0,297	0,288	0,279
800	—	—	0,377	0,363	0,352	0,341	0,331	0,319	0,313	0,305	0,298
1000	—	—	0,391	0,377	0,366	0,355	0,345	0,334	0,327	0,319	0,311
1250	—	—	0,405	0,391	0,380	0,369	0,359	0,347	0,341	0,333	0,328
1500	—	—	—	0,402	0,391	0,380	0,370	0,358	0,352	0,344	0,339
2000	—	—	—	0,421	0. 410	0,398	0,388	0,377	0,371	0,363	0,355
Сталеалюминиевые провода
2000	—	—	—	—	0,403	0,392	0,382	0,371	0,365	0,358	—
2500	—	—	—	—	0,417	0,405	0,396	0,385	0,379	0,272	—
3000	—	—	—	—	0,429	0,413	0,403	0,397	0,391	0,384	0,377

Таблица 5-4 Индуктивные сопротивления трехжильных кабелей и изолированных проводов, проложенных на роликах и изоляторах, ом/км
Сечение, мм кв.	Трехжильные кабели с медными жилами				Изолированные провода
	до 1 кв	3 кв	6 кв	10 кв	на роликах	на изоляторах
1,5	—		—	—	0,28	0,32
2,5	—	—	—	—	0,26	0,30
4	0,095	0,111	—	—	0,25	0,29
6	0,090	0,104	—	—	0,23	0,28
10	0,073	0,0825	0,11	0,122	0,22	0,26
16	0,0675	0,0757	0,102	0,113	0,22	0,24
25	0,0662	0,0714	0,091	0,099	0,20	0,24
35	0,0637	0,0688	0,087	0,095	0,19	0,24
50	0,0625	0,0670	0,083	0,09	0,19	0,23
70	0,0612	0,0650	0,08	0,086	0,19	0,23
95	0,0602	0,0636	0,078	0,083	0,18	0,23
120	0,0602	0,0626	0,076	0,081	0,18	0,22
150	0,0596	0,0610	0,074	0,079	—	—
185	0,0596	0,0605	0,073	0,077	—	—
240	0,0587	0,0595	0,071	0,075	—	—

Таблица 5-6 Активные (омические) и индуктивные сопротивления шин прямоугольного сечения из алюминия и меди
Размеры шин, мм	Активное (омическое) сопротивление при температуре шины +30° С, ом/км				Индуктивное сопротивление при расстоянии между центрами шин 250 мм, ом/км
	Алюминиевые шины		Медные шины
	при постоянном токе	при переменном токе	при постоянном токе	при переменном токе
25X3	0,410	0,413	0,248	0,263	0,253
30X4	0,256	0,269	0,156	0,175	0,240
40X4	0,192	0,211	0,117	0,138	0,224
40X5	0,154	0,173	0,0935	0,112	0,222
50X5	0,123	0,140	0,0749	0,0913	0,210
50X6	0,102	0,119	0,0624	0,0780	0,208
60X6	0,0855	0,102	0,0520	0,0671	0,198
80X6	0,0640	0,0772	0,0390	0,0507	0,182
100X6	0,0510	0,0635	0,0312	0,0411	0,169
60X8	0,0640	0,0772	0,0390	0,0507	0,196
80X8	0,0481	0,0595	0,0293	0,0395	0,179
100X8	0,0385	0,0488	0,0234	0,0321	0,168
120X8	0,0320	0,0410	0,0195	0,0271	0,156
80X10	0,0385	0,0495	0,0234	0,0323	0,179
100X10	0,0308	0,0398	0,0187	0,0260	0,165
120X10	0,0255	0,0331	0,0156	0,0218	0,156

Все страницы раздела на websor

Активное и реактивное сопротивление кабелей

Главная » Статьи » Активное и реактивное сопротивление кабелей

Активные и реактивные сопротивления кабелей — Кабели

Сечение жилы, мм2	Активное сопротивление при 20 °С, Ом/км, жилы	Индуктивное сопротивление, Ом/км, кабеля напряжением, кВ
алюминиевой	медной	1	6	10	20
10	2,94	1,79	0,073	0,11	0,122
16	1,84	1,12	0,068	0,102	0,113	—
25	1,17	0,72	0,066	0,091	0,099	0,135
35	0,84	0,51	0,064	0,087	0,095	0,129
50	0,59	0,36	0,063	0,083	0,09	0,119
70	0,42	0,256	0,061	0,08	0,086	0,116
95	0,31	0,19	0,06	0,078	0,083	0,110
120	0,24	0,15	0,06	0,076	0,081	0,107
150	0,2	0,12	0,059	0,074	0,079	0,104
185	0,16	0,1	0,059	0,073	0,077	0,101
240	0,12	0,07	0,058	0,071	0,075	—

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]

Новости сайта ukrelektrik.com

Последние статьи ukrelektrik.com

Последние ответы на форуме ukrelektrik.com

Автоматика 2alpilip Артём / 24 Всё обо всём — общение kristina-asmus-3d elektro / 114 Кабели/провода Sanya puraxin / 12

ukrelektrik.com

Активные и реактивные сопротивления кабелей

АльтИнфоЮг Альтернативная энергетика и информация

Величины активных и реактивных сопротивлений кабелей различного сечения и напряжения из медных и алюминиевых жил позволяют рассчитать потери в кабеле при постоянном и переменном токе.

Активные и реактивные сопротивления кабелейСечение жилы мм2Активное сопротивление при 200С, Ом/км, жилыИндуктивное сопротивление , Ом/км, кабеля на напряжение, кВАлюминиевойМедной161020

10	2,94	1,79	0,073	0,11	0,122	—
16	1,84	1,12	0,068	0,102	0,113	—
25	1,17	0,72	0,066	0,091	0,099	0,135
35	0,84	0,51	0,064	0,087	0,095	0,129
50	0,59	0,36	0,063	0,083	0,09	0,119
70	0,42	0,256	0,061	0,08	0,086	0,116
95	0,31	0,19	0,06	0,078	0,083	0,110
120	0,24	0,15	0,06	0,076	0,081	0,107
150	0,2	0,12	0,059	0,074	0,079	0,104
185	0,16	0,1	0,059	0,073	0,077	0,101
240	0,12	0,07	0,058	0,071	0,075	—

Литература: «Справочник энергетика» под редакцией А. Н. Чохонелидзе стр.222

altinfoyg.ru

Активное и индуктивное сопротивление кабелей — таблица

Содержание:

В любых электрических сетях имеет место потеря напряжения под влиянием различных факторов. В основном это такие параметры, как проводимость и сопротивление, которые следует учитывать при выполнении расчетов. Для цепей постоянного тока можно обойтись обычными характеристиками. Однако, при использовании переменного тока потребуется вычислить активное и индуктивное сопротивление кабелей, которые специальная таблица отображает с высокой точностью в разных вариантах. Для того чтобы правильно ориентироваться в этих параметрах, необходимо хорошо представлять себе особенности каждого из них.

Особенности активного сопротивления

Сопротивление в электротехнике является важнейшим параметром, с помощью которого какая-то часть электрической цепи оказывает противодействие проходящему по ней току. Образованию данной величины способствуют изменения электроэнергии и ее переход в другие виды энергетических состояний.

Подобное явление характерно лишь для переменного тока, под действием которого образуются активные и реактивные сопротивления кабелей. Этот процесс представляет собой необратимые изменения энергии или передачу и распределение ее между отдельными элементами цепи. Если изменения электроэнергии принимают необратимый характер, то такое сопротивление будет активным, а если имеют место обменные процессы, оно становится реактивным. Например, электрическая плита выделяет тепло, которое обратно в электрическую энергию уже не превращается.

Данное явление в полной мере затрагивает любые виды провода и кабеля. При одинаковых условиях, они будут по-разному сопротивляться прохождению постоянного и переменного тока. Подобная ситуация возникает из-за неравномерного распределения переменного тока по сечению проводника, в результате чего образуется так называемый поверхностный эффект.

Таблица и расчет по формуле

Как показывает таблица, поверхностный эффект не критично влияет на проводники, состоящие из цветных металлов и работающие при переменном напряжении с частотой 50 Гц. Поэтому для выполнения расчетов, сопротивления таких кабелей под действием постоянного и переменного тока принимаются условно равными.

Кроме таблицы, для расчетов проводников из алюминия и меди используется специальная формула r = (l * 103)/ γ3 * S = r0 * l, в которой l – длина (км), γ – удельное значение проводимости конкретного материала (м/ом * мм2), r0 – активное сопротивление 1 км кабеля (Ом/км), S – поперечное сечение (мм2).

Значение активного сопротивления кабелей зависит также от температуры окружающей среды. Для того чтобы вычислить r0 при точной температуре Θ, необходимо воспользоваться еще одной формулой r0 = r20 * [l + α * (Θ — 20)] = (l * 103)/ γ20 * S * [l + α * (Θ — 20)]. Здесь α является температурным коэффициентом сопротивления, r20 – активное сопротивление при t 200C, γ20 – удельная проводимость при этой же температуре. Эти расчеты необходимы, когда определяется точное активное и индуктивное сопротивление какого-либо проводника.

Активное сопротивление стальных проводов существенно превышает аналогичный показатель проводников из цветных металлов. Это связано с более низкой удельной проводимостью и наличием поверхностного эффекта, выраженного намного ярче по сравнению с медными и алюминиевыми проводами. Кроме того, в линиях со стальными проводами активная энергия значительно теряется на перемагничивание и вихревые токи, поэтому такие потери становятся дополнительным компонентом активного сопротивления.

У стальных проводников существует зависимость активного сопротивления от величины протекающего тока, поэтому в расчетах неприемлемо использование постоянного значения удельной проводимости.

Действие индуктивного сопротивления кабельных линий

Полное сопротивление электрической цепи разделяется на активное и индуктивное сопротивление. Из них последнее является составной частью реактивного сопротивления, возникающего во время прохождения переменного тока через элементы, относящиеся к реактивным. Индуктивность считается основной характеристикой катушек, не учитывая активное сопротивление их обмоток. Как правило, реактивное сопротивление возникает под влиянием ЭДС самоиндукции.

При ее росте, в зависимости от частоты тока, происходит одновременное увеличение сопротивления.

Таким образом, активное и реактивное сопротивление кабелей образуют полное сопротивление, которое есть ни что иное, как сумма квадратов каждой составляющей. Графически это отображается в виде прямоугольного треугольника, в котором гипотенуза является полным сопротивлением, а катеты – его составными элементами.

Очень быстро вычислить активное и индуктивное сопротивление кабелей помогает таблица, в которой отражаются основные характеристики наиболее распространенных проводников. Однако довольно часто требуется определить индуктивное сопротивление Х кабельной линии с определенной протяженностью. Для этого применяется простая первоначальная формула Х = Х0l, где Х0 является индуктивным сопротивлением 1 км проводника, а l – длина этого проводника. Полученный результат измеряется в единицах Ом/км.

В свою очередь Х0 определяется по другой формуле X0 = 0,145lg * (2Dср/d) + 0,0157 μт, в которой 2Dср является средним расстоянием между проводниками или центрами кабельных жил, d – диаметр этих проводников или жил, μт – отражает относительную магнитную проницаемость металла проводника.

Таким образом, при увеличении сечения проводника реактивное сопротивление Х0 будет незначительно уменьшаться.

electric-220.ru

Активные и реактивные сопротивления кабелей

Сечение жилы, мм2	Активное сопротивление при 20° С, Ом/км, жилы	Индуктивное сопротивление, Ом/км, кабеля напряжением, кВ
алюминиевой	медной
	2,94	1,79	0,073	0,11	0,122	—
	1,84	1,12	0,068	0,102	0,113	—
	1,7	0,72	0,066	0,091	0,099	0,135
	0,84	0,51	0,064	0,087	0,095	0,129
	0,59	0,36	0,063	0,083	0,09	0,119
	0,42	0,256	0,061	0,08	0,086	0,116
	0,31	0,19	0,06	0,078	0,083	0,110
	0,24	0,15	0,06	0,076	0,081	0,107
	0,2	0,12	0,059	0,074	0,079	0,104
	0,16	0,1	0,059	0,073	0,077	0,101
	0,12	0,07	0,058	0,071	0,075	—

ПРИЛОЖЕНИЕ VI

Векторные диаграммы токов при различных видах

Коротких замыканий для измерительной части

Дифференциальной защиты

Вид короткого замыкания	Векторные диаграммы токов при внешнем коротком замыкании за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ-11 при	Схема упрощенных дифференциальных защит двухобмоточного трансформатора
двухрелейная	трехлинейная
Со стороны обмоток ВН, соединенных в звезду	Со стороны обмоток НН, соединенных в треугольник (ПТ=1)
Ток в реле 1 и 2	Ток в реле 3 Iр3=IВС+( Ia+Ic)
Iр1=Ica-I0	Iр2=IАВ-Iа
Трехфазное АВС
Между фазами АВ			IC=0 ICA=0
Между фазами ВС				Ia=0 IAB=0
Между фазами СА					Ia+Ic=0 Ibc=0

Таблица 14

Рис. 39. Токораспределение в цепях дифференциальной токовой защиты двух- и трехобмоточных трансформаторов: а – двойное замыкание на землю на стороне 6 – 10кВ; б – КЗ между двумя фазами на стороне «треугольник» 6 – 10кВ двухобмоточного трансформатора; в – КЗ между двумя фазами на стороне «звезды» 110-220кВ двухобмоточного трансформатора; г – КЗ между двумя фазами на стороне «звезды» 35кВ трехобмоточного трансформатора

ПРИЛОЖЕНИЕ VII

Контрольные вопросы

В целях самоконтроля и проверки остаточных знаний предлагаются тестовые вопросы. Из 22 вопросов при правильных ответах уровень знаний можно оценить:

– «удовлетворительно» – не менее 13 правильных ответов;

– «хорошо» – не менее 17 правильных ответов;

– «отлично» – не менее 20 правильных ответов.

В 1. Выбрать выдержки времени максимальной токовой защиты (МТЗ) с независимой характеристикой срабатывания реле для схемы:

1) tср1=tср2=tср3;

2) tср1>tср2>tср3;

3) tср1

lektsia.info

---

Смотрите также

• Как настроить интернет на ноутбуке через кабель
• Устройство намотки кабеля
• Как подключить интернет билайн на компьютер через кабель
• Пластиковый плинтус с кабель каналом
• Соединение сип с медным кабелем
• Бронированный кабель 4х6
• Кабель шввп технические характеристики
• Как измерить сопротивление изоляции кабеля
• Кабель коаксиальный для спутниковой антенны
• Кабель к телевизору от ноутбука
• Типы кабеля для электропроводки

Понимание основ реактивной мощности

Реактивная мощность малопонятна для не инженеров и важна при проектировании систем электроснабжения, особенно на уровне распределения. Хотя для понимания реактивной мощности требуется знание интегрального исчисления, основные интуитивные представления можно понять без тщательного математического изучения. По мере того, как системы распределения становятся более сложными с распределенными энергоресурсами и автоматизацией спроса, участникам отрасли необходимо общее понимание последствий «воображаемой мощности» для эффективности и стабильности системы.

Реактивная мощность – это электричество, которое одновременно и бесполезно, и необходимо

Электрическая мощность (P, в ваттах) состоит из напряжения (В, вольт) и тока (I, в амперах). Формула P = V × I. Хорошей аналогией для описания взаимосвязи между напряжением и током является вода, текущая по реке. Ток — это скорость воды, а напряжение — наклон реки. Когда становится круче, эта река ведет себя странно. Скорость течения остается прежней, однако вода становится более плотной, и в результате течение становится тяжелее. Способность потока толкать вас вниз по реке — скорость течения, умноженная на плотность воды (напряжение) — это сила реки.

кажущаяся мощность реки — если ее просто измерить — включает как поступательное движение, так и нисходящее давление на русло реки. В то время как поступательное движение полезно для выполнения работы (скажем, для запуска небольшой гидротурбины), давление на русло реки служит только для поддержания потока. Это разница между реальной мощностью (P, в ваттах) и реактивной мощностью (VAr, в мнимых ваттах). Отношение реактивной мощности к полной мощности (активная мощность ² + реактивная мощность ² ) ^1/2 называется коэффициентом мощности . Рассмотрим пример лошади, тянущей вагон.

Пример коэффициента мощности: использование лошади и железнодорожного вагона

Источник: Consolidated Edison

Как показано на рисунке выше, представьте лошадь, которая тянет вагон с края пути. Хотя лошадь привязана по диагонали, вагон может двигаться только по рельсам. Сила натяжения веревки — это кажущаяся мощность; только часть этой мощности равна «рабочая» (реальная) мощность, тянущая вагон вперед. Из-за угла тяги лошади часть затрачиваемой энергии тратится впустую в виде «нерабочей» (реактивной) мощности. По мере того, как этот угол становится больше, соотношение между активной мощностью и реактивной мощностью снижается до тех пор, пока лошадь не начнет тянуть прямо от путей, не двигая вагон вообще. Это соотношение часто рассчитывается как коэффициент мощности: деление активной мощности на полную мощность (активная + реактивная).

Огромные отключения электроэнергии произошли в результате сбоев реактивной мощности

Реактивная мощность важна для потока энергии, поскольку она помогает регулировать напряжение. Возвращаясь к аналогии с рекой, без русла реки, на которое можно было бы опираться для движения вперед, не могло бы быть течения воды. Увеличение реактивной мощности можно описать как увеличение крутизны русла реки при одновременном «выдавливании» воды вперед. Это «сжатие» увеличивает плотность воды и позволяет ей двигаться дальше. Точно так же реактивная мощность имеет решающее значение в линиях электропередачи для повышения напряжения вверх по течению и «сжатия» потока вниз по течению.

Производство реактивной мощности, иногда называемой мнимой мощностью , требует мощности электростанции, но не дает прямой экономической выгоды — представьте лошадь, тянущую вагон по диагонали. Для интегрированных коммунальных предприятий-монополистов работа электростанций, производящих реактивную мощность, компенсируется через тарифную базу. Для торговых генераторов реактивная мощность отнимает у мощности станции, которая вместо этого могла бы производить реальную энергию. Таким образом, реактивная мощность должна компенсироваться в качестве вспомогательной услуги.

14 июля 2003 г. на северо-востоке США и в Канаде произошло историческое отключение электроэнергии, которое затронуло около 55 миллионов человек в восьми штатах и ​​одной провинции. Среди причин этого огромного отказа системы в качестве важного фактора была названа острая нехватка реактивной мощности. В часы, предшествовавшие отключению электроэнергии, спрос на реактивную мощность был особенно высоким из-за больших объемов передачи на большие расстояния через Огайо в Канаду. В то же время предложение реактивной мощности было опасно низким отчасти из-за отсутствия стимула для производства реактивной мощности. Сбои реактивной мощности также способствовали отключениям электроэнергии на Западе (1996) и во Франции (1978).

Реактивная мощность возникает в результате задержки между током и напряжением

В цепи постоянного тока (DC) мощность имеет постоянную интенсивность и может течь только в одном направлении. С другой стороны, ток и напряжение в цепях переменного тока (AC) быстро колеблются, и кажется, что мощность течет во всех направлениях. Скорость флуктуаций называется частотой  , а задержка между двумя «частотами» – их фазовый угол . Фазовый угол важен как в одном месте, так и между двумя точками. Например, задержка частоты напряжения между начальной и конечной точками провода дает потоков мощности . Важным фактором в цепях переменного тока является задержка между колебаниями напряжения и тока в любой точке. Когда ток и напряжение в одной точке находятся в идеальном соотношении в фазе друг с другом, таким образом, имея точно такое же время, вся мощность, полученная от потока, равна реальная мощность . По мере того как задержка между током и напряжением увеличивается, увеличивается и количество реактивной мощности — лошадь все дальше тянет от вагона. Реактивная мощность присутствует всякий раз, когда ток «отстает» или «опережает» напряжение.

Фазы тока, напряжения и мощности в системе переменного тока

Источник: MIT Electric Grid of the Future Report

Препятствия для потоков мощности на линии электропередач называются импедансами . Эти импедансы могут быть сопротивлением или реактивным сопротивлением. Сопротивление — это трение электронов с атомами внутри электрических проводников, которое в равной степени влияет как на ток, так и на напряжение, преобразуя небольшое количество энергии в отработанное тепло. Реактивное сопротивление может относиться либо к электрическим полям, либо к магнитным полям. Электрические поля , влияющие на напряжение, создаются, когда две электрически заряженные металлические пластины помещаются близко друг к другу, не касаясь друг друга. Эти конденсаторы создают напряжение без протекания тока, тем самым эффективно накапливая и задерживая колебания напряжения относительно тока. Магнитные поля , с другой стороны, вызывают отклонение тока от напряжения. Сами электрические линии постоянно накапливают и извлекают переменный ток в магнитном поле, которое закручивается по спирали вокруг провода. Катушки индуктивности — это специально разработанные катушки проволоки, предназначенные для накопления тока в магнитных полях. Некоторые бытовые приборы, такие как электродвигатели и холодильники, обладают индуктивными свойствами.

Когда ток отстает от напряжения, возникает положительная реактивная мощность в цепи. Наиболее важной причиной положительной реактивной мощности является реактивное сопротивление самих линий электропередач. На протяжении всей линии часть тока совершает «объезд» в спиралевидном магнитном поле вокруг линии. Трансформаторы, основанные на катушках индуктивности, также вводят в линии положительную реактивную мощность. На краю сети индуктивные приборы, такие как электродвигатели и холодильники, также вносят положительную реактивную мощность.

Поскольку более высокая реактивная мощность соответствует более высокому напряжению, слишком большая положительная реактивная мощность в одной части сети может вызвать резкое падение напряжения. Чтобы компенсировать реактивное сопротивление линий электропередач, трансформаторов и индуктивных приборов, необходимо обеспечить достаточную подачу отрицательной реактивной мощности. Эта услуга может быть оказана электростанциями, хотя и за счет реального производства электроэнергии и ограничена пропускной способностью. В качестве альтернативы отрицательная реактивная мощность может быть использована ниже по потоку для улучшения потока мощности. Например, конденсаторы, размещенные рядом с трансформаторами и индуктивными нагрузками, можно использовать для уменьшения падений напряжения там, где это наиболее необходимо. Некоторые электрические устройства, такие как интеллектуальные инверторы, также могут локально стабилизировать реактивную мощность.

Регулирование реактивной мощности в системе распределения электроэнергии

Хотя реактивная мощность необходима для стабильности напряжения при передаче, слишком большая положительная реактивная мощность в системе распределения влияет на энергоэффективность. Возвращаясь к примеру с лошадью и дрезиной, увеличение угла тяги снижает реальную мощность, приложенную к дрезине. В 2011 году Consolidated Edison в Нью-Йорке ввела плату за реактивную мощность, чтобы наказать крупных потребителей электроэнергии с неэффективным индукционным оборудованием. Коммунальное предприятие рекомендует крупным потребителям устанавливать конденсаторы рядом с индуктивными нагрузками, зацикливать работу индуктивного оборудования и модернизировать свои предприятия более эффективным оборудованием, чтобы поддерживать их коэффициент мощности выше 9.5%.

Реактивная мощность — задержка между напряжением и током в данной точке — зависит от ограничений передачи. В результате часто приходится производить реактивную мощность вблизи того места, где она необходима. Кроме того, некоторым приборам, таким как электродвигатели, для правильной работы магнитов требуется отрицательная реактивная мощность. Таким образом, локальная подача реактивной мощности намного эффективнее, чем ее производство издалека. Именно здесь распределенные энергетические ресурсы могут принести значительные преимущества в регулировании реактивной мощности.

Согласно SDG&E, интеллектуальные инверторы могут эффективно регулировать реактивную мощность с небольшими дополнительными затратами. В январе 2014 года Комиссия по коммунальным предприятиям Калифорнии выпустила технический отчет, в котором рекомендуются стандарты для возможностей интеллектуальных инверторов. PJM также выступила с решительным заявлением в поддержку интеллектуальных инверторов для регулирования реактивной мощности. Согласно документам рабочей группы IEEE 1547, «результаты […] моделирования показывают, что реальный и реактивный противоток не представляют серьезной проблемы и что не требуется вносить существенных изменений в работу фидера».0109 при высоком уровне проникновения [интеллектуальных] инверторов ». В апреле 2014 года FERC опубликовала отчет персонала, в котором изложены методологии компенсации реактивной мощности в качестве вспомогательной услуги. С добавлением новых возможностей «умных сетей», таких как автоматизация, прогнозная аналитика и местная координация, реактивная мощность может стать единственной лошадью, которую мы можем приручить.

Электрическое испытательное оборудование | электростанция к розетке

В этой статье мы рассмотрим некоторые ключевые практические аспекты измерения и оценки качества электроэнергии. Как следует из названия, мы выходим далеко за рамки основ, но для того, чтобы обеспечить прочную основу, мы начнем с краткого обзора некоторых основных понятий, касающихся мощности и качества электроэнергии.

Немного об основах мощности
Мгновенная мощность в цепи, согласно IEEE1459 и, без сомнения, другим аналогичным стандартам во всем мире, определяется как произведение мгновенного напряжения и мгновенного тока в цепи. Мгновенная мощность состоит из двух составляющих: активной мощности и реактивной мощности. Активная мощность создается компонентом тока, который совпадает по фазе с напряжением и течет в одном направлении от источника к нагрузке. Реактивная мощность создается компонентом тока, который не совпадает по фазе с напряжением, и, по сути, он колеблется между источником и нагрузкой. Это означает, что чистая передача энергии от источника к нагрузке за счет реактивной мощности равна нулю.

При проведении измерений активной мощностью является среднее значение мгновенной мощности за интервал времени наблюдения. Математически это можно выразить формулой:

где P = активная мощность, T = 1/f в циклах, K = целое число, ԏ = начало измерения и p = мгновенная мощность.

Активная мощность является функцией рассеивающих элементов цепи, которые часто являются сопротивлениями. Активная мощность, измеряемая в ваттах, является однонаправленной и всегда имеет положительное значение. В цепях с синусоидальными формами тока и напряжения активная мощность может быть выражена как

где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Рассматривая реактивную мощность аналогичным образом, она является функцией амплитуды колебательной мгновенной мощности, измеренной во времени, что может быть выражено математически по формуле:

Реактивная мощность измеряется в ВАр (реактивный вольт-ампер) и является функцией реактивного сопротивления цепи. Как уже упоминалось, поскольку энергия, связанная с реактивной мощностью, колеблется между источником и нагрузкой, нет средней чистой передачи энергии в нагрузку. В цепях с синусоидальными формами тока и напряжения реактивная мощность может быть выражена как

где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Другой важной величиной является полная мощность. Это функция полного импеданса цепи, равная произведению среднеквадратичного (среднеквадратического) тока и среднеквадратичного напряжения. В синусоидальной системе без гармоник взаимосвязь между реактивной мощностью (относительно реактивного сопротивления), активной мощностью (относительно сопротивления) и полной мощностью (относительно импеданса) может быть выражена графически в виде «треугольника мощностей».

Применение теоремы Пифагора к этому треугольнику показывает, что квадрат полной мощности равен сумме квадратов активной и реактивной мощностей или, выражаясь формулой

Коэффициент реактивной мощности
Учитывая треугольник мощности, косинус фазового угла, то есть угол между напряжением и током, обозначается коэффициентом мощности смещения (DPF). Обратите внимание, что DPF действителен только для синусоидальных сигналов и не учитывает гармоники. Когда реактивное сопротивление добавляется в цепь, фазовый угол увеличивается, а DPF уменьшается. Например, в чисто резистивной цепи фазовый угол равен нулю, а DPF равен 1. Если добавить реактивное сопротивление, увеличивающее фазовый угол до 8º, DPF падает до 0,9.92, а если добавить больше реактивного сопротивления для дальнейшего увеличения фазового угла до 26º, DPF упадет до 0,898.

Поскольку реактивные нагрузки могут быть как индуктивными, так и емкостными, значения DPF могут быть положительными или отрицательными, поскольку индуктивные нагрузки вызывают отставание тока от напряжения, тогда как емкостные нагрузки заставляют ток опережать напряжение. Когда ток отстает от напряжения, DPF положительный, а когда ток опережает напряжение, DPF отрицательный.

Низкие значения DPF указывают на неэффективность энергосистем, поскольку система должна поддерживать подачу реактивной мощности, которая не выполняет полезной работы. Улучшение коэффициента мощности системы позволит ей подавать больше энергии на нагрузку, одновременно снизив общую нагрузку на такие компоненты, как кабели и трансформаторы. Как показывает этот пример, улучшения могут быть существенными.

Система подавала питание на нагрузку с DPF 0,829. Отдаваемая полная мощность (то есть общая нагрузка на систему) составила 7030 кВА, что составляет 95% мощности системы. Отданная активная мощность составила 5828 кВт, а реактивная мощность – 3931 кВАр. Были предприняты шаги для увеличения DPF до 0,990, что снизило кажущуюся мощность до 5960 кВА, что эквивалентно 80,5% мощности системы. Активная мощность, отдаваемая в нагрузку, практически не изменилась и составила 5900 кВт, а реактивная (расходуемая) мощность снизилась до 0,829 кВт.кВАр. Другими словами, улучшение DPF с 0,829 до 0,990 высвободило 15% мощности системы питания!

На практике нагрузка в энергосистеме скорее будет индуктивной, чем емкостной, поэтому DPF будет положительным. В таких случаях DPF можно улучшить, добавив конденсаторную батарею, которая снижает реактивную мощность и увеличивает активную мощность. Вот пример того, как это работает:

Можно видеть, что когда реактивное сопротивление конденсаторной батареи, добавленной в цепь, равно индуктивному сопротивлению нагрузок в цепи, общее реактивное сопротивление становится равным нулю, и цепь ведет себя так, как если бы она была чисто резистивной нагрузкой. На практике такая идеальная коррекция коэффициента мощности вряд ли достижима, но к ней можно приблизиться.

Батареи конденсаторов для коррекции коэффициента мощности обычно измеряются в кВАр. Ключевыми значениями на паспортной табличке являются напряжение, частота и кВАр. Полное сопротивление конденсаторной батареи можно рассчитать по формуле

где Q — номинальная мощность конденсаторной батареи в кВАр. Например, если банк рассчитан на 10 кВ и 150 кВАр, его импеданс будет 667 Ом.

Суммарный коэффициент мощности
Возвращаясь теперь к треугольнику мощности, важно помнить, что он работает только с чистыми синусоидальными сигналами — отношения, которые он воплощает, не выполняются при наличии гармонических искажений. Это связано с тем, что, когда присутствуют гармоники, они не сдвигают фазовый угол тока, как индуктивная или емкостная нагрузка, а искажают форму волны тока.

Это означает, что в цепях с наличием гармоник DPF не является точным показателем коэффициента мощности, поскольку он учитывает только фазовый сдвиг, а не искажение формы волны. По этой причине в цепях со значительными уровнями гармоник требуется другая мера коэффициента мощности. Это общий коэффициент мощности (TPF, а иногда и просто PF), который учитывает как искажения, так и фазовый сдвиг.

TPF определяется как мощность, деленная на полную мощность (P/S). Если в цепи нет гармоник, TPF равен DPF. Однако по мере увеличения уровня гармоник увеличивается и разница между TPF и DPF. Связанный параметр, который иногда встречается, — это коэффициент мощности искажения (dPF), который определяется как отношение между TPF и DPF (TPF/DPF).

Силовые системы и измерительные устройства
Теперь давайте перейдем к рассмотрению конфигураций и характеристик некоторых практических систем распределения электроэнергии, а также способов измерения мощности в этих системах. Первая — четырехпроводная система «звезда», показанная здесь:

Преимущества этой схемы заключаются в том, что подключение нейтрали обеспечивает дополнительную безопасность, напряжения изоляции ниже, чем в большинстве других схем распределения электроэнергии, и можно подключать нагрузки либо между фазами, либо между фазой и нейтралью, что эффективно предлагает выбор. двух различных напряжений питания. Недостатки заключаются в том, что неисправности могут привести к потере напряжения на одной фазе, а схема чувствительна к гармоникам нулевой последовательности. Кроме того, фазы могут быть несимметричными, что вместе с гармониками нулевой последовательности может привести к высоким токам нейтрали. Поэтому должны быть предусмотрены нейтральные проводники соответствующего номинала, что значительно увеличивает затраты.

Альтернативным вариантом является трехпроводная конфигурация треугольника, показанная здесь:

Преимущество такой схемы заключается в том, что гармоники нулевой последовательности автоматически подавляются, а неисправность не приводит к потере фазы. Кроме того, система останется сбалансированной при наличии несбалансированных однофазных нагрузок, хотя следует отметить, что дисбаланс может быть вызван фазовыми сдвигами. Затраты ниже, чем у четырехпроводной системы, соединенной звездой, поскольку нейтральный проводник не требуется. Недостатки заключаются в том, что потеря фазы увеличит ток в остальных фазах, а это означает, что требуется более высокая степень изоляции. Кроме того, отсутствие нейтрали снижает безопасность.

Следующее расположение, которое следует рассмотреть, носит разные названия: дельта с красной ногой, дельта с дикой ногой, дельта с высокой ногой и другие. Каким бы ни было название, в этой конструкции используется трансформатор треугольника с центральным ответвлением для обеспечения двух источников 120 В. Подробности показаны на следующей диаграмме; обратите внимание, что угол между фазами составляет 90°, а не 120°, как это обычно бывает в трехфазных системах.

Преимущество трехфазной схемы «красный треугольник» заключается в том, что она может обеспечивать три различных напряжения питания — 240 В, 208 В и 120 В, а также в том, что при небольшой трехфазной нагрузке возможна использовать два отдельных трансформатора вместо трех, что снижает затраты. Недостатки заключаются в том, что такое расположение может привести к дисбалансу из-за несбалансированных однофазных нагрузок, а также в том, что между высшей ветвью и нейтралью может быть подключена только ограниченная нагрузка. Такое расположение также усложняет проектирование сети.

Последнее, что мы рассмотрим, — это двухфазное питание, которое чаще всего используется для подачи однофазного питания в жилые дома.

Основными преимуществами такой схемы являются простота и низкая стоимость. Кроме того, он обеспечивает два напряжения питания — 240 В и 120 В. Недостатки здесь в том, что он может стать несимметричным, восприимчив к гармоникам нулевой последовательности, а эти гармоники вместе с несимметричными нагрузками могут привести к высоким токам нейтрали.

Теорема Блонделя и преобразования дельта-звезда
Для каждой из рассмотренных нами схем схемы включали соединения ваттметра. Однако полезно знать, что теорема Блонделя утверждает, что общая мощность в системе из N проводников может быть правильно измерена с помощью N ваттметров или ваттметров. N ваттметров подключены отдельно, так что каждый из них измеряет уровень тока в одном из N проводников и уровень потенциала между этим проводником и общей точкой. Если же общей точкой является один из проводников, то ваттметр на этом проводнике можно убрать, а значит, потребуется всего N-1 ваттметров или ваттметров.

Также полезно знать, что фазные напряжения, измеренные между фазами в системе, соединенной треугольником, можно легко преобразовать в «виртуальное» напряжение между фазами, просто разделив линейные значения на √ 3. Это позволяет просматривать значения мощности для каждого канала, но важно помнить, что этот расчет действителен только в том случае, если дельта-система, в которой выполняются измерения, сбалансирована. К счастью, дельта-системы обычно остаются сбалансированными даже при наличии несбалансированных нагрузок, но могут стать несбалансированными при введении фазовых сдвигов.

Просмотр данных об энергопотреблении
При просмотре данных об энергопотреблении, собранных приборами контроля качества электроэнергии, или при просмотре этих данных в режиме реального времени, в первую очередь необходимо убедиться, что активная мощность положительна. Реверсирование активной мощности может произойти, когда мощность подается обратно в систему электроснабжения, когда включаются такие источники, как возобновляемые источники энергии и системы распределенной генерации. Отрицательная активная мощность проблематична, поскольку может привести к частому переключению ответвлений трансформатора, что приведет к чрезмерному износу переключателей ответвлений.

Гистограммы, показывающие почасовое энергопотребление в течение тестового интервала, также предоставляют ценную информацию. Стоит отметить моменты, когда потребление энергии достигает своего пика, а также просмотреть общее потребление полной, активной и реактивной энергии за период тестирования.

Данные, касающиеся токов нейтрали, заслуживают внимания, поскольку высокие токи нейтрали указывают либо на плохо сбалансированные нагрузки, либо на проблемы с гармониками, оба из которых указывают на необходимость дальнейшего изучения.

Значительная разница между TPF и DPF обычно является надежным индикатором наличия гармоник, но необходимо предостережение. Если очень малые нагрузки имеют высокие гармоники, это может быть связано с плохим отношением сигнал/шум в измерительной системе. Этой проблемы можно избежать путем соответствующего выбора трансформаторов тока, используемых для проведения измерений. Не используйте, например, ТТ на 6000 А для контроля цепи с током нагрузки 60 А!

Высокие уровни реактивной мощности — еще один призыв к действию, так как часто можно добиться значительной экономии средств за счет емкостной компенсации больших индуктивных нагрузок, тем более что многие энергоснабжающие компании налагают штрафы за низкий коэффициент мощности. Тем не менее, чрезмерная компенсация также может быть проблематичной, и всегда важно убедиться, что коэффициент мощности отстает, а не опережает.

Одна из причин заключается в том, что нагрузки с опережающим коэффициентом мощности могут неблагоприятно влиять на работу генераторов. Регулятор напряжения в генераторе предназначен для поддержания выходного напряжения на заданном уровне. По мере увеличения отстающего противофазного тока он уменьшается до напряженности поля ротора. Регулятор напряжения компенсирует это за счет увеличения тока на роторе.

Однако, если генератор питает нагрузку с опережающим коэффициентом мощности, то по мере увеличения опережающего противофазного тока увеличивается напряженность поля ротора. Регулятор напряжения уменьшает ток, подаваемый на электромагнит, для компенсации. И, если опережающий противофазный ток становится достаточно большим, регулятор вообще не подает ток, что может привести к отключению из-за перенапряжения.

Нагрузки с опережающим коэффициентом мощности также могут создавать проблемы для источников бесперебойного питания (ИБП). У них есть система постоянного тока, которая выпрямляет переменный ток в постоянный, и система переменного тока, которая инвертирует постоянный ток в переменный. Некоторые конструкции инверторов имеют большие емкостные выходные фильтры. Емкостное реактивное сопротивление этих фильтров компенсирует реактивное сопротивление нагрузок с отстающим коэффициентом мощности, позволяя ИБП отдавать почти всю свою номинальную мощность. Однако, если нагрузка имеет опережающий коэффициент мощности, реактивное сопротивление фильтров добавляется к реактивному сопротивлению нагрузки, сильно ограничивая мощность, которую может отдать ИБП.

Проведение энергетических испытаний
Выполнение энергетических испытаний установки состоит из четырех основных этапов: бенчмаркинг, аудит, рекомендации по изменениям и повторное тестирование. Мы рассмотрим каждый из них по очереди.

Этап сравнительного анализа должен начинаться со сбора счетов за электроэнергию за один-три года и с тщательного анализа исторического потребления энергии. Следует определить ежегодные тенденции — потребление энергии неуклонно растет, снижается или остается примерно на том же уровне? Следует также учитывать сезонные тенденции. Это нормально и ожидаемо, но большие изменения могут указывать на проблемы, связанные с отоплением, кондиционированием воздуха или системами управления технологическими процессами, или на необходимость улучшения теплоизоляции здания. Графики тарифов на коммунальные услуги также должны быть тщательно изучены на случай, если есть возможность сократить затраты на энергию, например, путем изменения графика энергоемких операций.

Сравнительный анализ также должен включать в себя перечисление всего оборудования, потребляющего первичную энергию на объекте, и отметку часов работы каждого элемента оборудования. Особое внимание следует уделить освещению, так как его влияние на общее энергопотребление часто недооценивается. Следует учитывать тип освещения, а также адекватность уровня освещенности в здании.

Следующим шагом является проверка; но прежде чем продолжить, необходимо очень тщательно подумать и обратить внимание на безопасность. Проверьте объект на наличие угроз безопасности, убедитесь, что все системы соответствуют соответствующим нормам и стандартам, и проверьте наличие плохих соединений — для этого может пригодиться тепловизионная камера. Помните, что плохие соединения означают более высокие сопротивления, которые не только представляют угрозу безопасности, но и представляют собой потери энергии.

Аудит будет включать в себя регистрацию энергопотребления всего объекта за определенный период времени, но также важно регистрировать индивидуально энергопотребление основных элементов оборудования, потребляющих энергию. Однако перед началом записи необходимо выбрать соответствующие преобразователи тока.

Выберите датчики с правильным диапазоном: если диапазон слишком низкий, КТ может насытиться, но если он слишком большой, это приведет к плохому разрешению. Также подумайте, нужен ли преобразователь с гибким или разъемным сердечником: подойдет ли он для места, где его нужно установить, и нужны ли ему батареи? Если вы работаете в зоне с высокой ЭДС, то лучшим вариантом будет преобразователь с разъемным сердечником, а если вы записываете постоянный ток, вы должны использовать КТ с эффектом Холла.

При программировании прибора, который будет делать записи для аудита, прежде всего убедитесь, что выбрана правильная конфигурация мощности, затем установите уровень потребления на тот же уровень, что и у счетчика, обращая внимание на то, является ли он фиксированным или скользящая ставка и является ли это тарифом интервала спроса или тарифа ставки спроса. Обязательно включите гармоническую запись!

После того, как предварительные приготовления завершены, можно приступить к контрольной фазе аудита. При подключении анализатора PQ всегда используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ). Убедитесь, что выводы напряжения подключены правильно в соответствии с инструкциями производителя анализатора, что диапазоны ТТ установлены правильно и ТТ подключены в правильном направлении. Затем убедитесь, что мощность (кВт) положительна, и проверьте фазовые углы.

Большое преимущество заключается в использовании прибора, который автоматически проверяет правильность настройки перед началом долговременной записи. Досадно и дорого возвращаться к инструменту через неделю только для того, чтобы обнаружить, что запись была прервана из-за простой ошибки. Когда все будет готово, убедитесь, что инструмент заземлен, еще раз проверьте, что он действительно записывает, затем закройте его и оставьте работать. Запись общего энергопотребления объекта и потребления основных единиц оборудования должна продолжаться не менее одной полной недели.

По истечении этого времени проанализируйте данные, уделяя особое внимание просмотру потребляемой мощности, просмотру гистограммы использования энергии, а также просмотру реактивной мощности, коэффициента мощности смещения, фактического коэффициента мощности, дисбаланса и гармоник. Провести этот анализ не только для объекта в целом, но и для каждого из основных элементов энергоемкого оборудования.

Используя информацию, полученную в результате этого анализа, почти всегда можно будет порекомендовать изменения, которые повысят энергоэффективность и снизят энергозатраты объекта. Типичные примеры включают снижение нагрузки, перенос нагрузки на непиковые часы, установку более энергоэффективного освещения, снижение требований к отоплению и охлаждению и улучшение теплоизоляции. Почти в каждом случае сэкономленные средства быстро покроют стоимость аудита и необходимых улучшений во много раз.

Осталось еще одно задание. После внесения рекомендованных улучшений вернитесь на объект и повторите аудит! Таким образом, эффективность улучшений будет подтверждена, и может даже оказаться возможным предложить дальнейшие усовершенствования. В конце концов, энергоэффективность – это постоянное улучшение, а не разовое исправление!

Реактивная мощность и коэффициент мощности

Важной и часто неправильно понимаемой частью каждой электрической сети переменного тока является реактивная мощность и взаимосвязь между этой мощностью и другими типами мощности, известная как коэффициент мощности . Хорошее понимание того, как работает эта взаимосвязь, поможет реализовать весь потенциал инсталляции.

Электрические характеристики компонентов

Сеть состоит из множества компонентов, которые могут включать в себя: кабели, двигатели, генераторы, силовые электронные устройства, конденсаторы, освещение и т. д. Все эти компоненты включают комбинацию 3 важных электрических характеристик: сопротивление , индуктивность и емкость .

Сопротивление (R) определяется типом материала и площадью его поперечного сечения, используемого для проведения электричества.

Индуктивность создается витками проводника. Высокие уровни индуктивности можно найти в трансформаторах, реакторах и двигателях, поскольку они преимущественно состоят из катушек.

Емкость можно найти там, где проводники проходят близко, но не соприкасаются, например, между изолированными кабелями, расположенными рядом друг с другом, или даже между проводниками, используемыми для создания катушки (обмотки) в трансформаторе.

Как емкость, так и индуктивность можно преобразовать в реактивное сопротивление (X) . Индуктивное сопротивление и емкостное сопротивление противоположны друг другу и могут отрицать друг друга.

Полное сопротивление (Z) является функцией R и X и может быть выражено как Z ² = R ² + X ² .

Как эти характеристики влияют на поток энергии?

В зависимости от компонентов, присутствующих в сети переменного тока, волны тока и напряжения пересекают 0 одновременно или смещаются друг от друга.

В сети, состоящей только из резистивных компонентов, волны тока и напряжения пересекают 0 одновременно. Как только в сеть вводятся индуктивные компоненты , и , емкостные компоненты , ситуация начинает меняться.

Катушка индуктивности заставляет ток пересекать 0 после напряжения, что означает, что ток отстает от напряжения. Конденсатор заставляет ток пересекать 0 раньше напряжения, что означает, что ток опережает напряжение.

Время, в течение которого ток опережает или отстает от напряжения, измеряется в градусах, где полный цикл составляет 360 градусов. Это фазовый угол (phi или Φ) .

Когда фазовый угол равен 0 градусов, мощность можно определить, просто используя P = VI . Эта мощность равна активной мощности (P), измеренной в ваттах (Вт) . Это тип питания, который требуется операторам распределительных сетей (DNO) , поскольку он наиболее удобен.

Когда фазовый угол не равен 0 градусов, существует другой тип мощности — реактивная мощность (Q), измеряемая в реактивных вольт-амперах (VAr) — которая производится или потребляется в зависимости от того, сеть отстает или ведущий . Индуктивная сеть с отставанием потребляет реактивную мощность, тогда как емкостная сеть с опережением производит реактивную мощность.

Полная мощность (S), измеренная в вольт-амперах (ВА) , представляет собой общую мощность в сети и выражается S ² = P ² + Q ² . Эта взаимосвязь часто демонстрируется и известна как треугольник мощности .

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности (пф) напрямую связан с фазовым углом. Его можно выразить как pf = Cos(Φ) . Этот способ представления фазового угла используется чаще.

Коэффициент мощности, равный 1, известный как единичный коэффициент мощности , соответствует Φ, равному 0 градусов, что означает, что сеть является чисто резистивной. pf 0 соответствует Φ 90 градусов, что означает, что сеть является чисто реактивной, будь то индуктивная или емкостная.

DNO устанавливают окно, в котором должна функционировать их сеть и любое подключенное оборудование или частные сети. Это может быть от 0,9 отставания до единицы и до 0,9 опережения; или от 0,95 до 0,95; или любое значение, указанное в их политиках.

Как коэффициент мощности влияет на сеть?

Низкий коэффициент мощности и, в свою очередь, реактивная мощность могут быть как опасными для оборудования, так и дорогостоящими.

Нагрузка, которая требует 1 МВА при единичном коэффициенте мощности — 1 МВт и 0 МВАр активной мощности и реактивной мощности соответственно — потребует, чтобы источник генерации в сети производил минимум 1 МВт для удовлетворения потребностей нагрузки.

Но что происходит, когда сеть содержит большое реактивное сопротивление? Например, трансформатор, индуктивный, потребляет реактивную мощность. Можно предположить, что для данного примера трансформатор потребляет 300 кВАр.

Генератор будет стремиться компенсировать потребление реактивной мощности, производя такое же количество, наряду с требуемой мощностью 1 МВт. 1 МВт и 0,3 МВАр соответствует коэффициенту мощности 0,9.58 и полной полной мощностью 1,044 МВА. Производство 1,044 МВА вместо 1 МВА будет более затратным в течение продолжительного времени не только с финансовой точки зрения, но и в случае с синхронным или асинхронным генератором, также и с экологической точки зрения, поскольку требуется больше топлива.

Согласно стратегии Департамента бизнеса, энергетики и промышленности Великобритании , в 2018 году Великобритания использовала около 300 ТВтч электроэнергии (источник). Если бы сеть работала с отстающим коэффициентом мощности 0,95 дополнительно потребовался бы массивный 98,6 TVAr. Текущие эксплуатационные расходы на выработку энергии, необходимые для компенсации этой реактивной мощности, должны быть астрономическими.

{: .feature-block}

Как сделать сеть более эффективной?

Глядя на наш пример, мы можем сделать установку более эффективной, обеспечив коррекцию коэффициента мощности (PFC) с помощью других средств.

Мы уже видели, что генерация способна компенсировать реактивную мощность в сети настолько, насколько позволяет оборудование. Мы также видели, насколько это дорого и требует топлива.

Другим способом компенсации потребления реактивной мощности в этом случае может быть установка конденсаторов, что является пассивным типом компенсации. Эти конденсаторы требуют минимального обслуживания и не требуют эксплуатационных расходов. Установив конденсаторы правильного размера, коэффициент мощности можно улучшить примерно до единицы. Это означало бы, что генератор будет производить мощность, необходимую только для нагрузки, и не будет производить дополнительную мощность для компенсации сетевого оборудования.

В приведенном здесь примере использовались конденсаторы для компенсации индуктивного реактивного сопротивления.

Чтобы компенсировать емкостное реактивное сопротивление в сети, которое может потребоваться от местных до обширных кабельных сетей, потребуется индуктивность. Для этой цели часто используются реакторы.

Должны ли вы сделать свою генерирующую установку более эффективной?

Любая организация, которая намеревается экспортировать зарегистрированную мощность (Pmax) , которую они указали в процессе подачи заявки ENA EREC G99 , должна стремиться к снижению реактивной мощности в своей локальной сети, чтобы минимизировать затраты на производство , и использовать их оборудование в полной мере.

Модуль Power Park Module (PPM) с установленной мощностью 20 МВА требуется для работы в диапазоне коэффициента мощности от 0,95 отстающего до 0,95 опережающего при сохранении зарегистрированной мощности. Следовательно, исходя из формулы треугольника мощности, этот PPM может иметь Pmax 19 МВт.

Если этот PPM мощностью 19 МВт состоит из компонентов, потребляющих или создающих реактивное сопротивление, это также необходимо учитывать. Например, дополнительное потребление реактивной мощности в размере 3 МВАр значительно изменит Pmax объекта и снизит его до 17,73 МВт.