Interrelació entre el factor de potència i la compensació de potència reactiva

T'has trobat mai amb aquest problema desconcertant? Heu instal·lat condensadors de compensació addicionals per millorar la qualitat de l'energia -, però els vostres costos d'electricitat han augmentat, no han baixat. Quina és la causa tècnica oculta darrere d'aquest resultat contraintuïtiu? En aquesta peça, desglossem els fonaments bàsics del factor de potència i la compensació de la potència reactiva, us expliquem els càlculs de la capacitat de compensació i descriurem mesures pràctiques per mitigar i prevenir els perills de ressonància.

 

El factor de potència depèn-de la càrrega. Als circuits de corrent continu, el factor de potència sempre és exactament 1, de manera que el concepte en si és funcionalment irrellevant. Un cop entrem al món de l'alimentació de CA, entra en joc el factor de potència - i gairebé sempre és inferior a 1.

 

El factor de potència es defineix formalment com la relació entre la potència activa i la potència aparent.

Poder actiu: L'energia elèctrica real consumida pels equips per produir un treball real i útil.

Potència reactiva: mai s'utilitza per la càrrega; en canvi. És l'energia que circula contínuament i oscil·la ociosament dins de la xarxa elèctrica.

La relació geomètrica entre les tres magnituds segueix aquesta fórmula:

                                                     P²+Q²=S²(Potència activa² + Potència reactiva²=Potència aparent²)

2. Per què necessitem la compensació de la potència reactiva?

 

El factor de potència està determinat fonamentalment pel comportament capacitiu i inductiu de les vostres línies i càrregues elèctriques.

A diferència dels equips d'usuari final-típiques, els condensadors i els inductors absorbeixen i emmagatzemen temporalment energia elèctrica. En la majoria dels escenaris pràctics, el seu consum d'energia supera amb escreix la seva capacitat emmagatzemada. Tanmateix, això encara crea una part de corrent que circula pel sistema, però no realitza cap treball productiu.

 

pot preguntar:Què m'importa si el poder no funciona?

Tot i que us pot semblar irrellevant, és una preocupació crítica per a les centrals elèctriques i els serveis públics de xarxa. Quan un generador funciona dins dels límits de corrent segurs, un factor de potència més baix redueix directament la quantitat d'energia útil i productiva que pot subministrar. Atès que l'electricitat es factura exclusivament pel consum d'energia activa. L'energia reactiva malgasta una valuosa capacitat de generació i d'infraestructura de xarxa -, mentre que no ofereix absolutament cap ingressos als proveïdors d'energia.

 

Penseu-ho d'aquesta manera: és exactament com anar al metro. Un passatger compra un bitllet, va de principi a fi de la línia, després fa la volta i torna de seguida. Fan un bucle d'anada i tornada durant tot el dia i ni tan sols surten de l'estació. Només paguen una petita tarifa, però limiten la capacitat de transport durant tot el temps - no és d'estranyar que l'operador del metro acabi perdent!

 

Llavors, com ho arreglem? La bona notícia és: la potència reactiva de les càrregues capacitives i les càrregues inductives es cancel·len mútuament de manera natural. El corrent a través d'un condensador condueix la tensió en 90 graus, mentre que el corrent a través d'un inductor es retarda en 90 graus. Quan la reactància capacitiva i la reactància inductiva s'equilibren perfectament, el factor de potència total del circuit pot arribar a un valor ideal d'1.

 

Ara sorgeix una pregunta clau: en un sistema de distribució d'energia-del món real típic, tenim més càrregues inductives o capacitives?

En la definició més àmplia, un condensador és simplement dos cossos conductors aïllats i, naturalment, només presenta una quantitat molt petita de capacitat en la majoria dels casos. La inductància, per contra, és a tot arreu: és inherent a les bobines, motors elèctrics i maquinària similar. Qualsevol peça d'equip amb bobines de bobinat compta com a càrrega inductiva.

 

És per això que les càrregues inductives dominen en gran mesura tot l'ús diari d'energia - i aquesta és precisament la raó per la qual gairebé sempre és necessària la compensació de la potència reactiva. L'enfocament estàndard del sector és dimensionar i instal·lar condensadors de potència coincidents segons els requisits reals de potència reactiva de la vostra instal·lació, per augmentar de manera fiable el factor de potència global del sistema.

 

Selecció de l'enfocament de compensació

 

Compensació local-del lloc:La potència reactiva de baixa-tensió s'ha de compensar al nivell de baixa-tensió mitjançant condensadors de baixa tensió, mentre que la potència reactiva d'alta-tensió es gestiona amb condensadors d'alta tensió. Els condensadors de derivació no s'han d'instal·lar mai al costat d'alta-tensió si no hi ha cap càrrega d'alta-tensió.

 

Esquema de canvi:La commutació manual funciona millor per a càrregues reactives de base estàtica amb condicions de funcionament estables. La commutació automàtica és ideal per evitar sobre-compensacions i eliminar problemes de sobretensió durant el funcionament de càrrega lleugera-.

 

Control i regulació:Quan l'eficiència energètica és l'objectiu principal, el control de paràmetres basat en la potència reactiva-és la solució preferida. Per a càrregues fluctuants, de tipus-impacte que canvien ràpidament-, la compensació controlada per tiristor-ofereix una commutació suau i lliure d'entrada-i admet la correcció-de fase dividida independent.

 

Principi d'agrupació bancària:L'agrupació de condensadors s'ha d'ajustar correctament a les especificacions de tots els equips del sistema, per eliminar el risc de ressonància durant els esdeveniments de commutació.

 

Mitigació de sobretensions i harmònics:Els bancs de-condensadors d'alta tensió han d'estar equipats amb reactors en sèrie. En sistemes de baixa tensió-, podeu augmentar la mida de les etapes de commutació individuals o desplegar contactors/interruptors de tiristors-construïts per a un propòsit específic, per suprimir eficaçment els corrents d'entrada de commutació.

 

4. Com dimensionar la capacitat de compensació reactiva requerida

 

S'han de confirmar tres paràmetres bàsics abans de la mida de la compensació:

Factor de potència d'operació inicial cosφ1​

Objectiu el factor de potència desitjat cosφ2

Potència activa del sistema P

 

Fórmula de càlcul:

Exemple d'aplicació pràctica

 

Un lloc opera a630 kVAtransformador, que actualment funciona amb un factor de potència inicial de 0,6 i necessita millorar el factor de potència fins a un objectiu de 0,9. Quina capacitat de compensació es requereix?

 

Aplicant la fórmula anterior s'obté una demanda reactiva calculada d'aproximadament334 kvar. Per a aquesta aplicació, un banc de condensadors de commutació automàtica de 334 kvar és la solució òptima i adequada.

 

Estimació ràpida per a un nou projecte

Per a les instal·lacions noves on els registres històrics del factor de potència no estan disponibles, la pràctica estàndard de la indústria és estimar la capacitat de compensació aDel 30% al 40% de la capacitat nominal nominal del transformador.

 

5. Quins són els riscos de sobre-compensació?

 

La compensació de potència capacitiva funciona mitjançant el desplegament de condensadors de derivació per mantenir l'estabilitat de la tensió de la xarxa i evitar la caiguda de la tensió. Dit això, dimensionar massa el vostre banc de compensació presenta greus inconvenients:

 

Pèrdues innecessàries de la xarxa:Des de la perspectiva de la companyia, tant el corrent reactiu capacitiu com inductiu creen pèrdues addicionals de potència real. Qualsevol compensació més enllà del que realment es requereix ofereix un avantatge operatiu zero.

 

Perill de ressonància:Quan la xarxa del costat del client-es torna capacitiva, mentre que la xarxa de distribució aigües amunt segueix sent inherentment inductiva, els valors de reactància no coincidents poden excitar la ressonància del sistema. Això desencadena esdeveniments de sobretensió i sobreintensitat extrems, que poden destruir permanentment els equips connectats - i, en el pitjor dels-casos, fins i tot provocar la desconnexió de la xarxa local.

 

Per aquest motiu, sempre s'ha d'evitar la-compensació excessiva. Les millors pràctiques de la indústria només requereixen mantenir un factor de potència d'uns 0,9. En aquest punt de consigna, aproximadament la meitat del flux de potència activa encara consta de corrent reactiu, que augmenta les pèrdues de línia en un 56%. Fins i tot quan s'eleva a un PF de 0,95, els components reactius encara representen aproximadament el 31% de la potència total.

 

En les operacions de camp-reals, també calen mesures addicionals, com ara la instal·lació de reactors en sèrie, per eliminar els efectes perillosos d'amplificació de voltatge i corrent.