ВАЖНОСТЬ КОРРЕКЦИИ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ

THE IMPORTANCE OF POWER FACTOR CORRECTION

Alexey Polyakov

master's student, Department of Electrical Engineering, Tolyatti State University,

Russia, Tolyatti

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены преимуществ и недостатки конденсаторных батарей, важность коррекции коэффициента мощности, а также факторы, влияющие на размер конденсаторных батарей.

ABSTRACT

This article discusses the advantages and disadvantages of capacitor banks, the importance of power factor correction, and factors affecting the size of capacitor banks.

Ключевые слова: коэффициент мощности, конденсаторная батарея, шунтирующие конденсаторные батареи, последовательные конденсаторные батареи.

Keywords: power factor, capacitor bank, shunt capacitor banks, series capacitor banks.

На потери энергии из-за низкого коэффициента мощности часто не обращают внимания. Между тем, они могут привести к снижению надёжности, проблемам с безопасностью и повышенным расходам на электроэнергию. «Коэффициент мощности - это показатель того, насколько эффективно система электроснабжения переменного тока использует подаваемую мощность. Он определяется как отношение реальной мощности к кажущейся мощности, где реальная мощность - это мощность, выполняющая полезную работу в нагрузке, а кажущаяся мощность - это произведение напряжения и тока в цепи. Коэффициент мощности также может быть выражен как косинус угла между напряжением и током» [1].

Идеальный коэффициент мощности равен 1, что означает, что вся подводимая мощность преобразуется в полезную работу, а реактивная мощность в цепи отсутствует. Реактивная мощность - это мощность, которая перетекает туда-сюда между источником и нагрузкой из-за наличия индуктивных или емкостных элементов, таких как двигатели, трансформаторы, конденсаторы и т. д. Реактивная мощность не совершает никакой работы, но она вызывает дополнительные потери и снижает эффективность системы.

Коэффициент мощности системы может варьироваться от 0 до 1, в зависимости от типа и количества подключенной к ней нагрузки. Низкий коэффициент мощности указывает на высокую потребность в реактивной мощности и плохое использование поставляемой мощности. Высокий коэффициент мощности указывает на низкую потребность в реактивной мощности и лучшее использование подводимой мощности.

«Коррекция коэффициента мощности - это процесс улучшения коэффициента мощности системы путем добавления или удаления источников реактивной мощности, таких как конденсаторные батареи или синхронные конденсаторы» [2]. Коррекция коэффициента мощности имеет ряд преимуществ, как для коммунальных служб, так и для потребителей, например:

1. Снижение потерь в линии и повышение эффективности системы. Низкий коэффициент мощности означает большой ток в системе, что увеличивает резистивные потери и снижает уровень напряжения на стороне нагрузки. Повышение коэффициента мощности позволяет уменьшить протекание тока и минимизировать потери, что приводит к повышению уровня напряжения и улучшению работы системы.
2. Повышение пропускной способности и надежности системы. Низкий коэффициент мощности означает высокую кажущуюся потребность источника в мощности, что ограничивает количество реальной мощности, которая может быть доставлена в нагрузку. При увеличении коэффициента мощности кажущаяся потребность в мощности снижается, и на нагрузку может быть подано больше реальной мощности, что приводит к увеличению мощности и надежности системы.
3. Сокращение коммунальных платежей и штрафов. Многие коммунальные службы взимают дополнительную плату или налагают штрафы на потребителей с низким коэффициентом мощности, поскольку они создают большую нагрузку на сеть передачи и распределения электроэнергии и увеличивают свои эксплуатационные расходы. Повышение коэффициента мощности позволяет избежать или сократить эти сборы или штрафы, что приводит к снижению счетов за электроэнергию для потребителей.

Далее рассмотрим, как работает конденсаторная батарея. Конденсаторная батарея работает, обеспечивая или поглощая реактивную мощность в системе или из нее, в зависимости от способа подключения и местоположения. Существует два основных типа конденсаторных батарей: шунтовые и последовательные.

Шунтирующие конденсаторные батареи подключаются параллельно нагрузке или в определенных точках системы, например, на подстанциях или фидерах. Они обеспечивают опережающую реактивную мощность (положительную), чтобы погасить или уменьшить запаздывающую реактивную мощность (отрицательную), вызванную индуктивными нагрузками, такими как двигатели, трансформаторы и т. д. Это улучшает коэффициент мощности системы и снижает потери в линии.

Шунтирующие конденсаторные батареи имеют ряд преимуществ перед другими типами устройств компенсации реактивной мощности, например:

• они относительно просты, дешевы, их легко устанавливать и обслуживать;
• их можно включать и выключать в зависимости от изменения нагрузки или требований системы;
• они могут быть разделены на более мелкие блоки или ступени для обеспечения большей гибкости и точности управления реактивной мощностью;
• они могут улучшить стабильность и качество напряжения на стороне нагрузки, обеспечивая местную реактивную поддержку.

Однако шунтирующие конденсаторные батареи также имеют некоторые недостатки или ограничения, такие как:

• они могут вызывать перенапряжение или резонансные проблемы, если не спроектированы должным образом или не согласованы с другими устройствами в системе;
• они могут вносить гармоники или искажения в систему, если не будут должным образом отфильтрованы или защищены;
• они могут быть неэффективны для длинных линий передачи или распределенных нагрузок.

Последовательные конденсаторные батареи устанавливаются последовательно с нагрузками, снижая сопротивление цепи и обеспечивая отрицательную реактивную мощность для уравновешивания положительной реактивной мощности емкостных компонентов, тем самым стабилизируя регулирование напряжения.

Последовательные конденсаторные батареи имеют некоторые преимущества перед шунтовыми, например:

• они могут повысить способность передачи энергии и эффективность длинных линий электропередачи за счет снижения потерь в линии и падения напряжения;
• они могут уменьшить ток короткого замыкания и уровень повреждения системы за счет увеличения сопротивления пути повреждения;
• они могут улучшить переходные характеристики и демпфирование системы за счет снижения собственной частоты и колебаний.

Однако последовательные конденсаторные батареи также имеют некоторые недостатки или ограничения, такие как:

• они могут вызывать перенапряжение или резонансные проблемы, если не спроектированы или не защищены должным образом. Например, во время неисправности напряжение на конденсаторе может увеличиться до 15 раз от номинального значения, что может привести к повреждению конденсатора или другого оборудования в системе;
• они могут вносить гармоники или искажения в систему, если их не фильтровать или не компенсировать должным образом;
• они могут быть неэффективны для низковольтных или распределенных нагрузок.

Размер конденсаторной батареи зависит от нескольких факторов, таких как:

1. Желаемое улучшение коэффициента мощности или компенсация реактивной мощности.
2. Уровень напряжения и частота системы.
3. Тип и расположение конденсаторной батареи (шунт или серия).
4. Характеристики и изменение нагрузки.
5. Стоимость и доступность конденсаторных установок.

Таким образом, конденсаторные батареи - это полезные устройства, которые могут накапливать электрическую энергию и регулировать ее поток в электроэнергетической системе. Они могут улучшить коэффициент мощности, регулирование напряжения, эффективность системы, мощность, надежность и стабильность системы, обеспечивая или поглощая реактивную мощность по мере необходимости. Конденсаторные батареи могут быть подключены последовательно или параллельно нагрузке или в определенных точках системы, в зависимости от их назначения и конструкции. Конденсаторные батареи требуют правильного определения размеров, установки, защиты и обслуживания для обеспечения их оптимальной работы и безопасности.

Список литературы:

1. Сторчак Н.В., Таразанов В.И. Современные технологии в мировом научном пространстве: сборник статей Международной научно-практической конференции. Уфа, 2022. — 36-39 с.
2. Чистохин А.С., Бобров А.В. Энергобезопасность и энергосбережение, 2023. — 52-55 с.