Corecția factorului de putere

Corecția factorului de putere - Aparat pentru corectarea automată a defazării

Prin corecția factorului de putere înțelegem practica care face posibilă compensarea defazării introduse în linie printr-o sarcină reactivă (de obicei de natură pur inductivă). Cel mai semnificativ parametru este defazarea φ între curentul electric și tensiunea de alimentare. Corecția factorului de putere înseamnă furnizarea la fața locului a tuturor (corecției factorului de putere total) sau a unei părți (corecția parțială a factorului de putere) a puterii reactive electrice necesare sarcinii.

Definiție

Corecția factorului de putere este definită ca orice măsură utilizată pentru a crește (sau așa cum se spune în mod obișnuit pentru a îmbunătăți ) factorul de putere (cos φ , adică cosinusul unghiului dintre fazorii tensiunii și curentului) unei sarcini date, pentru a reduce , pentru aceeași putere activă absorbită, valoarea curentului care circulă în sistem. Scopul corecției factorului de putere este mai ales reducerea pierderilor de energie și reducerea absorbției puterii reactive proporțional cu mașinile și liniile existente într-un amplasament industrial. Corecția factorului de putere a centralelor a căpătat importanță de când organismul de distribuție a energiei electrice a impus clauze contractuale prin măsurile tarifare ale CIP ^[1] (nr. 12/1984 și nr. 26/1989) și recent prin cele ale AEEG ^{[2] ]} (rezoluția nr. 654/2015 / R / eel din 23 decembrie 2015) care obligă utilizatorul să-și refazeze sistemul, sub sancțiunea plății unei penalități.

Corecția factorului de putere dimensionat corect al sistemului electric industrial reprezintă intervenția tehnologică cu cel mai mic timp de recuperare a investiției. În general, corectarea factorului de putere a unei fabrici de producție se plătește singură în câteva luni ^{[ fără sursă ]} . În circuitele cu utilizatori anumiți, cum ar fi lămpile cu incandescență, încălzitoarele de apă, anumite tipuri de cuptoare, puterea aparentă absorbită este toată puterea activă. În circuitele cu utilizatori care au înfășurări în interiorul lor, cum ar fi motoare, sudori, surse de alimentare cu lămpi fluorescente , transformatoare , o parte din puterea aparentă absorbită este utilizată pentru a excita circuitele magnetice și, prin urmare, nu este utilizată ca putere activă , ci ca putere numită în general putere reactivă .

Introducere

Problema corecției factorului de putere apare atunci când utilizatorii sunt mașini electrice, cum ar fi motoare și transformatoare; în interior au înfășurări și o parte din puterea absorbită este utilizată pentru a excita circuitele magnetice (puterea reactivă). Această parte este stocată în elementele inductive sau capacitive ale utilizatorului și nu mai este disponibilă ca putere utilă.

Valoarea curentului absorbit de un utilizator este exprimată prin raportul dintre suma în patratură dintre puterea activă și puterea reactivă (această sumă în patratură este puterea aparentă) și tensiunea fază-fază .

În sistemele trifazate de distribuție a energiei electrice , este recomandabil să se minimizeze acest curent, deoarece puterea activă și reactivă depind de acesta în funcție de unghiul φ (impedanțe de sarcină).

Puterea activă (pentru valorile efective ale V și I):

P={\sqrt {3}}VI\cos \varphi

{\ displaystyle P = {\ sqrt {3}} VI \ cos \ varphi}

{\ displaystyle P = {\ sqrt {3}} VI \ cos \ varphi}

Puterea reactivă (pentru valorile efective ale V și I):

Q={\sqrt {3}}VI\,\mathrm {sen} \,\varphi

{\ displaystyle Q = {\ sqrt {3}} VI \, \ mathrm {sen} \, \ varphi}

{\ displaystyle Q = {\ sqrt {3}} VI \, \ mathrm {sen} \, \ varphi}

cu:

P^{2}+Q^{2}=3V^{2}I^{2}

{\ displaystyle P ^ {2} + Q ^ {2} = 3V ^ {2} I ^ {2}}

{\ displaystyle P ^ {2} + Q ^ {2} = 3V ^ {2} I ^ {2}}

I={{\sqrt {P^{2}+Q^{2}}} \over {\sqrt {3}}V}

{\ displaystyle I = {{\ sqrt {P ^ {2} + Q ^ {2}}} \ over {\ sqrt {3}} V}}

{\ displaystyle I = {{\ sqrt {P ^ {2} + Q ^ {2}}} \ over {\ sqrt {3}} V}}

Asociat cu acest curent sunt fenomenele de disipare datorate efectului Joule , căderii de tensiune în diferitele componente electrice și puterilor aparente ale mașinilor electrice utilizate. Este ușor de observat cum o creștere a unghiului φ duce la o creștere a puterii reactive în detrimentul puterii active, cu o consecință a pierderii, în primul rând, la nivel economic.

Acest lucru se datorează faptului că o creștere a schimbării de fază implică o povară pentru distribuitorul de energie electrică, care trebuie să furnizeze mai multă energie și, prin urmare, este obligat să supradimensioneze instalațiile de generare, transport și transformare. Furnizarea electricității cu un unghi de deplasare de fază foarte mare între V și I este un factor penalizator pentru producătorul de energie, deoarece corpul va trebui să producă un curent mai mare pentru a avea aceeași putere activă și, prin urmare, toate acestea în detrimentul ieftinității.

Corecția factorului de putere electrică - aspecte teoretice și ipoteze tehnice

La utilizatorii industriali, majoritatea sarcinilor sunt formate din motoare și transformatoare, care generează un câmp magnetic. Acest fapt introduce o defazare între tensiune și curent, provocând consumul de putere reactivă (exprimată în kVAR ). Această putere contribuie la consumul de energie reactivă, măsurată în kVARh de către utilitate. Singura putere „utilă” (adică capabilă să transforme energia electrică în lucru mecanic) este cea activă. Puterea reactivă nu numai că nu poate fi transformată în lucru mecanic, ci provoacă și trecerea unui curent efectiv mai mare în rețea decât cea care ar avea loc prin consumarea numai a puterii active. Deoarece pierderile datorate efectului Joule de-a lungul cablurilor electrice sunt proporționale cu pătratul curentului circulant, o creștere a acestuia din urmă, datorită absorbției puterii reactive, introduce o pierdere mai mare de energie, cu aceeași putere activă furnizată. Prin urmare, puterea reactiv-inductivă constituie o sarcină suplimentară pentru generatoare, transformatoare și liniile de transport și distribuție, angajând furnizorul de energie să-și supradimensioneze generatoarele în detrimentul eficienței și, de asemenea, provocând o cădere mai mare de tensiune pe linie. pierderi de putere activă. Pentru a depăși această problemă, bancurile de condensatoare (sarcini capacitive) sunt inserate în paralel cu motoarele, care contracarează efectul sarcinilor inductive, având tendința de a readuce tensiunea și curentul în „fază”. Tocmai din acest motiv această operațiune se numește „corectarea factorului de putere”. Rețineți că, dimpotrivă, dacă natura sarcinii este capacitivă, este posibil să se introducă componente inductive care să contracareze efectul sarcinilor capacitive.

Când se corectează factorul de putere?

Pentru sistemele de joasă tensiune și cu o putere mai mare de 16,5 kW:

atunci când factorul mediu de putere lunar este mai mic de 0,7 utilizatorul este obligat să refazeze sistemul
când factorul mediu de putere lunar este între 0,7 și 0,9 nu există nicio obligație de refazare a sistemului, dar utilizatorul plătește o penalizare pentru energia reactivă
atunci când factorul mediu de putere lunar este mai mare de 0,9 (și, prin urmare, chiar mai mic de 1) nu există nicio obligație de refazare a sistemului și nu se plătește cota de energie reactivă.

Dacă corecția factorului de putere (sarcina capacitivă) rămâne activă pe linie atunci când nu este nevoie, aceasta absoarbe energia capacitivă reactivă care se adaugă reactivului inductiv consumat în mod normal de sistem. Suma celor două energii poate provoca încărcarea sumelor datorate consumului reactiv excesiv, chiar dacă în realitate utilizatorul reeșalonează sistemele furnizorului.

Prin urmare, utilizatorul este îndemnat să re-fazeze cel puțin până la un factor de putere = 0,9.

Metoda de corectare a factorului de putere

Este posibil să se minimizeze curentul de linie, fără a modifica absorbția puterii active, prin reducerea puterii reactive globale absorbite prin intermediul unei sarcini pur capacitive, conectată în paralel în apropierea utilizatorului, care absoarbe o putere reactivă.

Noua curent de linie ${\bar {I}}'={\bar {I}}+{\bar {I_{r}}}$ ${\ displaystyle {\ bar {I}} '= {\ bar {I}} + {\ bar {I_ {r}}}}$ ${\ displaystyle {\ bar {I}} '= {\ bar {I}} + {\ bar {I_ {r}}}}$ , suma celei a utilizatorului ${\bar {I}}$ ${\ displaystyle {\ bar {I}}}$ ${\ displaystyle {\ bar {I}}}$ și cea a sarcinii reactive ${\bar {I_{r}}}$ ${\ displaystyle {\ bar {I_ {r}}}}$ ${\ displaystyle {\ bar {I_ {r}}}}$ , este defazat în raport cu tensiunea cu un unghi mai mic $\varphi '<\ \varphi$ ${\ displaystyle \ varphi '<\ \ varphi}$ ${\ displaystyle \ varphi '<\ \ varphi}$ .

Obiceiuri corecte

Pentru a îmbunătăți $\cos \varphi$ ${\ displaystyle \ cos \ varphi}$ $\ cos \ varphi$ , puteți acționa cu o serie de măsuri tehnice, cum ar fi:

folosiți motoare și transformatoare dimensionate corect
nu lăsați motoarele și transformatoarele să funcționeze fără sarcină

Corecția factorului de putere

Dacă obiceiurile corecte în abordarea sistemelor nu sunt suficiente, este necesar să re-fazați:

inserarea în paralel cu motoarele băncilor de condensatoare (sarcini capacitive) în configurație delta sau stea, în timp ce pentru sistemele monofazate este posibilă conectarea condensatorului unic necesar pentru corectarea factorului de putere, de asemenea în serie cu sarcina, cel puțin în teorie. De fapt, în practică, dacă C ar fi în serie cu sarcina, o cerere mai mare de curent de către acesta ar provoca o cădere mai mare de tensiune pe condensator și, prin urmare, motorul / sarcina nu ar mai fi alimentat de tensiune constantă, ci o funcție a curentului.absorbit. Cu condensatorul în paralel cu tensiunea de alimentare, nu are nicio influență asupra aceleiași tensiuni, deoarece nu este traversat de curentul solicitat de sarcină
utilizarea condensatoarelor rotative

Pentru a cunoaște puterea reactivă care trebuie reformulată pentru a atinge obiectivul și, prin urmare, banca de condensatori, este necesar să se obțină corecția factorului de putere reactivă, care se obține cu următoarea formulă:

Q_{c}=P(tg\varphi -tg\varphi ')

{\ displaystyle Q_ {c} = P (tg \ varphi -tg \ varphi ')}

{\ displaystyle Q_ {c} = P (tg \ varphi -tg \ varphi ')}

unde este $\varphi '$ ${\ displaystyle \ varphi '}$ ${\ displaystyle \ varphi '}$ este valoarea unghiului de fază care trebuie atins cu corecția factorului de putere.
În general, nu va fi posibil să aveți o valoare de corecție a factorului de putere egală cu cea a băncilor de condensatori pentru corecția factorului de putere disponibilă pe piață și, din acest motiv, calculul trebuie efectuat și cu o valoare de corecție a factorului de putere totală și o produsul care se încadrează în acest domeniu trebuie căutat.

Pentru a cunoaște valoarea condensatoarelor de utilizat, este suficient să executați o altă formulă:

C={Q_{c} \over n_{c}\cdot 2\pi f\cdot V^{2}}

{\ displaystyle C = {Q_ {c} \ over n_ {c} \ cdot 2 \ pi f \ cdot V ^ {2}}}

{\ displaystyle C = {Q_ {c} \ over n_ {c} \ cdot 2 \ pi f \ cdot V ^ {2}}}

unde este:

n_{c}

{\ displaystyle n_ {c}}

{\ displaystyle n_ {c}}

corespunde numărului de condensatori, în sistemele trifazate se folosesc 3 condensatori (conectați în delta), în sistemele monofazate se folosește doar 1 (în serie sau paralel)

f

{\ displaystyle f}

f

frecvența rețelei electrice

V^{2}

{\ displaystyle V ^ {2}}

{\ displaystyle V ^ {2}}

pătrat al tensiunii la care sunt supuși condensatorii în cazul sistemelor monofazate, corespunzător tensiunii fază-fază în cazul sistemelor trifazate cu conexiunea delta a condensatorilor, în timp ce, în cazul o conexiune stea, tensiunea fază-fază trebuie împărțită la

{\sqrt {3}}

{\ displaystyle {\ sqrt {3}}}

{\ displaystyle {\ sqrt {3}}}

Prin urmare, este important să ne amintim că corectarea factorului de putere este un mijloc valid de economisire a energiei : datorită importanței sale, trebuie întotdeauna evaluată în cadrul auditurilor energetice .