การชดเชยพลังงานรีแอกทีฟคืออะไร และจำนวนการชดเชยคำนวณอย่างไร

ในการทำงานในแต่ละวัน คุณมักพบคำถามนี้หรือไม่: ความจุของหม้อแปลงวัดเป็นกิโลโวลต์-แอมแปร์ (kVA) กำลังไฟฟ้าเอาท์พุตของมอเตอร์เป็นกิโลวัตต์ (kW) และกำลังของการชดเชยตัวเก็บประจุเป็นวาร์หรือกิโลวาร์ (var) เหตุใดจึงมีคำศัพท์ที่แตกต่างกันสามคำสำหรับหน่วยที่แสดงถึงพลังงานไฟฟ้าทั้งหมด

สิ่งนี้นำเราไปสู่หัวข้อที่เราจะพูดคุยในวันนี้: ความสัมพันธ์โดยธรรมชาติระหว่างกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ (หน่วย: var หรือ kvar) กำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน (หน่วย: W หรือ kW) กำลังไฟฟ้าปรากฏ (หน่วย: VA หรือ kVA) และตัวประกอบกำลัง

 

I. ในระบบโครงข่ายไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายโดยแหล่งกำเนิดให้กับโหลดสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ พลังงานที่ใช้งานและพลังงานปฏิกิริยา

(1) กำลังปฏิกิริยา (Q):
อุปกรณ์ไฟฟ้าจำนวนมากทำงานตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายและมอเตอร์ มอเตอร์จำเป็นต้องสร้างและบำรุงรักษาสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนเพื่อขับเคลื่อนโรเตอร์ ซึ่งจะขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ทางกลตามมา สนามแม่เหล็กของโรเตอร์ในมอเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยการดึงพลังงานปฏิกิริยาจากแหล่งพลังงาน
หม้อแปลงไฟฟ้ายังต้องการพลังงานปฏิกิริยาเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กในขดลวดปฐมภูมิและเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้น หากไม่มีพลังงานรีแอกทีฟ มอเตอร์จะไม่หมุน หม้อแปลงไม่สามารถแปลงแรงดันไฟฟ้า และคอนแทคเตอร์ AC จะไม่ทำงาน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถผลิตพลังงานปฏิกิริยา และตัวเก็บประจุสามารถจ่ายพลังงานปฏิกิริยาได้-ซึ่งเป็นพื้นฐานของการชดเชยพลังงานปฏิกิริยา

(2) กำลังที่ใช้งานอยู่ (P):
พลังงานที่ใช้งานอยู่หมายถึงส่วนของพลังงานไฟฟ้าที่สามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นและบริโภคได้โดยตรง ตัวอย่างเช่น มอเตอร์แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล มอเตอร์ขนาด 11 kW สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้า 11 kWh ให้เป็นพลังงานกลในปริมาณที่เท่ากันต่อชั่วโมงโดยไม่คำนึงถึงประสิทธิภาพ หลอดไส้ 100 วัตต์แปลงพลังงานไฟฟ้า 0.1 kWh เป็นพลังงานแสงต่อชั่วโมง ในทำนองเดียวกัน เครื่องทำความร้อนขนาด 1 kW จะแปลงพลังงานไฟฟ้า 1 kWh เป็นพลังงานความร้อนต่อชั่วโมง พลังงานที่ใช้งานอยู่คือพลังงานไฟฟ้าที่สามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้โดยตรง

(3) พลังที่ปรากฏ (S):
ในแง่หนึ่ง พลังงานที่ปรากฏคือการรวมกันระหว่างพลังงานที่ใช้งาน (P) และพลังงานปฏิกิริยา (Q) สำหรับแหล่งพลังงาน พลังงานที่ปรากฏประกอบด้วยทั้งพลังงานที่ใช้งานและพลังงานปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น กำลังไฟฟ้าที่จ่ายโดยหม้อแปลงมีทั้งส่วนประกอบที่ทำงานอยู่และปฏิกิริยา ซึ่งเป็นเหตุให้ความจุของหม้อแปลงแสดงเป็นกำลังปรากฏชัดเจน ซึ่งวัดเป็นกิโลโวลต์-แอมแปร์ (kVA)

 

ครั้งที่สอง ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน กำลังไฟฟ้าปฏิกิริยา และกำลังไฟฟ้าปรากฏ

เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสามสิ่งนี้ เราต้องเข้าใจก่อนว่าตัวประกอบกำลังคืออะไร

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ โคไซน์ของผลต่างเฟส (Φ) ระหว่างแรงดันและกระแสเรียกว่าตัวประกอบกำลัง ซึ่งแสดงเป็น cosΦ ในเชิงตัวเลข ตัวประกอบกำลังคืออัตราส่วนของกำลังที่ใช้งานอยู่ต่อกำลังปรากฏ กล่าวคือ cosΦ=P/S

 

 

(1) พลังงานปฏิกิริยาคืออะไรกันแน่?

จากความสัมพันธ์ที่แสดงโดยสามเหลี่ยมกำลัง สามเหลี่ยมแรงดันไฟฟ้า และสามเหลี่ยมอิมพีแดนซ์ กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟสามารถเข้าใจได้ง่ายในทางปฏิบัติดังนี้
ในวงจรไฟฟ้า ส่วนประกอบที่มีความต้านทานล้วนๆ จะใช้กำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน (P)ในขณะที่ส่วนประกอบอุปนัย (เช่น คอยล์เครื่องปฏิกรณ์ ขดลวดหม้อแปลง และสเตเตอร์หรือโรเตอร์ของมอเตอร์) สิ้นเปลืองกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ (Q). ในทางกลับกัน ส่วนประกอบแบบคาปาซิทีฟจะจ่ายพลังงานรีแอกทีฟ (Q) - เช่น ตัวเก็บประจุและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส (หมายเหตุ: เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสทำงาน ขดลวดจะทำงานแบบเก็บประจุ ซึ่งหมายความว่าเครื่องจ่ายทั้งพลังงานที่ใช้งานและพลังงานปฏิกิริยา)

ดังนั้นสรุปง่ายๆ คือ
ส่วนประกอบอุปนัยหรือตัวเก็บประจุคือผู้บริโภคและผู้ให้พลังงานปฏิกิริยา

(2) อะไรคือผลกระทบด้านลบของพลังงานปฏิกิริยา?

ลดกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เนื่องจากความจุรวม (เช่น กำลังปรากฏ S) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้รับการแก้ไขแล้ว ถ้าจ่ายพลังงานปฏิกิริยา Q มากเกินไป พลังงานที่ใช้งาน P จะลดลงตามไปด้วย มิฉะนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอาจโอเวอร์โหลด

ลดความสามารถในการจ่ายไฟของอุปกรณ์ส่งและจำหน่าย
เหตุผลก็เหมือนกับเหตุผลสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เพิ่มการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าในสาย
เมื่อส่วนประกอบกระแสรีแอกทีฟในวงจรเพิ่มขึ้น กระแสรวมก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน แรงดันไฟฟ้าตก (δU=IZ) เป็นสัดส่วนกับกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าตกมากขึ้นจำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่หน้าตัด-ของตัวนำ ส่งผลให้ต้นทุนการลงทุนสูงขึ้น

 

(3) ประโยชน์ของพลังงานปฏิกิริยา

อุปกรณ์ไฟฟ้าจำนวนมากทำงานตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายและมอเตอร์

มอเตอร์จำเป็นต้องสร้างและบำรุงรักษาสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนเพื่อขับเคลื่อนโรเตอร์ ซึ่งจะขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ทางกลตามมา สนามแม่เหล็กของโรเตอร์ในมอเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยการดึงพลังงานปฏิกิริยาจากแหล่งพลังงาน

ในทำนองเดียวกัน หม้อแปลงไฟฟ้าต้องการพลังงานปฏิกิริยาเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กในขดลวดปฐมภูมิ ซึ่งจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ

ดังนั้นหากไม่มีพลังงานปฏิกิริยา:

มอเตอร์ไม่หมุน

หม้อแปลงไฟฟ้าไม่สามารถแปลงแรงดันไฟฟ้าได้

คอนแทคเตอร์ AC จะไม่มีส่วนร่วม

จากนี้ เป็นที่ชัดเจนว่าพลังงานปฏิกิริยามีบทบาทสนับสนุนในการแปลงและการเปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้า หากไม่มีพลังงานปฏิกิริยา สนามแม่เหล็กจะไม่สามารถสร้างได้ และพลังงานไฟฟ้าจะไม่สามารถแปลงเป็นพลังงานกลได้

 

III. จะทำการชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟและคำนวณจำนวนค่าชดเชยได้อย่างไร

ข้างต้น เราได้วิเคราะห์บทบาทและข้อเสียของพลังงานปฏิกิริยาร่วมกัน ข้อเสียเปรียบหลักคือ ประการแรก เพิ่มความจุของหม้อแปลงและพื้นที่หน้าตัด-ของตัวนำ ซึ่งทำให้ต้นทุนโครงการเพิ่มขึ้นทางอ้อม ประการที่สอง หลังการดำเนินการ ค่าตัวประกอบกำลังต้องไม่ต่ำกว่า 0.9 มิฉะนั้นบริษัทจ่ายไฟจะเรียกเก็บค่าปรับ

ดังนั้นในระหว่างการออกแบบทางวิศวกรรมเราจึงต้องพิจารณาปัญหานี้ให้ครบถ้วน ในระบบจ่ายไฟที่ไม่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยทั่วไปจะใช้ตัวเก็บประจุแบบขนานเพื่อปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังของสถานีย่อย หลักการคือการจ่ายพลังงานรีแอกทีฟในพื้นที่ โดยไม่จำเป็นต้องดึงพลังงานรีแอกทีฟจากโครงข่าย วิธีการนี้ไม่เพียงแต่ลดความจุที่ต้องการของหม้อแปลงเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงตัวประกอบกำลังในด้านการวัดแสงอีกด้วย

 

(1) การเลือกวิธีการชดเชยตัวเก็บประจุ

1.เมื่อใช้ตัวเก็บประจุแบบแบ่งกำลังเป็นอุปกรณ์ชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟเทียม เพื่อลดการสูญเสียในสายและแรงดันไฟฟ้าตก การชดเชยควรมีความสมดุลภายในเครื่อง ซึ่งหมายความว่ากำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟในส่วน-แรงดันไฟฟ้าต่ำควรได้รับการชดเชยด้วยตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าต่ำ- ในขณะที่กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟในส่วน-แรงดันไฟฟ้าสูงควรได้รับการชดเชยด้วยตัวเก็บประจุแรงดันสูง-

หากไม่มีโหลดแรงดันไฟฟ้าสูง- ไม่ควรติดตั้งอุปกรณ์ตัวเก็บประจุแบบแบ่งที่ด้านไฟฟ้าแรงสูง-

เมื่อดำเนินการชดเชยเฉพาะจุดสำหรับอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์- กระแสไฟที่กำหนดของตัวเก็บประจุชดเชยไม่ควรเกิน 0.9 เท่าของกระแสกระตุ้นของมอเตอร์

ในระหว่างการคำนวณภาระทางไฟฟ้า ควรรวมกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่ได้รับการชดเชยไว้ด้วย

2. โหมดการสลับสำหรับธนาคารตัวเก็บประจุค่าตอบแทนจะแบ่งออกเป็นแบบแมนนวลและแบบอัตโนมัติ

การสลับด้วยตนเองเหมาะสำหรับการจ่ายไฟจากตัวเก็บประจุที่ชดเชยกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟแรงดันต่ำ-พื้นฐาน เช่นเดียวกับ-พลังงานรีแอกทีฟแรงดันไฟฟ้าสูงที่มีความต้องการพลังงานปฏิกิริยาที่เสถียรและการสลับไม่บ่อยนัก

เพื่อหลีกเลี่ยงการชดเชยที่เกิน-หรือแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไปในระหว่างที่มีโหลดน้อย ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดเสียหายได้ แนะนำให้เปลี่ยนอัตโนมัติ

หากผลกระทบของอุปกรณ์ชดเชยอัตโนมัติแรงดันสูง-และแรงดันต่ำ-มีความคล้ายคลึงกัน ควรเลือกใช้อุปกรณ์ชดเชยอัตโนมัติแรงดันต่ำ-

3. วิธีการควบคุมสำหรับการชดเชยพลังงานปฏิกิริยาอัตโนมัติ:

สำหรับการชดเชยที่มุ่งเป้าไปที่การประหยัดพลังงานเป็นหลัก สามารถใช้พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น พลังงานปฏิกิริยา เพื่อควบคุมได้

สำหรับโหลดกระแทก -โหลดที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วแบบไดนามิก และ-โหลดที่ไม่สมดุลสามเฟส ไทริสเตอร์ (สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์) สามารถนำมาใช้ในการควบคุม เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานจะราบรื่นโดยไม่มีกระแสไหลเข้า ให้ประสิทธิภาพไดนามิกที่ดี และเปิดใช้งาน-การควบคุมแบบแยกเฟสสำหรับเอฟเฟกต์การปรับสมดุลเฟสสาม-

4.เมื่อจัดกลุ่มตัวเก็บประจุ ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าเข้ากันได้กับพารามิเตอร์ทางเทคนิคของอุปกรณ์สนับสนุน ต้องเป็นไปตามช่วงเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาต และควรพยายามลดจำนวนกลุ่มในขณะที่เพิ่มความจุของแต่ละกลุ่มอย่างเหมาะสม

การสลับตัวเก็บประจุแบบกลุ่มไม่ควรทำให้เกิดการสั่นพ้อง

5.ธนาคารตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าสูง-ควรเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับเครื่องปฏิกรณ์ที่มีขนาดเหมาะสม ในขณะที่ธนาคารตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าต่ำ- ควรเพิ่มความสามารถในการสลับโดยใช้คอนแทคเตอร์สวิตช์หรือไทริสเตอร์เฉพาะ เพื่อลดกระแสไหลเข้าในระหว่างการสวิตช์

บนเส้นที่ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญจากฮาร์โมนิคจากอุปกรณ์ไฟฟ้า เครื่องปฏิกรณ์ควรเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับธนาคารตัวเก็บประจุ

 

(2) การคำนวณความสามารถในการชดเชยตัวเก็บประจุ

 

วัตถุประสงค์คือเพื่อกำหนดพลังงานปฏิกิริยา Qc (kvar) ที่ต้องการ