無効電力補償とは何ですか?補償額はどのように計算されますか?

日々の仕事の中で、このような疑問に遭遇することはありませんか。変圧器の容量はキロボルト{0}アンペア（kVA）で測定され、モーターの出力電力はキロワット（kW）で測定され、コンデンサ補償の電力はバールまたはキロバール（var）で測定されます。電力を表す単位に 3 つの異なる用語があるのはなぜですか?

これは、今日議論するトピック、つまり、無効電力 (単位: var または kvar)、有効電力 (単位: W または kW)、皮相電力 (単位: VA または kVA)、および力率の間の固有の関係につながります。

 

I. 電力網では、電源から負荷に供給される電力は、有効電力と無効電力の 2 種類に分類できます。

(1) 無効電力 (Q):
配電変圧器やモーターなど、多くの電気機器は電磁誘導原理に基づいて動作します。モーターはローターを駆動するために回転磁界の確立と維持を必要とし、それによって機械的運動が駆動されます。モーターの回転子の磁界は、電源から無効電力を引き出すことによって生成されます。
変圧器は、一次巻線に磁界を生成し、二次巻線に電圧を誘導するために無効電力も必要とします。したがって、無効電力がなければモーターは回転せず、変圧器は電圧を変換できず、AC コンタクターは作動しません。発電機は無効電力を生成し、コンデンサは無効電力を供給できます。-これが無効電力補償の基礎です。

(2) 有効電力 (P):
有効電力とは、他の形式のエネルギーに直接変換して消費できる電力の部分を指します。たとえば、モーターは電気エネルギーを機械エネルギーに変換します。効率を考慮せずに、11 kW のモーターは 1 時間あたり 11 kWh の電気エネルギーを同量の機械エネルギーに変換できます。 100 W 白熱灯は、1 時間あたり 0.1 kWh の電気エネルギーを光エネルギーに変換します。同様に、1 kW のヒーターは 1 時間あたり 1 kWh の電気エネルギーを熱エネルギーに変換します。有効電力は、他の形態のエネルギーに直接変換できる電力です。

(3) 皮相電力 (S):
ある意味、皮相電力は有効電力 (P) と無効電力 (Q) の組み合わせです。電源の場合、皮相電力には有効電力と無効電力の両方が含まれます。たとえば、変圧器によって供給される電力には有効成分と無効成分の両方が含まれるため、変圧器の容量はキロボルト{{2}アンペア（kVA）で測定される皮相電力で表されます。

 

II.有効電力、無効電力、皮相電力の関係

これら 3 つの関係を説明するには、まず力率とは何かを理解する必要があります。

AC 回路では、電圧と電流の間の位相差 (Φ) の余弦は力率と呼ばれ、cosΦ で表されます。数値的には、力率は皮相電力に対する有効電力の比、つまり cosΦ=P/S です。

 

 

(1) 無効電力とは一体何ですか?

電力の三角形、電圧の三角形、およびインピーダンスの三角形で示される関係に基づいて、無効電力は次のように実用的に簡単に理解できます。
電気回路では、純粋な抵抗コンポーネントが電力を消費します。有効電力(P)、誘導性部品 (リアクトル コイル、変圧器巻線、モーターのステーターまたはローターなど) は電力を消費します。無効電力 (Q)。一方、コンデンサや同期発電機などの容量性コンポーネントは無効電力 (Q) - を供給します。 (注: 同期発電機が動作しているとき、その巻線は容量的に動作します。これは、有効電力と無効電力の両方を供給することを意味します。)

したがって、簡単な要約は次のようになります。
誘導性コンポーネントまたは容量性コンポーネントは、無効電力の消費者および供給者です。

(2) 無効電力の悪影響は何ですか?

発電機の有効電力出力を低減します。
これは、発電機の総容量（皮相電力S）が決まっているためです。無効電力 Q が供給されすぎると、それに応じて有効電力 P も減少します。そうしないと、発電機が過負荷になる可能性があります。

送配電設備の電源容量の低下
理論的根拠はジェネレーターの場合と同じです。

線間電圧損失が増加する
回路内の無効電流成分が増加すると、合計電流も増加します。電圧降下 (δU=IZ) は電流に比例します。電圧降下が大きくなると、導体の断面積を増やす必要があり、投資コストが高くなります。-

 

(3) 無効電力のメリット

配電変圧器やモーターなど、多くの電気機器は電磁誘導原理に基づいて動作します。

モーターはローターを駆動するために回転磁界の確立と維持を必要とし、それによって機械的運動が駆動されます。モーターの回転子の磁界は、電源から無効電力を引き出すことによって生成されます。

同様に、変圧器は一次巻線に磁界を生成するために無効電力を必要とするため、二次巻線に電圧が誘導されます。

したがって、無効電力がないと、次のようになります。

モーターが回転しなくなり、

変圧器は電圧を変換できませんでした。

AC コンタクタが動作しません。

このことから、無効電力が電気エネルギーの変換と変換において補助的な役割を果たしていることが明らかです。無効電力がなければ磁場を確立することはできず、電気エネルギーを機械エネルギーに変換することはできません。

 

Ⅲ．無効電力補償の方法と補償量の計算方法は？

上記では、無効電力の役割と欠点を一緒に分析しました。主な欠点は次のとおりです。まず、変圧器の容量と導体の断面積が増加し、間接的にプロジェクトのコストが増加します。-第二に、動作後、力率が 0.9 を下回ってはなりません。そうでないと、電力供給会社が罰金を課すことになります。

したがって、工学設計の際には、この問題を十分に考慮する必要があります。発電機のない電源システムでは、変電所の力率を改善するために並列コンデンサが通常使用されます。原則は、無効電力をローカルで供給することで、グリッドから無効電力を引き出す必要がなくなります。このアプローチにより、変圧器の必要容量が削減されるだけでなく、計測側の力率も改善されます。

 

(1) コンデンサの補償方法の選択

1.分路電力コンデンサを人工無効電力補償デバイスとして使用する場合、ライン損失と電圧降下を最小限に抑えるために、補償のバランスを局所的に調整する必要があります。これは、低電圧セクションの無効電力は低電圧コンデンサで補償する必要があることを意味します。{{3}、高電圧セクションの無効電力は高電圧コンデンサで補償する必要があります。-

高電圧負荷がない場合、シャント コンデンサ デバイスを高電圧側に取り付けないでください。-

モーター駆動の機器に対してローカルの個別補償を実行する場合、補償コンデンサの定格電流はモーターの励磁電流の 0.9 倍を超えてはなりません。{0}

電気負荷の計算時には、補償された無効電力を含める必要があります。

2.補償コンデンサバンクのスイッチングモードは手動と自動に分かれています。

手動スイッチングは、基本的な低電圧無効電力を補償するコンデンサ バンクだけでなく、無効電力需要が安定しスイッチング頻度が低い高電圧コンデンサ バンクにも適しています。-

特定の電気機器に損傷を与える可能性がある軽負荷時の過剰補償や過剰電圧を回避するには、自動スイッチングをおすすめします。{0}

高電圧自動補償デバイスと低電圧自動補償デバイスの効果が類似している場合は、低電圧自動補償デバイスを優先する必要があります。{{2}

3.自動無効電力補償の調整方法:

主にエネルギー節約を目的とした補償の場合、無効電力などのパラメータを調整に使用できます。

衝撃負荷、動的に高速に変化する負荷、および三相不平衡負荷の場合、制御にサイリスタ（電子スイッチ）を使用できます。これにより、突入電流のないスムーズな動作が保証され、優れた動的性能が提供され、三相平衡効果のための相分離制御が可能になります。-

4.コンデンサをグループ化するときは、サポート機器の技術パラメータとの互換性を確保する必要があります。電圧偏差の許容範囲を満たし、各グループの容量を適切に増やしながらグループ数を減らす努力をする必要があります。

グループ化されたコンデンサのスイッチングによって共振が誘発されるべきではありません。

5.高電圧コンデンサ バンクは、適切なサイズのリアクトルと直列に接続することが望ましいですが、低電圧コンデンサ バンクは、スイッチング時の突入電流を低減するために、専用のスイッチング コンタクタまたはサイリスタを使用してスイッチング容量を増やす必要があります。-

電気機器からの高調波の影響を大きく受けるラインでは、リアクトルをコンデンサバンクと直列に接続する必要があります。

 

(2) コンデンサ補償容量の計算

 

目的は、必要な無効電力 Qc (kvar) を決定することです。