Автор Тема: Компенсация реактивной мощности в гараже)  (Прочитано 259 раз)

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Добрый день братья электрики!

Есть следующая задача.

Условия.
Дана электрическая машина состоящая из двух понижающих однофазных трансформаторов (коэффициент трансформации 2), вторичные обмотки которых включены последовательно.
К первичной обмотке первого трансформатора подключены фазы A  и B. К первичной обмотке второго фаза C и нейтраль. Сеть имеется ввиду 0.4 кВ.
На выходе устройства после векторного сложения получаем напряжение 220В.
Назначение устройства - равномерное распределение однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети. Патент Евсеева А. Н.

Устройство имеет косинус фи 0.67 (сам лично не проверял, со слов автора).
Задача - компенсировать реактивность чтобы снизить токи по фазам, т.к. хочется как можно больше мощности протянуть через вводной автомат. Счётчик реактивную энергию не учитывает, но тепловой разъединитель в автомате вводном очень даже "учитывает"))

УАКРМ  городить здесь конечно немного слишком,  поэтому речь идёт о подборе конденсаторов и включению их параллельно первичным и обмоткам трансформаторов. При этом исходим из того что нагрузка на устройство будет нормированная и постоянная (ЗУ электромобиля).

С расчётом параметров конденсаторов все более-менее понятно. Немного не понятно - что это должны быть за конденсаторы? Беглый поиск показал что на рынке в основном 3-фазные конденсаторы компенсирующие. В моём случае нужны однофазные, на 250В и на 400В. И самый главный вопрос - компенсирующие конденсаторы имеют какую-то специфику изготовления? Или я могу брать, условно, любой конденсатор с нужными параметрами?

Выходная мощность устройства 5кВА, так что о сильно больших токах и ёмкостях речь не идёт)

Заранее всем спасибо и с наступающими праздниками всех!!!
« Последнее редактирование: 26 Декабрь 2020, 16:33:29 от dtgeorge »

AlexZhuk

  • Администратор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 1573
  • Карма: +153/-1
  • Модератор
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #1 : 28 Декабрь 2020, 20:09:02 »
Почему только трехфазные? Есть и однофазные, сплошь и рядом.
Специальные конденсаторы для УКРМ называются косинусными. Сделаны специально с учетом наличия гармонических составляющий в сети, на которые обычные конденсаторы слишком бурно реагируют (иногда взрываются). Не забудьте еще, что для включения их под напряжение еще и резисторы применяются, которые обычно встраиваются в контактор, управляющий ступенью УКРМ. Иначе ток зарядный слишком большой в первый момент времени.
У меня лично есть сомнения, что с помощью компенсации в данном случае вы добьетесь сколь-нибудь ощутимого эффекта. Все больно мизерное.
Фильмы об электротехнике и не только:
www.youtube.com\АлексЖукПрофи

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #2 : 30 Декабрь 2020, 00:24:00 »
Почему только трехфазные? Есть и однофазные, сплошь и рядом.
Специальные конденсаторы для УКРМ называются косинусными. Сделаны специально с учетом наличия гармонических составляющий в сети, на которые обычные конденсаторы слишком бурно реагируют (иногда взрываются). Не забудьте еще, что для включения их под напряжение еще и резисторы применяются, которые обычно встраиваются в контактор, управляющий ступенью УКРМ. Иначе ток зарядный слишком большой в первый момент времени.

Про резисторы спасибо, не попадалась на глаза информация. Номинал видимо не очень большой? Чисто чтобы снизить напряжение/ток пусковое? Я правильно понял? Речь не о разрядном резисторе?

У меня лично есть сомнения, что с помощью компенсации в данном случае вы добьетесь сколь-нибудь ощутимого эффекта. Все больно мизерное.

Да мне особо много и не надо) даже если косинус до 0.8-0.85 поднять удастся это уже будет маленькая победа... Тут же ж интерес скорее академический, чем коммерческий)

Alex

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 104
  • Карма: +13/-9
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #3 : 30 Декабрь 2020, 10:19:02 »

Устройство имеет косинус фи 0.67 (сам лично не проверял, со слов автора).
Не знаю, что имел в виду автор, но вообще-то косинус фи на входе трансформатора определяется в основном его нагрузкой, а не им самим.

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #4 : 30 Декабрь 2020, 12:53:13 »

Устройство имеет косинус фи 0.67 (сам лично не проверял, со слов автора).
Не знаю, что имел в виду автор, но вообще-то косинус фи на входе трансформатора определяется в основном его нагрузкой, а не им самим.

В общем случае да, но в данном случае устройство равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам 3-фазной сети это не совсем обычный трансформатор. Это устройство, которое преобразует напряжения и производит их векторное сложение... Потребление реактивной мощности устройством возникает во время этого сложения и зависит, разумеется, в т.ч. от нагрузки... В свою очередь, реактивная нагрузка подключённая к устройству так же может добавить реактива, однако мы её пока что выносим за скобки, считаем что она будет полностью активная (что в моём случае не далеко от правды, т.к. нагрузка - зарядное устройство тяговой батареи электромобиля).

На рисунках можно увидеть схему устройства и векторную диаграмму напряжений. Кроме того, показано, что независимо от подключения результат один и тот же - 220В

ЗЫ: на рисунке с векторными диаграммами подписи фаз не согласованны во всех частях рисунка, т.к. часть рисунка я добавлял

ЗЫЗЫ: на счёт "сам не проверял" - имеется ввиду то, что я не проводил замеры угла фи инструментально, но есть показания амперметров на на всех проводниках. Так вот при нагрузке на устройство, скажем в 16А, токи по фазам A, B и С ~8А. 220*16 = 3520ВА, 8*380+8*220 = 4800 ВА. 3520/4800 = 0.73 Это всё очень грубо конечно, но принцип иллюстрирует....


« Последнее редактирование: 30 Декабрь 2020, 13:10:36 от dtgeorge »

Alex

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 104
  • Карма: +13/-9
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #5 : 30 Декабрь 2020, 18:17:43 »
В общем случае да, но в данном случае устройство равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам 3-фазной сети это не совсем обычный трансформатор. Это устройство, которое преобразует напряжения и производит их векторное сложение... Потребление реактивной мощности устройством возникает во время этого сложения
Вы как будто кого напугать хотите наукообразным заклинаниями, возможно самого себя. :) А если без них, то это не обычный трансформатор, а два обычных трансформатора, а "векторное сложение" - это просто последовательное включение их вторичек, из-за чего никакой доп. реактивности там не возникает.

В свою очередь, реактивная нагрузка подключённая к устройству так же может добавить реактива, однако мы её пока что выносим за скобки, считаем что она будет полностью активная (что в моём случае не далеко от правды, т.к. нагрузка - зарядное устройство тяговой батареи электромобиля).
Скорее всего в этом зарядном устройстве есть выпрямитель с конденсаторами большой ёмкости после него. И если устройство не содержит на борту PFC, то это нелинейная нагрузка, которая не является активной, и что ещё хуже, она также не является реактивной. Примерно типичный PF таких устройств около 0,7, а "косинус фи" к ним вообще неприменим, ибо 1-ю гармонику тока они не сдвигают, и никаким конденсаторным компенсатором это не компенсируется в принципе.

Alex

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 104
  • Карма: +13/-9
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #6 : 30 Декабрь 2020, 18:23:17 »

ЗЫЗЫ: на счёт "сам не проверял" - имеется ввиду то, что я не проводил замеры угла фи инструментально, но есть показания амперметров на на всех проводниках. Так вот при нагрузке на устройство, скажем в 16А, токи по фазам A, B и С ~8А. 220*16 = 3520ВА, 8*380+8*220 = 4800 ВА. 3520/4800 = 0.73 Это всё очень грубо конечно, но принцип иллюстрирует....
Честно говоря, сомневаюсь в корректности ваших расчётов. Вот эти 16А вы измеряли или просто взяли с шильдика зарядного устройства?

Alex

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 104
  • Карма: +13/-9
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #7 : 30 Декабрь 2020, 18:55:09 »
Вы как будто кого напугать хотите наукообразным заклинаниями, возможно самого себя. :) А если без них, то это не обычный трансформатор, а два обычных трансформатора, а "векторное сложение" - это просто последовательное включение их вторичек, из-за чего никакой доп. реактивности там не возникает.
Извиняюсь, тут я чёта пурги намёл. Фазы-то разные, и там всегда будет в какой-то мере "перекачка" тока с одной фазы в другую,что по сути и есть сдвиг тока. Но формально это не реактивность, ибо энергия нигде не накапливается. В остальном про нелинейность нагрузки всё верно, во всяком случае информация к размышлению.
« Последнее редактирование: 30 Декабрь 2020, 18:59:27 от Alex »

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #8 : 30 Декабрь 2020, 21:21:32 »
Линейкой измерял, ага... Чайник достаточно активная нагрузка?

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #9 : 30 Декабрь 2020, 21:22:39 »
Почему нельзя прикрепить больше чем 192 кб? Этот хостинг на чём размещён, на Raspbery Pi? )))

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #10 : 30 Декабрь 2020, 21:23:40 »
+1

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #11 : 30 Декабрь 2020, 21:29:20 »
угол измерять пытался, но точность трансформаторов тока и вообще всего моего "оборудования" не ахти...
Да и форма силы тока такая, что сам по себе угол может быть не так информативен... Нужно интегрировать...
Кроме того, на момент экспериментов авто ещё не было в наличии - не было хорошей нагрузки постоянной...
Чайник слишком быстро закипал ))))))
« Последнее редактирование: 30 Декабрь 2020, 21:30:55 от dtgeorge »

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #12 : 30 Декабрь 2020, 21:46:46 »
А может действительно не реактив, а просто форма сигнала тока - не синусоида, соответственно амперметры видят одно (они то небось рассчитаны на синусоидальную форму), а по факту мощность другая... Наверное надо таки анализатор сети на вход, чтобы мощность интегрально вычислить, а не пики перемножать...
« Последнее редактирование: 30 Декабрь 2020, 21:49:01 от dtgeorge »

dtgeorge

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 9
  • Карма: +0/-0
    • Просмотр профиля
Re: Компенсация реактивной мощности в гараже)
« Ответ #13 : 19 Январь 2021, 13:00:46 »
Всем добрый день!

Изыскания продолжаются, хотелось бы поделиться результатами, услышать комментарии/мнения специалистов. Сам я по профессии ни разу не энергетик и не электрик,  хотя конечно не так далёк от этой темы, как, например, врач, юрист или художник ;)

Итак, что было сделано:

1. Заказаны новые трансформаторы (из которых состоит Устройстве Равномерного Распределения, далее УРР, что такое этот УРР можно почитать в начале темы), в этот раз правильной габаритной мощности, с запасом по сечению и т.п. Греться уже не должны, а грелись, но это отдельная история.

2. За смешные деньги ($40) удалось купить НОВЫЙ измеритель параметров сети Schneider PowerLogic PM5320, к нему в нагрузку дали два трансформатора тока Schneider 50/5 c классом точности 0.5. Ещё один трансформатор докупил б/у, правда другого производителя (IME, Италия), тоже 50/5.

3. PM5320 имеет Ethernet-порт и работает в т.ч. по Modbus TCP. На сайте производителя был найден список регистров modbus, протестировано их чтение.

4. Куплен простенький компактный WiFi-роутер, на который установлена прошивка OpenWRT и настроен режим моста. В гараже, где находится ввод в дом, Ethernet разумеется нет и тянуть туда его весьма проблематично. Wi-Fi-роутер создаёт мост между домашней сетью WiFi и Ethernet-портом PM5320. В итоге всё выглядит так, как если бы к нему (PM5320) был протянут Ethernet-кабель.

5. Для сбора статистики на домашнем сервере был поднят образ виртуальной машины, содержащий сборку opensource платформы Home Assistant. Платформа предназначена для управления умным домом, умеет много чего разного. В частности, она умеет "из коробки" работать с Modbus TCP. Запустил, настроил, ниже будет виден результат.

6. "Надругался" над вводным щитком, чтобы подключить PM5320 и трансформаторы тока. Решение временное!!!, выглядит не очень. Главным образом проблема в габаритах трансформаторов тока, в щиток они никак не поместятся. В этой связи заказал на али сборку трёх трансформаторов тока в одном корпусе (вот такое устройство), габариты должны быть поменьше, приедет - буду смотреть как его разместить всё красиво...

Это всё были подготовительные работы, далее момент истины - запуск...
Home Assistant очень крутая штука. Кроме всего прочего, для визуализации данных там можно использовать библиотеку Grafana, которая, в свою очередь, имеет очень полезную функцию - возможность поделиться snapshot (дословно - снимок) текущей визуализации. В результате формируется ссылка, воспользоваться которой может любой желающий. При этом он получает доступ к некой части мои данных. Примечательно то, что это не просто картинка, а интерактивные графики. Одним словом, очень удобно!


УРР обсуждаемый в данной теме подключен следующим образом:
- первичная трансформатора "380/190" подключена к фазам A и C
- первичная трансформатора "220/110" подключена к фазе B и нулю
 

Итак, ниже можно увидеть следующие snapshots:

1. Фоновое потребление моего домохозяйства Snapshot #1.

2. Потребление домохозяйства при подключённом УРР, работающем на холостом ходу, без нагрузки. Snapshot #2

3. Потребление домохозяйства аналогичное п.2, но к УРР подключается нагрузка, сначала 10А, потом 20А. Snapshot #3


При условии, что я всё правильно подключил, настроил и прочитал (в смысле регистров), в контексте главного вопроса данной темы (а это, напомню, вопрос о возможности компенсации реактивной мощности возникающей при работе УРР с тем чтобы снизить абсолютные значения токов по фазам) можно сделать следующие выводы и задать вопросы:

1. УРР имеет достаточно высокий (скажем так, выше ожидаемого лично мной) КПД. Если сравнить Snapshot #1 и Snapshot #3, то можно увидеть, что "фоновое" потребление активной мощности составляет порядка 620-630 Вт. Когда ток в нагрузке УРР составляет 10А и 20А, то общая активная мощность потребляемая домохозяйством составляет, соответственно, 2.9 кВт и 5.1 кВт. При этом нагрузка УРР (считаем её полностью активной, хотя на самом деле реактива там есть немного) потребляет, соответственно, 215*10 = 2.15 кВт и 215*20 = 4.3 кВт. Цифры конечно не очень точные, но видно что потери "в железе" имеют порядок 150-200 Вт.

2. Реактивная мощность наблюдается:) Интересно что суммарно она очень незначительная. При этом отдельно по фазам мощность значительная. Похоже имеет место переток мощностей между фазами. Отсюда напрашивается вывод/вопрос - если компенсировать реактивную мощность, то можно добиться снижения абсолютных значений токов 3-фазной сети питающей домохозяйство. Устройство состоит из двух трансформаторов, фактически у нас получается два "плеча", в которых надо что-то компенсировать. Если я правильно понял, то к первичной обмотке одного трансформатора нужно подключить косинусный конденсатор, а к первичной обмотке другого - косинусный дроссель. Очевидно что номиналы должны быть подобраны под заданную нагрузку УРР и после подключения компенсационных реактивных сопротивлений мощность нагрузки УРР не должна меняться. В противном случае будет происходить пере-компенсация/недо-компенсация.

Если вести расчёт для тока нагрузки УРР в 20А, то на графиках Snapshot #3 можно видеть, что реактивная мощность по фазе B (трансформатор №2 включён между B и N) имеет емкостной характер и составляет -2 kVAr. Реактивные мощности по фазам A и C (трансформатор №1 включён между A и C) имеют индуктивный характер и в сумме равны 2.2 kVAr. Таким образом, если подобрать компенсирующие конденсатор и дроссель номиналами 2 kVAr, то токи по фазам можно существенно снизить.


По этой ссылке можно открыть альбом с фото.

Буду благодарен всем за комментарии, мнения и советы по данной теме!
« Последнее редактирование: 19 Январь 2021, 13:06:24 от dtgeorge »