تعیین حداکثر ظرفیت بار کیلووات یک ترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت آمپر: تأثیر ضریب توان

نحوه محاسبه بار نامی کیلووات یک ترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت آمپر بر اساس ضریب توان

با نوع قدیمی‌ترترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت آمپردر حال حاضر، این ترانسفورماتور باری تقریباً ۲۰۰ کیلوواتی را تحمل می‌کند، آیا اگر قصد داشته باشیم بار جدیدی تقریباً ۶۰۰ کیلوواتی اضافه کنیم، می‌تواند افزایش تقاضا را برآورده کند؟ این سوال در درجه اول حول یک مفهوم اساسی می‌چرخد: رابطه و تمایز بین kVA و kW.

رابطه و تمایز بین kVA و kW

kVA (کیلوولت آمپر) واحد توان ظاهری است، در حالی که kW (کیلووات) واحد توان اکتیو است. علاوه بر توان ظاهری و توان اکتیو، توان راکتیو نیز وجود دارد که با kvar (کیلووار) اندازه‌گیری می‌شود.

تفاوت بین توان اکتیو، توان راکتیو و توان ظاهری چیست؟

توان اکتیو: که با واحد وات (W) اندازه‌گیری می‌شود، نشان دهنده انرژی واقعی مصرف شده یا کار مفید انجام شده توسط یک مدار (مثلاً گرمایش، روشنایی) است.

توان راکتیواین توان که بر حسب ولت-آمپر راکتیو (VAR) اندازه‌گیری می‌شود، میدان‌های مغناطیسی را در بارهای القایی (مثلاً موتورها) پشتیبانی می‌کند اما در عمل کار نمی‌کند. برای مثال، اگر یک دستگاه الکتریکی حاوی خازن یا سیم‌پیچ باشد، این اجزا در حین کار دستگاه به طور مداوم شارژ و دشارژ می‌شوند. از آنجایی که خازن‌ها/سیم‌پیچ‌ها در طول این فرآیند شارژ/دشارژ در واقع انرژی الکتریکی مصرف نمی‌کنند، توان مرتبط با آن، توان راکتیو نامیده می‌شود.

توان ظاهری: که با واحد ولت-آمپر (VA) اندازه‌گیری می‌شود، ترکیبی از توان اکتیو و راکتیو است که نشان دهنده کل توان در یک مدار می‌باشد. یک منبع تغذیه (معمولاً یک ترانسفورماتور یا ژنراتور) باید نه تنها توان اکتیو، بلکه توان راکتیو را نیز به دستگاه‌های الکتریکی تأمین کند. دلیل این امر این است که اگرچه خازن‌های دستگاه توان اکتیو مصرف نمی‌کنند، اما شارژ و دشارژ مداوم آنها همچنان مستلزم آن است که منبع تغذیه بخشی از ظرفیت خود را برای پشتیبانی از این فرآیند اختصاص دهد.

پس از روشن شدن این مفاهیم، ​​اکنون می‌توانیم روابط متقابل آنها را بررسی کنیم، که ما را به مفهوم مهم دیگری می‌رساند: ضریب توان. میزان توان اکتیوی که یک منبع تغذیه می‌تواند ارائه دهد مستقیماً به ضریب توان بستگی دارد.

ضریب توان چیست؟

ضریب توان (cosΦ) نسبت توان اکتیو (P) به توان ظاهری (S) است:

برای مثال، یک ترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت‌آمپر می‌تواند ۶۰۰ کیلووات توان اکتیو را در زمانی که ضریب توان (cosφ) برابر با ۰.۶ است، ارائه دهد، در حالی که وقتی ضریب توان به ۰.۹ افزایش می‌یابد، می‌تواند ۹۰۰ کیلووات توان اکتیو تولید کند.

اگر قیمت برق ۱ دلار به ازای هر کیلووات ساعت (kWh) باشد، یک ترانسفورماتور که با ضریب توان ۰.۶ کار می‌کند می‌تواند ۶۰۰ دلار در ساعت درآمد اقتصادی ایجاد کند. هنگامی که ضریب توان به ۰.۹ بهبود می‌یابد، همان ترانسفورماتور می‌تواند ۹۰۰ ین در ساعت درآمد ایجاد کند. ۴۵. در حالی که مزایای مالی بهبود ضریب توان مشهود است، پیامدهای فنی گسترده‌تر آن (مثلاً بهینه‌سازی پایداری شبکه و کاهش تلفات انرژی) بسیار فراتر از این دستاوردهای فوری است.

یک ترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت آمپر چند کیلووات (kW) را می‌تواند پشتیبانی کند؟

با دانش بنیادی که در بالا به دست آمد، اکنون می‌توانیم با وضوح و دقت به پرسش اصلی این مقاله بپردازیم.

ظرفیت یک ترانسفورماتور با واحد کیلوولت آمپر (kVA) اندازه‌گیری می‌شود، در حالی که میزان مصرف برق تجهیزات الکتریکی با واحد کیلووات (kW) اندازه‌گیری می‌شود. تفاوت اصلی در این واقعیت نهفته است که محاسبه توان اکتیو (kW) یک دستگاه نیاز به ضرب توان ظاهری (kVA) آن در ضریب توان (cosφ) دارد. به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور 1000 کیلوولت آمپر تنها می‌تواند در هنگام کار با ضریب توان 1.0، خروجی بار کامل 1000 کیلووات را ارائه دهد. با این حال، دستیابی به این شرایط ایده‌آل (PF = 1.0) در کاربردهای دنیای واقعی عملاً غیرممکن است.

در مرحله طراحی، اگر جبران‌سازی ضریب توان را برای دستیابی به ضریب توان ۰.۹۵ پیاده‌سازی کنیم، توان اکتیو خروجی ترانسفورماتور باید به صورت ۱۰۰۰×۰.۹۵=۹۵۰ کیلووات محاسبه شود. توجه مهم: شرکت‌های برق برای جلوگیری از جریمه، ضریب توان (PF) ≥۰.۹ را الزامی می‌دانند. با این حال، عبور از PF = ۱.۰ ممکن است باعث افزایش ولتاژ سیستم و به خطر افتادن پایداری شبکه شود.

الفترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت آمپردر ابتدا یک بار الکتریکی ۲۰۰ کیلوواتی را تأمین می‌کند. پس از اضافه شدن یک بار ۶۰۰ کیلوواتی جدید، کل تقاضای توان اکتیو به ۸۰۰ کیلووات می‌رسد که در محدوده عملکرد ایمن محاسبه‌شده برای ترانسفورماتور باقی می‌ماند.

بنابراین، یکترانسفورماتور ۱۰۰۰ کیلوولت آمپرسیستمی که در ابتدا ۲۰۰ کیلووات بار الکتریکی را تأمین می‌کرد، می‌تواند حتی پس از اضافه کردن یک بار ۶۰۰ کیلوواتی جدید (در مجموع ۸۰۰ کیلووات) به صورت ایمن و طولانی مدت کار کند، مشروط بر اینکه ضریب توان تا سطح مورد نیاز بهینه شده باشد.