Hva er reaktiv effekt? Reaktiv effektkompensering. Reaktiv effektberegning

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

I leiligheter og private hus er det installert én elmåler, som betaling for forbrukt energi beregnes etter. Forenklet antas det at bare dens aktive komponent brukes i hverdagen, selv om dette ikke er helt sant. Moderne hus er mettet med enheter i kretsene som det er elementer som skifter fasen. Imidlertid er den reaktive effekten som forbrukes av husholdningsapparater usammenlignelig mindre enn industribedrifter, så den blir tradisjonelt neglisjert ved beregning av betalinger.

Et anlegg eller fabrikk hvis ledelse ikke overvåker forbruket av parasittiske strømmer som passerer gjennom lastkretsen, forårsaker stor skade på energisystemene i regionen og landet som helhet. Atmosfærisk luft rundt kraftoverføringslinjen varmes opp helt ubrukelig; viklinger på transformatorer installert i transformatorstasjoner tåler kanskje ikke belastningen, spesielt i høye perioder.

Lastinduktiv og kapasitiv

Hvis du tar en vanlig oppvarmingsenhet eller en elektrisk lyspære, vil effekten som er angitt iden tilsvarende inskripsjonen på kolben eller navneplaten vil tilsvare produktet av verdiene av strømmen som går gjennom denne enheten og nettspenningen (vi har 220 volt). Situasjonen endres hvis enheten inneholder en transformator, andre elementer som inneholder induktorer eller kondensatorer. Disse delene har spesielle egenskaper, grafen til strømmen som flyter i dem, forsinker eller leder sinusoiden til forsyningsspenningen - med andre ord oppstår en faseforskyvning. En ideell kapasitiv last forskyver vektoren med -90, og en induktiv last med +90 grader. Strøm i dette tilfellet er resultatet av ikke bare produktet av strøm og spenning, en viss korreksjonsfaktor legges til. Hvor fører dette hen?

Geometrisk refleksjon av prosessen

Fra skolegeometrikurset vet alle at hypotenusen er lengre enn noen av bena i en rettvinklet trekant. Hvis aktiv, reaktiv og tilsynelatende kraft danner sidene, vil strømmene som forbrukes av spolen og kapasitansen være i rette vinkler på den resistive komponenten, men med retninger i motsatte retninger. Når du legger til (eller, hvis du vil, subtraherer, de har forskjellige fortegn) vil den totale vektoren, det vil si den totale reaktive effekten, avhengig av hvilken type belastning som råder i kretsen, bli rettet opp eller ned. Etter dens retning kan man bedømme hvilken art av lasten som er rådende.

Reaktiv effekt med vektortillegg til den aktive komponenten vil gi den totale mengden strøm som forbrukes. Det vises grafisk somhypotenusen til krafttrekanten. Jo mer denne linjen vil være skånsomt plassert i forhold til x-aksen, jo bedre.

Cosine phi

Graffen viser at vinkelen φ er dannet av to vektorer, full og aktiv effekt. Jo mindre verdiene deres er forskjellige, jo bedre, men deres fullstendige sammenslåing forhindres av reaktiv kraft, som anses som parasittisk. Jo større vinkel, jo høyere belastning på kraftledninger, opp- og nedtransformatorer i strømforsyningssystemet, og omvendt, jo nærmere vektorene er skrånende til hverandre, jo mindre vil ledningene varmes opp gjennom hele krets. Naturligvis måtte noe gjøres med dette problemet. Og løsningen ble funnet, enkel og elegant. Gjensidig kompensasjon av reaktiv effekt lar deg redusere vinkelen φ og bringe cosinus (som også kalles effektfaktor) så nær enhet som mulig. For å gjøre dette, forleng vektoren til den kapasitive komponenten på en slik måte at man oppnår en resonans av strømmene, hvorved de "slukker" hverandre (ideelt sett fullstendig, men i praksis - i størst grad).

Teori og praksis

Alle teoretiske beregninger er mer verdifulle, jo mer anvendelige de er i praksis. Bildet i enhver utviklet industribedrift er som følger: det meste av elektrisiteten forbrukes av motorer (synkron, asynkron, enfase, trefase) og andre maskiner. Men det finnes også transformatorer. Konklusjonen er enkel: under reelle produksjonsforhold dominerer reaktiv kraft av induktiv karakter. Det skal bemerkes at foretakde installerer ikke en elektrisk måler, som i hus og leiligheter, men to, hvorav den ene er aktiv, og den andre er lett å gjette hvilken. Og for overforbruk av energi "jaget" forgjeves gjennom kraftledninger, blir de relevante myndighetene bøtelagt nådeløst, så administrasjonen er livsnødvendig interessert i å beregne reaktiv effekt og iverksette tiltak for å redusere den. Det er klart at man ikke kan klare seg uten elektrisk kapasitans når man løser dette problemet.

Teorikompensasjon

Fra grafen ovenfor er det ganske klart hvordan man oppnår en reduksjon i parasittiske strømmer opp til fullstendig eliminering, i det minste teoretisk. For å gjøre dette, bør en kondensator med passende kapasitans kobles parallelt med den induktive lasten. Vektorene, når de legges til, vil gi null, og bare den nyttige aktive komponenten vil forbli.

Beregningen gjøres i henhold til formelen:

C=1 / (2πFX), hvor X er den totale reaktansen til alle enheter som er inkludert i nettverket; F - frekvensen til forsyningsspenningen (vi har - 50 Hz);

Det virker - hva er enklere? Multipliser "X" og tallet "pi" med 50 og del. Ting er imidlertid noe mer komplisert.

Hvordan er det i praksis?

Formelen er enkel, men å bestemme og beregne X er ikke så lett. For å gjøre dette må du ta alle data om enhetene, finne ut deres reaktans, og i vektorform, og selv da … Faktisk er det ingen som gjør dette, bortsett fra studenter i laboratoriearbeid.

Du kan bestemme den reaktive effekten på en annen måte, ved å bruke en spesiell enhet - en fasemåler som indikerer cosinus phi, eller ved å sammenligne avlesningene til wattmåleren,amperemeter og voltmeter.

Saken kompliseres av det faktum at i en reell produksjonsprosess endrer belastningen seg hele tiden, siden noen maskiner slås på under drift, mens andre tvert imot kobles fra nettverket, slik det kreves av det teknologiske regelverket. Det er derfor behov for pågående tiltak for å overvåke situasjonen. Belysning fungerer på nattskift, luft kan varmes opp i verkstedene om vinteren, og luft kan kjøles om sommeren. På en eller annen måte, men reaktiv effektkompensasjon er basert på teoretiske beregninger med en stor andel praktiske målinger cos φ.

Koble til og fra kondensatorer

Den enkleste og mest åpenbare måten å løse problemet på er å sette en spesialarbeider i nærheten av fasemåleren som slår på eller av det nødvendige antallet kondensatorer, og oppnår minimumsavviket til pilen fra enhet. Så først gjorde de det, men praksis har vist at den beryktede menneskelige faktoren ikke alltid tillater å oppnå ønsket effekt. I alle fall kompenseres reaktiv kraft, som oftest er induktiv i naturen, ved å koble til en elektrisk kapasitans av passende størrelse, men det er bedre å gjøre dette automatisk, ellers kan en uaktsom arbeider bringe sin egen virksomhet under en stor bot. Igjen, dette arbeidet kan ikke kalles kvalifisert, det er ganske mottagelig for automatisering. Det enkleste opplegget inkluderer et optisk elektronpar av en lysemitter og en lysmottaker. Pilen har dekket minimumsverdien, noe som betyr at du må legge tilkapasitet.

Automasjon og intelligente algoritmer

For tiden er det systemer som lar deg pålitelig holde cos φ i området fra 0,9 til 1. Siden tilkoblingen av kondensatorer i dem skjer diskret, er det umulig å oppnå et ideelt resultat, men den automatiske reaktive effekten kompensator gir fortsatt en veldig god økonomisk effekt. Driften av denne enheten er basert på intelligente algoritmer som sikrer drift umiddelbart etter at den er slått på, oftest selv uten tilleggsinnstillinger. Teknologiske fremskritt innen datateknologi gjør det mulig å oppnå enhetlig tilkobling av alle stadier av kondensatorbanker for å unngå for tidlig svikt i en eller to av dem. Responstiden er også minimert, og ekstra choker reduserer mengden spenningsfall under transienter. Et moderne strømkontrollpanel for bedrifter har en passende ergonomisk layout som skaper forutsetninger for at operatøren raskt kan vurdere situasjonen, og i tilfelle en ulykke eller feil vil han motta et øyeblikkelig alarmsignal. Prisen på et slikt skap er betydelig, men det er verdt å betale for det, det gir fordeler.

kompensatorenhet

En konvensjonell reaktiv effektkompensator er et metallskap av standard dimensjoner med et kontroll- og styringspanel på frontpanelet, vanligvis åpent. På bunnen av den er det sett med kondensatorer (batterier). Slikplasseringen skyldes en enkel betraktning: den elektriske kapasiteten er ganske tung, og det er ganske logisk å strebe etter å gjøre strukturen mer stabil. I den øvre delen, på nivå med operatørens øyne, er det nødvendige kontrollenheter, inkludert en faseindikator, som du kan bedømme kraftfaktorens størrelse med. Det er også forskjellige indikasjoner, inkludert nødsituasjoner, kontroller (på og av, bytte til manuell modus, etc.). Evalueringen av sammenligningen av avlesninger av målesensorer og utviklingen av kontrollhandlinger (tilkobling av kondensatorer med den nødvendige vurderingen) utføres av en krets basert på en mikroprosessor. Aktuatorer fungerer raskt og lydløst, de er vanligvis bygget på kraftige tyristorer.

Omtrentlig beregning av kondensatorbanker

I relativt små anlegg kan den reaktive effekten til en krets estimeres grovt ved antall tilkoblede enheter, tatt i betraktning deres faseskiftende egenskaper. Så en konvensjonell asynkron elektrisk motor (den viktigste "harde arbeideren" til fabrikker og anlegg), med en belastning lik halvparten av dens nominelle kraft, har en cos φ lik 0,73, og en lysrør - 0,5. Parameteren til kontakt sveisemaskin varierer fra 0, 8 til 0,9, lysbueovnen opererer med cosinus φ lik 0,8 Tabellene som er tilgjengelige for nesten alle kraftingeniører inneholder informasjon om nesten alle typer industrielt utstyr, og forhåndsinnstilt reaktiv effektkompensasjon kan være ferdig med å bruke dem. Imidlertid slike datatjene bare som en grunnlinje for å gjøre justeringer ved å legge til eller fjerne kondensatorbanker.

Nationalwide

Du kan få inntrykk av at staten har betrodd fabrikker, anlegg og andre industribedrifter all omsorg for parameterne til kraftnettet og enhetligheten i belastningen på det. Dette er ikke sant. Landets energisystem kontrollerer faseskiftet på nasjonal og regional skala, rett ved utgangen av spesialproduktet fra kraftverk. Et annet problem er at kompensasjonen av den reaktive komponenten utføres ikke ved å koble til kondensatorbanker, men ved en annen metode. For å sikre kvaliteten på energien som leveres til forbrukerne i rotorviklingene, reguleres forspenningsstrømmen, noe som ikke er et stort problem i synkrongeneratorer.