Co to jest moc bierna? Kompensacja mocy biernej. Obliczanie mocy biernej

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

W mieszkaniach i domach prywatnych instalowany jest jeden licznik elektryczny, według którego naliczana jest opłata za zużytą energię. Upraszczając, uważa się, że tylko jego aktywny składnik jest używany w życiu codziennym, chociaż nie jest to do końca prawdą. Nowoczesna obudowa jest nasycona urządzeniami, w obwodach których znajdują się elementy przesuwające fazę. Jednak moc bierna zużywana przez urządzenia gospodarstwa domowego jest nieporównywalnie mniejsza niż w przedsiębiorstwach przemysłowych, dlatego jest tradycyjnie pomijana przy obliczaniu płatności.

Zakład lub fabryka, której kierownictwo nie monitoruje zużycia prądów pasożytniczych przechodzących przez obwód obciążenia, powoduje wielkie szkody dla systemów energetycznych regionu i kraju jako całości. Powietrze atmosferyczne wokół linii przesyłowej nagrzewa się całkowicie bezużytecznie; uzwojenia transformatorów zainstalowanych w podstacjach mogą nie wytrzymać obciążenia, szczególnie w okresach szczytowych.

Obciążenie indukcyjne i pojemnościowe

Jeśli weźmiesz zwykłe urządzenie grzewcze lub żarówkę elektryczną, wtedy moc wskazana wodpowiedni napis na kolbie lub tabliczce znamionowej będzie odpowiadał iloczynowi wartości prądu przepływającego przez to urządzenie i napięcia sieciowego (mamy 220 woltów). Sytuacja zmienia się, jeśli urządzenie zawiera transformator, inne elementy zawierające cewki indukcyjne lub kondensatory. Części te mają specjalne właściwości, wykres płynącego w nich prądu opóźnia się lub prowadzi do sinusoidy napięcia zasilania - innymi słowy następuje przesunięcie fazowe. Idealne obciążenie pojemnościowe przesuwa wektor o -90, a obciążenie indukcyjne o +90 stopni. Moc w tym przypadku jest wynikiem nie tylko iloczynu prądu i napięcia, dodaje się pewien współczynnik korekcji. Dokąd to prowadzi?

Odbicie geometryczne procesu

Na szkolnym kursie geometrii wszyscy wiedzą, że przeciwprostokątna jest dłuższa niż którakolwiek z nóg w trójkącie prostokątnym. Jeżeli jego boki tworzą moc czynna, bierna i pozorna, to prądy pobierane przez cewkę i pojemność będą przebiegały pod kątem prostym do składowej rezystancyjnej, ale z kierunkami w przeciwnych kierunkach. Podczas dodawania (lub, jeśli chcesz, odejmowania, mają one różne znaki) całkowity wektor, czyli całkowita moc bierna, w zależności od tego, jaki rodzaj obciążenia panuje w obwodzie, zostanie skierowany w górę lub w dół. Po jego kierunku można ocenić, jaki charakter obciążenia przeważa.

Moc bierna z dodaniem wektora do składnika aktywnego daje całkowitą ilość zużytej mocy. Jest to pokazane graficznie jakoprzeciwprostokątna trójkąta mocy. Im bardziej ta linia będzie delikatnie położona w stosunku do osi x, tym lepiej.

Cosinus phi

Wykres pokazuje, że kąt φ składa się z dwóch wektorów, pełnej i czynnej mocy. Im mniej różnią się ich wartości, tym lepiej, ale ich całkowitemu połączeniu uniemożliwia moc bierna, która jest uważana za pasożytniczą. Im większy kąt, tym większe obciążenie linii energetycznych, transformatorów podwyższających i obniżających napięcie i odwrotnie, im bliżej wektory są nachylone względem siebie, tym mniej przewody będą się nagrzewać przez cały czas. okrążenie. Oczywiście trzeba było coś zrobić z tym problemem. I znaleziono rozwiązanie, proste i eleganckie. Wzajemna kompensacja mocy biernej pozwala zmniejszyć kąt φ i zbliżyć jego cosinus (zwany również współczynnikiem mocy) do jedności. W tym celu należy wydłużyć wektor składowej pojemnościowej w taki sposób, aby uzyskać rezonans prądów, przy którym "wygasają" się nawzajem (najlepiej całkowicie, ale w praktyce - w największym stopniu).

Teoria i praktyka

Wszystkie obliczenia teoretyczne są tym bardziej wartościowe, im bardziej mają zastosowanie w praktyce. Obraz w każdym rozwiniętym przedsiębiorstwie przemysłowym jest następujący: większość energii elektrycznej zużywają silniki (synchroniczne, asynchroniczne, jednofazowe, trójfazowe) i inne maszyny. Ale są też transformatory. Wniosek jest prosty: w rzeczywistych warunkach produkcyjnych dominuje moc bierna o charakterze indukcyjnym. Należy zauważyć, że przedsiębiorstwainstalują nie jeden licznik elektryczny, jak w domach i mieszkaniach, ale dwa, z których jeden jest aktywny, a drugi łatwo odgadnąć. A za nadmierne wydatki na energię „gonioną” na próżno liniami energetycznymi, odpowiednie władze są bezlitośnie karane grzywnami, więc administracja jest żywotnie zainteresowana obliczaniem mocy biernej i podejmowaniem działań w celu jej zmniejszenia. Oczywiste jest, że przy rozwiązywaniu tego problemu nie można obejść się bez pojemności elektrycznej.

Teoria kompensacji

Z powyższego wykresu jest całkiem jasne, jak osiągnąć redukcję prądów pasożytniczych aż do ich całkowitej eliminacji, przynajmniej teoretycznie. W tym celu równolegle z obciążeniem indukcyjnym należy podłączyć kondensator o odpowiedniej pojemności. Wektory po dodaniu dadzą zero i pozostanie tylko użyteczny aktywny składnik.

Obliczenia wykonywane są według wzoru:

C=1 / (2πFX), gdzie X jest całkowitą reaktancją wszystkich urządzeń znajdujących się w sieci; F - częstotliwość napięcia zasilania (mamy - 50 Hz);

Wydaje się - co jest łatwiejsze? Pomnóż „X” i liczbę „pi” przez 50 i podziel. Sprawy są jednak nieco bardziej skomplikowane.

Jak to jest w praktyce?

Wzór jest prosty, ale określenie i obliczenie X nie jest takie proste. Aby to zrobić, musisz zebrać wszystkie dane o urządzeniach, znaleźć ich reaktancję i to w postaci wektorowej, a nawet wtedy … W rzeczywistości nikt tego nie robi, z wyjątkiem studentów pracujących w laboratorium.

Moc bierną można wyznaczyć w inny sposób, używając specjalnego przyrządu - miernika fazy wskazującego cosinus fi lub porównując wskazania watomierza,amperomierz i woltomierz.

Sprawę komplikuje fakt, że w rzeczywistym procesie produkcyjnym obciążenie stale się zmienia, ponieważ niektóre maszyny są włączane podczas pracy, podczas gdy inne są odłączane od sieci, zgodnie z wymogami przepisy technologiczne. W związku z tym potrzebne są bieżące środki monitorowania sytuacji. Oświetlenie działa na nocnych zmianach, zimą w warsztatach można ogrzewać powietrze, latem chłodzić. Tak czy inaczej, ale kompensacja mocy biernej opiera się na obliczeniach teoretycznych z dużym udziałem praktycznych pomiarów cos φ.

Podłączanie i odłączanie kondensatorów

Najłatwiejszym i najbardziej oczywistym sposobem rozwiązania tego problemu jest umieszczenie w pobliżu miernika fazy specjalnego pracownika, który będzie włączał lub wyłączał wymaganą liczbę kondensatorów, osiągając minimalne odchylenie strzałki od jedności. Więc na początku tak zrobili, ale praktyka pokazała, że notoryczny czynnik ludzki nie zawsze pozwala osiągnąć pożądany efekt. W każdym razie moc bierna, która najczęściej ma charakter indukcyjny, jest kompensowana przez podłączenie pojemności elektrycznej odpowiedniej wielkości, ale lepiej jest to zrobić automatycznie, w przeciwnym razie niedbały pracownik może obciążyć własne przedsiębiorstwo dużą grzywną. Ponownie, tej pracy nie można nazwać kwalifikowaną, jest ona dość podatna na automatyzację. Najprostszy schemat obejmuje optyczną parę elektronów emitera światła i odbiornika światła. Strzałka zakryła minimalną wartość, co oznacza, że musisz dodaćpojemność.

Automatyzacja i inteligentne algorytmy

Obecnie istnieją systemy, które pozwalają niezawodnie utrzymać cos φ w zakresie od 0,9 do 1. Ponieważ połączenie kondensatorów w nich następuje dyskretnie, nie można osiągnąć idealnego wyniku, ale automatyczna moc bierna kompensator nadal daje bardzo dobry efekt ekonomiczny. Działanie tego urządzenia opiera się na inteligentnych algorytmach, które zapewniają działanie natychmiast po włączeniu, najczęściej nawet bez dodatkowych ustawień. Postęp technologiczny w technice komputerowej umożliwia uzyskanie równomiernego połączenia wszystkich stopni baterii kondensatorów w celu uniknięcia przedwczesnej awarii jednego lub dwóch z nich. Czas odpowiedzi jest również zminimalizowany, a dodatkowe dławiki zmniejszają wielkość spadku napięcia podczas stanów nieustalonych. Nowoczesna korporacyjna centrala zasilania posiada odpowiedni ergonomiczny układ, który stwarza operatorowi warunki do szybkiej oceny sytuacji, a w razie wypadku lub awarii otrzyma natychmiastowy sygnał alarmowy. Cena takiej szafki jest spora, ale warto za nią zapłacić, to przynosi korzyści.

Urządzenie kompensacyjne

Konwencjonalny kompensator mocy biernej to metalowa szafka o standardowych wymiarach z panelem sterowania i zarządzania na przednim panelu, zwykle otwieranym. Na dole znajdują się zestawy kondensatorów (baterie). Takilokalizacja wynika z prostego rozważenia: moce elektryczne są dość duże i całkiem logiczne jest dążenie do zwiększenia stabilności konstrukcji. W górnej części, na poziomie oczu operatora, znajdują się niezbędne urządzenia sterujące, w tym wskaźnik fazy, za pomocą którego można ocenić wielkość współczynnika mocy. Istnieją również różne wskazania, w tym awaryjne, kontrolki (włączanie i wyłączanie, przełączanie w tryb ręczny itp.). Ocenę porównania odczytów czujników pomiarowych i opracowanie czynności kontrolnych (podłączenie kondensatorów o wymaganej wartości znamionowej) wykonuje układ oparty na mikroprocesorze. Siłowniki działają szybko i cicho, zwykle są zbudowane na potężnych tyrystorach.

Przybliżone obliczenia baterii kondensatorów

W stosunkowo małych zakładach moc bierną obwodu można z grubsza oszacować na podstawie liczby podłączonych urządzeń, z uwzględnieniem ich charakterystyki przesunięcia fazowego. Tak więc konwencjonalny asynchroniczny silnik elektryczny (główny „ciężko pracujący” fabryk i zakładów), z obciążeniem równym połowie jego mocy znamionowej, ma cos φ równy 0,73, a świetlówka - 0,5. zgrzewarka stykowa waha się od 0,8 do 0,9, piec łukowy pracuje z cosinusem φ równym 0,8 Tabele dostępne dla prawie każdego głównego energetyka zawierają informacje o prawie wszystkich typach urządzeń przemysłowych, a wstępnie nastawioną kompensację mocy biernej zrobione przy ich użyciu. Jednak takie danesłużą jedynie jako podstawa, na której można dokonywać korekt poprzez dodawanie lub usuwanie baterii kondensatorów.

Ogólnokrajowy

Można odnieść wrażenie, że państwo powierzyło fabrykom, zakładom i innym przedsiębiorstwom przemysłowym troskę o parametry sieci energetycznej i równomierność jej obciążenia. To nie jest prawda. System energetyczny kraju steruje przesunięciem fazowym w skali krajowej i regionalnej, tuż na wyjściu swojego specjalnego produktu z elektrowni. Inną kwestią jest to, że kompensacja składowej biernej odbywa się nie przez podłączenie baterii kondensatorów, ale inną metodą. Aby zapewnić jakość energii dostarczanej do odbiorców w uzwojeniach wirnika, prąd polaryzacji jest regulowany, co nie stanowi dużego problemu w generatorach synchronicznych.