Какво е реактивна мощност? Компенсация на реактивната мощност. Изчисляване на реактивна мощност

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

В апартаменти и частни къщи е инсталиран един електромер, според който се изчислява плащането за консумирана енергия. Опростено, смята се, че в ежедневието се използва само неговият активен компонент, въпреки че това не е съвсем вярно. Съвременният корпус е наситен с устройства, в чиито вериги има елементи, които изместват фазата. Реактивната мощност, консумирана от домакинските уреди обаче е несравнимо по-малка от тази на промишлените предприятия, така че традиционно се пренебрегва при изчисляване на плащанията.

Завод или фабрика, чието ръководство не следи консумацията на паразитни токове, преминаващи през веригата на натоварване, причинява големи вреди на енергийните системи на региона и страната като цяло. Атмосферният въздух около електропровода се нагрява напълно безполезно; намотките на трансформаторите, инсталирани в подстанции, може да не издържат натоварването, особено по време на пикови периоди.

Зареждане индуктивно и капацитивно

Ако вземете обикновено нагревателно устройство или електрическа крушка, тогава мощността, посочена всъответният надпис върху колбата или табелката ще съответства на произведението от стойностите на тока, преминаващ през това устройство, и мрежовото напрежение (имаме 220 волта). Ситуацията се променя, ако устройството съдържа трансформатор, други елементи, съдържащи индуктори или кондензатори. Тези части имат специални свойства, графиката на тока, протичащ в тях, изостава или води до синусоидата на захранващото напрежение - с други думи, възниква фазово изместване. Идеалният капацитивен товар измества вектора с -90, а индуктивният товар с +90 градуса. Мощността в този случай е резултат не само от произведението на тока и напрежението, но се добавя определен корекционен коефициент. Докъде води това?

Геометрично отражение на процеса

От училищния курс по геометрия всеки знае, че хипотенузата е по-дълга от всеки от катетите в правоъгълен триъгълник. Ако активната, реактивната и привидната мощност образуват неговите страни, тогава токовете, консумирани от намотката и капацитета, ще бъдат под прав ъгъл спрямо резистивния компонент, но с посоки в противоположни посоки. При добавяне (или, ако желаете, изваждане, те са с различни знаци) общият вектор, тоест общата реактивна мощност, в зависимост от това кой тип натоварване преобладава във веригата, ще бъде насочен нагоре или надолу. По посоката му може да се прецени кое естество на натоварването преобладава.

Реактивната мощност с векторно добавяне към активния компонент ще даде общото количество консумирана мощност. Показва се графично катохипотенузата на триъгълника на степента. Колкото повече тази линия ще бъде внимателно разположена спрямо оста x, толкова по-добре.

Cosine phi

Графиката показва, че ъгълът φ се формира от два вектора, пълна и активна мощност. Колкото по-малко се различават стойностите им, толкова по-добре, но пълното им сливане се предотвратява от реактивната мощност, която се счита за паразитна. Колкото по-голям е ъгълът, толкова по-голямо е натоварването на електропроводите, повишаващите и понижаващите трансформатори на захранващата система и обратно, колкото по-близо са векторите наклонени един към друг, толкова по-малко ще се нагряват проводниците през цялото време. верига. Естествено, трябваше да се направи нещо по този проблем. И решението беше намерено, просто и елегантно. Взаимната компенсация на реактивната мощност ви позволява да намалите ъгъла φ и да приближите неговия косинус (който също се нарича фактор на мощността) възможно най-близо до единица. За да направите това, удължете вектора на капацитивния компонент по такъв начин, че да постигнете резонанс на токовете, при който те се "гасят" взаимно (в идеалния случай напълно, но на практика - в най-голяма степен).

Теория и практика

Всички теоретични изчисления са по-ценни, толкова по-приложими са на практика. Картината във всяко развито промишлено предприятие е следната: по-голямата част от електроенергията се консумира от двигатели (синхронни, асинхронни, еднофазни, трифазни) и други машини. Но има и трансформатори. Изводът е прост: в реални производствени условия преобладава реактивната мощност с индуктивен характер. Трябва да се отбележи, че предприятиятате инсталират не един електромер, както в къщи и апартаменти, а два, единият от които е активен, а другият е лесно да се отгатне кой. А за преразхода на енергия, „преследван“напразно по електропроводите, съответните органи са безмилостно глобени, така че администрацията е жизнено заинтересована да изчислява реактивната мощност и да предприема мерки за нейното намаляване. Ясно е, че при решаването на този проблем не може без електрически капацитет.

Теоретична компенсация

От горната графика е съвсем ясно как да се постигне намаляване на паразитните токове до пълното им елиминиране, поне теоретично. За да направите това, кондензатор с подходящ капацитет трябва да бъде свързан паралелно с индуктивния товар. Векторите, когато се добавят, ще дадат нула и ще остане само полезният активен компонент.

Изчислението се извършва по формулата:

C=1 / (2πFX), където X е общото реактивно съпротивление на всички устройства, включени в мрежата; F - честота на захранващото напрежение (имаме - 50 Hz);

Изглежда - кое е по-лесно? Умножете "X" и числото "pi" по 50 и разделете. Нещата обаче са малко по-сложни.

Как е на практика?

Формулата е проста, но определянето и изчисляването на X не е толкова лесно. За да направите това, трябва да вземете всички данни за устройствата, да разберете тяхното реактивно съпротивление и във векторна форма, и дори тогава … Всъщност никой не прави това, освен студентите в лабораторни работи.

Можете да определите реактивната мощност по друг начин, като използвате специално устройство - фазомер, показващ косинус phi, или като сравните показанията на ватметъра,амперметър и волтметър.

Въпросът се усложнява от факта, че в реалния производствен процес натоварването непрекъснато се променя, тъй като някои машини се включват по време на работа, докато други, напротив, са изключени от мрежата, както се изисква от технологичния регламент. Съответно са необходими постоянни мерки за наблюдение на ситуацията. Осветлението работи през нощните смени, през зимата в цеховете може да се нагрява въздух, а през лятото въздухът да се охлажда. По един или друг начин, но компенсацията на реактивната мощност се основава на теоретични изчисления с голям дял от практически измервания cos φ.

Свързване и изключване на кондензатори

Най-лесният и очевиден начин за решаване на проблема е да поставите в близост до фазомера специален работник, който да включва или изключва необходимия брой кондензатори, като постига минималното отклонение на стрелката от единица. Така в началото го направиха, но практиката показа, че прословутият човешки фактор не винаги позволява да се постигне желания ефект. Във всеки случай реактивната мощност, която най-често е индуктивна, се компенсира чрез свързване на електрически капацитет с подходящ размер, но е по-добре да направите това автоматично, в противен случай небрежен работник може да постави собственото си предприятие под голяма глоба. Отново тази работа не може да се нарече квалифицирана, тя е доста податлива на автоматизация. Най-простата схема включва оптична електронна двойка от излъчвател на светлина и приемник на светлина. Стрелката е покрила минималната стойност, което означава, че трябва да добавитекапацитет.

Автоматизация и интелигентни алгоритми

В момента има системи, които ви позволяват надеждно да поддържате cos φ в диапазона от 0,9 до 1. Тъй като свързването на кондензатори в тях става дискретно, е невъзможно да се постигне идеален резултат, но автоматичната реактивна мощност компенсаторът все пак дава много добър икономически ефект. Работата на това устройство се основава на интелигентни алгоритми, които осигуряват работа веднага след включване, най-често дори без допълнителни настройки. Технологичният напредък в компютърните технологии позволява да се постигне еднакво свързване на всички степени на кондензаторни батерии, за да се избегне преждевременен отказ на един или два от тях. Времето за реакция също е сведено до минимум, а допълнителните дросели намаляват размера на спада на напрежението по време на преходни процеси. Модерен корпоративен контролен панел има подходящо ергономично оформление, което създава условия за оператора за бърза оценка на ситуацията и в случай на авария или повреда, той ще получи незабавен алармен сигнал. Цената на такъв шкаф е значителна, но си струва да се плати за него, носи ползи.

Компенсаторно устройство

Конвенционалният компенсатор на реактивна мощност е метален шкаф със стандартни размери с панел за управление и управление на предния панел, обикновено отворен. В долната му част има комплекти кондензатори (батерии). Такаваместоположението се дължи на просто съображение: електрическите мощности са доста тежки и е съвсем логично да се стремим да направим конструкцията по-стабилна. В горната част, на нивото на очите на оператора, има необходимите контролни устройства, включително фазов индикатор, с който можете да прецените величината на фактора на мощността. Има и различни индикации, включително аварийни, контроли (включване и изключване, превключване в ръчен режим и др.). Оценката на сравнението на показанията на измервателните сензори и разработването на управляващи действия (свързващи кондензатори с необходимата номинална стойност) се извършват от схема, базирана на микропроцесор. Задвижващите механизми работят бързо и безшумно, обикновено са изградени на мощни тиристори.

Приблизително изчисление на кондензаторни банки

В сравнително малки инсталации реактивната мощност на веригата може да бъде приблизително оценена от броя на свързаните устройства, като се вземат предвид техните характеристики на фазово изместване. И така, конвенционален асинхронен електродвигател (основният "трудолюбив" на фабрики и заводи), с товар, равен на половината от номиналната му мощност, има cos φ равен на 0,73, а флуоресцентната лампа - 0,5. Параметърът на Машината за контактно заваряване варира от 0, 8 до 0,9, дъговата пещ работи с косинус φ равен на 0,8 Таблиците, с които разполага почти всеки главен енергетик, съдържат информация за почти всички видове промишлено оборудване, а предварителната настройка на компенсацията на реактивната мощност може да бъде приключи с използването им. Въпреки това, такива даннислужат само като базова линия, върху която да се правят корекции чрез добавяне или премахване на кондензаторни банки.

национално

Може да останете с впечатлението, че държавата е поверила на фабрики, заводи и други промишлени предприятия цялата грижа за параметрите на електрическата мрежа и равномерността на натоварването върху нея. Това не е вярно. Енергийната система на страната контролира фазовото изместване в национален и регионален мащаб, точно при изхода на своя специален продукт от електроцентралите. Друг проблем е, че компенсацията на реактивния компонент се извършва не чрез свързване на кондензаторни банки, а по различен метод. За да се гарантира качеството на енергията, доставяна на консуматорите в намотките на ротора, токът на отклонение се регулира, което не е голям проблем при синхронните генератори.