Ce este puterea reactivă? Compensarea puterii reactive. Calculul puterii reactive

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

În apartamente și case particulare este instalat un contor electric, în funcție de care se calculează plata energiei consumate. Simplist, se crede că numai componenta sa activă este folosită în viața de zi cu zi, deși acest lucru nu este în întregime adevărat. Carcasa modernă este saturată cu dispozitive în circuitele cărora există elemente care schimbă faza. Cu toate acestea, puterea reactivă consumată de aparatele electrocasnice este incomparabil mai mică decât cea a întreprinderilor industriale, așa că este neglijată în mod tradițional la calcularea plăților.

O uzină sau fabrică a cărei conducere nu monitorizează consumul de curenți paraziți care trec prin circuitul de sarcină dăunează foarte mult sistemelor energetice ale regiunii și ale țării în ansamblu. Aerul atmosferic din jurul liniei de transport electric se încălzește complet inutil; înfășurările transformatoarelor instalate în stații pot să nu reziste la sarcină, mai ales în perioadele de vârf.

Încărcare inductivă și capacitivă

Dacă luați un dispozitiv obișnuit de încălzire sau un bec electric, atunci puterea indicată îninscripția corespunzătoare de pe balon sau plăcuță de identificare va corespunde produsului dintre valorile curentului care trece prin acest dispozitiv și tensiunea de rețea (avem 220 de volți). Situația se schimbă dacă dispozitivul conține un transformator, alte elemente care conțin inductori sau condensatori. Aceste părți au proprietăți speciale, graficul curentului care curge în ele întârzie sau conduce sinusoida tensiunii de alimentare - cu alte cuvinte, are loc o schimbare de fază. O sarcină capacitivă ideală deplasează vectorul cu -90, iar o sarcină inductivă cu +90 de grade. Puterea în acest caz este rezultatul nu numai al produsului dintre curent și tensiune, ci se adaugă un anumit factor de corecție. Unde duce asta?

Reflexia geometrică a procesului

Din cursul de geometrie a școlii, toată lumea știe că ipotenuza este mai lungă decât oricare dintre catetele dintr-un triunghi dreptunghic. Dacă puterea activă, reactivă și aparentă formează părțile sale, atunci curenții consumați de bobină și capacitatea vor fi în unghi drept față de componenta rezistivă, dar cu direcții în direcții opuse. La adăugarea (sau, dacă doriți, scăderea, acestea sunt de semne diferite) vectorul total, adică puterea reactivă totală, în funcție de tipul de sarcină care predomină în circuit, va fi direcționat în sus sau în jos. După direcția sa, se poate judeca care natură a sarcinii prevalează.

Puterea reactivă cu adaos de vector la componenta activă va oferi cantitatea totală de putere consumată. Este prezentat grafic caipotenuza triunghiului puterii. Cu cât această linie va fi localizată mai ușor în raport cu axa x, cu atât mai bine.

Cosinus phi

Graficul arată că unghiul φ este format din doi vectori, puterea plină și cea activă. Cu cât valorile lor diferă mai puțin, cu atât mai bine, dar fuziunea lor completă este împiedicată de puterea reactivă, care este considerată parazită. Cu cât unghiul este mai mare, cu atât sarcina este mai mare pe liniile electrice, transformatoarele de creștere și descendente ale sistemului de alimentare cu energie și viceversa, cu cât vectorii sunt mai aproape înclinați unul de celăl alt, cu atât firele se vor încălzi mai puțin pe tot parcursul circuit. Desigur, trebuia făcut ceva în privința acestei probleme. Și soluția a fost găsită, simplă și elegantă. Compensarea reciprocă a puterii reactive vă permite să reduceți unghiul φ și să-i aduceți cosinusul (care se mai numește și factor de putere) cât mai aproape de unitate. Pentru a face acest lucru, prelungiți vectorul componentei capacitive în așa fel încât să obțineți o rezonanță a curenților, la care se „stinge” reciproc (ideal complet, dar în practică - în cea mai mare măsură).

Teorie și practică

Toate calculele teoretice sunt mai valoroase, cu atât sunt mai aplicabile în practică. Imaginea în orice întreprindere industrială dezvoltată este următoarea: cea mai mare parte a energiei electrice este consumată de motoare (sincrone, asincrone, monofazate, trifazate) și alte mașini. Dar există și transformatoare. Concluzia este simplă: în condiții reale de producție predomină puterea reactivă de natură inductivă. Trebuie remarcat faptul că întreprinderileinstalează nu un singur contor electric, ca în case și apartamente, ci două, dintre care unul activ, iar celăl alt este ușor de ghicit care. Iar pentru cheltuirea excesivă a energiei „gonită” în zadar prin liniile electrice, autoritățile competente sunt amendate fără milă, așa că administrația este extrem de interesată să calculeze puterea reactivă și să ia măsuri pentru reducerea acesteia. Este clar că nu se poate face fără capacitatea electrică atunci când se rezolvă această problemă.

Compensație teoretică

Din graficul de mai sus, este destul de clar cum se poate realiza o reducere a curenților paraziți până la eliminarea lor completă, cel puțin teoretic. Pentru a face acest lucru, un condensator cu capacitatea corespunzătoare trebuie conectat în paralel cu sarcina inductivă. Vectorii, atunci când sunt adăugați, vor da zero și va rămâne doar componenta activă utilă.

Calculul se face după formula:

C=1 / (2πFX), unde X este reactanța totală a tuturor dispozitivelor incluse în rețea; F - frecvența tensiunii de alimentare (avem - 50 Hz);

Se pare - ce este mai ușor? Înmulțiți „X” și numărul „pi” cu 50 și împărțiți. Cu toate acestea, lucrurile sunt ceva mai complicate.

Cum este în practică?

Formula este simplă, dar determinarea și calcularea lui X nu este atât de ușoară. Pentru a face acest lucru, trebuie să luați toate datele despre dispozitive, să aflați reactanța acestora și în formă vectorială și chiar și atunci … De fapt, nimeni nu face asta, cu excepția studenților care lucrează în laborator.

Puteți determina puterea reactivă într-un alt mod, folosind un dispozitiv special - un contor de fază care indică cosinusul phi sau comparând citirile wattmetrului,ampermetru și voltmetru.

Problema este complicată de faptul că într-un proces real de producție, sarcina este în continuă schimbare, deoarece unele mașini sunt pornite în timpul funcționării, în timp ce altele, dimpotrivă, sunt deconectate de la rețea, așa cum este cerut de reglementarile tehnologice. Prin urmare, sunt necesare măsuri continue pentru a monitoriza situația. Iluminatul funcționează în turele de noapte, aerul poate fi încălzit în ateliere iarna, iar aerul poate fi răcit vara. Într-un fel sau altul, dar compensarea puterii reactive se bazează pe calcule teoretice cu o mare parte de măsurători practice cos φ.

Conectarea și deconectarea condensatorilor

Cea mai ușoară și mai evidentă modalitate de a rezolva problema este să puneți un muncitor special lângă contorul de fază care să pornească sau să oprească numărul necesar de condensatori, realizând abaterea minimă a săgeții de la unitate. Așa că la început au făcut-o, dar practica a arătat că notoriul factor uman nu permite întotdeauna obținerea efectului dorit. În orice caz, puterea reactivă, care este cel mai adesea de natură inductivă, este compensată prin conectarea unei capacități electrice de dimensiunea corespunzătoare, dar este mai bine să faceți acest lucru automat, altfel un lucrător neglijent își poate aduce propria întreprindere sub o amendă mare. Din nou, această muncă nu poate fi numită calificată, este destul de susceptibilă de automatizare. Cea mai simplă schemă include o pereche de electroni optici dintr-un emițător de lumină și un receptor de lumină. Săgeata a acoperit valoarea minimă, ceea ce înseamnă că trebuie să adăugațicapacitate.

Automatizare și algoritmi inteligenți

În prezent, există sisteme care vă permit să păstrați în mod fiabil cos φ în intervalul de la 0,9 la 1. Deoarece conectarea condensatoarelor în ele are loc discret, este imposibil să obțineți un rezultat ideal, dar puterea reactivă automată compensatorul dă încă un efect economic foarte bun. Funcționarea acestui dispozitiv se bazează pe algoritmi inteligenți care asigură funcționarea imediat după pornire, cel mai adesea chiar și fără setări suplimentare. Progresele tehnologice în tehnologia computerelor fac posibilă realizarea unei conexiuni uniforme a tuturor treptelor băncilor de condensatoare pentru a evita defecțiunea prematură a unuia sau a două dintre ele. Timpul de răspuns este, de asemenea, redus la minimum, iar șocuri suplimentare reduc cantitatea de cădere de tensiune în timpul tranzitorii. Un panou de control al energiei de întreprindere modern are un aspect ergonomic adecvat care creează condiții pentru ca operatorul să evalueze rapid situația, iar în cazul unui accident sau defecțiune, acesta va primi un semnal de alarmă imediat. Prețul unui astfel de cabinet este considerabil, dar merită plătit pentru el, aduce beneficii.

Dispozitiv compensator

Un compensator de putere reactivă convențional este un dulap metalic de dimensiuni standard cu un panou de control și management pe panoul frontal, de obicei deschis. În partea de jos sunt seturi de condensatoare (baterii). Astfel deamplasarea se datorează unei considerații simple: capacitățile electrice sunt destul de mari și este destul de logic să ne străduim să facem structura mai stabilă. În partea superioară, la nivelul ochilor operatorului, se găsesc dispozitivele de control necesare, inclusiv un indicator de fază, cu ajutorul căruia se poate aprecia mărimea factorului de putere. Există, de asemenea, diverse indicații, inclusiv cele de urgență, comenzi (pornit și oprit, trecerea în modul manual etc.). Evaluarea comparației citirilor senzorilor de măsurare și dezvoltarea acțiunilor de control (conectarea condensatoarelor de rating necesar) sunt efectuate de un circuit bazat pe un microprocesor. Actuatoarele funcționează rapid și silențios, de obicei sunt construite pe tiristoare puternice.

Calcul aproximativ al băncilor de condensatoare

În instalațiile relativ mici, puterea reactivă a unui circuit poate fi estimată aproximativ prin numărul de dispozitive conectate, ținând cont de caracteristicile lor de defazare. Deci, un motor electric asincron convențional (principalul „muncitor” al fabricilor și fabricilor), cu o sarcină egală cu jumătate din puterea sa nominală, are un cos φ egal cu 0,73 și o lampă fluorescentă - 0,5. Parametrul mașina de sudură prin contact variază de la 0, 8 la 0,9, cuptorul cu arc funcționează cu cosinus φ egal cu 0, 8. Tabelele disponibile pentru aproape fiecare inginer șef de putere conțin informații despre aproape toate tipurile de echipamente industriale, iar compensarea puterii reactive pre-setare poate fi terminat folosindu-le. Cu toate acestea, astfel de dateservesc doar ca punct de referință pentru a face ajustări prin adăugarea sau eliminarea băncilor de condensatoare.

La nivel național

S-ar putea să aveți impresia că statul a încredințat fabricilor, uzinelor și altor întreprinderi industriale toată grija față de parametrii rețelei electrice și uniformitatea sarcinii pe aceasta. Nu este adevarat. Sistemul energetic al țării controlează schimbarea de fază la scară națională și regională, chiar la ieșirea produsului său special din centralele electrice. O altă problemă este că compensarea componentei reactive nu se realizează prin conectarea băncilor de condensatoare, ci printr-o metodă diferită. Pentru a asigura calitatea energiei furnizate consumatorilor în înfășurările rotorului, curentul de polarizare este reglat, ceea ce nu reprezintă o problemă mare la generatoarele sincrone.