Vad är reaktiv effekt? Reaktiv effektkompensation. Reaktiv effektberäkning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

I lägenheter och privata hus installeras en elmätare, enligt vilken betalning för förbrukad energi beräknas. Förenklat tror man att endast dess aktiva komponent används i vardagen, även om detta inte är helt sant. Modernt hus är mättat med enheter i vars kretsar det finns element som skiftar fasen. Den reaktiva effekten som förbrukas av hushållsapparater är dock ojämförligt mindre än den för industriföretag, så den försummas traditionellt när man beräknar betalningar.

En anläggning eller fabrik vars ledning inte övervakar förbrukningen av parasitströmmar som passerar genom belastningskretsen orsakar stor skada på energisystemen i regionen och landet som helhet. Atmosfärisk luft runt kraftöverföringsledningen värms upp helt värdelöst; lindningar på transformatorer installerade i transformatorstationer kanske inte tål belastningen, särskilt under högtrafik.

Belastning induktiv och kapacitiv

Om du tar en vanlig värmeapparat eller en elektrisk glödlampa, då strömmen som anges imotsvarande inskription på kolven eller namnskylten kommer att motsvara produkten av värdena för strömmen som passerar genom denna enhet och nätspänningen (vi har 220 volt). Situationen förändras om enheten innehåller en transformator, andra element som innehåller induktorer eller kondensatorer. Dessa delar har speciella egenskaper, grafen för strömmen som flyter i dem släpar eller leder sinusformen för matningsspänningen - med andra ord uppstår en fasförskjutning. En ideal kapacitiv last förskjuter vektorn med -90 och en induktiv last med +90 grader. Effekt i detta fall är resultatet av inte bara produkten av ström och spänning, en viss korrigeringsfaktor läggs till. Vart leder detta?

Geometrisk reflektion av processen

Från skolans geometrikurs vet alla att hypotenusan är längre än något av benen i en rätvinklig triangel. Om aktiv, reaktiv och skenbar effekt bildar dess sidor, kommer strömmarna som förbrukas av spolen och kapacitansen att vara i rät vinkel mot den resistiva komponenten, men med riktningar i motsatta riktningar. När man adderar (eller, om man vill, subtraherar, de har olika tecken) kommer den totala vektorn, det vill säga den totala reaktiva effekten, beroende på vilken typ av belastning som råder i kretsen, att riktas upp eller ner. Genom dess riktning kan man bedöma vilken karaktär av lasten som råder.

Reaktiv effekt med vektortillägg till den aktiva komponenten ger den totala mängden energi som förbrukas. Det visas grafiskt somhypotenusan av makttriangeln. Ju mer denna linje kommer att placeras försiktigt i förhållande till x-axeln, desto bättre.

Cosine phi

Graffen visar att vinkeln φ bildas av två vektorer, full och aktiv effekt. Ju mindre deras värden skiljer sig, desto bättre, men deras fullständiga sammanslagning förhindras av reaktiv kraft, som anses vara parasitisk. Ju större vinkel, desto högre belastning på kraftledningar, upp- och nedtransformatorer i strömförsörjningssystemet, och vice versa, ju närmare vektorerna lutar varandra, desto mindre kommer ledningarna att värmas upp under hela krets. Naturligtvis måste något göras åt detta problem. Och lösningen hittades, enkel och elegant. Ömsesidig kompensation av reaktiv effekt gör att du kan minska vinkeln φ och föra dess cosinus (som också kallas effektfaktor) så nära enhet som möjligt. För att göra detta, förläng vektorn för den kapacitiva komponenten på ett sådant sätt att en resonans av strömmarna uppnås, vid vilken de "släcker" varandra (helst helt, men i praktiken - i största utsträckning).

Teori och praktik

Alla teoretiska beräkningar är mer värdefulla, ju mer tillämpliga de är i praktiken. Bilden i alla utvecklade industriföretag är följande: det mesta av elektriciteten förbrukas av motorer (synkrona, asynkrona, enfasiga, trefasiga) och andra maskiner. Men det finns också transformatorer. Slutsatsen är enkel: under verkliga produktionsförhållanden dominerar reaktiv kraft av induktiv karaktär. Det bör noteras att företagde installerar inte en elmätare, som i hus och lägenheter, utan två, varav en är aktiv och den andra är lätt att gissa vilken. Och för överutnyttjande av energi som "jagas" förgäves genom kraftledningar, bötfälls de berörda myndigheterna skoningslöst, så administrationen är mycket intresserad av att beräkna reaktiv effekt och vidta åtgärder för att minska den. Det är tydligt att man inte kan klara sig utan elektrisk kapacitans när man löser detta problem.

Teorikompensation

Från ovanstående graf är det ganska tydligt hur man uppnår en minskning av parasitströmmar upp till deras fullständiga eliminering, åtminstone teoretiskt. För att göra detta bör en kondensator med lämplig kapacitans kopplas parallellt med den induktiva lasten. Vektorerna, när de läggs till, ger noll, och endast den användbara aktiva komponenten kommer att finnas kvar.

Beräkning görs enligt formeln:

C=1 / (2πFX), där X är den totala reaktansen för alla enheter som ingår i nätverket; F - frekvens för matningsspänningen (vi har - 50 Hz);

Det verkar - vad är lättare? Multiplicera "X" och talet "pi" med 50 och dividera. Men saker och ting är lite mer komplicerade.

Hur är det i praktiken?

Formeln är enkel, men att bestämma och beräkna X är inte så lätt. För att göra detta måste du ta all data om enheterna, ta reda på deras reaktans och i vektorform, och även då … Faktum är att ingen gör detta, förutom studenter som arbetar i laborationer.

Du kan bestämma den reaktiva effekten på ett annat sätt, med hjälp av en speciell anordning - en fasmätare som anger cosinus phi, eller genom att jämföra avläsningarna av wattmätaren,amperemeter och voltmeter.

Saken kompliceras av det faktum att i en verklig produktionsprocess förändras belastningen ständigt, eftersom vissa maskiner slås på under drift, medan andra tvärtom kopplas bort från nätverket, vilket krävs av de tekniska bestämmelserna. Följaktligen behövs pågående åtgärder för att övervaka situationen. Belysning fungerar under nattskift, luft kan värmas i verkstäderna på vintern och luft kan kylas på sommaren. På ett eller annat sätt, men reaktiv effektkompensation baseras på teoretiska beräkningar med en stor andel praktiska mätningar cos φ.

Ansluta och koppla från kondensatorer

Det enklaste och mest uppenbara sättet att lösa problemet är att placera en specialarbetare nära fasmätaren som skulle slå på eller stänga av det erforderliga antalet kondensatorer, för att uppnå den minsta avvikelsen för pilen från enhet. Så först gjorde de det, men praktiken har visat att den ökända mänskliga faktorn inte alltid tillåter att man uppnår den önskade effekten. I vilket fall som helst kompenseras reaktiv effekt, som oftast är induktiv till sin natur, genom att ansluta en elektrisk kapacitans av lämplig storlek, men det är bättre att göra detta automatiskt, annars kan en försumlig arbetare få sitt eget företag under en stor böter. Återigen, detta arbete kan inte kallas kvalificerat, det är ganska mottagligt för automatisering. Det enklaste schemat inkluderar ett optiskt elektronpar av en ljussändare och en ljusmottagare. Pilen har täckt minimivärdet, vilket betyder att du måste lägga tillkapacitet.

Automation och intelligenta algoritmer

För närvarande finns det system som gör att du på ett tillförlitligt sätt kan hålla cos φ i intervallet från 0,9 till 1. Eftersom anslutningen av kondensatorer i dem sker diskret är det omöjligt att uppnå ett idealiskt resultat, men den automatiska reaktiva effekten kompensator ger fortfarande en ekonomisk effekt mycket bra. Driften av denna enhet är baserad på intelligenta algoritmer som säkerställer drift direkt efter påslagning, oftast även utan ytterligare inställningar. Tekniska framsteg inom datorteknik gör det möjligt att uppnå enhetlig anslutning av alla stadier av kondensatorbanker för att undvika förtida fel på en eller två av dem. Svarstiden minimeras också, och ytterligare drosslar minskar mängden spänningsfall under transienter. En modern kontrollpanel för företagskraft har en lämplig ergonomisk layout som skapar förutsättningar för operatören att snabbt bedöma situationen, och i händelse av en olycka eller fel kommer han att få en omedelbar larmsignal. Priset för ett sådant skåp är ansenligt, men det är värt att betala för det, det ger fördelar.

Kompensatorenhet

En konventionell reaktiv effektkompensator är ett metallskåp av standardmått med en kontroll- och kontrollpanel på frontpanelen, vanligtvis öppen. Längst ner på den finns uppsättningar av kondensatorer (batterier). Sådanplatsen beror på ett enkelt övervägande: den elektriska kapaciteten är ganska tung, och det är ganska logiskt att sträva efter att göra strukturen mer stabil. I den övre delen, i nivå med operatörens ögon, finns de nödvändiga kontrollanordningarna, inklusive en fasindikator, med vilken du kan bedöma storleken på effektfaktorn. Det finns också olika indikationer, inklusive nödsituationer, kontroller (på och av, byte till manuellt läge, etc.). Utvärderingen av jämförelsen av avläsningar av mätsensorer och utvecklingen av kontrollåtgärder (anslutningskondensatorer med den erforderliga klassificeringen) utförs av en krets baserad på en mikroprocessor. Ställdon fungerar snabbt och tyst, de är vanligtvis byggda på kraftfulla tyristorer.

Ungefärlig beräkning av kondensatorbanker

I relativt små anläggningar kan den reaktiva effekten hos en krets uppskattas grovt utifrån antalet anslutna enheter, med hänsyn tagen till deras fasförskjutningsegenskaper. Så en konventionell asynkron elektrisk motor (den huvudsakliga "hårda arbetaren" i fabriker och anläggningar), med en belastning som är lika med hälften av dess märkeffekt, har en cos φ lika med 0,73 och en lysrör - 0,5. Parametern för kontaktsvetsmaskin sträcker sig från 0, 8 till 0,9, ljusbågsugnen arbetar med cosinus φ lika med 0,8. Tabellerna som är tillgängliga för nästan alla kraftingenjörer innehåller information om nästan alla typer av industriell utrustning, och förinställd reaktiv effektkompensation kan ställas in. klar med dem. Men sådana uppgifterfungerar endast som en baslinje för att göra justeringar genom att lägga till eller ta bort kondensatorbanker.

Nationwide

Du kanske får intrycket av att staten har anförtrott fabriker, anläggningar och andra industriföretag all omsorg om elnätets parametrar och enhetligheten i belastningen på det. Det är inte sant. Landets energisystem styr fasförskjutningen i nationell och regional skala, precis vid utgången av sin specialprodukt från kraftverk. En annan fråga är att kompensationen av den reaktiva komponenten inte utförs genom att ansluta kondensatorbanker, utan genom en annan metod. För att säkerställa kvaliteten på energin som tillförs konsumenterna i rotorlindningarna regleras förspänningsströmmen, vilket inte är något stort problem i synkrongeneratorer.