Hvad er reaktiv effekt? Reaktiv effektkompensation. Beregning af reaktiv effekt

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

I lejligheder og private huse er der installeret én elmåler, hvorefter betaling for forbrugt energi beregnes. Forenklet menes det, at kun dens aktive komponent bruges i hverdagen, selvom dette ikke er helt sandt. Moderne boliger er mættet med enheder i kredsløbene, hvoraf der er elementer, der skifter fasen. Imidlertid er den reaktive effekt, der forbruges af husholdningsapparater, usammenlignelig mindre end industrivirksomheders, så den bliver traditionelt forsømt ved beregning af betalinger.

Et anlæg eller en fabrik, hvis ledelse ikke overvåger forbruget af parasitiske strømme, der passerer gennem belastningskredsløbet, forårsager stor skade på energisystemerne i regionen og landet som helhed. Atmosfærisk luft omkring krafttransmissionsledningen opvarmes fuldstændig ubrugeligt; viklinger af transformere installeret i transformerstationer kan muligvis ikke modstå belastningen, især i spidsbelastningsperioder.

Belastning induktiv og kapacitiv

Hvis du tager et almindeligt varmeapparat eller en elektrisk pære, så er den effekt, der er angivet iden tilsvarende inskription på kolben eller navnepladen svarer til produktet af værdierne for strømmen, der passerer gennem denne enhed, og netspændingen (vi har 220 volt). Situationen ændrer sig, hvis enheden indeholder en transformer, andre elementer, der indeholder induktorer eller kondensatorer. Disse dele har specielle egenskaber, grafen for strømmen, der flyder i dem, h alter eller fører sinusformen af forsyningsspændingen - med andre ord opstår der et faseskift. En ideel kapacitiv belastning forskyder vektoren med -90 og en induktiv belastning med +90 grader. Strøm i dette tilfælde er resultatet af ikke kun produktet af strøm og spænding, der tilføjes en vis korrektionsfaktor. Hvor fører dette hen?

Geometrisk afspejling af processen

Fra skolens geometrikursus ved alle, at hypotenusen er længere end nogen af benene i en retvinklet trekant. Hvis aktiv, reaktiv og tilsyneladende effekt danner dens sider, vil strømmene, der forbruges af spolen og kapacitansen, være vinkelret på den resistive komponent, men med retninger i modsatte retninger. Når man adderer (eller, hvis man vil, subtraherer, de har forskellige fortegn) vil den samlede vektor, det vil sige den samlede reaktive effekt, afhængigt af hvilken type belastning, der hersker i kredsløbet, blive rettet op eller ned. Efter dens retning kan man bedømme, hvilken karakter af belastningen der er fremherskende.

Reaktiv effekt med vektortilsætning til den aktive komponent vil give den samlede mængde strøm, der forbruges. Det er vist grafisk somhypotenusen af magttrekanten. Jo mere denne linje vil være forsigtigt placeret i forhold til x-aksen, jo bedre.

Cosinus phi

Graffen viser, at vinklen φ er dannet af to vektorer, fuld og aktiv effekt. Jo mindre deres værdier afviger, jo bedre, men deres fuldstændige sammensmeltning forhindres af reaktiv kraft, som betragtes som parasitisk. Jo større vinklen er, jo højere belastningen er på elledninger, step-up og step-down transformere i strømforsyningssystemet og omvendt, jo tættere vektorerne hælder på hinanden, jo mindre vil ledningerne varme op gennem hele kredsløb. Naturligvis skulle der gøres noget ved dette problem. Og løsningen blev fundet, enkel og elegant. Gensidig kompensation af reaktiv effekt giver dig mulighed for at reducere vinklen φ og bringe dens cosinus (som også kaldes effektfaktor) så tæt som muligt på enhed. For at gøre dette skal du forlænge den kapacitive komponents vektor på en sådan måde, at der opnås en resonans af strømmene, hvorved de "slukker" hinanden (ideelt set fuldstændigt, men i praksis - i størst udstrækning).

Teori og praksis

Alle teoretiske beregninger er mere værdifulde, jo mere anvendelige de er i praksis. Billedet i enhver udviklet industrivirksomhed er som følger: det meste af elektriciteten forbruges af motorer (synkrone, asynkrone, enfasede, trefasede) og andre maskiner. Men der er også transformere. Konklusionen er enkel: Under reelle produktionsforhold er reaktiv effekt af induktiv karakter fremherskende. Det skal bemærkes, at virksomhederde installerer ikke en elmåler, som i huse og lejligheder, men to, hvoraf den ene er aktiv, og den anden er let at gætte hvilken. Og for overforbruget af energi "jagt" forgæves gennem elledninger, idømmes de relevante myndigheder ubarmhjertigt bøder, så forv altningen er af afgørende interesse i at beregne reaktiv effekt og træffe foranst altninger til at reducere den. Det er klart, at man ikke kan undvære elektrisk kapacitans, når man løser dette problem.

Teorikompensation

Fra ovenstående graf er det helt klart, hvordan man opnår en reduktion i parasitiske strømme op til deres fuldstændige eliminering, i det mindste teoretisk. For at gøre dette skal en kondensator med den passende kapacitans forbindes parallelt med den induktive belastning. Når vektorerne tilføjes, vil de give nul, og kun den nyttige aktive komponent vil forblive.

Beregning foretages efter formlen:

C=1 / (2πFX), hvor X er den samlede reaktans af alle enheder inkluderet i netværket; F - frekvensen af forsyningsspændingen (vi har - 50 Hz);

Det ser ud til - hvad er nemmere? Gang "X" og tallet "pi" med 50 og divider. Tingene er dog noget mere komplicerede.

Hvordan er det i praksis?

Formlen er enkel, men at bestemme og beregne X er ikke så let. For at gøre dette skal du tage alle data om enhederne, finde ud af deres reaktans og i vektorform, og selv da … Faktisk er der ingen, der gør dette, undtagen studerende i laboratoriearbejde.

Du kan bestemme den reaktive effekt på en anden måde ved at bruge en speciel enhed - en fasemåler, der angiver cosinus phi, eller ved at sammenligne aflæsningerne af wattmåleren,amperemeter og voltmeter.

Sagen kompliceres af, at i en reel produktionsproces ændrer belastningen sig konstant, da nogle maskiner er tændt under drift, mens andre tværtimod er afbrudt fra netværket, som krævet af de teknologiske regler. Derfor er der behov for løbende foranst altninger for at overvåge situationen. Belysning fungerer i nattevagter, luft kan opvarmes i værkstederne om vinteren, og luft kan køles om sommeren. På den ene eller anden måde, men reaktiv effektkompensation er baseret på teoretiske beregninger med en stor andel af praktiske målinger cos φ.

Tilslutning og frakobling af kondensatorer

Den nemmeste og mest oplagte måde at løse problemet på er at placere en speciel medarbejder i nærheden af fasemåleren, som vil tænde eller slukke for det nødvendige antal kondensatorer og opnå den mindste afvigelse af pilen fra enhed. Så først gjorde de det, men praksis har vist, at den berygtede menneskelige faktor ikke altid tillader at opnå den ønskede effekt. Under alle omstændigheder kompenseres reaktiv effekt, som oftest er induktiv af natur, ved at tilslutte en elektrisk kapacitans af passende størrelse, men det er bedre at gøre dette automatisk, ellers kan en uagtsom arbejder bringe sin egen virksomhed under en stor bøde. Igen kan dette arbejde ikke kaldes kvalificeret, det er ret modtageligt for automatisering. Det enkleste skema inkluderer et optisk elektronpar af en lysemitter og en lysmodtager. Pilen har dækket minimumsværdien, hvilket betyder, at du skal tilføjekapacitet.

Automation og intelligente algoritmer

I øjeblikket er der systemer, der giver dig mulighed for pålideligt at holde cos φ i området fra 0,9 til 1. Da tilslutningen af kondensatorer i dem sker diskret, er det umuligt at opnå et ideelt resultat, men den automatiske reaktive effekt kompensator giver stadig en meget god økonomisk effekt. Betjeningen af denne enhed er baseret på intelligente algoritmer, der sikrer drift umiddelbart efter tænding, oftest endda uden yderligere indstillinger. Teknologiske fremskridt inden for computerteknologi gør det muligt at opnå ensartet forbindelse af alle stadier af kondensatorbanker for at undgå for tidlig svigt af en eller to af dem. Responstiden er også minimeret, og yderligere drosler reducerer mængden af spændingsfald under transienter. Et moderne enterprise power kontrolpanel har et passende ergonomisk layout, der skaber betingelser for, at operatøren hurtigt kan vurdere situationen, og i tilfælde af en ulykke eller fejl vil han modtage et øjeblikkeligt alarmsignal. Prisen på et sådant skab er betydelig, men det er værd at betale for det, det giver fordele.

Kompensatorenhed

En konventionel kompensator for reaktiv effekt er et metalskab af standarddimensioner med et kontrol- og styringspanel på frontpanelet, norm alt åbent. I bunden af den er der sæt kondensatorer (batterier). Sådanplaceringen skyldes en simpel betragtning: de elektriske kapaciteter er ret tunge, og det er ret logisk at stræbe efter at gøre strukturen mere stabil. I den øverste del, på niveau med operatørens øjne, er der de nødvendige kontrolanordninger, inklusive en faseindikator, som du kan bedømme størrelsen af effektfaktoren med. Der er også forskellige indikationer, herunder nødsituationer, kontroller (til og fra, skift til manuel tilstand osv.). Evalueringen af sammenligningen af aflæsninger af målesensorer og udviklingen af kontrolhandlinger (tilslutning af kondensatorer med den nødvendige rating) udføres af et kredsløb baseret på en mikroprocessor. Aktuatorer fungerer hurtigt og lydløst, de er norm alt bygget på kraftige tyristorer.

Omtrentlig beregning af kondensatorbanker

I relativt små anlæg kan den reaktive effekt af et kredsløb groft estimeres ud fra antallet af tilsluttede enheder under hensyntagen til deres faseskiftende karakteristika. Så en konventionel asynkron elektrisk motor (den vigtigste "hårde arbejder" af fabrikker og anlæg), med en belastning svarende til halvdelen af dens nominelle effekt, har en cos φ lig med 0,73 og en fluorescerende lampe - 0,5. kontakt svejsemaskine spænder fra 0, 8 til 0,9, lysbueovnen arbejder med cosinus φ lig med 0,8 Tabellerne, der er tilgængelige for næsten alle energichefer, indeholder information om næsten alle typer industrielt udstyr, og forudindstillet reaktiv effektkompensation kan færdig med at bruge dem. Men sådanne datakun tjene som en baseline, hvorpå man kan foretage justeringer ved at tilføje eller fjerne kondensatorbanker.

Landsomfattende

Du kan måske få det indtryk, at staten har betroet fabrikker, anlæg og andre industrivirksomheder al opmærksomheden omkring parametrene for elnettet og ensartetheden af belastningen på det. Det er ikke sandt. Landets energisystem styrer faseskiftet på national og regional skala, lige ved udgangen af sit specielle produkt fra kraftværker. Et andet problem er, at kompensationen af den reaktive komponent ikke udføres ved at forbinde kondensatorbanker, men ved en anden metode. For at sikre kvaliteten af den energi, der leveres til forbrugerne i rotorviklingerne, reguleres forspændingsstrømmen, hvilket ikke er et stort problem i synkrongeneratorer.