Kas ir reaktīvā jauda? Reaktīvās jaudas kompensācija. Reaktīvās jaudas aprēķins

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Dzīvokļos un privātmājās ir uzstādīts viens elektrības skaitītājs, pēc kura tiek aprēķināta samaksa par patērēto enerģiju. Vienkārši sakot, tiek uzskatīts, ka ikdienas dzīvē tiek izmantota tikai tā aktīvā sastāvdaļa, lai gan tas nav pilnīgi taisnība. Mūsdienu korpuss ir piesātināts ar ierīcēm, kuru ķēdēs ir elementi, kas novirza fāzi. Taču sadzīves tehnikas patērētā reaktīvā jauda ir nesalīdzināmi mazāka nekā rūpniecības uzņēmumiem, tāpēc, aprēķinot maksājumus, tā tradicionāli tiek atstāta novārtā.

Ražotne vai rūpnīca, kuras vadība neuzrauga parazitāro strāvu patēriņu, kas iet caur slodzes ķēdi, rada lielu kaitējumu reģiona un visas valsts energosistēmām. Atmosfēras gaiss ap elektropārvades līniju uzsilst pilnīgi bezjēdzīgi; apakšstacijās uzstādīto transformatoru tinumi var neizturēt slodzi, īpaši sastrēgumu periodos.

Induktīvā un kapacitatīvā slodze

Ja ņemat parastu sildīšanas ierīci vai elektrisko spuldzi, tad jauda, kas norādītaattiecīgais uzraksts uz kolbas vai datu plāksnītes atbildīs caur šo ierīci plūstošās strāvas vērtību un tīkla sprieguma (mums ir 220 volti) reizinājumam. Situācija mainās, ja ierīcē ir transformators, citi elementi, kas satur indukcijas, vai kondensatori. Šīm daļām ir īpašas īpašības, tajās plūstošās strāvas grafiks atpaliek vai vada barošanas sprieguma sinusoīdu - citiem vārdiem sakot, notiek fāzes nobīde. Ideāla kapacitatīvā slodze novirza vektoru par -90, bet induktīvā slodze par +90 grādiem. Jauda šajā gadījumā ir ne tikai strāvas un sprieguma reizinājuma rezultāts, bet arī tiek pievienots noteikts korekcijas koeficients. Kur tas ved?

Procesa ģeometriskais atspoguļojums

No skolas ģeometrijas kursa visi zina, ka hipotenūza ir garāka par jebkuru taisnleņķa trijstūra kāju. Ja aktīvā, reaktīvā un šķietamā jauda veido tās malas, tad spoles patērētās strāvas un kapacitāte būs taisnā leņķī pret pretestības komponenti, bet ar virzieniem pretējos virzienos. Saskaitot (vai, ja vēlaties, atņemot, tiem ir dažādas zīmes), kopējais vektors, tas ir, kopējā reaktīvā jauda, atkarībā no tā, kāda veida slodze dominē ķēdē, tiks virzīta uz augšu vai uz leju. Pēc tā virziena var spriest, kāds slodzes raksturs dominē.

Reaktīvā jauda ar vektora pievienošanu aktīvajam komponentam uzrādīs kopējo patērētās jaudas daudzumu. Grafiski tas tiek parādīts kāspēka trīsstūra hipotenūza. Jo vairāk šī līnija tiks izvietota attiecībā pret x asi, jo labāk.

Kosinusa phi

Grafikā redzams, ka leņķi φ veido divi vektori, pilna un aktīvā jauda. Jo mazāk to vērtības atšķiras, jo labāk, bet to pilnīgu saplūšanu novērš reaktīvā jauda, kas tiek uzskatīta par parazītu. Jo lielāks leņķis, jo lielāka slodze uz elektropārvades līnijām, barošanas sistēmas paaugstinošiem un pazeminošiem transformatoriem un otrādi, jo tuvāk vektori ir slīpi viens pret otru, jo mazāk vadi sasils visā garumā. ķēde. Protams, ar šo problēmu kaut kas bija jādara. Un risinājums tika atrasts, vienkāršs un elegants. Savstarpēja reaktīvās jaudas kompensācija ļauj samazināt leņķi φ un pietuvināt tā kosinusu (ko sauc arī par jaudas koeficientu) pēc iespējas tuvāk vienotībai. Lai to izdarītu, pagariniet kapacitatīvās komponentes vektoru tā, lai panāktu strāvu rezonansi, pie kuras tās viena otru "dzēš" (ideālā gadījumā pilnībā, bet praksē - vislielākajā mērā).

Teorija un prakse

Visi teorētiskie aprēķini ir vērtīgāki, jo piemērotāki tie ir praksē. Ikvienā attīstītā rūpniecības uzņēmumā aina ir šāda: lielāko daļu elektroenerģijas patērē motori (sinhronie, asinhronie, vienfāzes, trīsfāžu) un citas mašīnas. Bet ir arī transformatori. Secinājums ir vienkāršs: reālos ražošanas apstākļos dominē induktīvās dabas reaktīvā jauda. Jāatzīmē, ka uzņēmumiviņi uzstāda nevis vienu elektrisko skaitītāju, kā mājās un dzīvokļos, bet divus, no kuriem viens ir aktīvs, bet otrs ir viegli uzminēt, kurš. Un par pa elektrolīnijām veltīgi "dzenāto" enerģijas pārtēriņu attiecīgās iestādes tiek nežēlīgi sodītas, tāpēc administrācija ir vitāli ieinteresēta aprēķināt reaktīvo jaudu un veikt pasākumus tās samazināšanai. Ir skaidrs, ka, risinot šo problēmu, nevar iztikt bez elektriskās kapacitātes.

Teorijas kompensācija

No iepriekš redzamā grafika ir diezgan skaidrs, kā vismaz teorētiski panākt parazitāro strāvu samazināšanos līdz to pilnīgai likvidēšanai. Lai to izdarītu, paralēli induktīvajai slodzei jāpievieno atbilstošas kapacitātes kondensators. Ja vektori tiks pievienoti, tie dos nulli, un paliks tikai noderīgais aktīvais komponents.

Aprēķins tiek veikts pēc formulas:

C=1 / (2πFX), kur X ir visu tīklā iekļauto ierīču kopējā pretestība; F - barošanas sprieguma frekvence (mums ir - 50 Hz);

Šķiet – kas ir vieglāk? Reiziniet "X" un skaitli "pi" ar 50 un daliet. Tomēr lietas ir nedaudz sarežģītākas.

Kā tas ir praksē?

Formula ir vienkārša, taču noteikt un aprēķināt X nav tik vienkārši. Lai to izdarītu, jums ir jāņem visi dati par ierīcēm, jānoskaidro to pretestība un vektora formā, un pat tad … Patiesībā neviens to nedara, izņemot studentus, kas veic laboratorijas darbus.

Reaktīvo jaudu var noteikt citā veidā, izmantojot īpašu ierīci - fāzes mērītāju, kas norāda kosinusa phi, vai salīdzinot vatmetra rādījumus,ampērmetrs un voltmetrs.

Lietu sarežģī fakts, ka reālā ražošanas procesā slodze nepārtraukti mainās, jo dažas mašīnas darbības laikā tiek ieslēgtas, bet citas, gluži pretēji, tiek atvienotas no tīkla, kā to prasa tehnoloģiskajiem noteikumiem. Attiecīgi ir nepieciešami pastāvīgi pasākumi, lai uzraudzītu situāciju. Nakts maiņās darbojas apgaismojums, ziemā darbnīcās var sildīt gaisu, vasarā – atdzesēt. Tā vai citādi, bet reaktīvās jaudas kompensācija ir balstīta uz teorētiskiem aprēķiniem ar lielu praktisko mērījumu daļu cos φ.

Kondensatoru pievienošana un atvienošana

Vienkāršākais un acīmredzamākais veids, kā atrisināt problēmu, ir fāzes mērītāja tuvumā novietot īpašu strādnieku, kas ieslēgtu vai izslēgtu nepieciešamo kondensatoru skaitu, panākot minimālo bultiņas novirzi no vienotības. Tātad sākumā viņi to darīja, taču prakse ir parādījusi, ka bēdīgi slavenais cilvēciskais faktors ne vienmēr ļauj sasniegt vēlamo efektu. Jebkurā gadījumā reaktīvā jauda, kurai visbiežāk ir induktīvs raksturs, tiek kompensēta, pieslēdzot atbilstoša izmēra elektrisko kapacitāti, taču labāk to darīt automātiski, pretējā gadījumā nolaidīgs strādnieks var uzlikt savam uzņēmumam lielu naudas sodu. Atkal šo darbu nevar saukt par kvalificētu, tas ir diezgan pakļauts automatizācijai. Vienkāršākā shēma ietver gaismas emitētāja un gaismas uztvērēja optisko elektronu pāri. Bultiņa ir aptvērusi minimālo vērtību, kas nozīmē, ka jums ir jāpievienoietilpība.

Automatizācija un viedie algoritmi

Šobrīd ir sistēmas, kas ļauj droši noturēt cos φ diapazonā no 0,9 līdz 1. Tā kā kondensatoru pieslēgšana tajos notiek diskrēti, ideālu rezultātu sasniegt nav iespējams, bet automātiskā reaktīvā jauda kompensators joprojām dod ekonomisku efektu ļoti labu. Šīs ierīces darbības pamatā ir inteliģenti algoritmi, kas nodrošina darbību uzreiz pēc ieslēgšanas, visbiežāk pat bez papildu iestatījumiem. Datortehnoloģijas tehnoloģiskie sasniegumi ļauj panākt vienmērīgu visu kondensatoru bloku posmu savienojumu, lai izvairītos no viena vai divu no tiem priekšlaicīgas atteices. Arī reakcijas laiks tiek samazināts līdz minimumam, un papildu droseles samazina sprieguma krituma apjomu pāreju laikā. Mūsdienīgam uzņēmuma jaudas vadības panelim ir atbilstošs ergonomisks izkārtojums, kas rada apstākļus, lai operators varētu ātri novērtēt situāciju, un avārijas vai kļūmes gadījumā viņš nekavējoties saņems trauksmes signālu. Šāda skapja cena ir ievērojama, bet par to ir vērts maksāt, tas nes labumu.

Kompensatora ierīce

Parastais reaktīvās jaudas kompensators ir standarta izmēru metāla skapis ar vadības un vadības paneli priekšējā panelī, kas parasti tiek atvērts. Tā apakšā ir kondensatoru (bateriju) komplekti. Tādasatrašanās vieta ir vienkārša apsvēruma dēļ: elektriskās jaudas ir diezgan lielas, un ir diezgan loģiski censties padarīt konstrukciju stabilāku. Augšējā daļā operatora acu līmenī atrodas nepieciešamās vadības ierīces, ieskaitot fāzes indikatoru, ar kuru var spriest par jaudas koeficienta lielumu. Ir arī dažādas indikācijas, tostarp avārijas, vadības ierīces (ieslēgšana un izslēgšana, pārslēgšanās uz manuālo režīmu utt.). Mērīšanas sensoru rādījumu salīdzināšanas novērtēšanu un vadības darbību izstrādi (pieslēdzot vajadzīgās nominālās kondensatorus) veic ķēde, kuras pamatā ir mikroprocesors. Izpildmehānismi darbojas ātri un klusi, parasti tie ir veidoti uz jaudīgiem tiristoriem.

Aptuvens kondensatoru bateriju aprēķins

Salīdzinoši mazās iekārtās ķēdes reaktīvo jaudu var aptuveni novērtēt pēc pievienoto ierīču skaita, ņemot vērā to fāzes nobīdes īpašības. Tātad parastajam asinhronajam elektromotoram (rūpnīcu un rūpnīcu galvenajam "smagajam darbiniekam") ar slodzi, kas vienāda ar pusi no tā nominālās jaudas, cos φ ir 0,73, bet dienasgaismas spuldzei - 0,5. kontaktmetināšanas iekārta ir diapazonā no 0, 8 līdz 0,9, loka krāsns darbojas ar kosinusu φ, kas vienāds ar 0,8. Gandrīz katram galvenajam enerģētiķim pieejamās tabulas satur informāciju par gandrīz visu veidu rūpnieciskajām iekārtām, un iepriekš iestatīto reaktīvās jaudas kompensāciju var darīts tos izmantojot. Tomēr šādi datikalpo tikai kā bāzes līnija, lai veiktu korekcijas, pievienojot vai noņemot kondensatoru blokus.

Visā valstī

Varētu rasties iespaids, ka valsts rūpnīcām, rūpnīcām un citiem rūpniecības uzņēmumiem ir uzticējusi visas rūpes par elektrotīkla parametriem un slodzes viendabīgumu. Tā nav taisnība. Valsts energosistēma kontrolē fāzes nobīdi valsts un reģionālā mērogā tieši pie sava īpašā produkta izejas no elektrostacijām. Cita problēma ir tāda, ka reaktīvā komponenta kompensācija tiek veikta, nevis savienojot kondensatoru blokus, bet gan ar citu metodi. Lai nodrošinātu patērētājiem piegādātās enerģijas kvalitāti rotoru tinumos, tiek regulēta nobīdes strāva, kas sinhronajos ģeneratoros nav liela problēma.