Čo je jalový výkon? Kompenzácia jalového výkonu. Výpočet jalového výkonu

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

V bytoch a súkromných domoch je inštalovaný jeden elektromer, podľa ktorého sa počíta platba za spotrebovanú energiu. Zjednodušene sa verí, že v každodennom živote sa používa iba jeho aktívna zložka, aj keď to nie je úplne pravda. Moderné bývanie je nasýtené zariadeniami, v obvodoch ktorých sú prvky, ktoré posúvajú fázu. Jalová energia spotrebovaná domácimi spotrebičmi je však neporovnateľne nižšia ako v priemyselných podnikoch, preto sa pri výpočte platieb tradične zanedbáva.

Závod alebo továreň, ktorej vedenie nemonitoruje spotrebu parazitných prúdov prechádzajúcich zaťažovacím obvodom, spôsobuje veľké škody energetickým systémom regiónu a krajiny ako celku. Atmosférický vzduch okolo vedenia na prenos energie sa úplne zbytočne zahrieva; vinutia transformátorov inštalovaných v rozvodniach nemusia vydržať zaťaženie, najmä počas špičiek.

Indukčné a kapacitné zaťaženie

Ak si vezmete obyčajné vykurovacie zariadenie alebo elektrickú žiarovku, potom výkon uvedený vzodpovedajúci nápis na banke alebo štítku bude zodpovedať súčinu hodnôt prúdu prechádzajúceho týmto zariadením a sieťového napätia (máme 220 voltov). Situácia sa zmení, ak zariadenie obsahuje transformátor, iné prvky obsahujúce tlmivky alebo kondenzátory. Tieto časti majú špeciálne vlastnosti, graf prúdu, ktorý v nich tečie, zaostáva alebo vedie sínusoidu napájacieho napätia - inými slovami, dochádza k fázovému posunu. Ideálna kapacitná záťaž posúva vektor o -90 a indukčná záťaž o +90 stupňov. Výkon je v tomto prípade výsledkom nielen súčinu prúdu a napätia, ale pridáva sa aj určitý korekčný faktor. Kam to vedie?

Geometrický odraz procesu

Zo školského kurzu geometrie každý vie, že prepona je dlhšia ako ktorákoľvek z nôh v pravouhlom trojuholníku. Ak aktívny, jalový a zdanlivý výkon tvoria jeho strany, potom prúdy spotrebované cievkou a kapacitou budú kolmé na odporovú zložku, ale so smermi v opačných smeroch. Pri sčítaní (alebo, ak chcete, odčítaní, majú rôzne znamienka) bude celkový vektor, teda celkový jalový výkon, v závislosti od toho, aký typ zaťaženia prevláda v obvode, smerovaný nahor alebo nadol. Podľa smeru sa dá posúdiť, ktorý charakter zaťaženia prevláda.

Jalový výkon s pridaním vektora k aktívnemu komponentu udáva celkové množstvo spotrebovanej energie. Je to znázornené graficky akoprepona mocninového trojuholníka. Čím viac bude táto čiara jemnejšie umiestnená vo vzťahu k osi x, tým lepšie.

Cosine phi

Graf ukazuje, že uhol φ tvoria dva vektory, plný a činný výkon. Čím menej sa ich hodnoty líšia, tým lepšie, ale ich úplnému splynutiu bráni jalový výkon, ktorý sa považuje za parazitný. Čím väčší je uhol, tým vyššie je zaťaženie elektrických vedení, stupňových a znižovacích transformátorov napájacieho systému a naopak, čím bližšie sú k sebe vektory naklonené, tým menej sa vodiče zahrejú v celom obvode. obvod. Prirodzene, s týmto problémom bolo potrebné niečo urobiť. A riešenie sa našlo, jednoduché a elegantné. Vzájomná kompenzácia jalového výkonu umožňuje zmenšiť uhol φ a priblížiť jeho kosínus (ktorý sa nazýva aj účinník) čo najbližšie k jednote. Za týmto účelom predĺžte vektor kapacitnej zložky tak, aby ste dosiahli rezonanciu prúdov, pri ktorej sa navzájom "zhasnú" (ideálne úplne, ale v praxi - v najväčšej miere).

Teória a prax

Všetky teoretické výpočty sú tým cennejšie, čím sú použiteľnejšie v praxi. Obraz v každom rozvinutom priemyselnom podniku je nasledovný: väčšinu elektriny spotrebúvajú motory (synchrónne, asynchrónne, jednofázové, trojfázové) a iné stroje. Existujú však aj transformátory. Záver je jednoduchý: v reálnych výrobných podmienkach prevláda jalový výkon indukčného charakteru. Treba poznamenať, že podnikyinštalujú nie jeden elektromer, ako v domoch a bytoch, ale dva, z ktorých jeden je aktívny a druhý je ľahké uhádnuť, ktorý z nich. A za premrhanie energie márne „naháňané“elektrickými vedeniami sú príslušné úrady nemilosrdne pokutované, takže administratíva má bytostný záujem o výpočet jalového výkonu a prijatie opatrení na jeho zníženie. Je jasné, že pri riešení tohto problému sa bez elektrickej kapacity nezaobídete.

Kompenzácia teórie

Z vyššie uvedeného grafu je celkom zrejmé, ako dosiahnuť zníženie parazitných prúdov až po ich úplnú elimináciu, aspoň teoreticky. Na tento účel by mal byť paralelne s indukčnou záťažou pripojený kondenzátor s príslušnou kapacitou. Po pridaní vektorov bude nula a zostane iba užitočná aktívna zložka.

Výpočet sa vykonáva podľa vzorca:

C=1 / (2πFX), kde X je celková reaktancia všetkých zariadení zahrnutých v sieti; F - frekvencia napájacieho napätia (máme - 50 Hz);

Zdá sa – čo je jednoduchšie? Vynásobte "X" a číslo "pi" 50 a vydeľte. Veci sú však o niečo komplikovanejšie.

Ako je to v praxi?

Vzorec je jednoduchý, ale určiť a vypočítať X nie je také jednoduché. Aby ste to urobili, musíte si vziať všetky údaje o zariadeniach, zistiť ich reaktanciu a vo vektorovej forme a dokonca aj potom … V skutočnosti to nikto nerobí, okrem študentov pri laboratórnych prácach.

Jalový výkon môžete určiť iným spôsobom pomocou špeciálneho zariadenia - fázového merača s kosínusovým phi alebo porovnaním údajov wattmetra,ampérmeter a voltmeter.

Vec je komplikovaná skutočnosťou, že v reálnom výrobnom procese sa zaťaženie neustále mení, pretože niektoré stroje sú počas prevádzky zapnuté, iné sú naopak odpojené od siete, ako to vyžaduje technologické predpisy. Preto sú potrebné neustále opatrenia na monitorovanie situácie. Osvetlenie funguje počas nočných zmien, v zime sa dá ohrievať vzduch v dielňach, v lete sa dá vzduch chladiť. Tak či onak, ale kompenzácia jalového výkonu je založená na teoretických výpočtoch s veľkým podielom praktických meraní cos φ.

Pripojenie a odpojenie kondenzátorov

Najjednoduchší a najzrejmejší spôsob, ako vyriešiť problém, je umiestniť do blízkosti fázového merača špeciálneho pracovníka, ktorý zapína alebo vypína požadovaný počet kondenzátorov, čím sa dosiahne minimálna odchýlka šípky od jednoty. Najprv to urobili, ale prax ukázala, že notoricky známy ľudský faktor nie vždy umožňuje dosiahnuť požadovaný účinok. V každom prípade je jalový výkon, ktorý je najčastejšie indukčného charakteru, kompenzovaný pripojením elektrickej kapacity vhodnej veľkosti, ale je lepšie to urobiť automaticky, inak môže nedbalý pracovník dostať svoj vlastný podnik pod veľkú pokutu. Túto prácu opäť nemožno nazvať kvalifikovanou, je celkom prístupná automatizácii. Najjednoduchšia schéma zahŕňa optický elektrónový pár svetelného žiariča a svetelného prijímača. Šípka pokryla minimálnu hodnotu, čo znamená, že musíte pridaťkapacita.

Automatizácia a inteligentné algoritmy

V súčasnosti existujú systémy, ktoré umožňujú spoľahlivo udržiavať cos φ v rozsahu od 0,9 do 1. Keďže k zapájaniu kondenzátorov v nich dochádza diskrétne, nie je možné dosiahnuť ideálny výsledok, ale automatický jalový výkon kompenzátor má stále veľmi dobrý ekonomický efekt. Prevádzka tohto zariadenia je založená na inteligentných algoritmoch, ktoré zabezpečujú prevádzku ihneď po zapnutí, najčastejšie aj bez dodatočných nastavení. Technologický pokrok vo výpočtovej technike umožňuje dosiahnuť jednotné spojenie všetkých stupňov kondenzátorových bánk, aby sa predišlo predčasnému zlyhaniu jedného alebo dvoch z nich. Čas odozvy je tiež minimalizovaný a dodatočné tlmivky znižujú množstvo poklesu napätia počas prechodových javov. Moderná podniková energetická ústredňa má vhodné ergonomické usporiadanie, ktoré operátorovi vytvára podmienky na rýchle vyhodnotenie situácie a v prípade havárie alebo poruchy dostane okamžitý poplachový signál. Cena takejto skrine je značná, ale oplatí sa za ňu zaplatiť, prináša výhody.

Kompenzačné zariadenie

Konvenčný kompenzátor jalového výkonu je kovová skriňa štandardných rozmerov s ovládacím a riadiacim panelom na prednom paneli, ktorý je zvyčajne otvorený. V jeho spodnej časti sú sady kondenzátorov (batérie). Takétoumiestnenie je spôsobené jednoduchou úvahou: elektrické kapacity sú dosť ťažké a je celkom logické snažiť sa, aby bola konštrukcia stabilnejšia. V hornej časti v úrovni očí operátora sú potrebné ovládacie zariadenia vrátane indikátora fázy, pomocou ktorého môžete posúdiť veľkosť účinníka. Nechýbajú ani rôzne indikácie, vrátane núdzových, ovládacie prvky (zapnutie a vypnutie, prepnutie do manuálneho režimu atď.). Vyhodnotenie porovnania hodnôt meracích snímačov a vývoj riadiacich úkonov (pripojenie kondenzátorov požadovanej hodnoty) vykonáva obvod na báze mikroprocesora. Akčné členy pracujú rýchlo a ticho, zvyčajne sú postavené na výkonných tyristoroch.

Približný výpočet batérií kondenzátorov

V relatívne malých zariadeniach možno jalový výkon obvodu približne odhadnúť podľa počtu pripojených zariadení, berúc do úvahy ich charakteristiky fázového posunu. Bežný asynchrónny elektromotor (hlavný „pracant“tovární a závodov) so zaťažením rovnajúcim sa polovici jeho menovitého výkonu má cos φ rovný 0,73 a žiarivka - 0,5. kontaktný zvárací stroj sa pohybuje od 0, 8 do 0,9, oblúková pec pracuje s kosínusom φ rovným 0,8. Tabuľky dostupné takmer každému hlavnému energetikovi obsahujú informácie o takmer všetkých typoch priemyselných zariadení, pričom je možné prednastavenie kompenzácie jalového výkonu vykonané pomocou nich. Avšak takéto údajeslúžiť len ako základ, na ktorom sa dajú vykonať úpravy pridaním alebo odstránením kondenzátorových bánk.

Nationwide

Mohli by ste nadobudnúť dojem, že štát zveril fabrikám, závodom a iným priemyselným podnikom všetku starostlivosť o parametre elektrickej siete a rovnomernosť jej zaťaženia. To nie je pravda. Energetický systém krajiny riadi fázový posun v celoštátnom a regionálnom meradle priamo pri výstupe svojho špeciálneho produktu z elektrární. Ďalším problémom je, že kompenzácia reaktívnej zložky sa nevykonáva pripojením kondenzátorových bánk, ale iným spôsobom. Aby sa zabezpečila kvalita energie dodávanej spotrebiteľom vo vinutí rotora, je predpätý prúd regulovaný, čo v synchrónnych generátoroch nie je veľký problém.