Co je jalový výkon? Kompenzace jalového výkonu. Výpočet jalového výkonu

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

V bytech a soukromých domech je instalován jeden elektroměr, podle kterého se počítá platba za spotřebovanou energii. Zjednodušeně se má za to, že v každodenním životě se používá pouze jeho aktivní složka, i když to není úplně pravda. Moderní bydlení je nasyceno zařízeními, v jejichž obvodech jsou prvky, které posouvají fázi. Jalový výkon spotřebovaný domácími spotřebiči je však nesrovnatelně menší než u průmyslových podniků, takže se při výpočtu plateb tradičně zanedbává.

Závod nebo továrna, jejíž vedení nemonitoruje spotřebu parazitních proudů procházejících zátěžovým obvodem, způsobuje velké škody energetickým systémům regionu a země jako celku. Atmosférický vzduch kolem vedení pro přenos energie se zcela zbytečně zahřívá; vinutí transformátorů instalovaných v rozvodnách nemusí vydržet zatížení, zejména během špiček.

Zatížení induktivní a kapacitní

Pokud si vezmete běžné topné zařízení nebo elektrickou žárovku, pak výkon uvedený vodpovídající nápis na baňce nebo štítku bude odpovídat součinu hodnot proudu procházejícího tímto zařízením a síťového napětí (máme 220 voltů). Situace se změní, pokud zařízení obsahuje transformátor, další prvky obsahující induktory nebo kondenzátory. Tyto části mají speciální vlastnosti, graf proudu v nich procházejícího se zpožďuje nebo vede sinusoida napájecího napětí - jinými slovy dochází k fázovému posunu. Ideální kapacitní zátěž posune vektor o -90 a indukční zátěž o +90 stupňů. Výkon je v tomto případě výsledkem nejen součinu proudu a napětí, ale je přidán určitý korekční faktor. Kam to vede?

Geometrický odraz procesu

Ze školního kurzu geometrie každý ví, že přepona je delší než kterákoli z nohou v pravoúhlém trojúhelníku. Pokud činný, jalový a zdánlivý výkon tvoří její strany, pak proudy spotřebované cívkou a kapacitou budou v pravém úhlu k odporové složce, ale směry v opačných směrech. Při sčítání (nebo chcete-li odečítání, mají různá znaménka) bude celkový vektor, tedy celkový jalový výkon, podle toho, jaký typ zátěže v obvodu převládá, směřován nahoru nebo dolů. Podle jeho směru lze posoudit, jaká povaha zatížení převažuje.

Jalový výkon s přidáním vektoru k aktivní složce udává celkové množství spotřebované energie. Je to znázorněno graficky jakopřepona trojúhelníku moci. Čím více bude tato čára jemněji umístěna ve vztahu k ose x, tím lépe.

Cosine phi

Graf ukazuje, že úhel φ je tvořen dvěma vektory, plným a činným výkonem. Čím méně se jejich hodnoty liší, tím lépe, ale jejich úplnému sloučení brání jalový výkon, který je považován za parazitní. Čím větší je úhel, tím vyšší je zatížení elektrického vedení, stupňovitých a snižovacích transformátorů napájecího systému a naopak, čím blíže jsou k sobě vektory nakloněny, tím méně se budou vodiče zahřívat v celém obvodu. obvod. S tímto problémem se přirozeně muselo něco udělat. A řešení bylo nalezeno, jednoduché a elegantní. Vzájemná kompenzace jalového výkonu umožňuje zmenšit úhel φ a přiblížit jeho kosinus (který se také nazývá účiník) co nejvíce k jednotě. K tomu prodlužte vektor kapacitní složky tak, abyste dosáhli rezonance proudů, při které se navzájem "vyhasnou" (ideálně úplně, ale v praxi - v největší míře).

Teorie a praxe

Všechny teoretické výpočty jsou tím cennější, čím více jsou použitelné v praxi. Obrázek v každém rozvinutém průmyslovém podniku je následující: většinu elektřiny spotřebují motory (synchronní, asynchronní, jednofázové, třífázové) a další stroje. Existují ale i transformátory. Závěr je jednoduchý: v reálných podmínkách výroby převládá jalový výkon indukčního charakteru. Je třeba poznamenat, že podnikyinstalují ne jeden elektroměr, jako v domech a bytech, ale dva, z nichž jeden je aktivní a druhý lze snadno uhodnout, který z nich. A za nadměrnou útratu energie „honěnou“marně po elektrickém vedení jsou příslušné úřady nemilosrdně pokutovány, takže správa má životní zájem na výpočtu jalového výkonu a přijetí opatření k jeho snížení. Je jasné, že bez elektrické kapacity se při řešení tohoto problému neobejdete.

Teoretická kompenzace

Z výše uvedeného grafu je zcela zřejmé, jak dosáhnout snížení parazitních proudů až po jejich úplné odstranění, alespoň teoreticky. K tomu by měl být paralelně s indukční zátěží zapojen kondenzátor příslušné kapacity. Po přidání vektorů bude nula a zůstane pouze užitečná aktivní složka.

Výpočet se provádí podle vzorce:

C=1 / (2πFX), kde X je celková reaktance všech zařízení zahrnutých v síti; F - frekvence napájecího napětí (máme - 50 Hz);

Zdá se – co je jednodušší? Vynásobte "X" a číslo "pi" 50 a vydělte. Věci jsou však poněkud složitější.

Jak je to v praxi?

Vzorec je jednoduchý, ale určit a vypočítat X tak snadné není. Chcete-li to provést, musíte vzít všechna data o zařízeních, zjistit jejich reaktanci a ve vektorové podobě a dokonce i poté … Ve skutečnosti to nedělá nikdo, kromě studentů v laboratorních pracích.

Jalový výkon můžete určit jiným způsobem, pomocí speciálního zařízení - fázového měřiče udávajícího kosinus phi nebo porovnáním údajů z wattmetru,ampérmetr a voltmetr.

Věc je komplikována tím, že v reálném výrobním procesu se zátěž neustále mění, protože některé stroje jsou za provozu zapnuté, jiné jsou naopak odpojeny od sítě, jak to vyžaduje technologické předpisy. V souladu s tím jsou nutná průběžná opatření ke sledování situace. Osvětlení funguje během nočních směn, v zimě lze v dílnách ohřívat vzduch, v létě vzduch chladit. Tak či onak, ale kompenzace jalového výkonu je založena na teoretických výpočtech s velkým podílem praktických měření cos φ.

Připojování a odpojování kondenzátorů

Nejjednodušší a nejzřejmější způsob, jak problém vyřešit, je umístit do blízkosti fázového měřiče speciálního pracovníka, který by zapínal nebo vypínal požadovaný počet kondenzátorů a dosáhl tak minimální odchylky šipky od jednoty. Nejprve to tedy udělali, ale praxe ukázala, že notoricky známý lidský faktor ne vždy umožňuje dosáhnout požadovaného účinku. V každém případě jalový výkon, který je nejčastěji induktivní povahy, je kompenzován připojením elektrické kapacity příslušné velikosti, ale je lepší to udělat automaticky, jinak může nedbalý pracovník dostat svůj vlastní podnik pod vysokou pokutu. Opět platí, že tuto práci nelze nazvat kvalifikovanou, je docela přístupná automatizaci. Nejjednodušší schéma zahrnuje optický elektronový pár emitoru světla a přijímače světla. Šipka pokryla minimální hodnotu, což znamená, že musíte přidatkapacita.

Automatizace a inteligentní algoritmy

V současné době existují systémy, které umožňují spolehlivě udržet cos φ v rozsahu od 0,9 do 1. Vzhledem k tomu, že připojení kondenzátorů v nich probíhá diskrétně, nelze dosáhnout ideálního výsledku, ale automatický jalový výkon kompenzátor má stále velmi dobrý ekonomický efekt. Provoz tohoto zařízení je založen na inteligentních algoritmech, které zajišťují provoz ihned po zapnutí, nejčastěji i bez dalšího nastavování. Technologický pokrok ve výpočetní technice umožňuje dosáhnout jednotného spojení všech stupňů kondenzátorových bank, aby se zabránilo předčasnému selhání jednoho nebo dvou z nich. Doba odezvy je také minimalizována a další tlumivky snižují množství poklesu napětí během přechodových jevů. Moderní podniková napájecí ústředna má odpovídající ergonomické uspořádání, které operátorovi vytváří podmínky pro rychlé vyhodnocení situace a v případě havárie nebo poruchy okamžitě obdrží poplachový signál. Cena takové skříně je značná, ale vyplatí se ji zaplatit, přináší výhody.

Zařízení kompenzátoru

Konvenční kompenzátor jalového výkonu je kovová skříň standardních rozměrů s ovládacím a ovládacím panelem na předním panelu, obvykle otevřený. V jeho spodní části jsou sady kondenzátorů (baterií). Takovýumístění je způsobeno jednoduchou úvahou: elektrické kapacity jsou poměrně těžké a je zcela logické usilovat o to, aby byla konstrukce stabilnější. V horní části v úrovni očí operátora jsou potřebné ovládací přístroje včetně indikátoru fáze, pomocí kterého můžete posuzovat velikost účiníku. Nechybí ani různé indikace včetně nouzových, ovládání (zapnutí a vypnutí, přepnutí do manuálního režimu atd.). Vyhodnocení porovnání odečtů měřicích snímačů a vývoj regulačních akcí (připojení kondenzátorů požadované jmenovité hodnoty) provádí obvod na bázi mikroprocesoru. Akční členy fungují rychle a tiše, obvykle jsou postaveny na výkonných tyristorech.

Přibližný výpočet baterií kondenzátorů

V relativně malých elektrárnách lze jalový výkon obvodu zhruba odhadnout podle počtu připojených zařízení s přihlédnutím k jejich charakteristikám fázového posunu. Takže konvenční asynchronní elektromotor (hlavní „dříč“továren a závodů), se zátěží rovnou polovině jeho jmenovitého výkonu, má cos φ rovný 0,73 a zářivka - 0,5. kontaktní svářečka se pohybuje od 0, 8 do 0,9, oblouková pec pracuje s kosinusem φ rovným 0,8 Tabulky dostupné téměř každému hlavnímu energetikovi obsahují informace o téměř všech typech průmyslových zařízení a lze přednastavit kompenzaci jalového výkonu provedeno pomocí nich. Nicméně taková dataslouží pouze jako základní čára, na které lze provádět úpravy přidáním nebo odebráním baterií kondenzátorů.

Celostátní

Mohli byste nabýt dojmu, že stát svěřil továrnám, závodům a dalším průmyslovým podnikům veškerou péči o parametry elektrické sítě a rovnoměrnost jejího zatížení. To není pravda. Energetický systém země řídí fázový posun v národním a regionálním měřítku přímo na výstupu svého speciálního produktu z elektráren. Dalším problémem je, že kompenzace reaktivní složky se neprovádí připojením kondenzátorových bank, ale jiným způsobem. Pro zajištění kvality energie dodávané spotřebitelům ve vinutí rotoru je regulován předpětí, což u synchronních generátorů není velký problém.