Què és la potència reactiva? Compensació de la potència reactiva. Càlcul de la potència reactiva

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Als apartaments i cases particulars s'instal·la un comptador elèctric, segons el qual es calcula el pagament de l'energia consumida. De manera simplista, es creu que només el seu component actiu s'utilitza a la vida quotidiana, encara que això no és del tot cert. L'habitatge modern està saturat de dispositius en els circuits dels quals hi ha elements que canvien la fase. No obstant això, la potència reactiva que consumeixen els electrodomèstics és incomparablement menor que la de les empreses industrials, per la qual cosa tradicionalment es descuida a l'hora de calcular els pagaments.

Una planta o fàbrica la direcció de la qual no controla el consum de corrents paràsits que passen pel circuit de càrrega provoca grans danys als sistemes energètics de la regió i del conjunt del país. L'aire atmosfèric al voltant de la línia de transmissió d'energia s'escalfa completament inútilment; És possible que els bobinatges dels transformadors instal·lats a les subestacions no suportin la càrrega, especialment durant els períodes punta.

Càrrega inductiva i capacitiva

Si agafeu un dispositiu de calefacció normal o una bombeta elèctrica, la potència indicada ala inscripció corresponent al matràs o a la placa d'identificació correspondrà al producte dels valors del corrent que passa per aquest dispositiu i la tensió de la xarxa (tenim 220 volts). La situació canvia si el dispositiu conté un transformador, altres elements que contenen inductors o condensadors. Aquestes parts tenen propietats especials, el gràfic del corrent que hi circula es retarda o condueix a la sinusoide de la tensió d'alimentació, és a dir, es produeix un canvi de fase. Una càrrega capacitiva ideal desplaça el vector en -90, i una càrrega inductiva en +90 graus. La potència en aquest cas és el resultat no només del producte de corrent i tensió, sinó que s'afegeix un cert factor de correcció. On porta això?

Reflexió geomètrica del procés

Des del curs de geometria de l'escola, tothom sap que la hipotenusa és més llarga que qualsevol dels catets d'un triangle rectangle. Si la potència activa, reactiva i aparent formen els seus costats, aleshores els corrents consumits per la bobina i la capacitat estaran en angle recte amb el component resistiu, però amb direccions en direccions oposades. En sumar (o, si es vol, restar, són de signe diferent) el vector total, és a dir, la potència reactiva total, segons quin tipus de càrrega prevalgui en el circuit, es dirigirà cap amunt o cap avall. Per la seva direcció, es pot jutjar quina naturalesa de la càrrega preval.

La potència reactiva amb l'addició de vectors al component actiu donarà la quantitat total d'energia consumida. Es mostra gràficament comla hipotenusa del triangle de potència. Com més s'ubicarà suaument aquesta línia en relació amb l'eix x, millor.

Cosinus phi

La gràfica mostra que l'angle φ està format per dos vectors, potència plena i potència activa. Com menys difereixen els seus valors, millor, però la seva fusió completa s'impedeix per la potència reactiva, que es considera paràsit. Com més gran sigui l'angle, més gran serà la càrrega a les línies elèctriques, els transformadors augmentadors i reductors del sistema d'alimentació, i viceversa, com més a prop s'inclinin els vectors entre si, menys s'escalfaran els cables al llarg del circuit. Naturalment, calia fer alguna cosa sobre aquest problema. I es va trobar la solució, senzilla i elegant. La compensació mútua de la potència reactiva permet reduir l'angle φ i apropar el seu cosinus (que també s'anomena factor de potència) el més proper possible a la unitat. Per fer-ho, allarga el vector del component capacitiu de manera que s'aconsegueix una ressonància dels corrents, en la qual "s'extingeixen" entre si (idealment completament, però a la pràctica, en la major mesura).

Teoria i pràctica

Tots els càlculs teòrics són més valuosos, com més aplicables són a la pràctica. La imatge de qualsevol empresa industrial desenvolupada és la següent: la major part de l'electricitat la consumeixen motors (sincrònics, asíncrons, monofàsics, trifàsics) i altres màquines. Però també hi ha transformadors. La conclusió és senzilla: en condicions reals de producció predomina la potència reactiva de caràcter inductiu. Cal tenir en compte que les empresesinstal·len no un comptador elèctric, com en les cases i els apartaments, sinó dos, un dels quals està actiu, i l' altre és fàcil d'endevinar quin. I per la despesa excessiva d'energia "perseguida" en va per les línies elèctriques, les autoritats competents són multades sense pietat, per la qual cosa l'administració té un interès vital en calcular la potència reactiva i prendre mesures per reduir-la. Està clar que no es pot prescindir de la capacitat elèctrica quan es resol aquest problema.

Compensació teòrica

A partir del gràfic anterior queda força clar com aconseguir una reducció dels corrents paràsits fins a la seva completa eliminació, almenys teòricament. Per fer-ho, s'ha de connectar un condensador de la capacitat adequada en paral·lel amb la càrrega inductiva. Els vectors, quan s'afegeixen, donaran zero i només quedarà el component actiu útil.

El càlcul es fa segons la fórmula:

C=1 / (2πFX), on X és la reactància total de tots els dispositius inclosos a la xarxa; F - freqüència de la tensió d'alimentació (tenim - 50 Hz);

Sembla - què és més fàcil? Multiplica "X" i el nombre "pi" per 50 i divideix. Tanmateix, les coses són una mica més complicades.

Com és a la pràctica?

La fórmula és senzilla, però determinar i calcular X no és tan fàcil. Per fer-ho, cal agafar totes les dades dels dispositius, esbrinar-ne la reactància i en forma vectorial, i fins i tot aleshores… De fet, ningú ho fa, excepte els estudiants de laboratori.

Podeu determinar la potència reactiva d'una altra manera, utilitzant un dispositiu especial: un mesurador de fases que indica el cosinus phi o comparant les lectures del vatímetre,amperímetre i voltímetre.

La qüestió es complica pel fet que en un procés de producció real, la càrrega canvia constantment, ja que algunes màquines s'encenen durant el funcionament, mentre que d' altres, per contra, es desconnecten de la xarxa, com exigeix la normativa tecnològica. En conseqüència, calen mesures permanents per controlar la situació. La il·luminació funciona durant els torns de nit, l'aire es pot escalfar als tallers a l'hivern i l'aire es pot refredar a l'estiu. D'una manera o altra, però la compensació de la potència reactiva es basa en càlculs teòrics amb una gran part de mesures pràctiques cos φ.

Connexió i desconnexió de condensadors

La manera més fàcil i òbvia de resoldre el problema és posar un treballador especial a prop del mesurador de fases que encengui o apagui el nombre necessari de condensadors, aconseguint la desviació mínima de la fletxa de la unitat. Així que al principi ho van fer, però la pràctica ha demostrat que el famós factor humà no sempre permet aconseguir l'efecte desitjat. En qualsevol cas, la potència reactiva, que sovint és de naturalesa inductiva, es compensa connectant una capacitat elèctrica de la mida adequada, però és millor fer-ho automàticament, en cas contrari, un treballador negligent pot sotmetre la seva pròpia empresa a una gran multa. De nou, aquest treball no es pot anomenar qualificat, és bastant susceptible d'automatització. L'esquema més senzill inclou un parell d'electrons òptics d'un emissor de llum i un receptor de llum. La fletxa ha cobert el valor mínim, el que significa que cal afegircapacitat.

Automatització i algorismes intel·ligents

Actualment, hi ha sistemes que permeten mantenir de manera fiable el cos φ en el rang de 0,9 a 1. Com que la connexió dels condensadors en ells es produeix de manera discreta, és impossible aconseguir un resultat ideal, però la potència reactiva automàtica compensador encara dóna un efecte econòmic molt bo. El funcionament d'aquest dispositiu es basa en algorismes intel·ligents que garanteixen el funcionament immediatament després de l'encesa, la majoria de vegades fins i tot sense configuració addicional. Els avenços tecnològics en tecnologia informàtica permeten aconseguir una connexió uniforme de totes les etapes dels bancs de condensadors per tal d'evitar la fallada prematura d'una o dues d'elles. El temps de resposta també es redueix al mínim i les estrangulacions addicionals redueixen la quantitat de caiguda de tensió durant els transitoris. Un modern panell de control de potència empresarial té un disseny ergonòmic adequat que crea condicions perquè l'operador avaluï ràpidament la situació i, en cas d'accident o avaria, rebrà un senyal d'alarma immediata. El preu d'aquest gabinet és considerable, però val la pena pagar-lo, aporta avantatges.

Dispositiu compensador

Un compensador de potència reactiva convencional és un armari metàl·lic de dimensions estàndard amb un panell de control i gestió al panell frontal, normalment obert. A la part inferior hi ha conjunts de condensadors (bateries). Talla ubicació es deu a una consideració senzilla: les capacitats elèctriques són força pesades, i és bastant lògic esforçar-se per fer l'estructura més estable. A la part superior, a nivell dels ulls de l'operador, hi ha els dispositius de control necessaris, inclòs un indicador de fase, amb el qual es pot jutjar la magnitud del factor de potència. També hi ha diverses indicacions, entre elles d'emergència, controls (encesa i apagat, canvi a mode manual, etc.). L'avaluació de la comparació de les lectures dels sensors de mesura i el desenvolupament d'accions de control (connexió de condensadors de la qualificació requerida) es realitza mitjançant un circuit basat en un microprocessador. Els actuadors funcionen de manera ràpida i silenciosa, normalment es construeixen amb tiristors potents.

Càlcul aproximat dels bancs de condensadors

En plantes relativament petites, la potència reactiva d'un circuit es pot estimar aproximadament pel nombre de dispositius connectats, tenint en compte les seves característiques de canvi de fase. Així, un motor elèctric asíncron convencional (el principal "treballador" de les fàbriques i plantes), amb una càrrega igual a la meitat de la seva potència nominal, té un cos φ igual a 0,73 i una làmpada fluorescent - 0,5. El paràmetre de la La màquina de soldadura de contacte oscil·la entre 0, 8 i 0, 9, el forn d'arc funciona amb un cosinus φ igual a 0, 8. Les taules disponibles per a gairebé tots els enginyers de potència en cap contenen informació sobre gairebé tots els tipus d'equips industrials i es pot configurar la compensació de potència reactiva. fet d'utilitzar-los. No obstant això, aquestes dadesservir només com a línia de base per fer ajustos afegint o eliminant bancs de condensadors.

A nivell nacional

Podriu tenir la impressió que l'estat ha confiat a les fàbriques, plantes i altres empreses industrials tota la cura dels paràmetres de la xarxa elèctrica i la uniformitat de la càrrega sobre ella. Això no és cert. El sistema energètic del país controla el canvi de fase a escala nacional i regional, just a la sortida del seu producte especial de les centrals elèctriques. Un altre problema és que la compensació del component reactiu no es realitza connectant bancs de condensadors, sinó mitjançant un mètode diferent. Per garantir la qualitat de l'energia subministrada als consumidors als bobinats del rotor, es regula el corrent de polarització, cosa que no és un gran problema en generadors síncrons.