Що таке реактивна потужність? Компенсація реактивної потужності. Розрахунок реактивної потужності
У квартирах і приватних будинках встановлено один електролічильник, за яким здійснюється розрахунок оплати за спожиту енергію. Спрощено вважається, що в побуті використовується тільки її активна складова, хоча це не зовсім так. Сучасне житло насичене пристроями, в схемах яких присутні елементи, що зрушують фазу. Однак реактивна потужність, яку споживають побутові прилади, незрівнянно менше, ніж у промислових підприємств, тому при розрахунку оплати нею традиційно зневажають.
Содержание
Завод або фабрика, керівництво яких не стежить за витратою надлишкового електричного струму, що проходять по ланцюгу навантаження, завдає великої шкоди енергосистем регіону і країни в цілому. Цілком марно нагрівається атмосферне повітря навколо ЛЕП- обмотки трансформаторів, встановлених у підстанціях, можуть не витримувати навантаження, особливо в пікові періоди.
Навантаження індуктивна і ємнісна
Якщо взяти звичайний нагрівальний прилад або електричну лампочку, то потужність, зазначена в відповідного напису на колбі або табличці-шильдике, буде відповідати твору величин струму, що проходить через цей пристрій, і напруги мережі (у нас це 220 Вольт). Ситуація змінюється, якщо прилад містить трансформатор, інші елементи, що містять котушки індуктивності, або конденсатори. Ці деталі мають особливі властивості, графік протікає в них струму відстає або випереджає синусоїду напруги живлення - іншими словами, відбувається зсув фази. Ідеальна місткість навантаження зрушує вектор на -90, а індуктивна - на +90 градусів. Потужність в цьому випадку стає результатом не тільки твори струму на напругу, додається якийсь поправочний коефіцієнт. До чого це призводить?
Геометричне відображення процесу
Зі шкільного курсу геометрії всім відомо, що гіпотенуза длиннее кожного з катетів в прямокутному трикутнику. Якщо активна, реактивна і повна потужність утворюють його боку, то струми, споживані котушкою і ємністю, будуть перебувати під прямим кутом до резистивної складової, але з напрямками в протилежні сторони. При додаванні (або, якщо завгодно, відніманні, вони разнознаковие) величин сумарний вектор, тобто повна реактивна потужність, залежно від того, який характер навантаження переважає в схемі, буде спрямований вгору або вниз. За його напрямку можна судити, який характер навантаження переважає.
Реактивна потужність при векторному складання з активною складовою дасть повну величину споживаної потужності. Вона графічно зображується як гіпотенуза трикутника потужності. Чим більше ця лінія буде полого розташовуватися по відношенню до осі абсцис, тим краще.
косинус фі
На графіку видно, що кут &phi- утворюють два вектора, повної і активної потужності. Чим їх величини менше відрізняються, тим краще, але повного їх злиття заважає реактивна потужність, яка вважається паразитного. Чим більше кут, тим вище навантаження на лінії електропередач, що підвищують і знижують трансформатори системи енергопостачання, і навпаки, чим ближче вектора нахилені один до одного, тим менше будуть грітися дроти на всьому протязі ланцюга. Природно, що з цією проблемою щось потрібно було робити. І рішення знайшлося, просте і витончене. Взаємна компенсація реактивної потужності дозволяє зменшити кут &phi- і максимально наблизити його косинус (який також називають коефіцієнтом потужності) до одиниці. Для цього слід подовжити вектор ємнісний складової так, щоб домогтися резонансу струмів, при якому вони «погасять» одне одного (в ідеалі повністю, а на практиці - найбільшим чином).
Теорія та практика
Всі теоретичні викладки мають цінність тим більшу, ніж може бути застосована вони на практиці. Картина на будь-якій розвиненій промисловому підприємстві наступна: велика частина електроенергії споживається двигунами (синхронними, асинхронними, однофазними, трифазними) та іншими машинами. Але ж є ще й трансформатори. Висновок простий: в реальних виробничих умовах переважає реактивна потужність індуктивного характеру. Слід зазначити, що на підприємствах встановлюють не один електролічильник, як в будинках і квартирах, а два, один з яких активний, а інший - нескладно здогадатися який. І за перевитрату марно «ганяти» по лініях електропередач енергії відповідні органи нещадно штрафують, так що адміністрація кровно зацікавлена в тому, щоб зробити розрахунок реактивної потужності і вжити заходів до її зниження. Ясно, що без електричної ємності при вирішенні цього завдання не обійтися.
Компенсація за теорією
З наведеного графіка цілком ясно, як домогтися зменшення паразитних струмів аж до повного їх усунення, по крайней мере, теоретично. Для цього слід паралельно з індуктивним навантаженням включити конденсатор відповідної величини ємності. Вектори при додаванні дадуть нуль, і залишиться тільки корисна активна складова.
Розрахунок здійснюється за формулою:
- C = 1 / (2&pi-FX), де X - повне реактивний опір всіх включених в мережу пристроїв-F - частота напруги живлення (у нас - 50 Hz);
Начебто - чого простіше? Перемножити «X» і число «пі» на 50 та поділити. Однак все трохи складніше.
А як на практиці?
Формула проста, але визначити і розрахувати X не так-то просто. Для цього потрібно взяти все дані про пристрої, дізнатися їх реактивний опір, причому у векторному вигляді, і вже тоді ... Насправді, ніхто цим не займається, крім студентів на лабораторних роботах.
Визначити реактивну потужність можна й інакше, за допомогою спеціального приладу - фазометра, що вказує косинус фі, або порівнявши показання ваттметра, амперметра і вольтметра.
Ускладнюється справа тим, що в умовах реального виробничого процесу величина навантаження постійно змінюється, так як одні машини в процесі роботи включаються, інші, навпаки, відключаються від мережі, як того вимагає технологічний регламент. Відповідно, необхідні постійні заходи з відстеження ситуації. Під час нічних змін працює освітлення, взимку в цехах може здійснюватися нагрівання повітря, а влітку - його охолодження. Так чи інакше, але компенсація реактивної потужності здійснюється на основі теоретичних розрахунків з великою часткою практичних вимірів cos &phi-.
Підключаючи і відключаючи конденсатори
Найбільш простий і очевидний спосіб вирішити проблему - посадити біля фазометра спеціального працівника, який би включав або виключав потрібну кількість конденсаторів, домагаючись мінімальної величини відхилення стрілки від одиниці. Так спочатку і робили, але практика показала, що горезвісний людський фактор не завжди дозволяє досягати потрібного ефекту. У будь-якому випадку компенсація реактивної потужності, що має найчастіше індуктивний характер, проводиться підключенням електричної ємності відповідної величини, але робити це краще в автоматичному режимі, інакше недбайливий працівник може підвести рідне підприємство під великий штраф. Знову ж, праця ця кваліфікованим назвати не можна, автоматизації він цілком піддається. Найпростіша схема включає оптичну електронну пару з випромінювача і приймача світла. Стрілка перекрила мінімальне значення - значить, потрібно додати ємності.
Автоматика та інтелектуальні алгоритми
В даний час є системи, що дозволяють надійно утримувати cos &phi- в межах від 0,9 до 1. Так як підключення конденсаторів в них відбувається дискретно, то ідеального результату добитися неможливо, але економічний ефект автоматичний компенсатор реактивної потужності все одно дає дуже хороший. В основі роботи цього приладу лежать інтелектуальні алгоритми, що забезпечують роботу відразу після включення, найчастіше навіть без додаткових налаштувань. Технологічні досягнення в області обчислювальної техніки дозволяють домагатися рівномірного підключення всіх ступенів конденсаторних батарей для того, щоб уникнути передчасного виходу з ладу однієї або двох з них. Час спрацювання також мінімізовано, а додаткові дроселі знижують величину перепаду напруги під час перехідних процесів. сучасний щит керування харчуванням підприємства володіє відповідною ергономічної компонуванням, яка створює умови для швидкої оцінки оператором ситуації, а в разі аварії або виходу з ладу він отримає негайний тривожний сигнал. Ціна такого шафи чимала, але заплатити за нього варто, користь він приносить.
пристрій компенсатора
Звичайний компенсатор реактивної потужності є металева шафа стандартних розмірів з панеллю контролю і управління на лицьовій панелі, зазвичай відкривається. У нижній частині його розташовуються набори конденсаторів (батареї). Таке розташування обумовлено простим міркуванням: електричні ємності досить важкі, і цілком логічно прагнення зробити конструкцію більш стійкою. У верхній частині, на рівні очей оператора, знаходяться необхідні контрольні прилади, в тому числі і Фазопокажчики, за допомогою якого можна судити про величину коефіцієнта потужності. Є також різна індикація, в тому числі і аварійна, органи управління (включення і виключення, переходу на ручний режим та ін.). Оцінку порівняння показань вимірювальних датчиків і вироблення керуючих впливів (підключення конденсаторів потрібного номіналу) виконує схема, основою якої служить мікропроцесор. Виконавчі пристрої працюють швидко і безшумно, вони, як правило, побудовані на потужних тиристорах.
Приблизний розрахунок конденсаторних батарей
На відносно невеликих підприємствах реактивна потужність ланцюга може приблизно оцінюватися за кількістю підключених пристроїв з урахуванням їх фазосдвигающих характеристик. Так, звичайний асинхронний електродвигун (головний «роботяга» фабрик і заводів) при навантаженні, що дорівнює половині його номінальної потужності, володіє cos &phi-, рівним 0,73, а люмінесцентний світильник - 0,5. Параметр контактного зварювального апарату коливається в межах від 0,8 до 0,9, дугова піч працює з косинусом &phi-, що дорівнює 0,8. Таблиці, наявні в розпорядженні практично кожного головного енергетика, містять відомості про практично всіх видах промислового устаткування, і попередня установка компенсації реактивної потужності може здійснюватися за допомогою них. Однак такі дані служать лише базою, на підставі якої необхідно вносити корективи, додаючи або відключаючи конденсаторні батареї.
У масштабах країни
Може скластися враження про те, що всю турботу про параметри електромереж і рівномірності навантаження на неї держава поклала на фабрики, заводи та інші промислові підприємства. Це не так. Енергосистема країни контролює зрушення фаз в загальнодержавному і регіональному масштабі, прямо на виході свого особливого товару з електростанцій. Інше питання в тому, що компенсація реактивної складової здійснюється не підключенням конденсаторних батарей, а іншим методом. Для забезпечення якості відпускається споживачам енергії в роторних обмотках регулюється струм підмагнічування, що в синхронних генераторах не складає великої проблеми.
