Aktivní, jalový a zdánlivý výkon: vzorec, měření, jak se měří indikátory

Výkon je důležitým faktorem při posuzování výkonu elektrického zařízení v rozvodné síti. Použití jeho mezních hodnot může vést k přetížení sítě, nouzovým situacím a selhání zařízení. Abychom se ochránili před těmito negativními důsledky, je nutné pochopit, co je aktivní reaktivní a zdánlivá síla.

Stanovení výkonu

Výkon, který je skutečně spotřebován nebo použit v obvodu střídavého proudu, se nazývá činný výkon, v kW nebo MW. Výkon, který neustále mění směr a pohybuje se, a to jak ve směru obvodu, tak i sám na sebe, se nazývá reaktivní, v kilovoltech (kVAR) nebo MVAR.

Je zřejmé, že energie je spotřebována pouze s odporem. Čistý induktor a čistý kondenzátor ho nespotřebovávají.

V čistě odporovém obvodu je proud ve fázi s přiloženým napětím, zatímco v čistě indukčním a kapacitní obvod, proud je posunut o 90 stupňů: pokud je k síti připojena indukční zátěž, ztrácí napětí o 90 stupňů stupně. Když je připojena kapacitní zátěž, proud se posune o 90 stupňů v opačném směru.

instagram viewer

V prvním případě vzniká činný výkon a ve druhém jalový výkon.

Silový trojúhelník

Zdánlivý výkon je vektorový součet činného a jalového výkonu. Plnohodnotné prvky:

• Aktivní, P.
• Reaktivní, Q.
• Kompletní, S.

Jalový výkon nefunguje, je znázorněn jako pomyslná osa vektorového diagramu. Aktivní výkon funguje a je skutečnou stranou trojúhelníku. Z tohoto principu rozkladu výkonu je zřejmé, v čem se měří činný výkon. Jednotkou pro všechny typy výkonu je watt (W), ale toto označení je obvykle přiřazeno aktivní složce. Zdánlivý výkon se konvenčně vyjadřuje ve VA.

Jednotka pro složku Q je vyjádřena jako var, což odpovídá jalovému voltampéru. Nepřenáší žádnou čistou energii do zátěže, plní však důležitou funkci v elektrických sítích. Matematický vztah mezi nimi může být reprezentován vektory nebo vyjádřen pomocí komplexních čísel, S = P + j Q (kde j je imaginární jednotka).

Výpočet energie a výkonu

Průměrný výkon P ve wattech (W) se rovná energii spotřebované E v joulech (J) dělené periodou t v sekundách (sekundách): P (W) = E (J) / A t (s).

Když jsou proud a napětí fázově posunuty o 180 stupňů, PF je záporné, zátěž dodává energii zdroj (příkladem může být dům se střešními solárními panely, které dodávají energii napájecí systém). Příklad:

• P je 700W a fázový úhel je 45,6;
• PF je cos (45, 6) = 0,700. Potom S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 V⋅A.

Poměr činného a zdánlivého výkonu se nazývá účiník (PF).. U dvou systémů přenášejících stejné množství odporové zátěže bude mít systém s nižším PF vyšší cirkulační proudy kvůli zpětné elektřině. Tyto vysoké proudy vytvářejí vysoké ztráty a snižují celkovou účinnost přenosu. Obvod s nižším PF bude mít vyšší celkovou zátěž a vyšší ztráty při stejné velikosti odporové zátěže. PF = 1, 0 při fázovém proudu. Je nulový, když proud předbíhá nebo zpožďuje napětí o 90 stupňů.

Například PF = 0,68 znamená, že pouze 68 procent z celkového dodávaného proudu skutečně pracuje, zbývajících 32 procent je jalových. Poskytovatelé veřejných služeb neúčtují spotřebitelům jejich ztráty na tryskách. Pokud však u zdroje zatížení klienta existuje neefektivita, která způsobí, že PF klesne pod určitou úroveň, veřejné služby služby mohou zákazníkům účtovat poplatky za zvýšení spotřeby paliva v elektrárnách a snížení výkonu linky sítí.

Full S charakteristiky

Vzorec pro zdánlivý výkon závisí na činném a jalovém výkonu a je reprezentován jako energetický trojúhelník (Pythagorova věta). S = (Q 2 + P 2) 1/2, kde:

• S = plný (měřeno v kilovoltampérech, kVA);
• Q = reaktivní (reaktivita v kilovoltech, kVAR);
• P = aktivní (kilowatt, kW).

Měří se ve voltampérech (VA) a závisí na napětí vynásobeném celkovým příchozím proudem. Toto je vektorový součet složek P a Q, který vám říká, jak zjistit celkovou mohutnost. Jednofázová síť: PROTI (V) = já (A) x R (Ω).

P (W) = PROTI (V) x já (A) = PROTI ² (V) / R (Ω) = já ² (A) x R (Ω).

Třífázová síť:

Napětí V ve voltech (V) je ekvivalentní proudu I v ampérech (A) krát impedance Z v ohmech (Ω):

PROTI (V) = já (A) x Z (Ω) = (|já| X |Z |) ∠ ( θjá + θZ ).

S (VA) = PROTI (V) x já (A) = (|PROTI| X |já |) ∠ ( θPROTI — θjá ).

Aktivní P

Toto je výkon, který se používá k provozu, jeho aktivní část, měřená ve wattech, je síla spotřebovaná elektrickým odporem systému. P (W) = PROTI (V) x já (A) x cos φ

Reaktivní Q

Nepoužívá se pro vytváření sítí. Q se měří ve voltampérech (VAR). Zvýšení těchto hodnot vede ke snížení účiníku (PF). Q (VAR) = PROTI (V) x já (A) x hřích φ.

Faktor účinnosti sítě

PF je určeno velikostmi P a S, počítá se podle Pythagorovy věty. Uvažuje se kosinus úhlu mezi napětím a proudem (nesinusový úhel), fázový diagram napětí nebo proudu z energetického trojúhelníku. Koeficient PF se rovná absolutní hodnotě kosinu komplexního energetického fázového úhlu (φ): PF = | cosφ | Účinnost elektrizační soustavy závisí na koeficientu PF a je nutné jej zvýšit pro zvýšení efektivity využití v elektrizační soustavě.

Kapacitní a indukční zátěže

Energie uložená v elektrických a magnetických polích při zatížení, jako je například motor nebo kondenzátor, způsobuje odchylku mezi napětím a proudem. Jak proud protéká kondenzátorem, nahromadění náboje způsobí, že se na něm vytvoří opačné napětí. Toto napětí se zvyšuje na určité maximum, diktované strukturou kondenzátoru. V síti se střídavým proudem se napětí na kondenzátoru neustále mění. O kondenzátorech se říká, že jsou zdrojem reaktivních ztrát a způsobují tak vedoucí PF.

Indukční stroje patří mezi nejběžnější typy zátěží v energetickém systému. Tyto stroje používají induktory nebo velké cívky drátu k ukládání energie ve formě magnetického pole. Při prvním průchodu napětí cívkou induktor silně odolává této změně proudu a magnetického pole, což vytváří časové zpoždění s maximální hodnotou. To vede k tomu, že proud ve fázi zaostává za napětím.

Induktory absorbují Q, a proto způsobují zpoždění PF. Indukční generátory mohou dodávat nebo absorbovat Q a poskytovat měření Q a řízení napětí operátorům systému. Vzhledem k tomu, že tato zařízení mají opačný účinek na fázový úhel mezi napětím a proudem, lze je použít ke vzájemnému zrušení účinků. To má obvykle formu kondenzátorových bank používaných k potlačení zpožděných PF způsobených indukčními motory.

Tlumení jalového vlivu v energetických sítích

Aktivní jalový a zdánlivý výkon určuje PF jako hlavní faktor pro posouzení účinnosti využití elektřiny v energetické síti. Pokud je PF vysoký, pak lze říci, že elektřina je v elektrizační soustavě využívána efektivněji. Jak je PF špatný nebo klesá, energetická účinnost energetického systému klesá. Nízký PF nebo jeho pokles je způsoben různými důvody. Pro zvýšení PF existují speciální korekční metody.

Použití kondenzátorů je nejlepší a nejúčinnější způsob, jak zlepšit efektivitu sítě. Technika známá jako reaktivní kompenzace se používá ke snížení zdánlivého toku výkonu do zátěže snížením reaktivních ztrát. Například pro kompenzaci indukční zátěže je v blízkosti samotné zátěže instalován bočníkový kondenzátor. To umožňuje kondenzátoru spotřebovat všechny Q a nepřenášet je přes přenosová vedení.

Tato praxe šetří energii, protože snižuje množství energie potřebné k vykonání stejného množství práce. Navíc umožňuje efektivnější použití návrhů přenosových linek méně vodičů nebo méně vodičů s konektory a optimalizovat konstrukci přenosu věže.

Pro udržení napětí v optimálním rozsahu a zabránění jevu nestability, na optimálních místech v celé síti jsou instalovány napájecí systémy, různá zařízení pro fázové řízení a různé způsoby reaktivity řízení.

Navrhovaný systém rozděluje tradiční metodu na řízení napětí a Q:

• regulace napětí pro regulaci napětí sekundární sběrnice rozvoden;
• Q regulace pro regulaci primárního napětí sběrnice.

V tomto systému jsou v rozvodnách instalovány dva typy zařízení pro interakci řízení napětí a Q řízení.

Řízení napětí a jalového výkonu

Jedná se o dva aspekty stejného dopadu, které zachovávají spolehlivost a usnadňují obchodní transakce v přenosových sítích. V napájecím systému se střídavým proudem (AC) je napětí řízeno řízením produkce a absorpce Q. Existují tři důvody, proč je tento druh kontroly potřebný:

1. Zařízení energetického systému je navrženo tak, aby fungovalo v rozsahu napětí, typicky ± 5 % jmenovitého napětí. Při nízkém napětí zařízení funguje špatně, žárovky poskytují méně osvětlení, asynchronní motory se mohou přehřát a poškodit a některá elektronická zařízení nebudou fungovat obvykle. Vysoké napětí může poškodit zařízení a zkrátit jeho životnost.
2. Q spotřebovává přenosové a generační zdroje. Aby se maximalizoval skutečný výkon, který lze přenášet přes přetížené přenosové rozhraní, musí být toky Q minimalizovány. Podobně může produkce Q omezit skutečný výkon generátoru.
3. Motivační reaktivita v přenosové síti způsobuje skutečné ztráty výkonu. Pro kompenzaci těchto ztrát je třeba kompenzovat výkon a energii.

Přenosový systém je nelineární spotřebitel Q v závislosti na zatížení systému. Při velmi nízkém zatížení systém generuje Q, který má být absorbován, a při velkém zatížení systém odebírá velké množství Q, které je nutné vyměnit. Požadavky na systém Q také závisí na konfiguraci generování a přenosu. V důsledku toho se požadavky na reaktivitu systému v průběhu času mění s tím, jak se mění úrovně zátěže a zátěže a vzorce generování.

Provoz systému má tři cíle pro řízení Q a napětí:

1. Musí udržovat dostatečné napětí v celé přenosové a distribuční soustavě pro aktuální i nepředvídané stavy.
2. Zajistěte, aby bylo minimalizováno přetížení skutečných energetických toků.
3. Snažte se minimalizovat skutečné ztráty energie.

Objemový energetický systém se skládá z mnoha částí zařízení, z nichž každé může být vadné. Systém je tedy navržen tak, aby vydržel selhání jednotlivých zařízení a zároveň pokračoval v provozu v nejlepším zájmu spotřebitelů. To je důvod, proč elektrický systém vyžaduje skutečné výkonové rezervy, aby mohl reagovat na nepředvídané události a udržovat Q rezervy.