Wirk-, Blind- und Scheinleistung: Formel, Messung, wie die Indikatoren gemessen werden

Die Leistung ist ein wichtiger Faktor bei der Bewertung der Leistung elektrischer Geräte in einem Stromnetz. Die Verwendung seiner Grenzwerte kann zu Netzüberlastungen, Notfallsituationen und Geräteausfällen führen. Um sich vor diesen negativen Folgen zu schützen, ist es notwendig zu verstehen, was aktive Blind- und Scheinleistung ist.

Leistungsbestimmung

Die tatsächlich im Wechselstromkreis verbrauchte bzw. verbrauchte Leistung wird als Wirkleistung in kW oder MW bezeichnet. Leistung, die ständig die Richtung ändert und sich sowohl in Richtung des Stromkreises als auch auf sich selbst bewegt, wird als reaktiv bezeichnet, in Kilovolt (kVAR) oder MVAR.

Strom wird natürlich nur mit Widerstand verbraucht. Ein sauberer Induktor und ein sauberer Kondensator verbrauchen es nicht.

In einer reinen Widerstandsschaltung ist der Strom in Phase mit der angelegten Spannung, während in einer rein induktiven und kapazitive Schaltung, der Strom wird um 90 Grad verschoben: Wenn eine induktive Last an das Netz angeschlossen wird, verliert sie um 90. Spannung Grad. Beim Anschluss einer kapazitiven Last wird der Strom um 90 Grad in die entgegengesetzte Richtung verschoben.

Im ersten Fall wird Wirkleistung erzeugt und im zweiten Fall Blindleistung.

Machtdreieck

Scheinleistung ist die Vektorsumme aus Wirk- und Blindleistung. Volle Power-Elemente:

• Aktiv, P.
• Reaktiv, Q.
• Vollständig, s.

Blindleistung funktioniert nicht, sie wird als imaginäre Achse eines Vektordiagramms dargestellt. Wirkleistung funktioniert und ist die wahre Seite des Dreiecks. Aus diesem Prinzip der Leistungszerlegung geht klar hervor, woran die Wirkleistung gemessen wird. Die Einheit für alle Leistungsarten ist Watt (W), diese Bezeichnung wird jedoch meist der aktiven Komponente zugeordnet. Die Scheinleistung wird herkömmlicherweise in VA ausgedrückt.

Die Einheit für die Q-Komponente wird als var ausgedrückt, was Blindvoltampere entspricht. Es überträgt keine saubere Energie an den Verbraucher, erfüllt jedoch eine wichtige Funktion in elektrischen Netzen. Die mathematische Beziehung zwischen ihnen kann durch Vektoren dargestellt oder durch komplexe Zahlen ausgedrückt werden, S = P + j Q (wobei j die imaginäre Einheit ist).

Berechnung von Energie und Leistung

Die durchschnittliche Leistung P in Watt (W) ist gleich der von E verbrauchten Energie in Joule (J) geteilt durch die Periode t in Sekunden (Sekunden): P (W) = E (J) / Δ T (S).

Wenn Strom und Spannung um 180 Grad phasenverschoben sind, ist PF negativ, die Last liefert Strom an Quelle (ein Beispiel wäre ein Haus mit Sonnenkollektoren auf dem Dach, die Strom liefern Stromversorgungssystem). Beispiel:

• P beträgt 700 W und der Phasenwinkel beträgt 45,6;
• PF ist cos (45, 6) = 0,700. Dann S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 V⋅A.

Das Verhältnis von Wirk- zu Scheinleistung wird Leistungsfaktor (PF) genannt.. Bei zwei Systemen mit der gleichen ohmschen Last weist das System mit dem niedrigeren PF aufgrund der zurückgespeisten Elektrizität höhere Kreisströme auf. Diese hohen Ströme erzeugen hohe Verluste und verringern die Gesamtübertragungseffizienz. Eine Schaltung mit einem niedrigeren PF hat eine höhere Gesamtlast und höhere Verluste bei gleicher ohmscher Last. PF = 1, 0 bei Phasenstrom. Er ist Null, wenn der Strom der Spannung um 90 Grad vor- oder nacheilt.

PF = 0,68 bedeutet beispielsweise, dass nur 68 Prozent des gesamten zugeführten Stroms tatsächlich Arbeit verrichten, die restlichen 32 Prozent sind reaktiv. Energieversorger berechnen den Verbrauchern keine Gebühren für ihre Jet-Verluste. Wenn jedoch an der Quelle der Last des Clients eine Ineffizienz auftritt, die dazu führt, dass der PF unter ein bestimmtes Niveau fällt, werden die Versorgungsunternehmen Dienstleistungen können den Kunden in Rechnung stellen, um den Anstieg des Brennstoffverbrauchs in Kraftwerken und die Verschlechterung der Leitungsleistung zu decken Netzwerke.

Volle S-Eigenschaften

Die Formel für die Scheinleistung hängt von der Wirk- und Blindleistung ab und wird als Energiedreieck (Satz des Pythagoras) dargestellt. S = (Q 2 + P 2) 1/2, wobei:

• S = voll (gemessen in Kilovoltampere, kVA);
• Q = reaktiv (Reaktivität in Kilovolt, kVAR);
• P = aktiv (Kilowatt, kW).

Sie wird in Volt-Ampere (VA) gemessen und hängt von der Spannung multipliziert mit dem gesamten Eingangsstrom ab. Dies ist die Vektorsumme der P- und Q-Komponenten, die Ihnen sagt, wie Sie die Gesamtkardinalität finden. Einphasennetz: V (V) = ich (A) x R (Ω).

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

Dreiphasennetz:

Die Spannung V in Volt (V) entspricht dem Strom I in Ampere (A) mal der Impedanz Z in Ohm (Ω):

V (V) = ich (A) x Z (Ω) = (|ich| x |Z |) ∠ ( θich + θZ ).

S (VA) = V (V) x ich (A) = (|V| x |ich |) ∠ ( θV — θich ).

Aktives P

Dies ist die Kraft, die zum Betrieb verwendet wird, sein aktiver Teil, gemessen in Watt, ist die Kraft, die der elektrische Widerstand des Systems aufnimmt. P (W) = V (V) x ich (A) x cos φ

Reaktives Q

Es wird nicht für die Vernetzung verwendet. Q wird in Volt-Ampere (VAR) gemessen. Eine Erhöhung dieser Werte führt zu einer Verringerung des Leistungsfaktors (PF). Q (VAR) = V (V) x ich (A) x sin φ.

Netzeffizienzfaktor

PF wird durch die Größen von P und S bestimmt und nach dem Satz des Pythagoras berechnet. Der Kosinus des Winkels zwischen Spannung und Strom (nicht-sinusförmiger Winkel), das Phasendiagramm der Spannung oder des Stroms aus dem Energiedreieck werden berücksichtigt. Der PF-Koeffizient ist gleich dem Absolutwert des Kosinus des komplexen Energiephasenwinkels (φ): PF = | cosφ | Die Effizienz des Energiesystems hängt vom PF-Koeffizienten ab und muss erhöht werden, um die Effizienz der Nutzung im Energiesystem zu erhöhen.

Kapazitive und induktive Lasten

Die gespeicherte Energie in elektrischen und magnetischen Feldern unter Lastbedingungen, beispielsweise von einem Motor oder Kondensator, verursacht eine Vorspannung zwischen Spannung und Strom. Wenn Strom durch den Kondensator fließt, führt der Ladungsaufbau dazu, dass sich die entgegengesetzte Spannung an ihm entwickelt. Diese Spannung steigt bis zu einem bestimmten Maximum an, das durch die Struktur des Kondensators vorgegeben ist. In einem Netz mit Wechselstrom ändert sich die Spannung am Kondensator ständig. Kondensatoren gelten als Quelle für reaktive Verluste und verursachen daher einen führenden PF.

Induktionsmaschinen gehören zu den gängigsten Lastarten im Stromnetz. Diese Maschinen verwenden Induktoren oder große Drahtspulen, um Energie in Form eines Magnetfelds zu speichern. Wenn die Spannung zum ersten Mal durch die Spule fließt, widersetzt sich die Induktivität dieser Änderung des Stroms und des Magnetfelds stark, was eine Zeitverzögerung mit einem maximalen Wert erzeugt. Dies führt dazu, dass der Strom der Spannung in Phase nacheilt.

Induktoren absorbieren Q und verursachen daher einen nacheilenden PF. Induktionsgeneratoren können Q liefern oder absorbieren und den Netzbetreibern ein Maß für Q und eine Spannungsregelung liefern. Da diese Geräte den gegenteiligen Effekt auf den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom haben, können sie verwendet werden, um sich gegenseitig zu kompensieren. Dies geschieht normalerweise in Form von Kondensatorbänken, die verwendet werden, um nacheilenden PFs, die durch Induktionsmotoren verursacht werden, entgegenzuwirken.

Dämpfung des Blindeinflusses in Stromnetzen

Wirkblind- und Scheinleistung bestimmen PF als Hauptfaktor für die Bewertung der Effizienz der Stromnutzung im Stromnetz. Wenn der PF hoch ist, kann man sagen, dass Strom im Stromsystem effizienter genutzt wird. Wenn der PF schlecht ist oder abnimmt, nimmt die Leistungseffizienz des Leistungssystems ab. Ein niedriger PF oder eine Abnahme davon hat verschiedene Gründe. Es gibt spezielle Korrekturmethoden, um den PF zu erhöhen.

Die Verwendung von Kondensatoren ist der beste und effektivste Weg, um die Netzwerkeffizienz zu verbessern. Eine als Blindkompensation bekannte Technik wird verwendet, um den Scheinleistungsfluss zu einer Last durch Verringerung der Blindverluste zu reduzieren. Um beispielsweise eine induktive Last zu kompensieren, wird ein Shunt-Kondensator in der Nähe der Last selbst installiert. Dadurch kann der Kondensator das gesamte Q verbrauchen und nicht über die Übertragungsleitungen übertragen.

Diese Praxis spart Energie, weil sie die Energiemenge reduziert, die für die gleiche Arbeit benötigt wird. Darüber hinaus ermöglicht es effizientere Übertragungsleitungsdesigns mit weniger Leiter oder weniger Leiter mit Steckverbindern und optimieren das Übertragungsdesign Türme.

Um die Spannung im optimalen Bereich zu halten und Instabilitätsphänomene an optimalen Stellen im gesamten Netz zu verhindern Stromnetze, verschiedene Geräte zur Phasensteuerung sind installiert und verschiedene Methoden der Blind Verwaltung.

Das vorgeschlagene System unterteilt die traditionelle Methode in Spannungs- und Q-Steuerung:

• Spannungssteuerung zur Regulierung der Spannung des Sekundärbusses von Umspannwerken;
• Q-Regelung zur Regelung der primären Busspannung.

Bei diesem System werden zwei Arten von Geräten in Umspannwerken für das Zusammenspiel von Spannungsregelung und Q-Regelung installiert.

Spannungs- und Blindleistungsregelung

Dies sind zwei Aspekte gleicher Wirkung, die die Zuverlässigkeit aufrechterhalten und kommerzielle Transaktionen in Übertragungsnetzen erleichtern. In einem Wechselstromnetz (AC) wird die Spannung durch Steuerung der Produktion und Absorption von Q gesteuert. Es gibt drei Gründe, warum diese Art der Kontrolle erforderlich ist:

1. Stromversorgungssystemgeräte sind für den Betrieb in einem Spannungsbereich von typischerweise ± 5 % der Nennspannung ausgelegt. Bei niedriger Spannung funktioniert das Gerät schlecht, Glühbirnen bieten weniger Beleuchtung, asynchron Motoren können überhitzen und beschädigt werden, und einige elektronische Geräte funktionieren nicht allgemein. Hohe Spannungen können das Gerät beschädigen und seine Lebensdauer verkürzen.
2. Q verbraucht Übertragungs- und Erzeugungsressourcen. Um die Wirkleistung zu maximieren, die über die überlastete Sendeschnittstelle übertragen werden kann, müssen Q-Flüsse minimiert werden. Ebenso kann die Erzeugung von Q die tatsächliche Leistung des Generators begrenzen.
3. Durch die motorische Reaktivität im Übertragungsnetz entstehen reale Leistungsverluste. Um diese Verluste auszugleichen, müssen Leistung und Energie ausgeglichen werden.

Das Übertragungssystem ist ein nichtlinearer Verbraucher Q in Abhängigkeit von der Systembelastung. Bei sehr geringer Last erzeugt das System Q, das absorbiert wird, und bei hoher Last zieht das System eine große Menge Q, die ersetzt werden muss. Die System-Q-Anforderungen hängen auch von der Erzeugungs- und Übertragungskonfiguration ab. Folglich ändern sich die reaktiven Anforderungen des Systems im Laufe der Zeit, wenn sich Lastniveaus und Last- und Erzeugungsmuster ändern.

Der Systembetrieb hat drei Ziele zur Steuerung von Q und Spannungen:

1. Es muss eine ausreichende Spannung im gesamten Übertragungs- und Verteilungssystem sowohl für aktuelle als auch für unvorhergesehene Bedingungen aufrechterhalten.
2. Sorgen Sie dafür, dass die Überlastung der realen Energieflüsse minimiert wird.
3. Bemühen Sie sich, die realen Leistungsverluste zu minimieren.

Ein volumetrisches Energiesystem besteht aus vielen Geräten, von denen jedes defekt sein kann. Somit ist das System so ausgelegt, dass es dem Ausfall einzelner Geräte standhält und gleichzeitig im besten Interesse der Verbraucher weiterarbeitet. Deshalb benötigt das Bordnetz reale Leistungsreserven, um auf Eventualitäten reagieren und Q-Reserven vorhalten zu können.