Aktiiv-, reaktiiv- ja näivvõimsus: valem, mõõtmine, kuidas indikaatoreid mõõdetakse

Võimsus on elektrivõrgu elektriseadmete jõudluse hindamisel oluline tegur. Selle piirväärtuste kasutamine võib põhjustada võrgu ülekoormust, hädaolukordi ja seadmete rikkeid. Nende negatiivsete tagajärgede eest kaitsmiseks on vaja mõista, mis on aktiivne reaktiiv- ja näivvõimsus.

Võimu määramine

Toidet, mida vahelduvvooluahelas tegelikult tarbitakse või kasutatakse, nimetatakse aktiivvõimsuseks kW või MW. Pidevalt suunda muutvat ja liikuvat võimsust, nii vooluringi suunas kui ka ise reageerivat, nimetatakse reaktiivseks, kilovoltides (kVAR) või MVAR-iks.

Ilmselgelt kulub voolu ainult takistusega. Puhas induktiivpool ja puhas kondensaator seda ei tarbi.

Puhtal takistuslikul vooluringil on vool rakendatava pingega faasis, puhtas induktiivses ja mahtuvuslik ahel, voolu nihkumine 90 kraadi võrra: kui võrku on ühendatud induktiivne koormus, kaotab see pinge 90 võrra kraadid. Mahtuvusliku koormuse ühendamisel nihutatakse voolu 90 kraadi võrra vastupidises suunas.

instagram viewer

Esimesel juhul luuakse aktiivvõimsus ja teisel juhul reaktiivvõimsus.

Jõukolmnurk

Näivvõimsus on aktiiv- ja reaktiivvõimsuse vektorsumma. Täisvõimsusega elemendid:

• Aktiivne, P.
• Reaktiivne, Q.
• Täielik, S.

Reaktiivvõimsus ei tööta, see on kujutatud vektordiagrammi mõttelise teljena. Aktiivne jõud töötab ja on kolmnurga tegelik külg. Sellest võimsuse lagunemise põhimõttest selgub, milles aktiivvõimsust mõõdetakse. Igat tüüpi võimsuse mõõtühik on vatt (W), kuid see tähistus on tavaliselt määratud aktiivsele komponendile. Näivat võimsust väljendatakse tavapäraselt VA-s.

Q-komponendi ühikut väljendatakse kui var, mis vastab reaktiivsele volt-amprile. See ei kanna koormusele puhast energiat, kuid täidab elektrivõrkudes olulist funktsiooni. Nendevahelist matemaatilist seost saab esitada vektoritega või väljendada kompleksarvude abil, S = P + j Q (kus j on imaginaarühik).

Energia ja võimsuse arvutamine

Keskmine võimsus P vattides (W) võrdub E tarbitud energiaga džaulides (J) jagatuna perioodiga t sekundites (sekundites): P (W) = E (J) / Δ t (s).

Kui vool ja pinge on 180 kraadi faasist väljas, on PF negatiivne, annab koormus toite allikas (näiteks maja, mille katusel asuvad päikesepaneelid, mis toidavad elektrisüsteem). Näide:

• P on 700 W ja faasinurk on 45,6;
• PF on cos (45, 6) = 0,700. Siis S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 V⋅A.

Aktiiv- ja näivvõimsuse suhet nimetatakse võimsusteguriks (PF). Kahe süsteemi puhul, mis kannavad sama suurt takistuslikku koormust, on madalama PF-ga süsteemil suuremad tsirkulatsioonivoolud elektri tagasisaatmise tõttu. Need suured voolud tekitavad suuri kadusid ja vähendavad üldist ülekandetõhusust. Väiksema PF-ga vooluahelal on sama takistusliku koormuse korral suurem kogukoormus ja suuremad kaod. PF = 1, 0, kui faasivool on olemas. See on null, kui vool juhib pinget või jääb pingest maha 90 kraadi võrra.

Näiteks PF = 0,68 ja tähendab, et ainult 68 protsenti kogu tarnitavast voolust töötab tegelikult, ülejäänud 32 protsenti on reaktiivsed. Kommunaalteenuste pakkujad ei nõua tarbijatelt nende lennukikadude eest tasu. Kui aga kliendi koormuse allikas esineb ebaefektiivsust, mille tõttu PF langeb alla teatud taseme, on kommunaalteenused teenused võivad klientidelt nõuda elektrijaama kütusekasutuse suurenemise ja liini jõudluse halvenemise katmist võrgud.

Täielikud S omadused

Näivvõimsuse valem sõltub aktiiv- ja reaktiivvõimsusest ning esitatakse energiakolmnurgana (Pythagorase teoreem). S = (Q 2 + P 2) 1/2, kus:

• S = täis (mõõdetuna kilovolt-amprites, kVA);
• Q = reaktiivne (reaktiivsus kilovoltides, kVAR);
• P = aktiivne (kilovatt, kW).

Seda mõõdetakse volt-amprites (VA) ja see sõltub pingest, mis on korrutatud kogu tarnitud vooluga. See on P ja Q komponentide vektorsumma, mis ütleb teile, kuidas leida kogu kardinaalsus. Ühefaasiline võrk: V (V) = I (A) x R (Ω).

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

Kolmefaasiline võrk:

Pinge V voltides (V) on võrdne vooluga I amprites (A) korrutatuna takistusega Z oomides (Ω):

V (V) = I (A) x Z (Ω) = (|I| x |Z |) ∠ ( θI + θZ ).

S (VA) = V (V) x I (A) = (|V| x |I |) ∠ ( θV — θI ).

Aktiivne P

See on jõud, mida kasutatakse töötamiseks, selle aktiivne osa, mõõdetuna vattides, on jõud, mida kulutab süsteemi elektritakistus. P (W) = V (V) x I (A) x cos φ

Reaktiivne Q

Seda ei kasutata võrgu loomiseks. Q mõõdetakse volt-amprites (VAR). Nende väärtuste suurenemine viib võimsusteguri (PF) vähenemiseni. K (VAR) = V (V) x I (A) x sin φ.

Võrgu tõhususe tegur

PF määratakse P ja S suuruste järgi, see arvutatakse Pythagorase teoreemi järgi. Vaadeldakse pinge ja voolu vahelise nurga koosinust (mittesiinusnurk), energiakolmnurga pinge või voolu faasidiagrammi. PF koefitsient on võrdne kompleksenergia faasinurga koosinuse absoluutväärtusega (φ): PF = | cosφ | Elektrisüsteemi kasutegur sõltub PF koefitsiendist ja seda on vaja tõsta, et tõsta elektrisüsteemis kasutamise efektiivsust.

Mahtuvuslikud ja induktiivsed koormused

Koormustingimustel, näiteks mootorist või kondensaatorist, elektri- ja magnetväljadesse salvestatud energia põhjustab pinge ja voolu vahelise nihke. Kui vool voolab läbi kondensaatori, põhjustab laengu kogunemine selle üle vastupidise pinge. See pinge suureneb teatud maksimumini, mille määrab kondensaatori struktuur. Vahelduvvooluga võrgus muutub kondensaatori pinge pidevalt. Väidetavalt on kondensaatorid reaktiivkao allikad ja põhjustavad seega juhtivat PF-i.

Induktsioonmasinad on üks levinumaid koormustüüpe elektrisüsteemis. Need masinad kasutavad energia salvestamiseks magnetvälja kujul induktiivpooli või suuri traadipooli. Kui pinge esmakordselt mähist läbib, peab induktiivpool tugevalt vastu sellele voolu ja magnetvälja muutusele, mis tekitab maksimaalse väärtusega viivituse. See toob kaasa asjaolu, et vool jääb faasipingest maha.

Induktiivpoolid neelavad Q ja põhjustavad seetõttu mahajäänud PF-i. Induktsioongeneraatorid võivad anda või neelata Q-d ning pakkuda süsteemioperaatoritele Q-d ja pinge juhtimist. Kuna need seadmed avaldavad pinge ja voolu vahelisele faasinurgale vastupidist mõju, saab neid kasutada üksteise mõjude tühistamiseks. Tavaliselt toimub see kondensaatoripankade kujul, mida kasutatakse asünkroonmootorite põhjustatud mahajäänud PF-ide vastu.

Summutav reaktiivne mõju elektrivõrkudes

Aktiivne reaktiiv- ja näivvõimsus määrab PF kui peamise teguri elektrivõrgu elektrikasutuse efektiivsuse hindamisel. Kui PF on kõrge, siis võib öelda, et elektrisüsteemis kasutatakse elektrit tõhusamalt. Kui PF on halb või väheneb, väheneb elektrisüsteemi võimsustõhusus. Madal PF või selle langus on tingitud erinevatest põhjustest. PF suurendamiseks on olemas spetsiaalsed korrigeerimismeetodid.

Kondensaatorite kasutamine on parim ja tõhusaim viis võrgu tõhususe parandamiseks. Reaktiivkompensatsioonina tuntud tehnikat kasutatakse näiva võimsusvoo vähendamiseks koormusele, vähendades reaktiivkadusid. Näiteks induktiivse koormuse kompenseerimiseks paigaldatakse koormuse enda lähedale šundi kondensaator. See võimaldab kondensaatoril tarbida kogu Q ja mitte edastada seda ülekandeliinide kaudu.

See tava säästab energiat, kuna vähendab sama töömahu tegemiseks kuluvat energiat. Lisaks võimaldab see tõhusamalt ülekandeliinide projekte kasutades vähem juhte või vähem konnektoritega juhte ja optimeerida ülekande konstruktsiooni tornid.

Pinge hoidmiseks optimaalses vahemikus ja ebastabiilsusnähtuste vältimiseks optimaalsetes kohtades kogu võrgus toitesüsteemid, erinevad faasijuhtimisseadmed ja erinevad reaktiivmeetodid juhtimine.

Kavandatav süsteem jagab traditsioonilise meetodi pinge ja Q juhtimiseks:

• pinge juhtimine alajaamade sekundaarsiini pinge reguleerimiseks;
• Q-regulatsioon primaarsiini pinge reguleerimiseks.

Selles süsteemis on alajaamadesse paigaldatud kahte tüüpi seadmeid pinge juhtimise ja Q juhtimise koostoimeks.

Pinge ja reaktiivvõimsuse juhtimine

Need on kaks sama mõju aspekti, mis säilitavad töökindluse ja hõlbustavad põhivõrkudes äritehinguid. Vahelduvvoolutoitesüsteemis juhitakse pinget Q tootmise ja neeldumise juhtimisega. Sellist kontrolli on vaja kolmel põhjusel:

1. Toitesüsteemi seadmed on kavandatud töötama pingevahemikus, mis on tavaliselt ± 5% nimipingest. Madalpingel töötavad seadmed halvasti, pirnid valgustavad vähem, asünkroonsed mootorid võivad üle kuumeneda ja kahjustuda ning mõned elektroonikaseadmed ei tööta üldiselt. Kõrgepinge võib seadet kahjustada ja lühendada selle kasutusiga.
2. Q tarbib edastamise ja genereerimise ressursse. Ülekoormatud edastusliidese kaudu edastatava tegeliku võimsuse maksimeerimiseks tuleb Q voogusid minimeerida. Samuti võib Q tootmine piirata generaatori tegelikku võimsust.
3. Motiivreaktiivsus ülekandevõrgus toob kaasa reaalsed võimsuskadud. Nende kadude kompenseerimiseks tuleb võimsus ja energia kompenseerida.

Ülekandesüsteem on mittelineaarne tarbija Q sõltuvalt süsteemi koormusest. Väga väikese koormuse korral genereerib süsteem Q neeldumiseks ja suure koormuse korral tõmbab süsteem suure koguse Q-d, mis tuleb asendada. Süsteemi Q nõuded sõltuvad ka genereerimisest ja ülekande konfiguratsioonist. Järelikult muutuvad süsteemi reaktiivsed nõuded aja jooksul, kui koormustasemed ning koormus- ja genereerimismustrid muutuvad.

Süsteemi tööl on Q ja pinge juhtimiseks kolm eesmärki:

1. See peab säilitama kogu ülekande- ja jaotussüsteemis piisava pinge nii praeguste kui ka ettenägematute tingimuste jaoks.
2. Veenduge, et tegelike energiavoogude ülekoormus oleks minimaalne.
3. Püüdke minimeerida tegelikke võimsuskadusid.

Mahuline energiasüsteem koosneb paljudest seadmetest, millest igaüks võib olla vigane. Seega on süsteem loodud taluma üksikute seadmete rikkeid, jätkates samal ajal töötamist tarbijate parimates huvides. Seetõttu vajab elektrisüsteem ettenägematutele olukordadele reageerimiseks ja Q-reservide säilitamiseks reaalset võimsusreservi.