Potenza attiva, reattiva e apparente: formula, misura, come si misurano gli indicatori

La potenza è un fattore importante nella valutazione delle prestazioni delle apparecchiature elettriche in una rete elettrica. L'uso dei suoi valori limite può portare a sovraccarichi di rete, situazioni di emergenza e guasti alle apparecchiature. Per proteggersi da queste conseguenze negative, è necessario capire cos'è il potere attivo reattivo e apparente.

Determinazione del potere

La potenza effettivamente consumata o utilizzata nel circuito CA è chiamata potenza attiva, in kW o MW. La potenza che cambia continuamente direzione e si muove, sia nella direzione del circuito che reagisce a se stessa, è detta reattiva, in kilovolt (kVAR) o MVAR.

Ovviamente la potenza si consuma solo con la resistenza. Un induttore pulito e un condensatore pulito non lo consumano.

In un circuito resistivo puro la corrente è in fase con la tensione applicata, mentre in un circuito induttivo puro e circuito capacitivo, la corrente viene spostata di 90 gradi: se un carico induttivo è collegato alla rete, perde tensione di 90 gradi. Quando è collegato un carico capacitivo, la corrente viene spostata di 90 gradi nella direzione opposta.

Nel primo caso viene creata potenza attiva e nel secondo potenza reattiva.

triangolo di potenza

La potenza apparente è la somma vettoriale della potenza attiva e reattiva. Elementi a piena potenza:

• Attivo, p.
• Reattivo, Q.
• completo, s.

La potenza reattiva non funziona, è rappresentata come un asse immaginario di un diagramma vettoriale. La potenza attiva funziona ed è il vero lato del triangolo. Da questo principio di scomposizione della potenza, è chiaro in cosa si misura la potenza attiva. L'unità per tutti i tipi di potenza è watt (W), ma questa designazione è solitamente assegnata al componente attivo. La potenza apparente è convenzionalmente espressa in VA.

L'unità della componente Q è espressa come var, che corrisponde al volt-ampere reattivo. Non trasferisce alcuna energia pulita al carico, tuttavia svolge un'importante funzione nelle reti elettriche. La relazione matematica tra di loro può essere rappresentata da vettori o espressa usando numeri complessi, S = P + j Q (dove j è l'unità immaginaria).

Calcolo di energia e potenza

La potenza media P in watt (W) è uguale all'energia consumata da E in joule (J) divisa per il periodo t in secondi (secondi): P (W) = E (J) / T (S).

Quando la corrente e la tensione sono sfasate di 180 gradi, PF è negativo, il carico fornisce alimentazione a fonte (un esempio potrebbe essere una casa con pannelli solari sul tetto che forniscono energia a sistema di alimentazione). Esempio:

• P è 700 W e l'angolo di fase è 45,6;
• PF è cos (45, 6) = 0,700. Quindi S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 V⋅A.

Il rapporto tra potenza attiva e potenza apparente è chiamato fattore di potenza (PF). Per due sistemi che trasportano la stessa quantità di carico resistivo, il sistema con il PF inferiore avrà correnti di circolazione maggiori a causa dell'elettricità che viene restituita. Queste correnti elevate creano perdite elevate e riducono l'efficienza complessiva della trasmissione. Un circuito con un PF inferiore avrà un carico totale maggiore e perdite maggiori a parità di carico resistivo. PF = 1, 0 in presenza di corrente di fase. È zero quando la corrente anticipa o ritarda la tensione di 90 gradi.

Ad esempio, PF = 0,68 significa che solo il 68 percento della corrente totale fornita sta effettivamente lavorando, il restante 32 percento è reattivo. I fornitori di servizi non addebitano ai consumatori le perdite dei loro jet. Tuttavia, se c'è un'inefficienza alla fonte del carico del cliente che fa scendere il PF al di sotto di un certo livello, le utenze i servizi possono addebitare ai clienti la copertura dell'aumento del consumo di carburante della centrale elettrica e del degrado delle prestazioni della linea reti.

Caratteristiche complete S

La formula per la potenza apparente dipende dalla potenza attiva e reattiva ed è rappresentata come un triangolo energetico (teorema di Pitagora). S = (Q 2 + P 2) 1/2, dove:

• S = pieno (misurato in kilovolt-ampere, kVA);
• Q = reattivo (reattività in kilovolt, kVAR);
• P = attivo (kilowatt, kW).

Si misura in volt-ampere (VA) e dipende dalla tensione moltiplicata per la corrente totale in ingresso. Questa è la somma vettoriale delle componenti P e Q, che ti dice come trovare la cardinalità totale. Rete monofase: V (V) = io (Ascia R (Ω).

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

Rete trifase:

La tensione V in volt (V) è equivalente alla corrente I in ampere (A) per l'impedenza Z in ohm (Ω):

V (V) = io (Ascia Z (Ω) = (|io| X |Z |) ∠ ( θio + θZ ).

S (VA) = V (V) x io (A) = (|V| X |io |) ∠ ( θV — θio ).

Attivo P

Questa è la potenza che viene utilizzata per operare, la sua parte attiva, misurata in watt, è la forza consumata dalla resistenza elettrica del sistema. P (W) = V (V) x io (A) x cos φ

Q reattivo

Non è utilizzato per il networking. Q è misurato in volt-ampere (VAR). Un aumento di questi valori porta ad una diminuzione del fattore di potenza (PF). Q (VAR) = V (V) x io (A) x peccato φ.

Fattore di efficienza della rete

PF è determinato dalle dimensioni di P e S, è calcolato dal teorema di Pitagora. Vengono considerati il ​​coseno dell'angolo tra tensione e corrente (angolo non sinusoidale), il diagramma di fase della tensione o della corrente dal triangolo dell'energia. Il coefficiente PF è uguale al valore assoluto del coseno dell'angolo di fase dell'energia complessa (φ): PF = | cosφ | L'efficienza del sistema di alimentazione dipende dal coefficiente PF ed è necessario aumentarlo per aumentare l'efficienza di utilizzo nel sistema di alimentazione.

Carichi capacitivi e induttivi

L'energia immagazzinata nei campi elettrici e magnetici in condizioni di carico, ad esempio da un motore o da un condensatore, provoca una polarizzazione tra tensione e corrente. Quando la corrente scorre attraverso il condensatore, l'accumulo di carica fa sì che la tensione opposta si sviluppi attraverso di esso. Questa tensione aumenta fino a un certo massimo, dettato dalla struttura del condensatore. In una rete con corrente alternata, la tensione ai capi del condensatore cambia costantemente. Si dice che i condensatori siano una fonte di perdita reattiva e quindi causano un PF principale.

Le macchine a induzione sono tra i tipi di carico più comuni nel sistema di alimentazione. Queste macchine utilizzano induttori o grandi bobine di filo per immagazzinare energia sotto forma di campo magnetico. Quando la tensione passa per la prima volta attraverso la bobina, l'induttore resiste fortemente a questo cambiamento di corrente e campo magnetico, che crea un ritardo con un valore massimo. Ciò porta al fatto che la corrente è in ritardo rispetto alla tensione in fase.

Gli induttori assorbono Q e quindi causano PF in ritardo. I generatori a induzione possono fornire o assorbire Q e fornire una misura di Q e il controllo della tensione agli operatori del sistema. Poiché questi dispositivi hanno l'effetto opposto sull'angolo di fase tra tensione e corrente, possono essere utilizzati per annullare gli effetti reciproci. Questo di solito assume la forma di banchi di condensatori utilizzati per contrastare i PF in ritardo causati dai motori a induzione.

Smorzamento dell'influenza reattiva nelle reti elettriche

La potenza attiva reattiva e apparente determina PF come il fattore principale per valutare l'efficienza dell'uso dell'elettricità nella rete elettrica. Se il PF è alto, si può dire che l'elettricità viene utilizzata in modo più efficiente nel sistema di alimentazione. Quando il PF è cattivo o diminuisce, l'efficienza energetica del sistema di alimentazione diminuisce. Un PF basso o una diminuzione di esso è dovuto a vari motivi. Esistono metodi di correzione speciali per aumentare la PF.

L'uso dei condensatori è il modo migliore e più efficace per migliorare l'efficienza della rete. Una tecnica nota come compensazione reattiva viene utilizzata per ridurre il flusso di potenza apparente a un carico riducendo le perdite reattive. Ad esempio, per compensare un carico induttivo, viene installato un condensatore shunt vicino al carico stesso. Ciò consente al condensatore di consumare l'intero Q e di non trasmetterli sulle linee di trasmissione.

Questa pratica consente di risparmiare energia perché riduce la quantità di energia necessaria per svolgere la stessa quantità di lavoro. Inoltre, consente progetti di linee di trasmissione più efficienti utilizzando meno conduttori o meno conduttori con connettori e ottimizzare la progettazione della trasmissione torri.

Per mantenere la tensione nel range ottimale e prevenire fenomeni di instabilità, in posizioni ottimali su tutta la rete sistemi di alimentazione, sono installati vari dispositivi per il controllo di fase e vari metodi di reattività gestione.

Il sistema proposto divide il metodo tradizionale in tensione e controllo Q:

• controllo di tensione per regolare la tensione del bus secondario delle sottostazioni;
• Regolazione Q per la regolazione della tensione del bus primario.

In questo sistema, nelle sottostazioni sono installati due tipi di dispositivi per l'interazione del controllo della tensione e del controllo Q.

Controllo della tensione e della potenza reattiva

Sono due aspetti dello stesso impatto che mantengono l'affidabilità e facilitano le transazioni commerciali sulle reti di trasmissione. In un sistema di alimentazione in corrente alternata (AC), la tensione viene controllata controllando la produzione e l'assorbimento di Q. Ci sono tre ragioni per cui è necessario questo tipo di controllo:

1. Le apparecchiature del sistema di alimentazione sono progettate per funzionare in un intervallo di tensione, in genere ± 5% della tensione nominale. A bassa tensione, l'apparecchiatura funziona male, le lampadine forniscono meno illuminazione, asincrona i motori possono surriscaldarsi e danneggiarsi e alcuni dispositivi elettronici non funzioneranno in genere. Le alte tensioni possono danneggiare l'apparecchiatura e ridurne la durata.
2. Q consuma risorse di trasmissione e generazione. Per massimizzare la potenza reale che può essere trasmessa sull'interfaccia di trasmissione congestionata, i flussi Q devono essere ridotti al minimo. Allo stesso modo, la produzione di Q può limitare la potenza effettiva del generatore.
3. La reattività del motivo nella rete di trasmissione comporta perdite di potenza reali. Per compensare queste perdite, potenza ed energia devono essere compensate.

Il sistema di trasmissione è un consumatore Q non lineare a seconda del carico del sistema. A carico molto basso, il sistema genera Q da assorbire, ea carico pesante, il sistema assorbe una grande quantità di Q, che deve essere sostituita. I requisiti di System Q dipendono anche dalla configurazione di generazione e trasmissione. Di conseguenza, i requisiti reattivi del sistema cambiano nel tempo al variare dei livelli di carico e dei modelli di carico e generazione.

Il funzionamento del sistema ha tre obiettivi per il controllo di Q e tensioni:

1. Deve mantenere una tensione sufficiente in tutto il sistema di trasmissione e distribuzione per condizioni sia attuali che impreviste.
2. Garantire che il sovraccarico dei flussi energetici reali sia ridotto al minimo.
3. Cerca di ridurre al minimo le perdite di potenza reali.

Un sistema energetico volumetrico è costituito da molte apparecchiature, ognuna delle quali può essere difettosa. Pertanto, il sistema è progettato per resistere al guasto delle singole apparecchiature continuando a funzionare nel migliore interesse dei consumatori. Questo è il motivo per cui il sistema elettrico richiede riserve di potenza reali per rispondere alle contingenze e mantenere le riserve Q.