Moc czynna, bierna i pozorna: wzór, pomiar, sposób pomiaru wskaźników

Moc jest ważnym czynnikiem w ocenie wydajności urządzeń elektrycznych w sieci energetycznej. Stosowanie jej wartości granicznych może prowadzić do przeciążeń sieci, sytuacji awaryjnych i awarii sprzętu. Aby uchronić się przed tymi negatywnymi konsekwencjami, konieczne jest zrozumienie, czym jest moc czynna bierna i pozorna.

Wyznaczanie mocy

Moc faktycznie zużywana lub wykorzystywana w obwodzie prądu przemiennego nazywana jest mocą czynną w kW lub MW. Moc, która stale zmienia kierunek i porusza się, zarówno w kierunku obwodu, jak i reaguje na siebie, nazywana jest reaktywną, w kilowoltach (kVAR) lub MVAR.

Oczywiście moc pobierana jest tylko z oporem. Czysta cewka indukcyjna i czysty kondensator nie zużywają go.

W czystym obwodzie rezystancyjnym prąd jest w fazie z przyłożonym napięciem, podczas gdy w czystym indukcyjnym i obwód pojemnościowy, prąd jest przesunięty o 90 stopni: jeśli obciążenie indukcyjne jest podłączone do sieci, traci napięcie o 90 stopnie. Po podłączeniu obciążenia pojemnościowego prąd jest przesuwany o 90 stopni w przeciwnym kierunku.

instagram viewer

W pierwszym przypadku powstaje moc czynna, aw drugim moc bierna.

Trójkąt mocy

Moc pozorna to suma wektorowa mocy czynnej i biernej. Elementy pełnej mocy:

• Aktywny, P.
• Reaktywne, Q.
• Kompletny, S.

Moc bierna nie działa, jest reprezentowana jako urojona oś diagramu wektorowego. Moc czynna działa i jest prawdziwą stroną trójkąta. Z tej zasady rozkładu mocy jasno wynika, jaka jest mierzona moc czynna. Jednostką dla wszystkich rodzajów mocy jest wat (W), ale to oznaczenie jest zwykle przypisywane do składnika aktywnego. Moc pozorna jest umownie wyrażona w VA.

Jednostka dla składnika Q jest wyrażona jako var, co odpowiada reaktywnemu woltamperowi. Nie przekazuje do obciążenia czystej energii, jednak pełni ważną funkcję w sieciach elektrycznych. Matematyczną zależność między nimi można przedstawić za pomocą wektorów lub wyrazić za pomocą liczb zespolonych, S = P + j Q (gdzie j jest jednostką urojoną).

Obliczanie energii i mocy

Średnia moc P w watach (W) jest równa energii zużytej przez E w dżulach (J) podzielonej przez okres t w sekundach (sekundach): P (W) = mi (J) / T (s).

Gdy prąd i napięcie są przesunięte w fazie o 180 stopni, PF jest ujemny, obciążenie dostarcza moc do źródła (przykładem może być dom z panelami słonecznymi na dachu, które dostarczają energię do system zasilania). Przykład:

• P wynosi 700 W, a kąt fazowy 45,6;
• PF to cos (45, 6) = 0,700. Wtedy S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 V⋅A.

Stosunek mocy czynnej do pozornej nazywany jest współczynnikiem mocy (PF). W przypadku dwóch systemów o takim samym obciążeniu rezystancyjnym, system o niższym współczynniku mocy będzie miał wyższe prądy krążące ze względu na zwrot energii elektrycznej. Te wysokie prądy powodują duże straty i zmniejszają ogólną wydajność transmisji. Obwód o niższym współczynniku mocy będzie miał wyższe całkowite obciążenie i wyższe straty przy tej samej wartości obciążenia rezystancyjnego. PF = 1, 0, gdy występuje prąd fazowy. Jest zero, gdy prąd prowadzi lub opóźnia napięcie o 90 stopni.

Na przykład PF = 0,68 oznacza, że ​​tylko 68 procent całkowitego dostarczonego prądu faktycznie działa, a pozostałe 32 procent jest reaktywne. Dostawcy usług użyteczności publicznej nie pobierają od konsumentów opłat za straty w odrzutowcach. Jeśli jednak występuje nieefektywność u źródła obciążenia klienta, która powoduje spadek PF poniżej pewnego poziomu, narzędzia usługi mogą pobierać od klientów opłaty za pokrycie wzrostu zużycia paliwa w elektrowniach i pogorszenia wydajności linii sieci.

Pełna charakterystyka S

Wzór na moc pozorną zależy od mocy czynnej i biernej i jest przedstawiany jako trójkąt energetyczny (twierdzenie Pitagorasa). S = (Q 2 + P 2) 1/2, gdzie:

• S = pełny (mierzony w kilowoltoamperach, kVA);
• Q = reaktywny (reaktywność w kilowoltach, kVAR);
• P = aktywny (kilowat, kW).

Jest mierzony w woltoamperach (VA) i zależy od napięcia pomnożonego przez całkowity prąd wejściowy. Jest to suma wektorowa składowych P i Q, która mówi, jak znaleźć całkowitą kardynalność. Sieć jednofazowa: 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).

Sieć trójfazowa:

Napięcie V w woltach (V) jest równoważne prądowi I w amperach (A) razy impedancja Z w omach (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 ).

Aktywny P

To jest moc, która jest używana do działania, jego aktywna część, mierzona w watach, to siła zużywana przez opór elektryczny systemu. P (W) = V (V) x i (A) x cos φ

Reaktywne Q

Nie jest używany do pracy w sieci. Q jest mierzone w woltoamperach (VAR). Wzrost tych wartości prowadzi do spadku współczynnika mocy (PF). Q (WARIANCJA) = V (V) x i (A) x grzech φ.

Współczynnik wydajności sieci

PF jest określany przez rozmiary P i S, jest obliczany przez twierdzenie Pitagorasa. Rozpatrywany jest cosinus kąta między napięciem a prądem (kąt niesinusoidalny), wykres fazowy napięcia lub prądu z trójkąta energetycznego. Współczynnik PF jest równy wartości bezwzględnej cosinusa kąta fazowego energii zespolonej (φ): PF = | sałataφ | Sprawność systemu elektroenergetycznego zależy od współczynnika PF i konieczne jest jego zwiększenie w celu zwiększenia efektywności użytkowania w systemie elektroenergetycznym.

Obciążenia pojemnościowe i indukcyjne

Energia zmagazynowana w polach elektrycznych i magnetycznych w warunkach obciążenia, na przykład z silnika lub kondensatora, powoduje odchylenie między napięciem a prądem. Gdy prąd przepływa przez kondensator, nagromadzenie ładunku powoduje powstanie na nim przeciwnego napięcia. To napięcie wzrasta do pewnego maksimum, podyktowanego strukturą kondensatora. W sieci z prądem przemiennym napięcie na kondensatorze stale się zmienia. Mówi się, że kondensatory są źródłem strat reaktywnych, a tym samym powodują wiodący PF.

Maszyny indukcyjne należą do najczęstszych rodzajów obciążeń w systemie elektroenergetycznym. Maszyny te wykorzystują cewki indukcyjne lub duże zwoje drutu do przechowywania energii w postaci pola magnetycznego. Kiedy napięcie po raz pierwszy przechodzi przez cewkę, cewka indukcyjna silnie opiera się tej zmianie prądu i pola magnetycznego, co powoduje opóźnienie czasowe o maksymalnej wartości. Prowadzi to do tego, że prąd pozostaje w tyle za napięciem w fazie.

Induktory pochłaniają Q i dlatego powodują opóźnione PF. Generatory indukcyjne mogą dostarczać lub absorbować Q oraz zapewniać pomiar Q i kontroli napięcia operatorom systemu. Ponieważ urządzenia te mają odwrotny wpływ na kąt fazowy między napięciem a prądem, można ich używać do wzajemnego znoszenia efektów. Zwykle przybiera to formę baterii kondensatorów używanych do przeciwdziałania opóźnionym PF powodowanym przez silniki indukcyjne.

Tłumienie wpływu biernego w sieciach elektroenergetycznych

Moc czynna bierna i pozorna określa PF jako główny czynnik oceny efektywności wykorzystania energii elektrycznej w sieci elektroenergetycznej. Jeśli współczynnik mocy jest wysoki, można powiedzieć, że energia elektryczna jest wykorzystywana bardziej efektywnie w systemie elektroenergetycznym. Gdy PF jest zły lub maleje, zmniejsza się sprawność energetyczna systemu elektroenergetycznego. Niski PF lub jego spadek wynika z różnych przyczyn. Istnieją specjalne metody korekcji zwiększające PF.

Zastosowanie kondensatorów to najlepszy i najskuteczniejszy sposób na poprawę wydajności sieci. Technika znana jako kompensacja bierna służy do zmniejszenia pozornego przepływu mocy do obciążenia poprzez zmniejszenie strat biernych. Na przykład, aby skompensować obciążenie indukcyjne, kondensator bocznikowy jest instalowany blisko samego obciążenia. Dzięki temu kondensator może zużywać całe Q i nie przesyłać ich przez linie transmisyjne.

Ta praktyka oszczędza energię, ponieważ zmniejsza ilość energii potrzebną do wykonania tej samej pracy. Ponadto pozwala na bardziej wydajne projektowanie linii przesyłowych przy użyciu mniej przewodów lub mniej przewodów ze złączami i optymalizacja projektu transmisji wieże.

Aby utrzymać napięcie w optymalnym zakresie i zapobiegać zjawiskom niestabilności, w optymalnych lokalizacjach w całej sieci systemy elektroenergetyczne, różne urządzenia do sterowania fazami i różne metody bierne kierownictwo.

Proponowany system dzieli tradycyjną metodę na sterowanie napięciowe i Q:

• kontrola napięcia w celu regulacji napięcia wtórnej szyny podstacji;
• Regulacja Q do regulacji napięcia magistrali pierwotnej.

W systemie tym w podstacjach zainstalowane są dwa rodzaje urządzeń do współdziałania sterowania napięciem i sterowania Q.

Kontrola napięcia i mocy biernej

Są to dwa aspekty tego samego oddziaływania, które utrzymują niezawodność i ułatwiają transakcje handlowe w sieciach przesyłowych. W systemie zasilania prądem przemiennym (AC) napięcie jest kontrolowane poprzez kontrolowanie produkcji i absorpcji Q. Istnieją trzy powody, dla których ten rodzaj kontroli jest potrzebny:

1. Sprzęt systemu elektroenergetycznego jest zaprojektowany do pracy w zakresie napięcia, zwykle ± 5% napięcia znamionowego. Przy niskim napięciu sprzęt działa słabo, żarówki dają słabsze oświetlenie, asynchroniczne silniki mogą się przegrzać i ulec uszkodzeniu, a niektóre urządzenia elektroniczne nie będą działać ogólnie. Wysokie napięcia mogą uszkodzić sprzęt i skrócić jego żywotność.
2. Q zużywa zasoby transmisji i wytwarzania. Aby zmaksymalizować rzeczywistą moc, która może być przesyłana przez przeciążony interfejs nadawczy, przepływy Q muszą być zminimalizowane. Podobnie wytwarzanie Q może ograniczyć rzeczywistą moc generatora.
3. Reaktywność motywacyjna w sieci przesyłowej powoduje realne straty mocy. Aby zrekompensować te straty, należy skompensować moc i energię.

System przesyłowy jest odbiorcą nieliniowym Q w zależności od obciążenia systemu. Przy bardzo niskim obciążeniu system generuje Q do wchłonięcia, a przy dużym obciążeniu system pobiera dużą ilość Q, które należy wymienić. Wymagania Systemu Q zależą również od konfiguracji generacji i transmisji. W konsekwencji wymagania dotyczące reaktywności systemu zmieniają się w czasie, gdy zmieniają się poziomy obciążenia oraz wzorce obciążenia i generowania.

Działanie systemu ma trzy cele kontrolowania Q i napięć:

1. Musi utrzymywać wystarczające napięcie w całym systemie przesyłowym i dystrybucyjnym, zarówno w bieżących, jak i nieprzewidzianych warunkach.
2. Upewnij się, że przeciążenie rzeczywistych przepływów energii jest zminimalizowane.
3. Staraj się minimalizować rzeczywiste straty mocy.

Wolumetryczny system energetyczny składa się z wielu elementów wyposażenia, z których każdy może być uszkodzony. W ten sposób system został zaprojektowany tak, aby wytrzymać awarię poszczególnych urządzeń, a jednocześnie nadal działać w najlepszym interesie konsumentów. Dlatego system elektryczny wymaga realnych rezerw mocy, aby reagować na nieprzewidziane okoliczności i utrzymywać rezerwy Q.