Aktívny, jalový a zdanlivý výkon: vzorec, meranie, ako sa merajú ukazovatele

Výkon je dôležitým faktorom pri posudzovaní výkonu elektrického zariadenia v elektrickej sieti. Použitie jeho limitných hodnôt môže viesť k preťaženiu siete, núdzovým situáciám a poruchám zariadenia. Aby sme sa ochránili pred týmito negatívnymi dôsledkami, je potrebné pochopiť, čo je aktívna reaktívna a zdanlivá sila.

Stanovenie sily

Výkon, ktorý sa skutočne spotrebuje alebo použije v obvode striedavého prúdu, sa nazýva aktívny výkon v kW alebo MW. Výkon, ktorý neustále mení smer a pohybuje sa v smere obvodu a reaguje sám na seba, sa nazýva reaktívny, v kilovoltoch (kVAR) alebo MVAR.

Je zrejmé, že energia sa spotrebúva iba s odporom. Čistý induktor a čistý kondenzátor ho nespotrebúvajú.

V čisto odporovom obvode je prúd vo fáze s aplikovaným napätím, zatiaľ čo v čistom indukčnom a kapacitný obvod, prúd je posunutý o 90 stupňov: ak je k sieti pripojená indukčná záťaž, stratí napätie o 90 stupňov stupňa. Keď je pripojená kapacitná záťaž, prúd sa posunie o 90 stupňov v opačnom smere.

instagram viewer

V prvom prípade vzniká činný výkon a v druhom jalový výkon.

Silový trojuholník

Zdanlivý výkon je vektorový súčet aktívneho a jalového výkonu. Prvky plného výkonu:

• Aktívny, P.
• Reaktívny, Q.
• Kompletné, S.

Jalový výkon nefunguje, je znázornený ako pomyselná os vektorového diagramu. Aktívna sila funguje a je skutočnou stranou trojuholníka. Z tohto princípu rozkladu výkonu je jasné, v čom sa meria činný výkon. Jednotkou pre všetky typy výkonu je watt (W), ale toto označenie sa zvyčajne priraďuje aktívnej súčiastke. Zdanlivý výkon sa konvenčne vyjadruje vo VA.

Jednotka pre zložku Q je vyjadrená ako var, čo zodpovedá jalovému voltampéru. Neprenáša žiadnu čistú energiu do záťaže, plní však dôležitú funkciu v elektrických sieťach. Matematický vzťah medzi nimi môže byť reprezentovaný vektormi alebo vyjadrený pomocou komplexných čísel, S = P + j Q (kde j je imaginárna jednotka).

Výpočet energie a výkonu

Priemerný výkon P vo wattoch (W) sa rovná energii spotrebovanej E v jouloch (J) vydelenej periódou t v sekundách (sekundách): P (W) = E (J) / A t (s).

Keď sú prúd a napätie fázovo posunuté o 180 stupňov, PF je záporné, záťaž dodáva energiu zdroj (príkladom môže byť dom so strešnými solárnymi panelmi, ktoré dodávajú energiu Systém napájania). Príklad:

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

Pomer aktívneho a zdanlivého výkonu sa nazýva účinník (PF).. Pre dva systémy nesúce rovnaké množstvo odporového zaťaženia bude mať systém s nižším PF vyššie cirkulačné prúdy v dôsledku spätného napájania elektriny. Tieto vysoké prúdy vytvárajú vysoké straty a znižujú celkovú účinnosť prenosu. Obvod s nižším PF bude mať vyššie celkové zaťaženie a vyššie straty pri rovnakom množstve odporového zaťaženia. PF = 1, 0 pri fázovom prúde. Je to nula, keď prúd vedie alebo zaostáva za napätím o 90 stupňov.

Napríklad PF = 0,68 a znamená, že iba 68 percent z celkového dodávaného prúdu skutočne vykonáva prácu, zvyšných 32 percent je reaktívnych. Poskytovatelia verejných služieb neúčtujú spotrebiteľom poplatky za straty na lietadlách. Ak sa však pri zdroji zaťaženia klienta vyskytne neefektívnosť, ktorá spôsobí pokles PF pod určitú úroveň, služby môžu účtovať zákazníkom pokrytie zvýšenia spotreby paliva v elektrárňach a zníženia výkonu linky siete.

Full S charakteristika

Vzorec pre zdanlivý výkon závisí od aktívneho a jalového výkonu a je prezentovaný ako energetický trojuholník (Pythagorova veta). S = (Q2 + P2) 1/2, kde:

• S = plný (merané v kilovoltampéroch, kVA);
• Q = reaktívny (reaktivita v kilovoltoch, kVAR);
• P = aktívny (kilowatt, kW).

Meria sa vo voltampéroch (VA) a závisí od napätia vynásobeného celkovým dodávaným prúdom. Toto je vektorový súčet zložiek P a Q, ktorý vám povie, ako nájsť celkovú mohutnosť. Jednofázová sieť: V (V) = ja (A) x R (Ω).

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

Trojfázová sieť:

Napätie V vo voltoch (V) je ekvivalentné prúdu I v ampéroch (A) krát impedancia Z v ohmoch (Ω):

V (V) = ja (A) x Z (Ω) = (|ja| X |Z |) ∠ ( θja + θZ ).

S (VA) = V (V) x ja (A) = (|V| X |ja |) ∠ ( θV — θja ).

Aktívny P

Toto je výkon, ktorý sa používa na prevádzku, jeho aktívna časť, meraná vo wattoch, je sila spotrebovaná elektrickým odporom systému. P (W) = V (V) x ja (A) x cos φ

Reaktívna Q

Nepoužíva sa na vytváranie sietí. Q sa meria vo voltampéroch (VAR). Zvýšenie týchto hodnôt vedie k zníženiu účinníka (PF). Q (VAR) = V (V) x ja (A) x hriech φ.

Faktor účinnosti siete

PF je určené veľkosťami P a S, počíta sa podľa Pytagorovej vety. Uvažuje sa kosínus uhla medzi napätím a prúdom (nesínusový uhol), fázový diagram napätia alebo prúdu z energetického trojuholníka. Koeficient PF sa rovná absolútnej hodnote kosínusu komplexného energetického fázového uhla (φ): PF = | cosφ | Účinnosť elektrizačnej sústavy závisí od koeficientu PF a je potrebné ho zvýšiť, aby sa zvýšila efektívnosť využitia v elektrizačnej sústave.

Kapacitné a indukčné záťaže

Energia uložená v elektrických a magnetických poliach pri zaťažení, napríklad z motora alebo kondenzátora, spôsobuje odchýlku medzi napätím a prúdom. Keď prúd preteká kondenzátorom, nahromadenie náboja spôsobí, že sa na ňom vytvorí opačné napätie. Toto napätie sa zvyšuje na určité maximum, diktované štruktúrou kondenzátora. V sieti so striedavým prúdom sa napätie na kondenzátore neustále mení. Kondenzátory sú údajne zdrojom reaktívnych strát, a teda spôsobujú vedúci PF.

Indukčné stroje patria medzi najbežnejšie typy záťaží v energetickom systéme. Tieto stroje používajú induktory alebo veľké cievky drôtu na ukladanie energie vo forme magnetického poľa. Pri prvom prechode napätia cez cievku induktor silne odoláva tejto zmene prúdu a magnetického poľa, čo vytvára časové oneskorenie s maximálnou hodnotou. To vedie k tomu, že prúd zaostáva za napätím vo fáze.

Induktory absorbujú Q, a preto spôsobujú oneskorenie PF. Indukčné generátory môžu dodávať alebo absorbovať Q a poskytovať operátorom systému meranie Q a riadenie napätia. Keďže tieto zariadenia majú opačný vplyv na fázový uhol medzi napätím a prúdom, môžu sa použiť na vzájomné zrušenie účinkov. Toto má zvyčajne formu kondenzátorových bánk používaných na potlačenie oneskorených PF spôsobených indukčnými motormi.

Tlmenie reaktívneho vplyvu v energetických sieťach

Aktívny jalový a zdanlivý výkon určuje PF ako hlavný faktor pre hodnotenie efektívnosti využívania elektriny v elektrickej sieti. Ak je PF vysoký, potom môžeme povedať, že elektrina sa v elektrizačnom systéme využíva efektívnejšie. Keď je PF zlý alebo klesá, energetická účinnosť energetického systému klesá. Nízky PF alebo jeho pokles je spôsobený rôznymi dôvodmi. Na zvýšenie PF existujú špeciálne korekčné metódy.

Použitie kondenzátorov je najlepší a najefektívnejší spôsob, ako zlepšiť efektivitu siete. Technika známa ako reaktívna kompenzácia sa používa na zníženie zdanlivého toku energie do záťaže znížením reaktívnych strát. Napríklad na kompenzáciu indukčnej záťaže je v blízkosti samotnej záťaže inštalovaný skratový kondenzátor. To umožňuje kondenzátoru spotrebovať celé Q a neprenášať ich cez prenosové vedenia.

Tento postup šetrí energiu, pretože znižuje množstvo energie potrebnej na vykonanie rovnakého množstva práce. Okrem toho umožňuje efektívnejšie použitie návrhov prenosových vedení menej vodičov alebo menej vodičov s konektormi a optimalizovať konštrukciu prenosu veže.

Udržiavať napätie v optimálnom rozsahu a predchádzať javom nestability, na optimálnych miestach v celej sieti napájacie systémy, sú inštalované rôzne zariadenia na fázovú reguláciu a rôzne spôsoby reaktívneho zvládanie.

Navrhovaný systém rozdeľuje tradičnú metódu na riadenie napätia a Q:

• regulácia napätia na reguláciu napätia sekundárnej zbernice rozvodní;
• Q regulácia na reguláciu napätia primárnej zbernice.

V tomto systéme sú v rozvodniach inštalované dva typy zariadení na interakciu riadenia napätia a riadenia Q.

Regulácia napätia a jalového výkonu

Toto sú dva aspekty rovnakého vplyvu, ktoré zachovávajú spoľahlivosť a uľahčujú obchodné transakcie v prenosových sieťach. V systéme striedavého prúdu (AC) je napätie riadené riadením produkcie a absorpcie Q. Existujú tri dôvody, prečo je takáto kontrola potrebná:

1. Zariadenie energetického systému je navrhnuté tak, aby fungovalo v rozsahu napätia, zvyčajne ± 5 % menovitého napätia. Pri nízkom napätí zariadenie funguje zle, žiarovky poskytujú menej osvetlenia, asynchrónne motory sa môžu prehriať a poškodiť a niektoré elektronické zariadenia nebudú fungovať všeobecne. Vysoké napätie môže poškodiť zariadenie a skrátiť jeho životnosť.
2. Q spotrebúva zdroje prenosu a výroby. Aby sa maximalizoval skutočný výkon, ktorý je možné prenášať cez preťažené prenosové rozhranie, musia byť toky Q minimalizované. Podobne produkcia Q môže obmedziť skutočný výkon generátora.
3. Hmotná reaktivita v prenosovej sieti spôsobuje skutočné straty výkonu. Na kompenzáciu týchto strát je potrebné kompenzovať výkon a energiu.

Prenosový systém je nelineárny spotrebiteľ Q v závislosti od zaťaženia systému. Pri veľmi nízkom zaťažení systém generuje Q, ktorý sa má absorbovať, a pri veľkom zaťažení systém odoberá veľké množstvo Q, ktoré musí byť vymenené. Požiadavky systému Q závisia aj od konfigurácie generovania a prenosu. V dôsledku toho sa požiadavky na reaktívnosť systému v priebehu času menia podľa toho, ako sa menia úrovne zaťaženia a vzory zaťaženia a generovania.

Prevádzka systému má tri ciele na riadenie Q a napätia:

1. Musí udržiavať dostatočné napätie v celej prenosovej a distribučnej sústave pre aktuálne aj nepredvídané stavy.
2. Zabezpečte, aby sa minimalizovalo preťaženie skutočných energetických tokov.
3. Snažte sa minimalizovať skutočné straty energie.

Objemový energetický systém pozostáva z mnohých častí zariadenia, z ktorých každé môže byť chybné. Systém je teda navrhnutý tak, aby vydržal zlyhanie jednotlivých zariadení a zároveň pokračoval v prevádzke v najlepšom záujme spotrebiteľov. To je dôvod, prečo elektrický systém vyžaduje skutočné výkonové rezervy, aby mohol reagovať na nepredvídané udalosti a udržiavať Q rezervy.