Měření aktivního, reaktivního a plného výkonu

Výkon je důležitým faktorem pro posouzení účinnosti elektrického zařízení v mřížkovém systému. Použití mezních hodnot může vést k přetížení sítě, nouzovým situacím a poruchám zařízení. Abychom se chránili před těmito negativními důsledky, je třeba pochopit, jaká je aktivní reaktivní a plná síla.

Stanovení výkonu

Napájení, které se skutečně spotřebuje nebo používá ve střídavém obvodu, se nazývá aktivní, v kW nebo MW. Síla, která neustále mění směr a pohybuje se ve směru obvodu a reaguje na sebe, nazývanou reaktivní, v kilovoltech (kVAR) nebo MVAR.

Je zřejmé, že energie je spotřebována pouze s odporem. Čistý induktor a čistý kondenzátor jej nekonzumují.

Čistý odporová proud obvod je ve fázi s přiloženém napětí, zatímco v čisté indukční cívky a kapacitního proudu je posunuta o 90 stupňů: Je-li indukční zátěž připojena k síti, ztrácí napětí v úhlu 90 stupňů. Při připojení kapacitního zatížení se proud posouvá o 90 stupňů v opačném směru.

V prvním případě je generován aktivní výkon a ve druhém případě jalový výkon.

Výkonný trojúhelník

Celkový výkon je vektorový součet aktivního a jalového výkonu. Prvky plného výkonu:

• Aktivní, P.
• Reaktivní, Q.
• Kompletní, S.

Reaktivní výkon nefunguje, reprezentuje se jako imaginární osa vektorového diagramu. Aktivní energie funguje a je skutečnou stranou trojúhelníku. Z tohoto principu rozptýlení energie je jasné, v čem se měří aktivní výkon. Jednotka pro všechny typy napájení je watt (W), ale toto označení je obvykle přiřazeno aktivní součásti. Celkový výkon je podmíněně vyjádřen v VA.

Jednotka pro komponentu Q je vyjádřena jako var, což odpovídá reaktivnímu voltamperu. Nevydává zatížení žádnou čistou energií, avšak v elektrických sítích plní důležitou funkci. Matematický vztah mezi nimi může být reprezentován vektory nebo vyjádřen pomocí komplexních čísel, S = P + j Q (kde j je imaginární jednotka).

Výpočet energie a výkonu

Průměrný výkon P ve wattech (W) se rovná energii spotřebované E v joulech (J), dělených periodou t v sekundách (sekundách): P (W) = E (J) /? t (y).

Když je proud a napětí ve fázi o 180 stupňů, PF je záporné, zátěž dodává elektrickou energii ke zdroji (příkladem je dům se solárními panely na střeše, které přivádějí energii do sítě). Příklad:

• P je 700 W a fázový úhel je 45,6;
• PF se rovná cos (45, 6) = 0, 700. Pak S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 VAA.

Poměr aktivního k plnému výkonu se nazývá výkonový faktor (PF). Pro dva systémy, které přenášejí stejné množství aktivního zatížení, systém s nižší hodnotou PF bude mít velké proudové proudy kvůli elektrické energii, která se vrací. Tyto velké proudy způsobují velké ztráty a snižují celkovou účinnost přenosu. Obvod s nižším PF bude mít větší plné zatížení a vyšší ztráty pro stejné množství aktivního zatížení. PF = 1, 0, když je fázový proud. Je to nula, když proud vede nebo klesne za napětí o 90 stupňů.

Například PF = 0.68 a znamená, že pouze 68% celkového objemu dodaného proudu skutečně provádí práci, zbývajících 32% je reaktivní. Výrobci veřejných služeb neúčtují spotřebitelům za jejich reaktivní ztráty. Nicméně, pokud je zdroj klient zatížení má neefektivnosti, což vede k tomu, že PF klesne pod určitou úroveň, nástroje mohou zpoplatnit zákazníky pokrýt nárůst využívání paliva v elektrárnách a zhoršení lineárního výkonu sítě.

Charakteristika kompletního S

Vzorec plný výkon závisí na činného a jalového výkonu a energie, reprezentované jako trojúhelník (Pythagorovy věty). S = (Q2 + P2) 1/2, kde:

• S = kompletní (měření v kilovoltech, kVA);
• Q = reaktivní (reaktivita na kilovolty, kVAR);
• P = aktivní (kW, kW).

Měří se ve voltech-ampérech (VAA) a závisí na napětí vynásobeném celým příchozím proudem. Toto je vektorový součet prvků P a Q, který popisuje, jak najít celkový výkon. Jednofázová síť: 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).

Třífázová síť:

Napětí V ve V (V), ekvivalentní proudu I v ampérech (A), vynásobený impedance Z v ohmech (Ω):

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

S (VA) = V (V) x I (A) = ( V | |. | x | |. | I |) ∠ ( θ V - θ I ).

Aktivní P

Toto je výkon, který se používá k provozu, jeho aktivní část měřená ve W a je síla spotřebovaná elektrickým odporem systému. P (W) = V (V) x I (A) x cos φ

Reaktivní Q

Nepoužívá se pro vytváření sítí. Q se měří ve voltových ampérech (VAR). Zvýšení těchto ukazatelů vede k poklesu účiníku (PF). Q (VAR) = V (V) x I (A) x sin φ.

Koeficient efektivity sítě

PF je určen rozměry P a S, je vypočítán podle Pythagorovy věty. Považujeme kosinus úhlu mezi napětím a proudem (nesinusový úhel), fázovému diagramu napětí nebo proudu z energetického trojúhelníku. Koeficient PF se rovná absolutní hodnotě kosinusu komplexního úhlu energetické fáze (φ): PF = | cosφ | |. | Efektivita energetického systému závisí na koeficientu PF a na zvýšení účinnosti použití v energetickém systému je nutné jej zvýšit.

Kapacitní a indukční zatížení

Ukládají energii v elektrických a magnetických polí v zátěži, například od motoru nebo kondenzátoru způsobuje posun mezi napětím a proudem. Protože proud proudí skrze kondenzátor, akumulování náboje způsobuje opačné napětí. Toto napětí se zvyšuje až na určité maximum diktované strukturou kondenzátoru. V síti se střídavým proudem na kondenzátoru se napětí neustále mění. Kondenzátory se nazývají zdrojem reaktivních ztrát a tím způsobují vedoucí PF.

Indukční stroje jsou jedním z nejběžnějších typů zatížení v systému elektrické energie. Tyto stroje používají tlumivky nebo velké cívky pro ukládání energie ve formě magnetického pole. Je-li napětí nejprve prošel elektromagnetem, induktor silně odolává tuto změnu, proud a magnetické pole, které generuje časové prodlevy s maximální hodnotou. To způsobí, že proud zaostává za fázovým napětím.

Tlumivky absorbují Q, a proto způsobují zpoždění PF. Indukční generátory mohou přivádět nebo absorbovat Q a poskytnout měřítko ovládání provozovatelů systému přes Q a napěťový proud. Vzhledem k tomu, že tato zařízení mají opačný účinek na fázový úhel mezi napětím a proudem, mohou být použity k vzájemnému zrušení účinků. Obvykle se jedná o kondenzátorové banky, které se používají k potlačení zpožděného PF způsobeného asynchronními motory.

Hasicí reaktivní výkon v sítích napájení

Aktivní reaktivní a plný výkon určuje hlavní faktor PF pro posouzení účinnosti využívání elektrické energie v rozvodné síti. Je-li hodnota PF vysoká, lze říci, že elektřina je účinněji využívána v energetickém systému. Jelikož PF je špatný nebo klesající, je účinnost využívání elektrické energie v energetickém systému snížena. Nízké PF nebo jeho pokles jsou způsobeny různými důvody. Chcete-li zvýšit PF, existují zvláštní způsoby opravy.

Použití kondenzátorů je nejlepší a efektivní způsob, jak zvýšit efektivitu sítě. Metoda známa jako reaktivní kompenzace se používá ke snížení zdánlivého toku energie na zatížení snížením reaktivních ztrát. Například pro kompenzaci indukčního zatížení je v blízkosti zatížení instalován zkratový kondenzátor. To umožňuje, aby kondenzátor spotřeboval všechny Q a neposílal je přes přenosové vedení.

Tento postup šetří energii, protože snižuje množství energie, která je potřebná k provedení stejného množství práce. Kromě toho umožňuje použití efektivnějších návrhů elektrického vedení s menším vodičem nebo méně vodičů s konektory a optimalizuje konstrukci přenosových věží.

Aby bylo možné udržovat napětí v optimálním rozsahu a zabránit jevům nestability, jsou v optimální poloze v celé energetické síti instalovány různé přístroje pro fázové nastavení a používají se různé metody reaktivního řízení.

Navrhovaný systém rozděluje tradiční metodu řízení napětí a Q:

• regulace napětí pro nastavení napětí sekundární sběrnice rozvoden;
• nastavení Q pro nastavení primárního napětí sběrnice.

V tomto systému jsou v rozvodnách instalovány dva typy zařízení pro vzájemné ovlivňování monitorování napětí a Q monitorování.

Řízení napětí a jalového výkonu

Jedná se o dva aspekty jednoho dopadu, který podporuje spolehlivost a usnadňuje obchodní transakce v přenosových sítích. Na napájecím systému střídavého proudu je napětí řízeno řízením výroby a absorpce Q. Existují tři důvody, proč je tento typ řízení požadován:

1. Napájecí systém je navržen tak, aby pracoval v rozsahu napětí, obvykle v rozmezí ± 5% jmenovitého napětí. S nízkonapěťovým zařízením nefunguje dobře, žárovky poskytují méně osvětlení, asynchronní motory se mohou přehřívat a poškodit a některé elektronické zařízení vůbec nepracují. Vysoké napětí může poškodit zařízení a zkrátit jeho životnost.
2. Q spotřebuje přenosové a generační zdroje. Aby se maximalizoval skutečný výkon, který lze přenášet přes přetížené přenosové rozhraní, musí být toky Q minimalizovány. Stejně tak může výroba Q omezit skutečný výkon generátoru.
3. Hnací reaktance v přenosové síti přináší skutečné ztráty výkonu. Aby tyto ztráty kompenzovaly, musí být kompenzovány energie a energie.

Převodovka je nelineární uživatel Q, v závislosti na zatížení systému. Při velmi nízkém zatížení systém generuje Q, který musí být absorbován, a při velkém zatížení systém spotřebuje velké množství Q, které je třeba vyměnit. Požadavky systému Q závisí také na konfiguraci generování a přenosu. V důsledku toho se systémové reaktivní požadavky liší v závislosti na čase, na úrovni zatížení a modelů zatížení a na změně generace.

Systém má tři řídící účely a napětí:

1. Musí udržovat dostatečné napětí v celém přenosovém a distribučním systému pro současné i nepředvídané podmínky.
2. Zajistěte minimalizaci přetížení skutečných toků energie.
3. Snažte se minimalizovat skutečné ztráty výkonu.

Systém volumetrické energie se skládá z několika částí zařízení, z nichž každá může být vadná. Proto je systém navržen tak, aby odolal selhání jednotlivých zařízení a pokračoval v práci v zájmu spotřebitelů. To je důvod, proč elektrický systém vyžaduje skutečné rezervy kapacity, aby reagoval na nepředvídané okolnosti a udržoval Q rezervy.