Popište rozdíly mezi činným a zdánlivým výkonem elektrické energie.

Nechť je přijímač elektřiny připojen ke zdroji sinusového napětí u(t) = Usin(ωt) a spotřebovává sinusový proud i(t) = I sin (ωt -φ), fázově posunutý vůči napětí o úhel φ . U a I jsou efektivní hodnoty. Hodnota okamžitého výkonu na svorkách přijímače je určena výrazem

a je součtem dvou veličin, z nichž jedna je konstantní v čase a druhá pulzuje s dvojnásobnou frekvencí.

Znamenat p (t) pro období T se nazývá činný výkon a je zcela určen prvním členem rovnice (5.1):

Aktivní výkon charakterizuje energii nevratně spotřebovanou zdrojem za jednotku času na výrobu užitečné práce spotřebitelem. Aktivní energie spotřebovaná elektrickými přijímači se přeměňuje na jiné druhy energie: mechanickou, tepelnou, stlačený vzduch, plyn atd.

Průměrná hodnota druhého členu okamžitého výkonu (1.1) (pulsuje s dvojnásobnou frekvencí) v čase T je rovna nule, to znamená, že jeho vytvoření nevyžaduje žádné materiálové náklady, a proto nemůže vykonávat užitečnou práci. Jeho přítomnost však naznačuje, že mezi zdrojem a přijímačem dochází k reverzibilnímu procesu výměny energie. To je možné, pokud existují prvky schopné akumulovat a uvolňovat elektromagnetickou energii – kapacita a indukčnost. Tato složka charakterizuje jalový výkon.

Plná síla na přijímacích terminálech v komplexní podobě mohou být reprezentovány takto:

Jednotkou měření zdánlivého výkonu je S = UI – VA.

Jalový výkon – veličina charakterizující zátěže vznikající v elektrických zařízeních kolísáním energie (výměnou) mezi zdrojem a přijímačem. Pro sinusový proud se rovná součinu hodnot efektivního proudu I a napětí U sinusem úhlu fázového posunu mezi nimi: Q = UI sinφ. Jednotkou měření je VAR.

Jalový výkon nesouvisí s užitečným provozem elektromotoru a je vynakládán pouze na vytváření střídavých elektromagnetických polí v elektromotorech, transformátorech, zařízeních, vedeních atd.

Pro jalový výkon jsou přijímány pojmy jako výroba, spotřeba, přenos, ztráty, bilance. Předpokládá se, že pokud proud zaostává ve fázi s napětím (indukční povaha zátěže), pak se spotřebovává jalový výkon a má kladné znaménko, a pokud proud vede k napětí (kapacitní povaha zátěže), pak jalový výkon je generován a má záporné znaménko.

Hlavními spotřebiteli jalového výkonu v průmyslových podnicích jsou asynchronní motory (60–65 % celkové spotřeby), transformátory (20–25 %), ventilové měniče, reaktory, nadzemní elektrické sítě a další přijímače (10 %).

Přenos jalového výkonu zatěžuje elektrické sítě a zařízení v nich instalovaná a snižuje jejich kapacitu. Jalový výkon je generován synchronními generátory elektráren, synchronními kompenzátory, synchronními motory (regulace budícího proudu), kondenzátorovými bateriemi (BC) a silovými vedeními.

Jalový výkon generovaný kapacitou sítě má následující řádovou velikost: venkovní vedení 20 kV generuje 1 kVAr na 1 km třífázového vedení; podzemní kabel 20 kV – 20 kVAr/km; venkovní vedení 220 kV – 150 kVAr/km; podzemní kabel 220 kV – 3 MVAr/km.

Účiník a jalový účiník.

Vektorová reprezentace veličin charakterizujících stav sítě vede k reprezentaci jalového výkonu Q vektor kolmý na vektor činného výkonu Р (obr. 5.2). Jejich vektorový součet udává celkovou mocninu S.

Rýže. 5.1. Mocninný trojúhelník

Podle Obr. 5.1 a (5.2) vyplývá, že S2 = P2 + Q2; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Hlavním standardním ukazatelem charakterizujícím jalový výkon byl dříve účiník cosφ. Na vstupech zásobujících průmyslový podnik se měla vážená průměrná hodnota tohoto koeficientu pohybovat v rozmezí 0,92–0,95. Nicméně volba poměru P / S jako normativní nedává jasnou představu o dynamice změn skutečné hodnoty jalového výkonu. Například při změně účiníku z 0,95 na 0,94 se jalový výkon změní o 10 % a při změně stejného činitele z 0,99 na 0,98 je nárůst jalového výkonu již 42 %. Při výpočtech je výhodnější pracovat se vztahem tgφ = Q/P, který se nazývá jalový účiník.

Jsou definovány podniky s připojeným výkonem nad 150 kW (s výjimkou „domácích“ spotřebitelů). mezní hodnoty faktoru jalového výkonuspotřebované v hodinách velkého denního zatížení elektrické sítě – od 7 do 23 hodin (Nařízení Ministerstva průmyslu a energetiky Ruské federace ze dne 22.02.2007. února 49 č. XNUMX „O postupu při výpočtu poměru činných a jalových). příkon pro jednotlivá odběrná zařízení odběratelů elektrické energie sloužící ke stanovení povinností smluvních stran ve smlouvách o poskytování služeb přenosu elektrické energie“).

Mezní hodnoty činitelů jalového výkonu (tgφ) jsou normalizovány v závislosti na poloze bodu (napětí) připojení spotřebiče k síti. Pro síťové napětí 100 kV tgφ = 0,5; pro sítě 35, 20, 6 kV – tgφ = 0,4 a pro sítě 0,4 kV – tgφ = 0,35.

Zavedení nových koncepčních dokumentů o kompenzaci jalového výkonu bylo zaměřeno na zvýšení účinnosti celého napájecího systému od generátorů energetické soustavy až po výkonové přijímače.

Se zavedením faktoru jalového výkonu bylo možné reprezentovat ztráty činného výkonu pomocí činného nebo jalového výkonu: Р = (P 2 /U 2) R (l + tan 2 φ).

Úhel mezi výkonovými vektory Р и S odpovídá úhlu φ mezi vektory aktivní složky proudu I _а a celkový proud I, což je zase vektorový součet aktivního proudu I _аve fázi s napětím a jalovým proudem I _р, který je k němu umístěn pod úhlem 90°. Toto uspořádání proudů je výpočetní technika spojená s rozkladem na činný a jalový výkon, který lze považovat za přirozený.

Většina spotřebitelů vyžaduje jalový výkon, protože fungují v důsledku změn magnetického pole. Pro nejčastěji používané motory v běžném provozu lze uvést následující přibližné hodnoty tgφ.

V okamžiku spouštění motorů je zapotřebí značné množství jalového výkonu s tgφ = 4–5 (cosφ = 0,2–0,24).

Synchronní stroje mají schopnost spotřebovávat nebo produkovat jalový výkon v závislosti na stupni vybuzení.

U synchronních generátorů a motorů omezuje velikost budicích obvodů možnost dodávat jalový výkon na maximální hodnoty tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) nebo až tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (tabulka 5.1).

Synchronní motory vyráběné domácím průmyslem jsou navrženy pro přední účiník (cosφ = 0,9) a při jmenovitém činném zatížení P _nom a napětí U _nom může generovat jmenovitý jalový výkon Q _nom 0,5 P _nom.

Výhodou SD používané pro kompenzaci jalového výkonu oproti KB je možnost plynule regulovat generovaný jalový výkon. Nevýhodou je, že aktivní ztráty pro generování jalového výkonu pro SD jsou větší než pro KB.

Další aktivní ztráty ve vinutí LED způsobené generovaným jalovým výkonem v rozsahu kolísání cosφ od 1 do 0,9 při jmenovitém činném výkonu LED rovném P _nom, kW:

kde Q _nom – jmenovitý jalový výkon SD, kV Ar; R – odpor jedné fáze vinutí LED v zahřátém stavu, Ohm; U _nom – jmenovité síťové napětí, kV.

V napájecích systémech průmyslových podniků kompenzují CB jalový výkon základní (hlavní) části schémat zatížení a SD snižují špičky zatížení schématu.

Tabulka 5.1

Závislosti činitele přetížení na jalovém výkonu synchronních motorů й

Typ SD jsou synchronní kompenzátory (SC), které jsou SD bez zatížení hřídele. V současné době se vyrábí SC s kapacitou nad 5000 kV?Ar. Mají omezené použití v průmyslových sítích. Pro zlepšení ukazatelů kvality napětí výkonných elektrických generátorů s ostře proměnlivým rázovým zatížením (obloukové pece, válcovny atd.) se používají SC.

Statická tyristorová kompenzační zařízení.

V sítích s ostře proměnlivým rázovým zatížením při napětí 6–10 kV se doporučuje používat nikoli kondenzátorové banky, ale speciální vysokorychlostní zdroje jalového výkonu (RPS), které by měly být instalovány v blízkosti takových elektráren. Diagram IRM je na Obr. 5.2. Využívá induktory jako nastavitelnou indukčnost LR a neregulované kontejnery С 1– С 3.

Rýže. 5.2. Rychle působící zdroje jalového výkonu

Regulaci indukčnosti provádějí tyristorové skupiny VS, jehož řídicí elektrody jsou připojeny k řídicímu obvodu. Výhody statického IRM jsou absence rotujících částí, relativní plynulost regulace jalového výkonu dodávaného do sítě, možnost troj- a čtyřnásobného přetížení jalového výkonu. Mezi nevýhody patří výskyt vyšších harmonických, které mohou vznikat při hluboké regulaci jalového výkonu.

Vlivem dodatečných výkonových ztrát v síti způsobených spotřebou jalového výkonu se celková spotřeba elektřiny zvyšuje. Proto je snížení toků jalového výkonu jedním z hlavních úkolů provozu elektrických sítí.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli:

Aktivní a reaktivní elektřina jsou dvě hlavní složky elektřiny používané v různých oblastech našeho života. Pochopení rozdílu mezi nimi je klíčem k optimalizaci energetických systémů a zvýšení jejich energetické účinnosti. V tomto článku se podíváme na to, co jsou aktivní a reaktivní odrůdy, jak se vzájemně ovlivňují a jak je měřit.

Činná elektřina – definice pojmu

Aktivní odrůda je forma energie, která se přenáší a používá k výkonu práce v elektrických systémech. Měří se ve wattech (W) a představuje množství energie spotřebované nebo vyrobené elektrickou zátěží za jednotku času. Představuje hlavní složku celkové energie v elektrickém systému používané k provádění užitečné práce. Například k pohonu elektromotorů nebo osvětlení.

Co je to reaktivní elektřina?

Jalová elektřina (dále jen RE) je druh elektřiny, který se vyznačuje změnou napětí a proudu v elektrické soustavě bez přímého vykonávání práce. Vyskytuje se, když jsou v elektrických obvodech použity indukční a kapacitní prvky a nelze je přímo měřit pomocí běžných elektroměrů.

RE nevede k výkonu fyzické práce, ale může být nezbytný pro správnou funkci některých elektrických zařízení. Například elektromotory a transformátory. Navíc může způsobit energetické ztráty v elektrických sítích.

Měření a účtování RE se provádí pomocí speciálních měřičů jalové energie, které měří rozdíl mezi činnou a celkovou elektřinou. Tento rozdíl určuje míru využití jalové energie v systému. Odchylka od optimální úrovně povede ke zvýšeným energetickým ztrátám a špatné kvalitě napájení. Proto jsou účetnictví a kontrola důležitými aspekty energetické účinnosti a úspor energie.

RE lze vypočítat pomocí následujícího vzorce: Q = P * tan(θ), kde:

• Q – jalová elektřina (kVar).
• P – činná elektřina (kW).
• θ – fázový úhel mezi napětím a proudem.

Fázový úhel lze určit měřením napětí a proudu pomocí speciálního zařízení. Může se lišit od 0 do 90 stupňů v závislosti na charakteristikách zatížení.

Někdy se také používá vzorec pro výpočet jalového výkonu: Q = √(S² – P²), kde:

• Q – jalová elektřina (kVar).
• S – celkový elektrický výkon (kVA).
• P – činný elektrický výkon (kW).

Při použití těchto vzorců je třeba vzít v úvahu skutečnost, že RE neprodukuje fyzickou práci, ale způsobuje ztráty v elektrických sítích a vede k přetížení zařízení. Výpočet RE umožňuje zjistit míru zatížení a účinnosti systému a přijmout opatření k jeho zlepšení.dbe

Hodnota koeficientu při zohlednění ztrát

Koeficient při zohlednění ztrát RE (také nazývaný účiník nebo cos(φ)) je poměr skutečného (efektivního) činného výkonu k celkové (užitečné a jalové) elektřině v elektrickém obvodu. Účiník ukazuje efektivitu využití elektřiny.

Když je účiník 1, znamená to, že veškerá elektrická energie se spotřebuje na užitečnou práci. Pokud je menší než 1 (obvykle kvůli přítomnosti RE), pak to znamená, že část dodávaného výkonu je vynaložena na buzení a udržování magnetického pole v elektrických zařízeních, což není užitečná práce.

Účtování ztrát z obnovitelných zdrojů energie je důležité pro systémy elektrické energie, jako jsou elektrické sítě, protože ztráty mohou vést k nesprávné funkci elektrického zařízení, přetížení a neefektivnímu využití elektřiny.

Optimální hodnota účiníku pro většinu průmyslových a komerčních budov je 0,95 nebo vyšší. Pokud je pod touto značkou, je nutné nainstalovat další kompenzační zařízení, jako jsou kondenzátorové baterie. To je nezbytné pro zlepšení účinnosti využívání energie a snížení ztrát.