U apartmanima i privatnim kućama jedanelektrično brojilo koje služi za izračun naknade za utrošenu energiju. Pojednostavljeno se vjeruje da se samo njegova aktivna komponenta koristi u svakodnevnom životu, iako to nije u potpunosti točno. Moderno je stanovanje prepuno uređaja u čijim se krugovima nalaze elementi za pomicanje faza. Međutim, reaktivna snaga koju troše kućanski uređaji neusporedivo je manja od one u industrijskim poduzećima, pa se prilikom izračuna plaćanja tradicionalno zanemaruje.
Pogon ili tvornica koja nije pod nadzorom upraveiza potrošnje parazitskih struja koje prolaze kroz krug opterećenja, nanosi veliku štetu elektroenergetskim sustavima regije i zemlje u cjelini. Atmosferski zrak oko dalekovoda zagrijava se potpuno beskorisno; namoti transformatora instalirani u trafostanicama možda neće moći izdržati opterećenja, posebno tijekom vršnih razdoblja.
Induktivna i kapacitivna opterećenja
Ako uzmete konvencionalni uređaj za grijanje ilielektrična žarulja, tada će snaga naznačena u odgovarajućem natpisu na tikvici ili natpisnoj pločici odgovarati umnošku vrijednosti struje koja prolazi kroz ovaj uređaj i mrežnog napona (imamo 220 volti). Situacija se mijenja ako uređaj sadrži transformator, druge elemente koji sadrže prigušnice ili kondenzatore. Ti dijelovi imaju posebna svojstva, grafik struje koja u njima teče zaostaje za sinusoidom napona napajanja ili ispred nje - drugim riječima, događa se fazni pomak. Idealno kapacitivno opterećenje pomiče vektor za -90 stupnjeva, a induktivno za +90 stupnjeva. Snaga u ovom slučaju postaje rezultat ne samo umnoška struje i napona, već se dodaje određeni korekcijski faktor. Čemu ovo vodi?
Geometrijski odraz procesa
Svi to znaju iz školskog tečaja geometrijehipotenuza je dulja od bilo koje od kateta u pravokutnom trokutu. Ako aktivna, reaktivna i prividna snaga čine njegove bočne strane, tada će struje koje zavojnica i kapacitivnost troše biti pod pravim kutom prema otpornoj komponenti, ali sa smjerovima u suprotnim smjerovima. Kada se zbrajaju vrijednosti (ili, ako želite, oduzimaju, oni su različitih znakova) vrijednosti, ukupni vektor, odnosno ukupna jalova snaga, ovisno o tome koja priroda opterećenja prevladava u krugu, bit će usmjerena prema gore ili dolje. Po njegovu se smjeru može prosuditi koja priroda tereta prevladava.
Reaktivna snaga u zbrajanju vektora saaktivna komponenta dat će punu vrijednost potrošnje energije. Grafički je prikazan kao hipotenuza trokuta snage. Što se više ova linija bude lagano smjestila u odnosu na os apscise, to će biti bolje.
Cosine phi
Grafikon pokazuje da kut φ tvore dvavektor, puna i aktivna snaga. Što se manje vrijednosti razlikuju, to bolje, ali njihovu potpunu fuziju ometa reaktivna snaga koja se smatra parazitskom. Što je veći kut, veće je opterećenje dalekovoda, pojačavajućih i silaznih transformatora sustava napajanja i obrnuto, što su vektori bliži jedni drugima, to će se žice manje zagrijavati sklop. Naravno, trebalo je nešto poduzeti u vezi s tim problemom. I rješenje je pronađeno, jednostavno i elegantno. Međusobna kompenzacija jalove snage omogućuje vam smanjivanje kuta φ i približavanje njegovog kosinusa (koji se naziva i faktor snage) što je moguće bliže jedinici. Da bi to učinili, vektor kapacitivne komponente treba produžiti tako da se postigne rezonancija struja, pri kojoj se one "gase" (idealno, potpuno, ali u praksi - što je više moguće).
Teorija i praksa
Svi teorijski izračuni imaju vrijednost temaviše nego što su primjenjivi u praksi. Slika bilo kojeg razvijenog industrijskog poduzeća je sljedeća: većinu električne energije troše motori (sinkroni, asinkroni, jednofazni, trofazni) i drugi strojevi. Ali postoje i transformatori. Zaključak je jednostavan: u stvarnim uvjetima proizvodnje prevladava induktivna jalova snaga. Treba napomenuti da poduzeća ne instaliraju jedan električni brojač, kao u kućama i stanovima, već dva, od kojih je jedan aktivan, a drugi je lako pogoditi koji. A nadležne vlasti nemilosrdno se kažnjavaju zbog prekomjernog trošenja energije "protjerane" kroz dalekovode, tako da je uprava vitalno zainteresirana za izračun reaktivne snage i poduzimanje mjera za njezino smanjenje. Jasno je da se u rješavanju ovog problema ne može bez električnog kapaciteta.
Naknada teorijom
Iz gornjeg je grafikona sasvim jasno kako to postićismanjenje parazitskih struja do njihovog potpunog uklanjanja, barem teoretski. Da biste to učinili, paralelno s induktivnim opterećenjem mora biti povezan kondenzator odgovarajućeg kapaciteta. Kad se dodaju vektori, dat će nulu, a ostat će samo korisna aktivna komponenta.
Izračun se vrši prema formuli:
- C = 1 / (2πFX), gdje je X ukupna reaktansa svih uređaja spojenih na mrežu; F je frekvencija napona napajanja (imamo 50 Hz);
Čini se da je - što je lakše? Pomnožite "X" i "pi" s 50 i podijelite. Međutim, sve je nešto složenije.
Kako u praksi?
Formula nije teška, ali nije moguće odrediti i izračunati Xtako jednostavno. Da biste to učinili, trebate uzeti sve podatke o uređajima, otkriti njihovu reaktanciju, i to u vektorskom obliku, pa čak i tada ... Zapravo to nitko ne radi, osim studenata u laboratorijskom radu.
Reaktivna snaga može se odrediti na drugi način, pomoću posebnog uređaja - mjerača faze koji pokazuje kosinusnu fi, ili usporedbom očitanja vatmetra, ampermetra i voltmetra.
Stvar je komplicirana činjenicom da u stvarnomproizvodnog procesa, vrijednost opterećenja se neprestano mijenja, budući da su neki strojevi uključeni tijekom rada, drugi su, naprotiv, isključeni iz mreže, kako to zahtijevaju tehnološki propisi. Sukladno tome, potrebne su trajne mjere za praćenje situacije. Tijekom noćnih smjena uključena je rasvjeta, zimi se u radionicama zrak može zagrijati, a ljeti rashladiti. Na ovaj ili onaj način, ali kompenzacija jalove snage temelji se na teoretskim proračunima s velikim udjelom praktičnih mjerenja cos φ.
Spajanje i odvajanje kondenzatora
Najlakši i najočitiji način rješavanjaproblem je u blizini mjerača faze staviti posebnog radnika koji bi uključio ili isključio potreban broj kondenzatora, postižući minimalno odstupanje strelice od jednog. To su činili u početku, ali praksa je pokazala da notorni ljudski faktor ne omogućuje uvijek postizanje željenog učinka. U svakom slučaju, kompenzacija jalove snage, koja je najčešće induktivne prirode, vrši se povezivanjem električnog kapaciteta odgovarajuće vrijednosti, ali bolje je to učiniti u automatskom načinu rada, inače nesavjestan zaposlenik može vlastito poduzeće podvesti pod velika novčana kazna. Opet, ovaj se rad ne može nazvati kvalificiranim, podložan je automatizaciji. Najjednostavnija shema uključuje optički elektronski par iz emitora svjetlosti i prijemnika svjetlosti. Strelica se preklapala s minimalnom vrijednošću, što znači da morate dodati spremnike.
Automatizacija i inteligentni algoritmi
Trenutno postoje sustavi koji to dopuštajupouzdano držite cos φ u rasponu od 0,9 do 1. Budući da su kondenzatori u njih diskretno povezani, nemoguće je postići idealan rezultat, ali automatski kompenzator jalove snage i dalje daje vrlo dobar ekonomski učinak. Rad ovog uređaja temelji se na inteligentnim algoritmima koji osiguravaju rad odmah nakon uključivanja, najčešće čak i bez dodatnih postavki. Tehnološki napredak u području računalne tehnologije omogućuje postizanje jednoobraznog spajanja svih stupnjeva kondenzatorskih baterija kako bi se izbjegao prerani kvar jedne ili dvije od njih. Vrijeme odziva također je minimalizirano, a dodatni prigušnici smanjuju veličinu pada napona tijekom prijelaznih pojava. Suvremena upravljačka ploča napajanja poduzeća ima odgovarajući ergonomski raspored, što stvara uvjete da operater brzo procijeni situaciju, a u slučaju nesreće ili kvara primit će trenutni signal alarma. Cijena takvog ormarića je znatna, ali vrijedi ga platiti, korisno je.
Uređaj za kompenzaciju
Konvencionalni kompenzator jalove snageje metalni ormar standardnih dimenzija s upravljačkom pločom na prednjoj ploči, obično otvoren. U donjem dijelu nalaze se kondenzatori (baterije). Ovaj je raspored rezultat jednostavnog razmatranja: električni spremnici prilično su teški i sasvim je logično nastojati učiniti strukturu stabilnijom. U gornjem dijelu, na razini očiju rukovatelja, nalaze se potrebni uređaji za upravljanje, uključujući indikator faze, pomoću kojih se može prosuditi vrijednost faktora snage. Postoje i razne indikacije, uključujući hitne slučajeve, komande (uključivanje i isključivanje, prebacivanje u ručni način rada itd.). Procjena usporedbe očitanja mjernih senzora i razvoja upravljačkih radnji (spajanje kondenzatora potrebnog nazivnog kapaciteta) provodi se krugom na bazi mikroprocesora. Pokretači rade brzo i tiho, obično su izgrađeni na moćnim tiristorima.
Približni proračun kondenzatorskih baterija
U relativno malim poduzećima mlazsnaga kruga može se okvirno procijeniti brojem spojenih uređaja, uzimajući u obzir njihove karakteristike faznog pomaka. Dakle, obični asinkroni električni motor (glavni "vrijedni radnik" tvornica i postrojenja), s opterećenjem jednakim polovici njegove nazivne snage, ima cos φ jednak 0,73, a fluorescentna žarulja - 0,5. Parametar aparata za kontaktno zavarivanje kreće se od 0,8 do 0,9, lučna peć radi s kosinusom φ jednakim 0,8. Tablice dostupne gotovo svakom glavnom elektroenergetiku sadrže informacije o gotovo svim vrstama industrijske opreme i s njima se može izvršiti unaprijed podešena kompenzacija jalove snage. Međutim, takvi podaci služe samo kao osnova na temelju koje je potrebno izvršiti prilagodbe dodavanjem ili odvajanjem kondenzatorskih baterija.
U cijeloj zemlji
Može se steći dojam da je sva brigana parametre elektroenergetskih mreža i ujednačenost opterećenja na njima država je dodijelila tvornice, pogone i druga industrijska poduzeća. Ovo nije istina. Energetski sustav zemlje kontrolira fazni pomak na nacionalnoj i regionalnoj razini, odmah na izlazu njegovog posebnog proizvoda iz elektrana. Drugo je pitanje da se kompenzacija reaktivne komponente ne provodi povezivanjem kondenzatorskih baterija, već drugačijom metodom. Kako bi se osigurala kvaliteta energije koja se isporučuje potrošačima, struja prednapona regulira se u namotima rotora, što kod sinkronih generatora nije veliki problem.
