In appartamenti e case private unocontatore elettrico, che viene utilizzato per calcolare il pagamento per l'energia consumata. Semplicisticamente, si ritiene che solo il suo componente attivo venga utilizzato nella vita di tutti i giorni, sebbene questo non sia del tutto vero. Le abitazioni moderne sono piene di dispositivi, nei cui circuiti sono presenti elementi di sfasamento. Tuttavia, la potenza reattiva consumata dagli elettrodomestici è incomparabilmente inferiore a quella delle imprese industriali, pertanto, nel calcolo del pagamento, viene tradizionalmente trascurata.
Un impianto o una fabbrica che non è supervisionato dalla direzionedietro il consumo di correnti parassite che attraversano il circuito di carico, provoca gravi danni ai sistemi energetici della regione e del paese nel suo complesso. L'aria atmosferica attorno alla linea di trasmissione di potenza si riscalda completamente inutile; gli avvolgimenti dei trasformatori installati nelle sottostazioni potrebbero non essere in grado di sopportare i carichi, specialmente durante i periodi di punta.
Carichi induttivi e capacitivi
Se prendi un dispositivo di riscaldamento convenzionale ouna lampadina elettrica, quindi la potenza indicata nella corrispondente scritta sulla lampadina o targa, corrisponderà al prodotto dei valori della corrente che passa attraverso questo dispositivo e della tensione di rete (abbiamo 220 volt). La situazione cambia se il dispositivo contiene un trasformatore, altri elementi contenenti induttori o condensatori. Queste parti hanno proprietà speciali, il grafico della corrente che scorre in esse è in ritardo o in anticipo rispetto alla sinusoide della tensione di alimentazione - in altre parole, si verifica uno sfasamento. Un carico capacitivo ideale sposta il vettore di -90 gradi e un carico induttivo di +90 gradi. La potenza in questo caso diventa il risultato non solo del prodotto di corrente e tensione, ma viene aggiunto un certo fattore di correzione. A cosa porta questo?
Riflessione del processo geometrico
Dal corso di geometria della scuola, lo sanno tuttil'ipotenusa è più lunga di qualsiasi gamba in un triangolo rettangolo. Se la potenza attiva, reattiva e apparente forma i suoi lati, le correnti consumate dalla bobina e dalla capacità saranno ad angolo retto rispetto alla componente resistiva, ma con direzioni in direzioni opposte. Quando si sommano (o, se si preferisce, si sottrae, sono di segni diversi) i valori, il vettore totale, cioè la potenza reattiva totale, a seconda di quale natura del carico prevale nel circuito, sarà diretto verso l'alto o verso il basso. Dalla sua direzione, si può giudicare quale natura del carico prevale.
Potenza reattiva in aggiunta al vettore conil componente attivo darà il valore pieno del consumo di energia. È rappresentato graficamente come l'ipotenusa del triangolo del potere. Più questa linea è posizionata delicatamente rispetto all'asse delle ascisse, meglio è.
Cosine phi
Il grafico mostra che l'angolo φ è formato da duevettore, potenza piena e attiva. Meno differiscono i loro valori, meglio è, ma la loro completa fusione è ostacolata dalla potenza reattiva, considerata parassita. Maggiore è l'angolo, maggiore è il carico sulle linee elettriche, sui trasformatori step-up e step-down del sistema di alimentazione e viceversa, più i vettori sono inclinati l'uno rispetto all'altro, meno i fili si riscaldano dappertutto il circuito. Naturalmente, bisognava fare qualcosa per risolvere questo problema. E la soluzione è stata trovata, semplice ed elegante. La reciproca compensazione della potenza reattiva consente di ridurre l'angolo φ e di avvicinare il più possibile all'unità il suo coseno (chiamato anche fattore di potenza). Per fare ciò, il vettore della componente capacitiva dovrebbe essere allungato in modo da ottenere una risonanza delle correnti a cui si "estinguono" a vicenda (idealmente completamente, ma in pratica - nel modo più grande).
Teoria e pratica
Tutti i calcoli teorici hanno valore di argomentipiù di quanto siano applicabili nella pratica. Il quadro in qualsiasi impresa industriale sviluppata è il seguente: la maggior parte dell'elettricità viene consumata da motori (sincroni, asincroni, monofase, trifase) e altre macchine. Ma ci sono anche trasformatori. La conclusione è semplice: in condizioni di produzione reali prevale la potenza reattiva induttiva. Va notato che le imprese installano non un contatore elettrico, come nelle case e negli appartamenti, ma due, uno dei quali è attivo e l'altro è facile da indovinare quale. E le autorità competenti sono multate senza pietà per aver speso troppo l'energia "guidata" attraverso le linee elettriche, così che l'amministrazione è interessata in modo vitale a calcolare la potenza reattiva e ad adottare misure per ridurla. È chiaro che non si può fare a meno della capacità elettrica per risolvere questo problema.
Compensazione teorica
Dal grafico sopra è abbastanza chiaro come ottenereriduzione delle correnti parassite fino alla loro completa eliminazione, almeno teoricamente. Per fare ciò, un condensatore della capacità corrispondente deve essere collegato in parallelo al carico induttivo. I vettori, quando aggiunti, daranno zero e rimarrà solo il componente attivo utile.
Il calcolo viene effettuato secondo la formula:
- C = 1 / (2πFX), dove X è la reattanza totale di tutti i dispositivi collegati alla rete; F è la frequenza della tensione di alimentazione (abbiamo 50 Hz);
Sembra che sia - cosa è più facile? Moltiplica "X" e "pi greco" per 50 e dividi. Tuttavia, tutto è un po 'più complicato.
Come in pratica?
La formula è semplice, ma non è possibile determinare e calcolare Xcosì semplice. Per fare ciò, è necessario prendere tutti i dati sui dispositivi, scoprire la loro reattanza e in forma vettoriale, e anche allora ... In effetti, nessuno lo fa, tranne che per gli studenti nel lavoro di laboratorio.
È possibile determinare la potenza reattiva in un altro modo, utilizzando un dispositivo speciale: un misuratore di fase che indica il coseno phi o confrontando le letture di un wattmetro, un amperometro e un voltmetro.
La questione è complicata dal fatto che in realtàdel processo produttivo, il valore del carico è in continuo mutamento, poiché alcune macchine sono accese durante il funzionamento, altre invece sono disconnesse dalla rete, come previsto dalle normative tecnologiche. Di conseguenza, sono necessarie misure in corso per monitorare la situazione. Durante i turni notturni l'illuminazione è accesa, d'inverno nelle officine si può riscaldare l'aria, d'estate si può rinfrescare. In un modo o nell'altro, ma la compensazione della potenza reattiva si basa su calcoli teorici con un'ampia quota di misurazioni pratiche di cos φ.
Collegamento e scollegamento dei condensatori
Il modo più semplice e ovvio per risolvereil problema è mettere un operaio speciale vicino al misuratore di fase, che accenderà o spegnerà il numero richiesto di condensatori, ottenendo la deviazione minima della freccia da uno. All'inizio lo hanno fatto, ma la pratica ha dimostrato che il famigerato fattore umano non sempre consente di ottenere l'effetto desiderato. In ogni caso, la compensazione della potenza reattiva, che molto spesso è di natura induttiva, viene effettuata collegando una capacità elettrica di valore appropriato, ma è meglio farlo in modalità automatica, altrimenti un dipendente negligente può sottoporre la propria impresa a una grande multa. Ancora una volta, questo lavoro non può essere definito qualificato, è abbastanza suscettibile di automazione. Lo schema più semplice include una coppia di elettroni ottici da un emettitore di luce e un ricevitore di luce. La freccia si è sovrapposta al valore minimo, il che significa che è necessario aggiungere contenitori.
Automazione e algoritmi intelligenti
Attualmente esistono sistemi che consentonoper mantenere in modo affidabile cos φ nell'intervallo da 0,9 a 1. Poiché la connessione dei condensatori in essi è discreta, è impossibile ottenere un risultato ideale, ma il compensatore automatico di potenza reattiva fornisce comunque un ottimo effetto economico. Il funzionamento di questo dispositivo si basa su algoritmi intelligenti che garantiscono il funzionamento subito dopo l'accensione, molto spesso anche senza impostazioni aggiuntive. I progressi tecnologici nel campo della tecnologia informatica consentono di ottenere un collegamento uniforme di tutti gli stadi dei banchi di condensatori al fine di evitare il guasto prematuro di uno o due di essi. Anche i tempi di risposta sono ridotti al minimo e ulteriori induttanze riducono la caduta di tensione durante i transitori. Il moderno pannello di controllo dell'alimentazione dell'azienda ha un layout ergonomico appropriato, che crea le condizioni per consentire all'operatore di valutare rapidamente la situazione e, in caso di incidente o guasto, riceverà un segnale di allarme immediato. Il prezzo di un simile armadio è considerevole, ma vale la pena pagarlo, è utile.
Dispositivo compensatore
Compensatore convenzionale di potenza reattivaè un armadio metallico di dimensioni standard con un pannello di controllo sul pannello frontale, normalmente apribile. Nella parte inferiore di esso ci sono serie di condensatori (batterie). Questa disposizione è dovuta a una semplice considerazione: i contenitori elettrici sono piuttosto pesanti, ed è abbastanza logico sforzarsi di rendere la struttura più stabile. Nella parte superiore, all'altezza degli occhi dell'operatore, sono presenti i dispositivi di controllo necessari, tra cui l'indicatore di fase, con cui si può giudicare il valore del fattore di potenza. Sono inoltre presenti varie indicazioni, tra cui emergenza, comandi (accensione e spegnimento, passaggio alla modalità manuale, ecc.). La valutazione del confronto delle letture dei sensori di misura e lo sviluppo delle azioni di controllo (collegando i condensatori della potenza richiesta) viene eseguita da un circuito basato su un microprocessore. Gli attuatori funzionano in modo rapido e silenzioso, di solito sono costruiti su potenti tiristori.
Calcolo approssimativo dei banchi di condensatori
In imprese relativamente piccole, il jetla potenza del circuito può essere stimata approssimativamente dal numero di dispositivi collegati, tenendo conto delle loro caratteristiche di sfasamento. Quindi, un normale motore elettrico asincrono (il principale "gran lavoratore" di fabbriche e impianti) con un carico pari alla metà della sua potenza nominale ha un cos φ pari a 0,73 e una lampada fluorescente - 0,5. Il parametro della saldatrice a contatto va da 0,8 a 0,9, il forno ad arco funziona con un coseno φ uguale a 0,8. Le tabelle disponibili per quasi tutti i principali ingegneri energetici contengono informazioni su quasi tutti i tipi di apparecchiature industriali e con esse è possibile eseguire l'installazione preliminare della compensazione della potenza reattiva. Tuttavia, tali dati servono solo come base sulla base della quale è necessario apportare modifiche aggiungendo o scollegando batterie di condensatori.
A livello nazionale
Potresti avere l'impressione che tutta la curasui parametri delle reti elettriche e sull'uniformità del carico su di esso, lo Stato ha assegnato fabbriche, impianti e altre imprese industriali. Questo non è vero. Il sistema energetico del Paese controlla lo sfasamento su scala nazionale e regionale, proprio all'uscita del suo prodotto speciale dalle centrali elettriche. Un altro problema è che la compensazione del componente reattivo viene eseguita non collegando i banchi di condensatori, ma con un metodo diverso. Per garantire la qualità dell'energia fornita ai consumatori, la corrente di polarizzazione è regolata negli avvolgimenti del rotore, il che non è un grosso problema nei generatori sincroni.
