Cos'è la potenza reattiva? Compensazione della potenza reattiva. Calcolo della potenza reattiva

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Negli appartamenti e nelle case private viene installato un contatore elettrico, in base al quale viene calcolato il pagamento dell'energia consumata. Semplicisticamente, si ritiene che solo il suo componente attivo venga utilizzato nella vita di tutti i giorni, anche se questo non è del tutto vero. L'alloggiamento moderno è saturo di dispositivi nei circuiti di cui sono presenti elementi che spostano la fase. Tuttavia, la potenza reattiva consumata dagli elettrodomestici è incomparabilmente inferiore a quella delle imprese industriali, quindi viene tradizionalmente trascurata nel calcolo dei pagamenti.

Un impianto o una fabbrica la cui gestione non controlla il consumo di correnti parassite che passano attraverso il circuito di carico provoca gravi danni ai sistemi energetici della regione e del Paese nel suo insieme. L'aria atmosferica attorno alla linea di trasmissione di potenza si riscalda completamente inutilmente; gli avvolgimenti dei trasformatori installati nelle sottostazioni potrebbero non sopportare il carico, soprattutto durante i periodi di punta.

Carico induttivo e capacitivo

Se prendi un normale dispositivo di riscaldamento o una lampadina elettrica, la potenza indicata inl'iscrizione corrispondente sul pallone o sulla targhetta corrisponderà al prodotto dei valori della corrente che passa attraverso questo dispositivo e la 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 e un carico induttivo di +90 gradi. La potenza in questo caso è il risultato non solo del prodotto di corrente e tensione, ma viene aggiunto un certo fattore di correzione. Dove porta questo?

Riflessione geometrica del processo

Dal corso di geometria della scuola, tutti sanno che l'ipotenusa è più lunga di qualsiasi gamba di un triangolo rettangolo. Se la potenza attiva, reattiva e apparente formano i suoi lati, le correnti consumate dalla bobina e dalla capacità saranno ad angolo retto rispetto alla componente resistiva, ma con direzioni opposte. Quando si somma (o, se si vuole, si sottrae, hanno segni diversi) il vettore totale, cioè la potenza reattiva totale, a seconda del tipo di carico prevalente nel circuito, sarà diretta verso l' alto o verso il basso. In base alla sua direzione, si può giudicare quale natura del carico prevale.

La potenza reattiva con l'aggiunta del vettore al componente attivo darà la quantità totale di potenza consumata. Viene mostrato graficamente comel'ipotenusa del triangolo del potere. Più questa linea sarà posizionata delicatamente in relazione all'asse x, meglio è.

Coseno phi

Il grafico mostra che l'angolo φ è formato da due vettori, piena e potenza attiva. Meno i loro valori differiscono, meglio è, ma la loro completa fusione è impedita dalla potenza reattiva, che è considerata parassitaria. Maggiore è l'angolo, maggiore è il carico sulle linee elettriche, trasformatori step-up e step-down del sistema di alimentazione e viceversa, più i vettori sono inclinati l'uno verso l' altro, meno i fili si surriscaldano in tutto il circuito. Naturalmente, qualcosa doveva essere fatto per questo problema. E la soluzione è stata trovata, semplice ed elegante. La compensazione reciproca della potenza reattiva consente di ridurre l'angolo φ e portare il suo coseno (che è anche chiamato fattore di potenza) il più vicino possibile all'unità. Per fare ciò, allungare il vettore della componente capacitiva in modo tale da ottenere una risonanza delle correnti, alla quale si "spengono" a vicenda (idealmente completamente, ma in pratica - nella massima misura).

Teoria e pratica

Tutti i calcoli teorici hanno più valore, più sono 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 i trasformatori. La conclusione è semplice: nelle reali condizioni di produzione predomina la potenza reattiva di natura induttiva. Va notato che le impreseinstallano non un contatore elettrico, come nelle case e negli appartamenti, ma due, uno dei quali è attivo e l' altro è facile intuire quale. E per l'eccesso di energia "inseguito" invano attraverso le linee elettriche, le autorità competenti vengono multate senza pietà, quindi l'amministrazione è di vitale importanza nel calcolo della potenza reattiva e nell'adozione di 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 ottenere una riduzione delle correnti parassite fino alla loro completa eliminazione, almeno teoricamente. Per fare ciò, un condensatore della capacità appropriata deve essere collegato in parallelo con il carico induttivo. I vettori, una volta aggiunti, daranno zero e rimarrà solo la componente attiva utile.

Il calcolo viene effettuato secondo la formula:

C=1 / (2πFX), dove X è la reattanza totale di tutti i dispositivi inclusi nella rete; F - frequenza della tensione di alimentazione (abbiamo - 50 Hz);

Sembra - cos'è più facile? Moltiplica "X" e il numero "pi" per 50 e dividi. Tuttavia, le cose sono un po' più complicate.

Com'è in pratica?

La formula è semplice, ma determinare e calcolare X non è così facile. Per fare ciò, devi prendere tutti i dati sui dispositivi, scoprirne la reattanza, e in forma vettoriale, e anche allora … In effetti, nessuno lo fa, tranne gli studenti in laboratorio.

Puoi determinare la potenza reattiva in un altro modo, usando un dispositivo speciale - un misuratore di fase che indica il coseno phi, o confrontando le letture del wattmetro,amperometro e voltmetro.

La questione è complicata dal fatto che in un vero processo produttivo il carico è in continua evoluzione, poiché alcune macchine vengono accese durante il funzionamento, mentre altre, al contrario, vengono disconnesse dalla rete, come richiesto da le normative tecnologiche. Di conseguenza, sono necessarie misure continue per monitorare la situazione. L'illuminazione funziona durante i turni notturni, l'aria può essere riscaldata nelle officine in inverno e l'aria può essere raffreddata in estate. In un modo o nell' altro, ma la compensazione della potenza reattiva si basa su calcoli teorici con un'ampia quota di misurazioni pratiche cos φ.

Collegamento e scollegamento dei condensatori

Il modo più semplice e più ovvio per risolvere il problema è mettere un operatore speciale vicino al misuratore di fase che accende o spegne il numero richiesto di condensatori, ottenendo la deviazione minima della freccia dall'unità. Quindi all'inizio l'hanno fatto, ma la pratica ha dimostrato che il famigerato fattore umano non sempre consente di ottenere l'effetto desiderato. In ogni caso, la potenza reattiva, che il più delle volte è di natura induttiva, viene compensata collegando una capacità elettrica di dimensioni adeguate, ma è meglio farlo automaticamente, altrimenti un lavoratore negligente può portare la propria impresa con una grossa 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 di un emettitore di luce e un ricevitore di luce. La freccia ha coperto il valore minimo, il che significa che devi aggiungerecapacità.

Automazione e algoritmi intelligenti

Attualmente, esistono sistemi che consentono di mantenere in modo affidabile cos φ nell'intervallo da 0,9 a 1. Poiché il collegamento dei condensatori in essi avviene in modo discreto, è impossibile ottenere un risultato ideale, ma la potenza reattiva automatica compensatore dà comunque un effetto economico molto buono. Il funzionamento di questo dispositivo si basa su algoritmi intelligenti che garantiscono il funzionamento immediatamente dopo l'accensione, il più delle volte anche senza impostazioni aggiuntive. I progressi tecnologici nella tecnologia informatica consentono di ottenere una connessione uniforme di tutti gli stadi dei banchi di condensatori al fine di evitare il guasto prematuro di uno o due di essi. Anche il tempo di risposta è ridotto al minimo e le induttanze aggiuntive riducono la quantità di caduta di tensione durante i transitori. Un moderno pannello di controllo dell'alimentazione aziendale 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 tale armadio è considerevole, ma vale la pena pagarlo, porta vantaggi.

Dispositivo compensatore

Un compensatore di potenza reattiva convenzionale è un armadio metallico di dimensioni standard con un pannello di controllo e gestione sul pannello frontale, solitamente aperto. Nella parte inferiore ci sono set di condensatori (batterie). Talel'ubicazione è dovuta ad una semplice considerazione: le portate elettriche sono piuttosto elevate, ed è abbastanza logico impegnarsi per rendere la struttura più stabile. Nella parte superiore, all' altezza degli occhi dell'operatore, sono presenti i necessari dispositivi di controllo, tra cui un indicatore di fase, con il quale è possibile valutare l'entità del fattore di potenza. Sono inoltre presenti varie indicazioni, tra cui quelle di emergenza, comandi (accensione e spegnimento, passaggio in modalità manuale, ecc.). La valutazione del confronto delle letture dei sensori di misura e lo sviluppo delle azioni di controllo (connessioni di condensatori della portata richiesta) vengono eseguite 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 impianti relativamente piccoli, la potenza reattiva di un circuito può essere approssimativamente stimata dal numero di dispositivi collegati, tenendo conto delle loro caratteristiche di sfasamento. Quindi, un motore elettrico asincrono convenzionale (il principale "lavoratore duro" 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 la saldatrice a contatto varia da 0, 8 a 0,9, il forno ad arco funziona con coseno φ pari a 0,8 Le tabelle a disposizione di quasi ogni capo ingegnere elettrico contengono informazioni su quasi tutti i tipi di apparecchiature industriali e la compensazione della potenza reattiva preimpostata può essere finito di usarli. Tuttavia, tali datiservono solo come base su cui effettuare regolazioni aggiungendo o rimuovendo banchi di condensatori.

A livello nazionale

Si potrebbe avere l'impressione che lo stato abbia affidato a fabbriche, impianti e altre imprese industriali tutta la cura dei parametri della rete elettrica e dell'uniformità del carico su di essa. 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 della componente reattiva viene effettuata non collegando banchi di condensatori, ma con un metodo diverso. Per garantire la qualità dell'energia fornita ai consumatori negli avvolgimenti del rotore, la corrente di polarizzazione è regolata, il che non è un grosso problema nei generatori sincroni.