Măsurarea puterii active, reactive și totale

Puterea este un factor important pentru evaluarea eficienței echipamentelor electrice într-un sistem de rețea. Utilizarea valorilor limită poate duce la congestionarea rețelei, situațiile de urgență și defectarea echipamentului. Pentru a se proteja de aceste consecințe negative, este necesar să înțelegem ce este activă reactivă și plină de putere.

Determinarea puterii

Puterea consumată sau utilizată în circuitul de curent alternativ se numește activă, în kW sau MW. Puterea care schimbă constant direcția și se mișcă ca în direcția circuitului și reacționează la ea însăși, numită reactivă, în kilovolt (kVAR) sau MVAR.

Evident, puterea este consumată numai cu rezistență. Un inductor pur și un condensator pur nu o consumă.

Într-un circuit pur rezistiv, curentul este în fază cu tensiunea aplicată, în timp ce într-un circuit pur inductiv și capacitiv curentul este influențat de 90 de grade: dacă sarcina inductivă este conectată la o rețea, aceasta pierde tensiunea cu 90 de grade. La conectarea unei sarcini capacitive, curentul este deplasat cu 90 de grade în direcția opusă.

În primul caz, energia activă este generată, iar în al doilea caz, puterea reactivă.

Triunghiul puterii

Puterea totală este suma vectorială a puterii active și reactive. Elemente de putere maximă:

• Activ, P.
• Reactiv, Q.
• Complete, S.

Puterea reactivă nu funcționează, este reprezentată ca axa imaginară a diagramei vectoriale. Energia activă funcționează și este partea reală a triunghiului. Din acest principiu al disipării puterii, este clar care este măsurarea puterii active. Unitatea pentru toate tipurile de putere este watt (W), dar această denumire este atribuită, de obicei, componentei active. Puterea totală este exprimată condiționat în VA.

Unitatea pentru componenta Q este exprimată ca var, care corespunde volt-amperului reactiv. Nu transmite energia curată la încărcătură, însă are o funcție importantă în rețelele electrice. Relația matematică dintre acestea poate fi reprezentată de vectori sau exprimată folosind numere complexe, S = P + j Q (unde j este unitatea imaginară).

Calculul energiei și al energiei

Puterea medie P în wați (W) este egală cu energia consumată de E în jouli (J), împărțită la perioada t în secunde (secunde): P (W) = E (J) / T (S).

Când curentul și tensiunea sunt la 180 de grade în fază, PF este negativ, sarcina furnizează electricitate sursei (exemplu este o casă cu panouri solare pe acoperiș care alimentează energia în rețea). exemplu:

• P este 700 W, iar unghiul de fază este 45,6;
• PF este egal cu cos (45, 6) = 0, 700. Apoi S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 VAA.

Raportul dintre puterea activă și puterea completă se numește factorul de putere (PF). Pentru două sisteme care transmit aceeași cantitate de sarcină activă, un sistem cu un PF inferior va avea curenți mari de curent din cauza electricității care se întoarce. Acești curenți mari creează pierderi mari și reduc eficiența generală a transmisiei. Un circuit cu un PF inferior va avea o încărcare completă mai mare și pierderi mai mari pentru aceeași cantitate de încărcare activă. PF = 1, 0, atunci când există un curent de fază. Este zero când curentul conduce sau cade în spatele tensiunii cu 90 de grade.

De exemplu, PF = 0,68 și înseamnă că doar 68% din volumul total al curentului livrat efectuează de fapt lucrarea, restul de 32% sunt reactive. Producătorii de servicii publice nu percep consumatorii pentru pierderile lor reactive. Cu toate acestea, dacă există o ineficiență a sursei de sarcină a clientului, care determină scăderea PF sub un anumit nivel, utilitățile pot percepe clienților să acopere creșterea consumului de combustibil în centralele electrice și deteriorarea liniarității rețelei.

Caracteristicile S

Formula completă a puterii depinde de puterea activă și reactivă și este reprezentată ca un triunghi energetic (teorema lui Pythagoras). S = (Q2 + P2) 1/2, unde:

• S = complet (măsurare în kilovolt-ampere, kVA);
• Q = reactiv (reactivitate pe kilovolts, kVAR);
• P = activ (kilowați, kW).

Acesta este măsurat în volți-amperi (VAA) și depinde de tensiunea înmulțită cu întregul curent de intrare. Aceasta este o sumă vectorală a componentelor P și Q, care arată cum să găsim puterea totală. Rețea monofazată: V (V) = eu (A) x R (Ω).

P (W) = V (V) x eu (A) = V 2 (V) / R (Ω) = eu 2 (A) x R (Ω).

Rețea trifazică:

Tensiunea V în volți (V) este echivalentă cu curentul I în amperi (A) înmulțit cu impedanța Z în ohmi (Ω):

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

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

Active P

Aceasta este puterea utilizată pentru funcționare, partea sa activă, măsurată în W și este forța consumată de rezistența electrică a sistemului. P (W) = V (V) x eu (A) x cos φ

Reactive Q

Nu este utilizat pentru crearea de rețele. Q este măsurat în volți-amperi (VAR). Creșterea acestor indicatori duce la o scădere a factorului de putere (PF). Q (VAR) = V (V) x eu (A) x sin φ.

Coeficient de eficiență a rețelei

PF este determinată de dimensiunile lui P și S, se calculează prin teorema lui Pythagorean. Considerăm cosinusul unghiului dintre tensiune și curent (unghiul nesinusoidal), diagrama de fază a tensiunii sau curentului din triunghiul energetic. Coeficientul PF este egal cu valoarea absolută a cosinusului unghiului complex de fază de energie (φ): PF = | cosφ | | Eficiența sistemului de alimentare depinde de coeficientul PF și de creșterea eficienței utilizării în sistemul de alimentare este necesară creșterea acestuia.

Sarcini capacitive și inductive

Energia stocată în câmpurile electrice și magnetice în condiții de încărcare, de exemplu, de la un motor sau de la un condensator, cauzează o tendință între tensiune și curent. Deoarece curentul trece prin condensator, acumularea încărcăturii provoacă o tensiune opusă pe acesta. Această tensiune crește la un anumit maxim dictat de structura condensatorului. Într-o rețea cu curent alternativ pe condensator, tensiunea se schimbă constant. Condensatoarele sunt numite sursa pierderilor reactive și, astfel, determină PF-ul de conducere.

Masinile de inductie sunt unul dintre cele mai comune tipuri de incarcaturi în sistemul de energie electrică. Aceste mașini folosesc inductori sau bobine de sârmă mari pentru a stoca energia sub forma unui câmp magnetic. Când tensiunea trece mai întâi prin bobină, inductorul rezistă puternic acestei variații de câmp magnetic și curent, ceea ce creează o întârziere de timp cu o valoare maximă. Acest lucru face ca curentul să rămână în spatele tensiunii de fază.

Inductoarele absorb Q și, prin urmare, provoacă PF întârziată. Generatoarele de inducție pot să alimenteze sau să absoarbă Q și să ofere o măsură de control a operatorilor de sistem asupra fluxului Q și a tensiunii. Deoarece aceste dispozitive au efectul opus asupra unghiului de fază dintre tensiune și curent, ele pot fi folosite pentru a anula reciproc efectele. De obicei, acest lucru ia forma băncilor de condensatori, utilizate pentru a contracara întârzierea PF provocată de motoare asincrone.

Stingerea puterii reactive în rețelele de putere

Puterea activă reactivă și maximă determină factorul principal al PF pentru evaluarea eficienței utilizării energiei electrice în sistemul de rețea. Dacă PF este mare, atunci se poate spune că energia electrică este mai eficient utilizată în sistemul de alimentare. Deoarece PF este slab sau în scădere, eficiența utilizării energiei electrice în sistemul de alimentare este redusă. PF scăzut sau scăderea acestuia se datorează diferitelor motive. Pentru a mări PF, există modalități speciale de corectare.

Utilizarea condensatoarelor este cea mai bună și mai eficientă metodă de creștere a eficienței rețelei. O metodă cunoscută drept compensare reactivă este folosită pentru a reduce debitul aparent de putere la sarcină prin reducerea pierderilor reactive. De exemplu, pentru a compensa o sarcină inductivă, un condensator de șunt este instalat lângă încărcătura în sine. Acest lucru permite condensatorului să consume toate Q-urile și să nu le transmită prin liniile de transmisie.

Această practică economisește energie, deoarece reduce cantitatea de energie necesară pentru a efectua aceeași cantitate de lucru. În plus, permite utilizarea unor modele mai eficiente de linii electrice folosind conductori mai mici sau mai puțini conductori cu conectori și optimizarea construcției turnurilor de transmisie.

Pentru a menține tensiunea în intervalul optim și pentru a preveni fenomenele de instabilitate, diferite dispozitive pentru reglarea fazelor sunt instalate în locații optime în întreaga rețea de sisteme de alimentare și sunt utilizate diferite metode de control reactiv.

Sistemul propus împarte metoda tradițională de control al tensiunii și Q:

• controlul tensiunii pentru reglarea tensiunii busului secundar al stațiilor;
• reglajul Q pentru reglarea tensiunii busului principal.

În acest sistem, în stațiile electrice sunt instalate două tipuri de dispozitive de interacțiune de monitorizare a tensiunii și de monitorizare Q.

Controlul tensiunii și al puterii reactive

Acestea sunt două aspecte ale unui impact care sprijină fiabilitatea și facilitează tranzacțiile comerciale în rețelele de transport. Pe sistemul de alimentare cu curent alternativ, tensiunea este controlată prin controlul producerii și absorbției Q. Există trei motive pentru care acest tip de control este necesar:

1. Echipamentul sistemului de alimentare este proiectat să funcționeze în domeniul de tensiune, de obicei în limita a ± 5% din tensiunea nominală. Echipamentele de joasă tensiune nu funcționează bine, becurile oferă o iluminare mai mică, motoarele asincrone se pot supraîncălzi și se pot deteriora, iar unele dispozitive electronice nu vor funcționa deloc. Tensiunile mari pot deteriora echipamentul și pot scurta durata de viață a acestuia.
2. Q consumă resurse de transmisie și generare. Pentru a maximiza puterea reală care poate fi transmisă prin interfața de transmisie supraîncărcată, fluxurile Q trebuie să fie minimizate. În mod similar, producția de Q poate limita puterea reală a generatorului.
3. Reactanța de conducere din rețeaua de transport conduce la pierderi reale de putere. Pentru a compensa aceste pierderi, energia și energia trebuie compensate.

Sistemul de transmisie este un utilizator neliniar al lui Q, în funcție de sarcina sistemului. La sarcină foarte scăzută, sistemul generează Q, care trebuie absorbit, iar sub sarcină mare sistemul consumă o cantitate mare de Q, care trebuie înlocuită. Cerințele sistemului Q depind, de asemenea, de configurația de generare și de transmisie. În consecință, cerințele de reacție sistemică variază în funcție de timp ca nivelele de sarcină și modelele de sarcină și modificarea generației.

Sistemul are trei scopuri de control Q și tensiuni:

1. Trebuie să mențină o tensiune suficientă în întreaga rețea de transmisie și distribuție atât pentru condițiile actuale, cât și pentru cele neprevăzute.
2. Asigurați minimizarea supraîncărcării fluxurilor de energie reale.
3. Încercați să minimalizați pierderile reale de putere.

Un sistem de energie volumetrică constă dintr-un număr de echipamente, dintre care oricare ar putea fi defectuoasă. Astfel, sistemul este conceput pentru a rezista la defectarea echipamentelor individuale, continuând să lucreze în interesul consumatorilor. Acesta este motivul pentru care sistemul electric necesită rezerve de capacitate reală pentru a răspunde unor circumstanțe neprevăzute și pentru a menține rezervele Q.