Kompenzace jalového výkonu v elektrických sítích

Elektrické zařízení během provozu spotřebovává energii. V tomto případě se celkový výkon skládá ze dvou složek: aktivní a jalové. Jalový výkon nevykonává žádnou užitečnou práci, ale zavádí do obvodu další ztráty. Usilují proto o jeho snížení, k čemuž přicházejí k různým technickým řešením kompenzace jalového výkonu v elektrických sítích. V tomto článku se podíváme, co to je a k čemu slouží kompenzační zařízení.

Definice

Celkový elektrický výkon se skládá z činné a jalové energie:

S = Q + P

Zde je Q reaktivní, P je aktivní.

Jalový výkon se vyskytuje v magnetických a elektrických polích, která jsou charakteristická pro indukční a kapacitní zátěže při provozu v obvodech se střídavým proudem. Při provozu odporové zátěže jsou fáze napětí a proudu stejné a shodují se. Při připojení indukční zátěže napětí za proudem zaostává a při připojení kapacitní zátěže vede.

Kosinus úhlu posunu mezi těmito fázemi se nazývá účiník.

cosФ = P / S

P = S * cosФ

Kosinus úhlu je vždy menší než jedna, takže činný výkon je vždy menší než plný. Jalový proud teče opačným směrem než aktivní a brání jeho průchodu. Protože proud při plné zátěži protéká dráty:

S = U * I

I při vypracovávání projektů elektrických přenosových vedení je nutné počítat se spotřebou činné a jalové energie. Pokud je toho druhého příliš mnoho, bude nutné zvětšit průřez vedení, což vede k dodatečným nákladům. Proto s tím bojují. Kompenzace jalového výkonu snižuje zatížení sítě a šetří průmyslovou energii.

Kde je důležité vzít v úvahu kosinus phi

Pojďme zjistit, kde a kdy je potřeba kompenzace jalového výkonu. Chcete-li to provést, musíte analyzovat jeho zdroje.

Příkladem základního reaktivního zatížení je:

• elektromotory, kolektorové a asynchronní, zejména pokud je v provozním režimu jeho zatížení pro konkrétní motor malé;
• elektromechanické pohony (solenoidy, ventily, elektromagnety);
• elektromagnetická spínací zařízení;
• transformátory, zejména při volnoběhu.

Graf ukazuje změnu cosФ elektromotoru při změně zatížení.

Základem elektrického vybavení většiny průmyslových podniků je elektrický pohon. Z toho plyne vysoká spotřeba jalového výkonu. Soukromí spotřebitelé za jeho spotřebu neplatí, zatímco podniky za něj platí. To způsobuje dodatečné náklady, od 10 do 30 % nebo více z celkového účtu za elektřinu.

Typy kompenzátorů a princip jejich činnosti

Pro snížení reagencie se používají zařízení pro kompenzaci jalového výkonu, t. zv. UKRM. V praxi se nejčastěji používají jako kompenzátor výkonu:

• kondenzátorové banky;
• synchronní motory.

Protože se množství jalového výkonu může v průběhu času měnit, znamená to, že kompenzátory mohou být:

1. Neregulovaný - obvykle kondenzátorová banka bez možnosti odpojení jednotlivých kondenzátorů pro změnu kapacity.
2. Automaticky - kompenzační kroky se mění v závislosti na stavu sítě.
3. Dynamický - kompenzuje, když zatížení rychle mění svůj charakter.

Obvod využívá, v závislosti na množství jalové energie, od jednoho po celou řadu kondenzátorů, které mohou být vstupem a výstupem z obvodu. Potom ovládání může být:

• manuální (automatické spínače);
• poloautomatické (tlačítkové sloupky se stykači);
• neřízené, pak jsou připojeny přímo k zátěži, zapínají se a vypínají se s ní.

Kondenzátorové baterie mohou být instalovány jak v rozvodnách, tak přímo v blízkosti spotřebitelů, poté je zařízení připojeno k jejich kabelům nebo napájecím sběrnicím. V druhém případě se obvykle počítají pro individuální kompenzaci činidla konkrétního motoru nebo jiného zařízení - často se nachází na zařízení v elektrických sítích 0,4 kV.

Centralizovaná kompenzace se provádí buď na hranici bilančního úseku sítí, nebo na rozvodně a lze ji provádět v sítích vysokého napětí 110 kV. Dobrá věc je, že odlehčuje vedení vysokého napětí, ale špatná je, že nejsou vyložena vedení 0,4 kV a samotný transformátor. Tato metoda je levnější než ostatní. Zároveň je možné centrálně odlehčit nízkotlakou stranu 0,4 kV, poté je UKRM připojeno ke sběrnicím, na které je připojeno sekundární vinutí transformátoru a podle toho je také odlehčeno.

Může existovat i skupinová kompenzace. Jedná se o mezityp mezi centralizovaným a individuálním.

Dalším způsobem je kompenzace synchronními motory, které mohou kompenzovat jalový výkon. Objeví se, když je motor v režimu přebuzení. Toto řešení se používá v sítích 6 kV a 10 kV a vyskytuje se i do 1000V. Výhodou této metody oproti instalaci kondenzátorových bank je možnost použití kompenzátoru k provádění užitečné práce (např. rotace výkonných kompresorů a čerpadel).

Graf znázorňuje charakteristiku synchronního motoru ve tvaru písmene U, která odráží závislost proudu statoru na budicím proudu. Pod ním vidíte, co je kosinus phi. Když je větší než nula, má motor kapacitní povahu, a když je kosinus menší než nula, zátěž je kapacitní a kompenzuje jalový výkon zbytku indukčních spotřebičů.

Závěr

Pojďme si to shrnout výčtem hlavních tezí o kompenzaci reaktivní energie:

• Účel - vykládka elektrického vedení a elektrických sítí podniků. Zařízení může obsahovat antirezonanční tlumivky pro snížení úrovně harmonické v síti.
• Jednotlivci za to neplatí účty, ale podniky ano.
• Součástí kompenzátoru jsou kondenzátorové baterie nebo se pro stejné účely používají synchronní stroje.

Doporučujeme také sledovat užitečná videa k tématu článku:

Související materiály:

• Příčiny ztráty výkonu na dlouhé vzdálenosti
• Jak zjistit spotřebu energie
• Bezdrátový přenos elektřiny na velké vzdálenosti

Podle knihy V.E. Kitaev, L.S. Shlyapintokh "Elektrotechnika se základy průmyslové elektroniky" odstavec č. 54 pro knižní vydání 1968 a odstavec # 53 pro knihu z roku 1973 jasně uvádí:... "že v obvodu střídavého proudu obsahujícího pouze indukčnost, proud zaostává za napětím... a je před EMF samoindukcí. Můžeme to říct v indukčním obvodu je napětí ve fázi před proudem o 90 stupňů.

Pokud jde o kapacitní zátěž ve stejné knize (další odstavec # 55, vydání z roku 1968. a # 54 pro vydání z roku 1973) stojí:... "při nabíjení a vybíjení kondenzátoru... Proud předbíhá napětí ve fázi o čtvrtinu periody, tzn. 90 stupňů".

A ty jsi napsal všechno obráceně...