Merjenje aktivne, reaktivne in polne moči

Močnost je pomemben dejavnik pri ocenjevanju učinkovitosti električne opreme v mrežnem sistemu. Uporaba mejnih vrednosti lahko povzroči zastoje v omrežju, izredne razmere in okvare opreme. Da bi se zaščitili pred temi negativnimi posledicami, je treba razumeti, kaj je aktivna reaktivna in polna moč.

Določitev moči

Moč, ki se dejansko porabi ali uporablja v AC vezju, se imenuje aktivna, v kW ali MW. Moč, ki nenehno spreminja smer in se premika kot v smeri vezja, in reagira zase, imenovano reaktivno, v kilovolt (kVAR) ali MVAR.

Očitno je moč porabiti samo z uporom. Čista induktorja in čist kondenzator ne porabita.

Čisto resistive tokokrog je v fazi z priključene napetosti, medtem ko je v čisti induktivni vezja in kapacitivnega toka premaknilo za 90 stopinj: Če je induktivno obremenitev povezan z omrežjem, da izgubi svojo napetost na 90 stopinj. Pri priključitvi kapacitivnega bremena se tok pomakne za 90 stopinj v nasprotni smeri.

V prvem primeru se generira aktivna moč, v drugem pa reaktivna moč.

Moč trikotnika

Skupna moč je vektorska vsota aktivne in reaktivne moči. Elementi polne moči:

• Aktivno, P.
• Reaktivno, Q.
• Popolno, S.

Reaktivna moč ne deluje, predstavljena je kot imaginarna os vektorskega diagrama. Aktivna moč deluje in je prava stran trikotnika. Iz tega načina odvajanja moči je jasno, kakšna je merjena moč aktivne moči. Enota za vse vrste moči je vat (W), vendar je ta oznaka navadno dodeljena aktivni komponenti. Skupna moč je pogojno izražena v VA.

Enota za Q-komponento je izražena kot var, kar ustreza reaktivnemu volt-amperu. Bremen ne prenaša nobene čiste energije, vendar opravlja pomembno funkcijo v električnih omrežjih. Matematično razmerje med njimi lahko predstavljajo vektorji ali se izražajo z uporabo kompleksnih števil, S = P + j Q (kjer je j imaginarna enota).

Izračun energije in moči

Povprečna moč P v vatih (W) je enaka energiji, ki jo porabi E v joulih (J), deljeno s časom t v sekundah (sekundah): P (W) = E (J) /? t (-i).

Ko sta tok in napetost 180 stopinj od faze, PF negativna obremenitev navaja vir električne energije (na primer, hiša služi kot sončne celice na strehi, ki Napajanje na omrežje). Primer:

• P je 700 W, fazni kot 45,6;
• PF je enako cos (45, 6) = 0, 700. Potem S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 VAA.

Razmerje aktivne do polne moči imenujemo faktor moči (PF). Za dva sistema, ki prenašajo enako količino aktivne obremenitve, bo sistem z nižjo PF imel velike tokove zaradi električne energije, ki se vrne. Ti veliki tokovi ustvarjajo velike izgube in zmanjšajo učinkovitost prenosa. Vezje z nižjo PF bo imelo večjo polno obremenitev in večje izgube za enako količino aktivne obremenitve. PF = 1, 0, ko je fazni tok. To je nič, ko tok vodi ali pade za napetostjo za 90 stopinj.

Na primer, PF = 0,68 in pomeni, da le 68 odstotkov celotnega obsega dostavljenega toka dejansko opravi delo, preostalih 32 odstotkov pa je reaktivno. Proizvajalci javnih storitev potrošnikom ne zaračunavajo svojih reaktivnih izgub. Vendar pa, če ima vir stranka obremenitev neučinkovitost, ki vodi do dejstva, da je PF pade pod določeno raven, lahko komunalni prispevek pristojbino za stranke, za kritje povečanje uporabe goriva v elektrarnah in poslabšanje linearnega delovanje omrežja.

Značilnosti celotnega S

Formula polne moči je odvisna od aktivne in reaktivne moči in je predstavljena kot energetski trikotnik (teorema Pythagoras). S = (Q2 + P2) 1/2, kjer:

• S = popolna (merjenje v kilovolt-amper, kVA);
• Q = reaktivno (reaktivnost na kilovoltih, kVAR);
• P = aktiven (kilovat, kW).

Izmeri se v volt-amperih (VAA) in je odvisna od napetosti, pomnožene s celotnim dohodnim tokom. To je vektor vsote sestavnih delov P in Q, ki pove, kako najti skupno moč. Enofazno omrežje: V (V) = Jaz (A) x R (Ω).

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

Trifazno omrežje:

Napetost V v voltih (V) je enaka trenutnemu I v amperih (A), pomnoženem z impedanco Z v ohmih (Ω):

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

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

Aktivni P

To je moč, ki se uporablja za delovanje, njegov aktivni del, izmerjen v W in je sila, ki jo porabi električni upor sistema. P (W) = V (V) x Jaz (A) x cos φ

Reaktivni Q

Ne uporablja se za mreženje. Q se meri v volt-amperih (VAR). Povečanje teh kazalnikov povzroči zmanjšanje faktorja moči (PF). Q (VAR) = V (V) x Jaz (A) x sin φ.

Koeficient učinkovitosti omrežja

PF je določen z dimenzijami P in S, izračunan je s pomočjo Pythagoreanovega izreka. Kosinus kota med napetostjo in tokom (brez sinusoidnega kota), faznim diagramom napetosti ali toka iz energetskega trikotnika štejemo za kosinus. Koeficient PF je enak absolutni vrednosti kosina kompleksnega energijskega faznega kota (φ): PF = | cosφ | | Učinkovitost elektroenergetskega sistema je odvisna od koeficienta PF in povečanja učinkovitosti uporabe v elektroenergetskem sistemu je potrebno povečati.

Zmogljive in induktivne obremenitve

Shranjena energija v električnih in magnetnih poljih pod pogoji obremenitve, na primer iz motorja ali kondenzatorja, povzroči pristranskost med napetostjo in tokom. Ker tok teče skozi kondenzator, kopičenje polnila povzroči nasprotno napetost na njej. Ta napetost se poveča do določenega maksimuma, ki ga narekuje struktura kondenzatorja. V omrežju z izmeničnim tokom na kondenzatorju se napetost nenehno spreminja. Kondenzatorji imenujemo vir reaktivnih izgub in tako povzročijo vodilni PF.

Indukcijski stroji so ena najpogostejših vrst bremen v elektroenergetskem sistemu. Ti stroji uporabljajo induktorje ali velike žične tuljave za shranjevanje energije v obliki magnetnega polja. Ko napetost najprej prehaja skozi tuljavo, induktor močno upira to variacijo toka in magnetnega polja, kar ustvari časovno zakasnitev z največjo vrednostjo. To povzroči, da tok zaostaja za fazno napetostjo.

Induktorji absorbirajo Q in zato povzročijo odloženo PF. Indukcijski generatorji lahko krmijo ali absorbirajo Q in zagotavljajo merilo nadzora sistemskih operaterjev preko Q in napetostnega toka. Ker imajo te naprave nasprotni učinek na fazni kot med napetostjo in tokom, jih lahko uporabite za preklic drugih učinkov. Ponavadi je to v obliki kondenzatorskih bank, ki se uporabljajo za preprečevanje zamude PF, ki jih povzročajo asinhroni motorji.

Gašenje reaktivne moči v energetskih omrežjih

Aktivna reaktivna in polna moč določi glavni dejavnik PF za oceno učinkovitosti uporabe električne energije v omrežju. Če je PF visok, lahko rečemo, da se električna energija učinkoviteje uporablja v elektroenergetskem sistemu. Ker je PF slab ali zmanjšuje, se zmanjša učinkovitost porabe električne energije v elektroenergetskem sistemu. Nizki PF ali njeno zmanjšanje so posledica različnih razlogov. Za povečanje PF obstajajo posebni načini za popravek.

Uporaba kondenzatorjev je najboljši in učinkovit način za povečanje učinkovitosti omrežja. Metoda, znana kot reaktivna kompenzacija, se uporablja za zmanjšanje navideznega pretoka moči do obremenitve z zmanjšanjem reaktivnih izgub. Na primer, za kompenzacijo induktivne obremenitve je v bližini obremenitve nameščen preklopni kondenzator. To omogoča kondenzatorju, da porabi vse Q-je in jih ne pošilja preko prenosnih vodov.

Ta praksa varčuje z energijo, ker zmanjšuje količino energije, ki je potrebna za izvedbo enake količine dela. Poleg tega omogoča uporabo učinkovitejših modelov vodov z uporabo manjših vodnikov ali manj vodnikov s priključki in optimizacijo gradnje prenosnih stolpov.

Da bi ohranili napetost v optimalnem območju in preprečili pojav nestabilnosti, so različne naprave za fazno nastavitev nameščene na optimalnih lokacijah v celotnem omrežju elektroenergetskega omrežja in uporabljene so različne metode reaktivnega nadzora.

Predlagani sistem deli tradicionalno metodo za nadzor napetosti in Q:

• napetostno krmiljenje za nastavitev napetosti sekundarnega vodila podstrannikov;
• regulacijo Q za prilagoditev napetosti primarnega vodila.

V tem sistemu sta v substacijah nameščeni dve vrsti naprav za interakcijo nadzorovanja napetosti in Q-nadzora.

Nadzor napetosti in reaktivne moči

To sta dva vidika enega vpliva, ki podpira zanesljivost in olajšuje komercialne transakcije v prenosnih omrežjih. Na napajalnem omrežju je napetost nadzorovana s kontrolo proizvodnje in absorpcije Q. Obstajajo trije razlogi, zakaj je ta vrsta nadzora potrebna:

1. Oprema za napajalni sistem je zasnovana za delovanje v napetostnem območju, običajno v območju ± 5% nazivne napetosti. Pri nizki napetosti oprema ne deluje dobro, žarnice zagotavljajo manj osvetlitve, asinhroni motorji se lahko pregrejejo in se poškodujejo, nekateri elektronski aparati pa sploh ne bodo delali. Visoka napetost lahko poškoduje opremo in skrajša življenjsko dobo.
2. Q porablja prenosne in proizvodne vire. Za maksimiranje dejanske moči, ki se lahko prenese prek preobremenjenega vmesnika prenosa, je treba tokove Q zmanjšati. Podobno lahko proizvodnja Q omeji dejansko moč generatorja.
3. Reaktnost pogona v prenosnem omrežju prinaša resnične izgube moči. Da bi nadomestili te izgube, je treba nadomestiti moč in energijo.

Prenosni sistem je nelinearni uporabnik Q, odvisno od obremenitve sistema. Pri zelo nizki obremenitvi sistem ustvari Q, ki ga je treba absorbirati, in ob velikih obremenitvah sistem porabi veliko količino Q, ki jo je treba zamenjati. Sistemske zahteve Q so odvisne tudi od konfiguracije proizvodnje in prenosa. Zato se sistemske reaktivne zahteve spreminjajo s časom, ko so ravni obremenitve in modeli obremenitve ter spremembe proizvodnje.

Sistem ima tri namene kontrole Q in napetosti:

1. Ohraniti mora zadostno napetost v prenosnem in distribucijskem sistemu za trenutne in nepredvidene razmere.
2. Zagotoviti minimizacijo preobremenitve dejanskih pretokov energije.
3. Prizadevajte si, da zmanjšate resnične izgube moči.

Volumetrični energetski sistem je sestavljen iz več kosov opreme, od katerih je lahko katera koli od njih morda nepravilna. Tako je sistem zasnovan tako, da vzdrži neuspeh posamezne opreme, še naprej deluje v interesu potrošnikov. Zato električni sistem zahteva resnične rezerve zmogljivosti, da se odzove na nepredvidene okoliščine in vzdržuje rezerve Q.