Stroom is een belangrijke factor voor het beoordelen van de prestaties van elektrische apparatuur in een energiesysteemnetwerk. Het gebruik van de grenswaarden kan leiden tot netwerkoverbelastingen, noodsituaties en uitval van apparatuur. Om jezelf tegen deze negatieve gevolgen te beschermen, moet je begrijpen wat actieve reactieve en schijnbare kracht zijn.

Vermogensbepaling

Het vermogen dat daadwerkelijk wordt verbruikt of gebruikt in een AC-circuit wordt actief vermogen genoemd, in kW of MW. Vermogen dat voortdurend van richting verandert en beweegt, zowel in richting in een circuit als op zichzelf reageert, wordt reactief genoemd, in kilovolt (kVAR) of MVAR.

Het is duidelijk dat er alleen stroom wordt verbruikt als er weerstand is. Een zuivere inductor en een zuivere condensator verbruiken het niet.

In een puur resistief circuit is de stroom in fase met de aangelegde spanning, terwijl in een puur inductief en capacitief circuit de stroom 90 graden wordt verschoven: als een inductieve belasting op het netwerk wordt aangesloten, verliest deze de spanning met 90 graden. Wanneer een capacitieve belasting wordt aangesloten, verschuift de stroom 90 graden in de tegenovergestelde richting.

In het eerste geval wordt actief vermogen gecreëerd en in het tweede geval reactief vermogen.

Machtsdriehoek

Schijnbaar vermogen is de vectorsom van actief en reactief vermogen. Volledige krachtelementen:

• Actief, P.
• Reactief, Q.
• Vol, S.

Reactief vermogen werkt niet, het wordt weergegeven als de denkbeeldige as van een vectordiagram. Actieve kracht werkt en is de echte kant van de driehoek. Uit dit principe van vermogensontbinding wordt duidelijk hoe actief vermogen wordt gemeten. De eenheid voor alle soorten vermogen is watt (W), maar deze aanduiding wordt meestal toegewezen aan de actieve component. Schijnbaar vermogen wordt gewoonlijk uitgedrukt in VA.

De eenheid voor de Q-component wordt uitgedrukt als var, wat overeenkomt met reactieve volt-ampère. Het draagt ​​geen netto energie over aan de belasting, maar vervult toch een belangrijke functie in elektrische netwerken. De wiskundige relatie daartussen kan worden weergegeven door vectoren of worden uitgedrukt met behulp van complexe getallen, S = P + j Q (waarbij j de denkbeeldige eenheid is).

Energie- en vermogensberekening

Het gemiddelde vermogen P in watt (W) is gelijk aan de verbruikte energie E in joule (J) gedeeld door de periode t in seconden (seconden): P(W) = E(J)/Δ T(S).

Wanneer de stroom en spanning 180 graden uit fase zijn, is PF negatief: de belasting levert stroom aan de bron (een voorbeeld is een huis met zonnepanelen op het dak die stroom aan het elektriciteitsnet leveren). Voorbeeld:

• P is 700W en de fasehoek is 45,6;
• PF is gelijk aan cos (45, 6) = 0,700, dan is S = 700 W / cos (45, 6) = 1000 VA.

De verhouding tussen actief en schijnbaar vermogen wordt arbeidsfactor (PF) genoemd.. Voor twee systemen met dezelfde hoeveelheid weerstandsbelasting zal het systeem met de lagere PF hogere circulatiestromen hebben omdat het elektrische vermogen wordt teruggegeven. Deze grote stromen veroorzaken grote verliezen en verminderen de algehele transmissie-efficiëntie. Een circuit met een lagere PF zal een grotere totale belasting en hogere verliezen hebben voor dezelfde hoeveelheid ohmse belasting. PF = 1, 0 als er fasestroom is. Het is nul wanneer de stroom 90 graden voorloopt op of achterloopt op de spanning.

PF =0,68 betekent bijvoorbeeld dat slechts 68 procent van de totale geleverde stroom daadwerkelijk werkt, de overige 32 procent is reactief. Fabrikanten van nutsvoorzieningen brengen consumenten geen kosten in rekening voor de reactieve verliezen. Als er echter sprake is van een inefficiëntie bij de belastingsbron van een klant waardoor de PF onder een bepaald niveau zakt, kan het nutsbedrijf klanten kosten in rekening brengen voor het toegenomen brandstofverbruik bij elektriciteitscentrales en de verslechtering van de lineaire prestaties van het net.

Kenmerken van de volledige S

De formule voor het totale vermogen is afhankelijk van actief en reactief vermogen en wordt weergegeven als een energiedriehoek (de stelling van Pythagoras). S = (Q 2 + P 2) 1 / 2, waarbij:

• S = totaal (gemeten in kilovolt-ampère, kVA);
• Q = reactief (kilovolt-reactiviteit, kVAR);
• P = actief (kilowatt, kW).

Het wordt gemeten in volt-ampère (VA) en is afhankelijk van de spanning vermenigvuldigd met de totale inkomende stroom. Dit is de vectorsom van de P- en Q-componenten, die u vertelt hoe u het totale vermogen kunt vinden. Eenfasig netwerk: V(V) = I(Bijl R (Ω).

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

Driefasig netwerk:

Spanning V in volt (V) is gelijk aan stroom I in ampère (A) vermenigvuldigd met impedantie Z in ohm (Ω):

V(V) = I(Bijl Z (Ω) = (| I | X | Z |) ∠ (θ I + θ Z).

S(VA) = V(V)x I(EEN) = (| V | X | I |) ∠ (θ V - θ I).

Actieve P

Dit is de kracht die wordt gebruikt om te kunnen functioneren Het actieve deel, gemeten in W, is het vermogen dat wordt verbruikt door de elektrische weerstand van het systeem. P(W) = V(V)x I(A)xco's φ

Reactieve vraag

Het wordt niet gebruikt voor netwerken. Q wordt gemeten in volt-ampère (VAR). Een toename van deze indicatoren leidt tot een afname van de powerfactor (PF). Q(VAR) = V(V)x I(A) x zonde φ.

Netwerkefficiëntiefactor

PF wordt bepaald door de maten P en S en wordt berekend met behulp van de stelling van Pythagoras. Er wordt rekening gehouden met de cosinus van de hoek tussen spanning en stroom (niet-sinusvormige hoek), het fasediagram van spanning of stroom uit de energiedriehoek. De PF-coëfficiënt is gelijk aan de absolute waarde van de cosinus van de complexe energiefasehoek ( φ ): PF = | want φ | De efficiëntie van het energiesysteem hangt af van de PF-factor en om de efficiëntie van het gebruik in het energiesysteem te verbeteren is het noodzakelijk om deze te verhogen.

Capacitieve en inductieve belastingen

Opgeslagen energie in de elektrische en magnetische velden onder belasting, zoals van een motor of condensator, veroorzaakt een verschuiving tussen spanning en stroom. Terwijl er stroom door de condensator vloeit, zorgt de opbouw van lading ervoor dat er een tegengestelde spanning over verschijnt. Deze spanning neemt toe tot een bepaald maximum, bepaald door de structuur van de condensator. In een wisselstroomnetwerk verandert de spanning over de condensator voortdurend. Condensatoren worden bronnen van reactieve verliezen genoemd en veroorzaken dus leidende PF.

Inductiemachines behoren tot de meest voorkomende soorten belastingen in het elektrische energiesysteem. Deze machines gebruiken inductoren of grote draadspoelen om energie op te slaan in de vorm van een magnetisch veld. Wanneer de spanning voor het eerst door de spoel gaat, weerstaat de inductor deze verandering in stroom en magnetisch veld sterk, waardoor een tijdsvertraging met een maximale waarde ontstaat. Dit heeft tot gevolg dat de stroom uit fase is met de spanning.

Inductoren absorberen Q en veroorzaken daardoor vertraagde PF. Inductiegeneratoren kunnen Q leveren of absorberen en een maatstaf voor Q-stroom- en spanningsregeling bieden aan systeembeheerders. Omdat deze apparaten tegengestelde effecten hebben op de fasehoek tussen spanning en stroom, kunnen ze worden gebruikt om elkaars effecten op te heffen. Dit neemt meestal de vorm aan van condensatorbanken die worden gebruikt om de achterblijvende PF tegen te gaan die wordt veroorzaakt door inductiemotoren.

Onderdrukking van reactieve invloed in elektrische netwerken

Actief reactief en schijnbaar vermogen bepaalt PF als de belangrijkste factor voor het beoordelen van de efficiëntie van het elektriciteitsverbruik in het energiesysteemnetwerk. Als PF hoog is, kan worden gezegd dat elektriciteit efficiënter wordt gebruikt in het energiesysteem. Naarmate de PF slecht is of afneemt, neemt de energie-efficiëntie van het energiesysteem af. Een lage PF of de afname ervan kan verschillende redenen hebben. Er zijn speciale correctiemethoden om de PF te verhogen.

Het gebruik van condensatoren is de beste en meest effectieve manier om de netwerkefficiëntie te verbeteren. Een techniek die bekend staat als reactieve compensatie wordt gebruikt om de schijnbare stroom naar een belasting te verminderen door reactieve verliezen te verminderen. Om bijvoorbeeld een inductieve belasting te compenseren, wordt een shuntcondensator dichtbij de belasting zelf geïnstalleerd. Hierdoor kan de condensator alle Q verbruiken en deze niet langs transmissielijnen verzenden.

Deze praktijk bespaart energie omdat het de hoeveelheid energie vermindert die nodig is om dezelfde hoeveelheid werk te doen. Het maakt ook efficiëntere transmissielijnontwerpen mogelijk met kleinere geleiders of minder connectorgeleiders en geoptimaliseerde transmissietorenontwerpen.

Om de spanning binnen het optimale bereik te houden en instabiliteitsverschijnselen te voorkomen, worden op optimale locaties in het energiesysteemnetwerk verschillende fasecontroleapparaten geïnstalleerd en worden verschillende reactieve regeltechnieken gebruikt.

Het voorgestelde systeem verdeelt de traditionele methode in spannings- en Q-regeling:

• spanningsregeling om de spanning van de secundaire bus van onderstations te regelen;
• Q-regeling voor het regelen van de primaire busspanning.

In dit systeem worden twee soorten apparaten geïnstalleerd in onderstations voor de interactie tussen spanningsregeling en Q-regeling.

Spannings- en blindvermogenregeling

Dit zijn twee aspecten van dezelfde impact die de betrouwbaarheid in stand houden en commerciële transacties in transmissienetwerken vergemakkelijken. Op een wisselstroomsysteem (AC) wordt de spanning geregeld door de productie en absorptie van Q te regelen. Er zijn drie redenen waarom dit type regeling noodzakelijk is:

1. Apparatuur voor het stroomsysteem is ontworpen om te werken over een spanningsbereik, doorgaans binnen ±5% van de nominale spanning. Bij lage spanning presteert apparatuur slecht, geven lampen minder verlichting, kunnen inductiemotoren oververhit raken en beschadigd raken, en sommige elektronische apparaten werken helemaal niet. Hoge spanningen kunnen apparatuur beschadigen en de levensduur ervan verkorten.
2. Q verbruikt transmissie- en opwekkingsmiddelen. Om het daadwerkelijke vermogen dat via een overbelaste transmissie-interface kan worden verzonden te maximaliseren, moeten Q-stromen worden geminimaliseerd. Op dezelfde manier kan de productie van Q de werkelijke output van de generator beperken.
3. De aandrijfreactiviteit in het transmissienetwerk leidt tot reële vermogensverliezen. Om deze verliezen te compenseren, moeten stroom en energie worden gecompenseerd.

Het transmissiesysteem is een niet-lineaire verbruiker van Q, afhankelijk van de systeembelasting. Bij zeer lage belasting genereert het systeem Q dat moet worden geabsorbeerd, en bij hoge belasting verbruikt het systeem grote hoeveelheden Q die moeten worden vervangen. Systeem Q-vereisten zijn ook afhankelijk van de generatie- en transmissieconfiguratie. Als gevolg hiervan veranderen de reactieve systeemvereisten in de loop van de tijd naarmate de belastingsniveaus en belasting- en generatiepatronen veranderen.

De werking van het systeem heeft drie doelen voor het regelen van Q en spanningen:

1. Het moet voldoende spanning behouden over het gehele transmissie- en distributiesysteem voor zowel huidige als onverwachte omstandigheden.
2. Zorg ervoor dat de congestie van de daadwerkelijke energiestromen wordt geminimaliseerd.
3. Streef ernaar de daadwerkelijke vermogensverliezen tot een minimum te beperken.

Een bulkenergiesysteem bestaat uit veel apparaten, die allemaal defect kunnen zijn. Het systeem is dus ontworpen om het falen van individuele apparatuur te weerstaan ​​en tegelijkertijd in het beste belang van de consument te blijven functioneren. Daarom heeft het elektrische systeem echte stroomreserves nodig om op onvoorziene omstandigheden te kunnen reageren en Q-reserves op peil te kunnen houden.

De term elektrische energie (elektrische energie, elektriciteit) is een fysieke en veelgebruikte term. In het dagelijks leven en de industrie betekent dit het proces van productie (opwekking), transmissie en distributie van elektriciteit, dat op 2 manieren kan worden verkregen:

• van het energiebedrijf;
• met behulp van speciale apparaten die generatoren worden genoemd.

De meeteenheid voor het elektriciteitsverbruik is kWh. Elektriciteit heeft een aantal positieve eigenschappen en wordt dankzij deze op grote schaal gebruikt in alle sectoren van onze economie en uiteraard in het dagelijks leven. Deze omvatten:

1. productiegemak;
2. mogelijkheid van transmissie over grote afstanden;
3. het vermogen om te worden omgezet in andere soorten energie;
4. eenvoudig en eenvoudig over verschillende consumenten kunnen worden verdeeld.

Momenteel is het moeilijk om de productie, de landbouw en het leven van mensen voor te stellen zonder het gebruik van elektriciteit. Met zijn hulp worden gebouwen, gebouwen en gebieden verlicht, werken verschillende machines, apparatuur en apparaten, rijden elektrische voertuigen, worden huizen en productieruimtes verwarmd, wordt er gecommuniceerd en nog veel meer.

Opwekking (omzetting van verschillende soorten energie in elektrische energie) vindt plaats met behulp van thermische, waterkracht-, nucleaire en alternatieve energie. Elektriciteit wordt opgewekt in speciale energiecentrales, waarvan de werking en het werkingsprincipe worden bepaald door hun naam.

Actieve en reactieve elektriciteit

Elektriciteit wordt getransporteerd via bovengrondse of kabellijnen. Dergelijke lijnen worden elektrische netwerken genoemd. Bij de berekening van het elektriciteitsverbruik door abonnees wordt rekening gehouden met het totale vermogen van de stroom die door het elektrische circuit gaat. De totale energiekosten zijn onderverdeeld in 2 energie-indicatoren:

• actief;
• reactief.

Actieve energie, die een onderdeel is van het gegenereerde totale vermogen (gemeten in kVA), verricht nuttig werk en valt voor de meeste elektrische apparaten in berekeningen daarmee samen. Als het paspoort van een apparaat (ijzer, elektrische oven, verwarming, enz.) bijvoorbeeld het actieve vermogen in kW aangeeft, dan zal het totale vermogen hetzelfde zijn, alleen in kVA.

In elektrische circuits met reactieve elementen (capacitieve of inductieve belasting) wordt een deel van het totale vermogen niet besteed aan het uitvoeren van nuttig werk. Dit zal reactieve elektriciteit zijn. Dit het concept is typisch voor wisselstroomcircuits. Er bestaat zoiets als een mismatch tussen de spanningsfase en de stroomfase. Het leidt ofwel (met een capacitieve belasting) of blijft achter (met een inductieve belasting). Verliezen ontstaan ​​door verwarming. Veel huishoudelijke en industriële apparaten en apparatuur hebben een reactieve component (elektromotoren, draagbaar elektrisch gereedschap, huishoudelijke apparaten, enz.). Vervolgens wordt bij de berekening van de verbruikte elektriciteit een vermogenscorrectiefactor geïntroduceerd. Het wordt aangeduid als cos fi en de waarde ervan varieert meestal van 0,6 tot 0,9 (aangegeven in de paspoortgegevens voor een specifiek elektrisch apparaat). Als het paspoort van een draagbaar gereedschap bijvoorbeeld een vermogen van 0,8 kW en een waarde van cos = 0,8 aangeeft, dan zal het totale energieverbruik in dit geval 1 kW (0,8/0,8) zijn. Het wordt als een negatief fenomeen beschouwd en naarmate de cos-indicator afneemt, neemt het bruikbare vermogen af.

Opmerking! Bij afwezigheid of verlies van een paspoort voor een specifiek elektrisch apparaat wordt de coëfficiënt cos = 0,7 gebruikt om het totale vermogen te berekenen.

Hoe hoger de cos-waarde, hoe lager het verlies aan actieve elektriciteit en uiteraard zal dergelijke elektriciteit minder kosten. Om deze coëfficiënt te verhogen, worden verschillende compenserende apparaten gebruikt. Dit kunnen leidende stroomgeneratoren, condensatorbanken en andere apparaten zijn.

Naast transmissie via geleiders bestaat er ook draadloze transmissie van elektriciteit. Momenteel bestaat er technologie voor het draadloos opladen van mobiele telefoons en sommige huishoudelijke apparaten, elektrische voertuigen, enz. Ze hebben bereikbeperkingen en een lage energieoverdrachtsefficiëntie, dus het is niet nodig om over het wijdverbreide gebruik ervan te praten.

Bij de berekening van de elektrische energie die door een huishoudelijk of industrieel elektrisch apparaat wordt gebruikt, wordt doorgaans rekening gehouden met het totale vermogen van de elektrische stroom die door het te meten elektrische circuit gaat.
In dit geval worden twee indicatoren geïdentificeerd die de kosten van volledig vermogen weerspiegelen bij het bedienen van de consument. Deze indicatoren worden actieve en reactieve energie genoemd. Het totale vermogen is de som van deze twee indicatoren.

Volle kracht.

Volgens vaste praktijk betalen consumenten niet voor de bruikbare stroom, die direct in het huishouden wordt gebruikt, maar voor de volledige stroom, die door de leverancier wordt geleverd. Deze indicatoren onderscheiden zich door meeteenheden: het totale vermogen wordt gemeten in volt-ampère (VA) en het nuttige vermogen wordt gemeten in kilowatt. Actieve en reactieve elektriciteit wordt gebruikt door alle elektrische apparaten die via het netwerk worden gevoed.

Actieve elektriciteit.

De actieve component van het totale vermogen verricht nuttig werk en wordt omgezet in het soort energie dat de consument nodig heeft. Voor sommige huishoudelijke en industriële elektrische apparaten vallen het actieve en schijnbare vermogen in de berekeningen samen. Tot dergelijke apparaten behoren elektrische kachels, gloeilampen, elektrische ovens, verwarmingstoestellen, strijkijzers en strijkpersen, enz. Als het paspoort een actief vermogen van 1 kW aangeeft, is het totale vermogen van een dergelijk apparaat 1 kVA.

Het concept van reactieve elektriciteit.

Dit type elektriciteit is inherent aan circuits die reactieve elementen bevatten. Reactieve elektriciteit is dat deel van de totale binnenkomende energie dat niet aan nuttig werk wordt besteed. In gelijkstroomcircuits bestaat er geen concept van reactief vermogen. In wisselstroomcircuits treedt een reactieve component alleen op als er een inductieve of capacitieve belasting aanwezig is. In dit geval is er een mismatch tussen de fase van de stroom en de fase van de spanning. Deze faseverschuiving tussen spanning en stroom wordt aangegeven door het symbool “φ”. Bij een inductieve belasting in het circuit wordt een fasevertraging waargenomen, en bij een capacitieve belasting wordt deze vervroegd. Daarom bereikt slechts een deel van het totale vermogen de consument, en de grootste verliezen treden op als gevolg van nutteloze verwarming van apparaten en instrumenten tijdens bedrijf. Vermogensverliezen treden op als gevolg van de aanwezigheid van inductieve spoelen en condensatoren in elektrische apparaten. Hierdoor hoopt elektriciteit zich enige tijd op in het circuit. Hierna wordt de opgeslagen energie teruggevoerd naar het circuit. Apparaten waarvan het energieverbruik een reactieve component van elektriciteit omvat, zijn onder meer draagbaar elektrisch gereedschap, elektrische motoren en diverse huishoudelijke apparaten. Deze waarde wordt berekend rekening houdend met een speciale arbeidsfactor, die wordt aangeduid als cos φ.

Berekening van reactieve elektriciteit.

De arbeidsfactor varieert van 0,5 tot 0,9; De exacte waarde van deze parameter vindt u in het gegevensblad van het elektrische apparaat. Het schijnbare vermogen moet worden bepaald als het actieve vermogen gedeeld door de factor. Als het paspoort van een elektrische boormachine bijvoorbeeld een vermogen van 600 W en een waarde van 0,6 aangeeft, dan is het totale vermogen dat door het apparaat wordt verbruikt gelijk aan 600/06, dat wil zeggen 1000 VA. Bij afwezigheid van paspoorten voor het berekenen van het totale vermogen van het apparaat, kan de coëfficiënt gelijk worden gesteld aan 0,7. Aangezien een van de belangrijkste taken van bestaande stroomvoorzieningssystemen het leveren van nuttige stroom aan de eindgebruiker is, worden blindvermogenverliezen als een negatieve factor beschouwd, en een toename van deze indicator doet twijfel rijzen over de efficiëntie van het elektrische circuit als geheel.

De waarde van de coëfficiënt wanneer rekening wordt gehouden met verliezen.

Hoe hoger de arbeidsfactorwaarde, hoe lager de verliezen aan actieve elektriciteit zullen zijn - wat betekent dat de verbruikte elektrische energie de eindgebruiker iets minder zal kosten. Om de waarde van deze coëfficiënt te vergroten, worden in de elektrotechniek verschillende technieken gebruikt om niet-doelmatige elektriciteitsverliezen te compenseren. Compenserende apparaten zijn toonaangevende stroomgeneratoren die de fasehoek tussen stroom en spanning gladstrijken. Condensatorbanken worden soms voor hetzelfde doel gebruikt. Ze zijn parallel verbonden met het bedrijfscircuit en worden gebruikt als synchrone compensatoren.

Berekening van de elektriciteitskosten voor particuliere klanten.

Voor individueel gebruik worden actieve en reactieve elektriciteit niet gescheiden in de rekeningen - op de consumptieschaal is het aandeel reactieve energie klein. Daarom betalen particuliere klanten met een stroomverbruik tot 63 A één factuur, waarbij alle verbruikte elektriciteit als actief wordt beschouwd. Bijkomende verliezen in het circuit voor reactieve elektriciteit worden niet afzonderlijk toegewezen en niet betaald. Rekening houden met reactieve elektriciteit voor bedrijven Een ander ding zijn bedrijven en organisaties. In productiefaciliteiten en industriële werkplaatsen wordt een groot aantal elektrische apparatuur geïnstalleerd, en de totale geleverde elektriciteit bevat een aanzienlijk deel reactieve energie, die nodig is voor de werking van voedingen en elektromotoren. Actieve en reactieve elektriciteit die aan bedrijven en organisaties wordt geleverd, vereist een duidelijke scheiding en een andere betaalwijze daarvoor. In dit geval is de basis voor het reguleren van de relaties tussen het elektriciteitsbedrijf en de eindgebruikers een standaardcontract. Volgens de regels die in dit document zijn vastgelegd, hebben organisaties die elektriciteit verbruiken boven 63 A een speciaal apparaat nodig dat reactieve energiemetingen levert voor boekhouding en betaling. Het netwerkbedrijf installeert een reactieve elektriciteitsmeter en laadt op basis van de meetwaarden.

Reactieve energiefactor.

Zoals eerder vermeld, worden actieve en reactieve elektriciteit in afzonderlijke regels op de betalingsfacturen gemarkeerd. Als de verhouding tussen de volumes reactieve en verbruikte elektriciteit de vastgestelde norm niet overschrijdt, worden er geen kosten voor reactieve energie in rekening gebracht. De verhoudingscoëfficiënt kan op verschillende manieren worden geschreven, de gemiddelde waarde is 0,15. Als deze drempelwaarde wordt overschreden, wordt het consumentenbedrijf aanbevolen om compenserende apparaten te installeren.

Reactieve energie in appartementsgebouwen.

Een typische elektriciteitsverbruiker is een appartementencomplex met een hoofdzekering, dat meer dan 63 A verbruikt. Als een dergelijk gebouw uitsluitend woongebouwen bevat, worden er geen kosten in rekening gebracht voor reactieve elektriciteit. Zo zien bewoners van een appartementencomplex in de kosten alleen betaling voor de totale elektriciteit die door de leverancier aan de woning wordt geleverd. Voor woningbouwcoöperaties geldt dezelfde regel.

Speciale gevallen van blindvermogenmeting.

Er zijn gevallen waarin een gebouw met meerdere verdiepingen zowel commerciële organisaties als appartementen bevat. De levering van elektriciteit aan dergelijke huizen wordt geregeld in afzonderlijke wetten. De verdeling kan bijvoorbeeld de grootte van het bruikbare gebied zijn. Als commerciële organisaties in een appartementengebouw minder dan de helft van de bruikbare ruimte in beslag nemen, worden reactieve energiebetalingen niet in rekening gebracht. Als het drempelpercentage wordt overschreden, ontstaan ​​betalingsverplichtingen voor reactieve elektriciteit. In sommige gevallen zijn woongebouwen niet vrijgesteld van betaling voor reactieve energie. Als een gebouw bijvoorbeeld liftaansluitpunten voor appartementen heeft, worden de kosten voor het gebruik van reactieve elektriciteit afzonderlijk in rekening gebracht, alleen voor deze apparatuur. Appartementeigenaren betalen nog steeds alleen voor actieve elektriciteit.

Actief en reactief vermogen zijn verbruikers van elektrische energie met als doel deze energie te verbruiken. De consument is geïnteresseerd in die energie, waarvan het verbruik hem ten goede komt; deze energie kan nuttig worden genoemd, maar in de elektrotechniek wordt deze meestal actief genoemd. Dit is de energie die wordt gebruikt om kamers te verwarmen, voedsel te koken, koude te produceren en wordt omgezet in mechanische energie (de werking van elektrische boormachines, boorhamers, elektrische pompen, enz.).

Naast actieve elektriciteit bestaat er ook reactieve elektriciteit. Dit is dat deel van de totale energie dat niet aan nuttig werk wordt besteed. Zoals uit het bovenstaande duidelijk blijkt, is het totale vermogen het actieve vermogen en het reactieve vermogen als geheel.

In de concepten van actief en reactief vermogen botsen tegenstrijdige belangen van consumenten van elektrische energie en haar leveranciers. Het is voordelig voor de consument om alleen te betalen voor de nuttige elektriciteit die hij heeft verbruikt, terwijl het voor de leverancier voordelig is om betaling te ontvangen voor de hoeveelheid actieve en reactieve elektriciteit. Is het mogelijk om deze ogenschijnlijk tegenstrijdige eisen met elkaar te verzoenen? Ja, als je de hoeveelheid reactieve elektriciteit tot nul reduceert. Laten we eens kijken of dit mogelijk is en hoe dicht men bij het ideaal kan komen.

Actief en reactief vermogen

Actieve kracht

Er zijn elektriciteitsverbruikers waarvan het totale en actieve vermogen hetzelfde zijn. Dit zijn consumenten waarvan de belasting wordt weergegeven door actieve weerstanden (weerstanden). Onder huishoudelijke elektrische apparaten zijn voorbeelden van een dergelijke belasting gloeilampen, elektrische fornuizen, frituurkasten en ovens, verwarmingstoestellen, strijkijzers, soldeerbouten, enz.

Aangegeven in het paspoort van deze apparaten is zowel actief als reactief vermogen. Dit is het geval wanneer het belastingsvermogen kan worden bepaald met behulp van de formule die bekend is uit de natuurkundecursus op school door de belastingsstroom te vermenigvuldigen met de spanning in het netwerk. Stroom wordt gemeten in ampère (A), spanning in volt (V), vermogen in watt (W). Een elektrische kachelbrander in een netwerk met een spanning van 220 V bij een stroomsterkte van 4,5 A verbruikt vermogen 4,5 x 220 = 990 (W).

Reactief vermogen

Soms kun je, als je over straat loopt, zien dat het glas van de balkons van binnenuit bedekt is met een glanzende dunne film. Deze film werd verwijderd van defecte elektrische condensatoren die voor bepaalde doeleinden waren geïnstalleerd in distributiestations die krachtige verbruikers van elektrische energie leverden. Een condensator is een typische verbruiker van reactief vermogen. In tegenstelling tot actieve stroomverbruikers, waarbij het belangrijkste ontwerpelement een bepaald elektrisch geleidend materiaal is (wolfraamgeleider in gloeilampen, nichroomspiraal in een elektrische kachel, enz.). In een condensator is het hoofdelement een niet-geleidende elektrische stroom (een dunne polymeerfilm of met olie doordrenkt papier).

Reactief capacitief vermogen

De prachtige glanzende films die je op het balkon zag, zijn condensatorvoeringen van geleidend dun materiaal. De condensator is opmerkelijk omdat hij elektrische energie kan accumuleren en deze vervolgens kan vrijgeven - een soort batterij. Als je een condensator op een gelijkstroomnetwerk aansluit, wordt deze met een korte stroompuls opgeladen en stroomt er vervolgens geen stroom doorheen. U kunt de condensator in zijn oorspronkelijke staat terugbrengen door hem los te koppelen van de spanningsbron en een belasting op de platen aan te sluiten. Er zal enige tijd elektrische stroom door de belasting vloeien, en een ideale condensator zal precies evenveel elektrische energie aan de belasting leveren als deze ontvangt tijdens het opladen. Een gloeilamp die op de klemmen van de condensator is aangesloten, kan een korte tijd knipperen, de elektrische weerstand zal warm worden en een onzorgvuldig persoon kan worden "geschokt" of zelfs worden gedood als er voldoende spanning op de klemmen staat en de hoeveelheid opgeslagen elektriciteit .

Een interessant beeld wordt verkregen bij het aansluiten van een condensator op een bron van elektrische wisselspanning. Omdat de polariteit en de momentane spanningswaarde van een wisselspanningsbron voortdurend veranderen (in een elektrisch thuisnetwerk volgens een wet die bijna sinusvormig is). De condensator zal continu opladen en ontladen, en er zal continu wisselstroom doorheen stromen. Maar deze stroom zal niet in fase zijn met de spanning van de wisselspanningsbron, maar zal deze 90° vooruit bewegen, d.w.z. voor een kwartperiode.

Dit zal ertoe leiden dat de condensator gedurende de helft van de wisselspanning energie uit het netwerk verbruikt en de helft van de periode vrijgeeft, terwijl het totale verbruikte actieve elektrische vermogen nul is. Maar aangezien er een aanzienlijke stroom door de condensator vloeit, die kan worden gemeten met een ampèremeter, is het gebruikelijk om te zeggen dat de condensator een verbruiker van reactief elektrisch vermogen is.

Het blindvermogen wordt berekend als het product van stroom en spanning, maar de meeteenheid is niet langer watt, maar volt-ampère reactief (VAr). Er stroomt dus een stroom van ongeveer 0,3 A door een elektrische condensator met een capaciteit van 4 μF aangesloten op een 220 V-netwerk met een frequentie van 50 Hz. Dit betekent dat de condensator 0,3 x 220 = 66 (VAr) reactief vermogen verbruikt - vergelijkbaar tot het vermogen van een gemiddelde gloeilamp, maar de condensator gloeit of warmt, in tegenstelling tot een lamp, niet op.

Reactief inductief vermogen

Als de stroom in een condensator voorloopt op de spanning, zijn er dan consumenten waarbij de stroom achterloopt op de spanning? Ja, en dergelijke consumenten worden, in tegenstelling tot capacitieve consumenten, inductief genoemd, terwijl ze consumenten van reactieve energie blijven. Een typische inductieve elektrische belasting is een spoel met een bepaald aantal windingen van sterk geleidende draad, gewikkeld rond een gesloten kern van speciaal magnetisch materiaal.

In de praktijk is een zuiver inductieve belasting een goede benadering van een nullasttransformator (of een spanningsregelaar met een autotransformator). Een goed ontworpen transformator verbruikt zeer weinig actief vermogen wanneer hij stationair draait, en verbruikt voornamelijk reactief vermogen.

Echte verbruikers van elektrische energie en totaal elektrisch vermogen

Als we kijken naar de kenmerken van capacitieve en inductieve belastingen, rijst er een interessante vraag: wat gebeurt er als capacitieve en inductieve belastingen gelijktijdig en parallel worden ingeschakeld. Vanwege hun tegengestelde reactie op de aangelegde spanning zullen de twee reacties elkaar gaan opheffen. De totale belasting zal alleen capacitief of inductief zijn, en in sommige ideale gevallen zal het mogelijk zijn om volledige compensatie te bereiken. Het zal paradoxaal lijken: de aangesloten ampèremeters zullen aanzienlijke (en gelijke!) stromen door de condensator en de inductor registreren, en een volledige afwezigheid van stroom in het gemeenschappelijke circuit dat ze verbindt. Het beschreven beeld wordt alleen enigszins geschonden door het feit dat er geen ideale condensatoren en inductoren zijn, maar een dergelijke idealisering helpt de essentie van de processen die plaatsvinden te begrijpen.

Laten we terugkeren naar de echte consumenten van elektrische energie. In het dagelijks leven gebruiken we voornamelijk consumenten van puur actief vermogen (voorbeelden worden hierboven gegeven) en gemengd actief-inductief vermogen. Dit zijn elektrische boormachines, boorhamers, elektromotoren van koelkasten, wasmachines en andere huishoudelijke apparaten. Hiertoe behoren ook elektrische transformatoren voor de voeding van huishoudelijke elektronische apparatuur en spanningsstabilisatoren. Bij een dergelijke gemengde belasting verbruikt de belasting naast actief (netto) vermogen ook reactief vermogen, waardoor het totale vermogen meer wordt afgewezen dan het actieve vermogen. Het schijnbaar vermogen wordt gemeten in volt-ampère (VA) en is altijd het product van de stroom in de belasting maal de spanning over de belasting.

Mysterieuze "cosinus phi"

De verhouding tussen actief vermogen en totaal vermogen wordt in de elektrotechniek ‘cosinus phi’ genoemd. Aangegeven met cos φ. Deze verhouding wordt ook wel powerfactor genoemd. Het is gemakkelijk in te zien dat voor het geval van een puur actieve belasting, waarbij het totale vermogen samenvalt met het actieve vermogen, cos φ = 1. Voor het geval van puur capacitieve of inductieve belastingen, waarbij het actieve vermogen gelijk is aan nul, cos φ = 0.

In het geval van een gemengde belasting ligt de waarde van de arbeidsfactor in het bereik van 0 tot 1. Voor huishoudelijke apparaten ligt deze meestal in het bereik van 0,5-0,9. Gemiddeld kan het als gelijk aan 0,7 worden beschouwd; een nauwkeurigere waarde wordt aangegeven in het paspoort van het elektrische apparaat.

Waar betalen wij voor?

En tot slot is de meest interessante vraag voor welk type energie de consument betaalt. Gebaseerd op het feit dat de reactieve component van de totale energie geen enkel voordeel oplevert voor de consument, terwijl een deel van de periode reactieve energie wordt verbruikt en een deel wordt afgegeven, is het niet nodig om voor reactief vermogen te betalen. Maar zoals we weten zit de duivel in de details. Omdat de gemengde belasting de stroom in het netwerk verhoogt, ontstaan ​​er problemen bij elektriciteitscentrales waar elektriciteit wordt opgewekt door synchrone generatoren, namelijk: de inductieve belasting schakelt de generator uit, en het terugbrengen naar de vorige staat kost echt actief vermogen om opnieuw te werken. -opwinden'.

Het is dus redelijk eerlijk om de consument te laten betalen voor het verbruikte reactieve inductieve vermogen. Dit moedigt de consument aan om de reactieve component van zijn belasting te compenseren, en aangezien deze component voornamelijk inductief is, bestaat de compensatie uit het aansluiten van condensatoren met een vooraf berekende capaciteit.

De consument vindt een mogelijkheid om minder te betalen

Als de consument afzonderlijk betaalt voor het verbruikte actieve en reactieve vermogen. Hij is bereid extra kosten te maken en condensatorbanken in zijn onderneming te installeren, die strikt volgens een schema worden ingeschakeld, afhankelijk van de statistieken van het gemiddelde elektriciteitsverbruik per uur van de dag.

Er is ook de mogelijkheid om speciale apparaten in de onderneming te installeren (blindvermogencompensatoren) die condensatoren automatisch aansluiten, afhankelijk van de grootte en aard van het momenteel verbruikte vermogen. Met deze compensatoren kunt u de arbeidsfactor verhogen van 0,6 naar 0,97, d.w.z. bijna tot één.

Ook wordt aanvaard dat als de verhouding tussen de verbruikte reactieve energie en de totale energie niet groter is dan 0,15, de zakelijke consument vrijgesteld is van betaling voor reactieve energie.

Wat individuele consumenten betreft, is het, vanwege het relatief lage stroomverbruik dat zij verbruiken, niet gebruikelijk om de rekeningen voor de betaling van de verbruikte elektriciteit op te splitsen in actief en reactief. Elektrische huishoudelijke energie houdt alleen rekening met het actieve vermogen van de elektrische belasting en er wordt een factuur voor opgesteld. Die. Momenteel is het technisch niet eens mogelijk om een ​​individuele verbruiker te factureren voor het verbruikte reactieve vermogen.

De consument heeft geen speciale prikkel om de inductieve component van de belasting te compenseren, en dit is technisch moeilijk te implementeren. Permanent aangesloten condensatoren zullen de voedingsbedrading onnodig belasten wanneer de inductieve belasting wordt losgekoppeld. Achter de elektriciteitsmeter (ook vóór de meter, maar daar betaalt de consument niet voor), wat het verbruik van actief vermogen zal veroorzaken met een overeenkomstige stijging van de rekening, en automatische compensatoren zijn duur en zullen waarschijnlijk de kosten van ze kopen.

Een ander ding is dat de fabrikant soms compensatiecondensatoren installeert aan de ingang van consumenten met een inductieve component van de belasting. Deze condensatoren zullen, indien correct geselecteerd, de energieverliezen in de voedingsdraden enigszins verminderen, terwijl ze de spanning op het aangesloten elektrische apparaat enigszins verhogen door de spanningsval op de voedingsdraden te verminderen.

Maar het allerbelangrijkste is dat reactieve energiecompensatie voor elke consument, van een appartement tot een grote onderneming, de stroom in alle elektriciteitsleidingen zal verminderen, van de elektriciteitscentrale tot het appartementpaneel. Vanwege de reactieve component van de totale stroom, die de energieverliezen in de lijnen zal verminderen en de efficiëntie van elektrische systemen zal verhogen.

Inhoud:

In de elektrotechniek worden onder de vele definities vaak begrippen als actief, reactief en schijnbaar vermogen gebruikt. Deze parameters houden rechtstreeks verband met stroom en spanning wanneer verbruikers zijn ingeschakeld. Voor het uitvoeren van berekeningen worden verschillende formules gebruikt, waarvan de belangrijkste het product is van spanning en stroom. Allereerst gaat het om constante spanning. In circuits is de variabele echter verdeeld in verschillende hierboven genoemde componenten. De berekening van elk van hen wordt ook uitgevoerd met behulp van formules, waardoor u nauwkeurige resultaten kunt verkrijgen.

Formules voor actieve, reactieve en schijnbare kracht

Het hoofdbestanddeel wordt beschouwd als actief vermogen. Het is een grootheid die het proces van het omzetten van elektrische energie in andere soorten energie karakteriseert. Dat is, op een andere manier, de snelheid waarmee . Het is deze waarde die op de elektriciteitsmeter wordt weergegeven en door consumenten wordt betaald. Het actieve vermogen wordt berekend met behulp van de formule: P = U x I x cosf.

In tegenstelling tot actieve energie, die verwijst naar de energie die rechtstreeks wordt verbruikt door elektrische apparaten en wordt omgezet in andere soorten energie - thermisch, licht, mechanisch, enz., is reactief vermogen een soort onzichtbare assistent. Met zijn deelname ontstaan ​​elektromagnetische velden die worden verbruikt door elektromotoren. Allereerst bepaalt het de aard van de belasting en kan deze niet alleen worden gegenereerd, maar ook worden geconsumeerd. Berekeningen van blindvermogen worden gemaakt met behulp van de formule: Q = U x I x sinf.

Totaal vermogen is een hoeveelheid bestaande uit actieve en reactieve componenten. Het voorziet consumenten van de benodigde hoeveelheid elektriciteit en houdt ze in werkende staat. Voor de berekeningen wordt de formule gebruikt: S = .

Hoe actieve, reactieve en schijnbare kracht te vinden

Actief vermogen verwijst naar de energie die onomkeerbaar door een bron per tijdseenheid wordt verbruikt zodat de consument nuttig werk kan verrichten. Tijdens het consumptieproces wordt het, zoals reeds opgemerkt, omgezet in andere soorten energie.

In een wisselstroomcircuit wordt de waarde van het actieve vermogen gedefinieerd als het gemiddelde momentane vermogen over een bepaalde tijdsperiode. De gemiddelde waarde over deze periode zal dus afhangen van de fasehoek tussen stroom en spanning en zal niet gelijk zijn aan nul, op voorwaarde dat er actieve weerstand aanwezig is in dit gedeelte van de schakeling. De laatste factor bepaalt de naam van actief vermogen. Het is door actieve weerstand dat elektriciteit onomkeerbaar wordt omgezet in andere soorten energie.

Bij het uitvoeren van berekeningen van elektrische circuits wordt het concept van reactief vermogen veel gebruikt. Met zijn deelname vinden processen plaats zoals de uitwisseling van energie tussen bronnen en reactieve elementen van het circuit. Deze parameter zal numeriek gelijk zijn aan de amplitude van de variabele component van het momentane vermogen van de schakeling.

Er is een zekere afhankelijkheid van het reactieve vermogen van het teken van de hoek φ weergegeven in de figuur. In dit opzicht zal het een positieve of negatieve betekenis hebben. In tegenstelling tot actief vermogen, gemeten in , wordt reactief vermogen gemeten in var - reactieve volt-ampère. De uiteindelijke waarde van reactief vermogen in vertakte elektrische circuits is de algebraïsche som van dezelfde vermogens voor elk element van het circuit, rekening houdend met hun individuele kenmerken.

Het hoofdbestanddeel van het totale vermogen is het maximaal mogelijke actieve vermogen bij een eerder bekende stroom en spanning. In dit geval is cosф gelijk aan 1 als er geen faseverschuiving is tussen stroom en spanning. Het totale vermogen omvat ook een reactieve component, wat duidelijk blijkt uit de hierboven gepresenteerde formule. De meeteenheid voor deze parameter is volt-ampère (VA).