Mnoho spotřebitelů elektřiny nemá podezření, že část naměřené elektřiny je plýtvána. V závislosti na typu zátěže může úroveň výkonových ztrát dosahovat od 12 do 50 %. Elektroměry přitom tyto ztráty počítají a odkazují na užitečnou práci, za kterou musíte zaplatit. Důvodem předražení spotřeby elektřiny, která nevykonává užitečnou práci, je jalový výkon přítomný ve střídavých sítích.

Abychom pochopili, za co přeplácíme a jak kompenzovat dopad jalového výkonu na provoz elektrických instalací, uvažujme důvod výskytu reaktivní složky při přenosu elektřiny. K tomu musíte pochopit fyziku procesu spojeného se střídavým napětím.

Co je to jalový výkon?

Nejprve zvažte koncept elektrické energie. V širokém slova smyslu tento pojem znamená práci vykonanou za jednotku času. Ve vztahu k elektrické energii trochu poopravíme pojem výkon: elektrickým výkonem budeme rozumět fyzikální veličinu, která vlastně charakterizuje rychlost tvorby proudu nebo množství přenesené či spotřebované elektřiny za jednotku času.

Je zřejmé, že práce elektřiny za jednotku času je určena elektrickým výkonem, měřeným ve wattech. Okamžitý výkon v části obvodu se zjistí podle vzorce: P = U×I, kde U a I jsou okamžité hodnoty indikátorů parametrů napětí a proudu v této sekci.

Přísně vzato, výše uvedený vzorec platí pouze pro stejnosměrný proud. V obvodech se sinusovým proudem však vzorec funguje pouze tehdy, když je zátěž spotřebiče čistě aktivní. Při odporové zátěži je veškerá elektrická energie vynaložena na užitečnou práci. Příklady odporových zátěží jsou odporová zařízení, jako je ohřívač vody nebo žárovka.

Pokud jsou v elektrickém obvodu kapacitní nebo indukční zátěže, objevují se parazitní proudy, které se nepodílejí na výkonu užitečné práce. Výkon těchto proudů se nazývá reaktivní.

U indukčních a kapacitních zátěží se část elektřiny odvádí ve formě tepla a část brání vykonání užitečné práce.

Mezi zařízení s indukční zátěží patří:

  • Elektrické motory;
  • tlumivky;
  • transformátory;
  • elektromagnetická relé a další zařízení obsahující vinutí.

Kondenzátory mají kapacity.

Fyzika procesů

Když jsme u stejnosměrných obvodů, není třeba mluvit o jalovém výkonu. V takových obvodech jsou hodnoty okamžitého a zdánlivého výkonu stejné. Výjimku tvoří okamžiky sepnutí a vypnutí kapacitních a indukčních zátěží.

Podobná situace nastává v přítomnosti čistě aktivních odporů v sinusových obvodech. Pokud jsou však do takového elektrického obvodu zařazena zařízení s indukčními nebo kapacitními odpory, dochází k fázovému posunu proudu a napětí (viz obr. 1).

READ
Jak se platí poplatky v bytech?

Současně je na indukčnostech pozorováno fázové zpoždění proudu a na kapacitních prvcích je fáze proudu posunuta tak, že proud je před napětím. Vlivem narušení harmonických proudu se celkový výkon rozloží na dvě složky. Kapacitní a indukční součástky se nazývají reaktivní, zbytečné. Druhou složku tvoří činné síly.

Fázový posun induktivní zátěží

Rýže. 1. Fázový posun induktivní zátěží

Úhel fázového posunu se používá při výpočtu hodnot činných a jalových kapacitních nebo indukčních výkonů. Je-li úhel φ = 0, který nastává u odporových zátěží, pak neexistuje žádná reaktivní složka.

Je důležité si pamatovat:

  • rezistor spotřebovává pouze činný výkon, který se uvolňuje ve formě tepla a světla;
  • induktory vyvolávají tvorbu reaktivní složky a vracejí ji zpět ve formě magnetických polí;
  • Příčinou reaktance jsou kapacitní prvky (kondenzátory).

Mocninný trojúhelník a cos φ

Celkový výkon a jeho složky znázorníme pro názornost ve formě vektorů (viz obr. 2). Vektor celkového výkonu označíme symbolem S a symboly P a Q přiřadíme vektorům aktivní a reaktivní složky. Protože vektor S je součtem složek proudu, pak podle pravidla sčítání vektorů vzniká mocninný trojúhelník.

Účiník

Pomocí Pythagorovy věty vypočítáme modul vektoru S:

Zde můžete najít reaktivní složku:

Již jsme zmínili výše, že jalový výkon závisí na fázovém posunu, a tedy na úhlu tohoto posunu. Tuto závislost je vhodné vyjádřit pomocí cos φ. Podle definice cos φ = P/S. Tato hodnota se nazývá účiník a označuje se Pf. Takže Pf = cos φ = P/S.

Účiník, tedy cos φ, je velmi důležitá charakteristika, která umožňuje vyhodnotit účinnost proudu. Tato hodnota je v rozsahu od 0 do 1.

Pokud úhel fázového posunu nabývá nulové hodnoty, pak cos φ = 1, což znamená, že P = S, to znamená, že celkový výkon se skládá pouze z činného výkonu a nedochází k žádné reaktivitě. S fázovým posunem o úhel π / 2, cos φ u0d XNUMX, což znamená, že v obvodu dominují pouze reaktivní proudy (v praxi tato situace nenastává).

Z toho můžeme usoudit: čím blíže k 1 koeficientu Pf tím efektivněji je proud využíván. Například pro synchronní generátory se považuje za přijatelný koeficient od 0,75 do 0,85.

vzorec

Protože jalový výkon závisí na úhlu φ, použije se k jeho výpočtu vzorec: Q = UI × sin φ. Jednotkou měření reaktivní složky je var nebo jeho násobek – kvar.

READ
Co je považováno za Hozblok?

Aktivní složku zjistíme podle vzorce: P = U*I×cosφ. Pak

Formule hrubého výkonu

Znalost koeficientu Pf (cos phi), jmenovitý výkon spotřebiče proudu můžeme vypočítat jeho jmenovitým napětím vynásobeným hodnotou odebíraného proudu.

Kompenzační metody

Již jsme zjistili, jak jalové proudy ovlivňují provoz přístrojů a zařízení s indukčními nebo kapacitními zátěžemi. Pro snížení ztrát v elektrických sítích se sinusovým proudem jsou vybaveny přídavnými kompenzačními zařízeními.

Princip činnosti kompenzačních instalací je založen na vlastnostech indukčností a kapacit pro fázový posun v opačných směrech. Pokud například vinutí elektromotoru posune fázi o úhel φ, pak lze tento posun kompenzovat kondenzátorem příslušné kapacity, který posune fázi o hodnotu – φ. Pak bude výsledný posun nulový.

V praxi jsou kompenzační zařízení zapojena paralelně se zátěžemi. Nejčastěji se skládají z bloků velkých kondenzátorů umístěných v samostatných skříních. Jedna taková kondenzátorová banka je znázorněna na obrázku 3. Obrázek ukazuje skupiny kondenzátorů používaných pro kompenzaci napěťových posunů v různých zařízeních s indukčním vinutím.

Kompenzační zařízení

Rýže. 3. Kompenzační zařízení

Kompenzaci jalového výkonu s kapacitní zátěží dobře ilustrují grafy na obrázku 4. Všimněte si, jak účinnost kompenzace závisí na síťovém napětí. Čím vyšší je síťové napětí, tím obtížnější je kompenzace parazitních proudů (graf 3).

Kompenzace jalového výkonu pomocí kondenzátorů

Rýže. 4. Kompenzace jalového výkonu pomocí kondenzátorů

Kompenzační zařízení jsou často instalována ve výrobních závodech, kde je v provozu mnoho motorizovaných zařízení. V tomto případě je ztráta elektřiny poměrně patrná a kvalita proudu se výrazně zhoršuje. Instalace kondenzátorů takové problémy úspěšně řeší.

Potřebujete kompenzační zařízení v každodenním životě?

Na první pohled by v domácí síti neměly být velké jalové proudy. Standardní sadě domácích spotřebitelů dominují elektrické spotřebiče s odporovým zatížením:

  • rychlovarná konvice (Pf = 1);
  • žárovky (strf = 1);
  • elektrický sporák (Pf = 1) a další topná zařízení;

Účiníky moderních domácích spotřebičů, jako je TV, počítač atd. se blíží 1. Lze je zanedbat.

Ale pokud jde o lednici (Pf = 0,65), pračka a mikrovlnná trouba, pak již stojí za zvážení instalace synchronních kompenzátorů. Pokud často používáte elektrické nářadí, svářečku nebo máte doma puštěné elektrické čerpadlo, pak je instalace kompenzačního zařízení více než žádoucí.

Ekonomický efekt instalace takových zařízení výrazně ovlivní váš rodinný rozpočet. Měsíčně můžete ušetřit asi 15 % finančních prostředků. Souhlasíte, není to tak málo, vzhledem k tomu, že tarify nejsou elektřina.

READ
Jak vypadá fantomová hortenzie?

Cestou budete řešit následující otázky:

  • snížení zatížení indukčních prvků a vedení;
  • zlepšení kvality proudu, což přispívá ke stabilnímu provozu elektronických zařízení;
  • snížení úrovně vyšších harmonických v domácí síti.

Aby proud a napětí fungovaly ve fázi, kompenzační zařízení by měla být umístěna co nejblíže k proudovým spotřebitelům. Pak bude reálná návratnost indukčních elektrických přijímačů nabývat maximálních hodnot.

Pánové, kteří mají blízko k elektřině, řekněte mi, vysvětlete, co je aktivní elektřina a jalová elektřina, čím se liší, co je tangens phi, proč se jim to tak nelíbí a jak se s tím vypořádat. obrovský elektrický mersey.

Neexistuje žádná aktivní a reaktivní energie.
Existuje aktivní a jalový výkon.

Aktivní je ohřev rezistorů.
Reaktivní – kolísání proudu a napětí v kapacitách a indukčnostech.

Spotřebiče (topná zařízení, žárovky) využívají pouze činný výkon, takže ho musí být více.

A poměr reaktivního k aktivnímu je přesně tangens fázového posunu.

PS ačkoli motory a kamna používají letecké palivo.

Aktivní je to užitečné, co potřebujete.
Reaktivní je k ničemu, chodí tam a zpět bezvýsledně a pouze zatěžuje kontakty.
Vše dohromady se nazývá totální síla.
Tangenta phi určuje, která její část je reaktivní, tedy zbytečná.
Reaktivní faktor se sníží odstraněním nebo kompenzací kapacit a indukčností v zátěži.

Elektřina je stejná – elektrická. Raison d’être elektřiny je prostě vyrábět nějaký druh práce. Například otáčení elektromotoru, který zvedá nějaký druh nákladu, nebo ohřev vody. Nebo něco jiného. Když tato elektřina vykonává určitou práci, lze výdej této energie nazvat aktivní. Pokud ale zapojíte kondenzátor o dostatečně velké kapacitě (více než pár mikrofaradů) do 220voltové zásuvky, bude jím protékat proud – řádově ampér nebo více. Je lepší nelepit elektrolyt dovnitř – vybuchne, protože netoleruje změny. Tento proud nebude dělat žádnou práci. Užitečné, alespoň. Ale ohřívá dráty, kde bychom bez toho byli? Řekněme přes měděný drát o průřezu 1 čtvereční. mm a délce 100 metrů teče proud 10 ampér. Potom se přibližně (0.0178 * 100 m / 1 mm čtvereční) * 10^2 = 178 wattů rozptýlí do tepla v tomto drátu. Ukazuje se, že se neprovádí žádná užitečná práce a za den se do měřiče přidá 5-6 rublů nebo dokonce více. Proč je to nutné? Musíme tedy vymyslet nejrůznější triky, jak tyto reaktivní proudy kompenzovat. Řekněme, pokud existuje nějaký velmi výkonný motor (málo otáček, velmi malá indukčnost). To znamená, že několik ampér proudu je promarněno touto indukčností, která pouze zahřívá dráty. Motorem samozřejmě protékají i užitečné ampéry, které řekněme slouží k čerpání vody. Toto je poměr mezi „neužitečnými“ a „užitečnými“ ampéry a odráží „kosinus FI.“ Čím blíže k jednotě, tím větší je podíl užitečné, aktivní energie. A obvykle se snaží bojovat s neužitečnými indukčními proudy zahrnutím dalšího kondenzátoru do obvodu. Pokud zvolíte tento kondenzátor správně, pak se indukční a kapacitní proudy navzájem ruší a jejich součet se blíží nule. Cosine Phi se tedy blíží k jedné – což je dobře.

READ
Jaké jsou příklady arkýřových oken?

Hmm, ano, řekli toho hodně, ale není to jasné. Pokusím se vám to vysvětlit jednodušeji. Pokud se proud v obvodu shoduje s napětím, pak se jedná o tzv. AKTIVNÍ VÝKON (ne elektřinu, takový pojem neexistuje). Pokud je proud ve fázi před napětím nebo za ním zaostává, jedná se o jalový výkon, nevytváří užitečnou práci. Kosinus úhlu fázového rozdílu mezi proudem a napětím je tento hrozný kosinus fí. Čím menší je, tím větší je fázový rozdíl mezi proudem a napětím a tím méně užitečné práce bude elektrický proud produkovat.

Jalový výkon je uvolnění elektřiny spotřebitelem do vedení přenosu energie – v opačném směru. Existují takové zátěže – elektromotory, kondenzátory, cívky – které dokážou uložit elektřinu a pak ji vyplivnout zpět do elektrické sítě. Pokud ve fázi příchozí sinusoidy nedojde k návratu elektřiny do elektrické sítě, dojde k dodatečnému odběru a mechanické počítadlo disků se začne točit ještě více. Představte si, že máte baterii a k ​​této baterii jste připojili druhou baterii jako zátěž, plus mínus a mínus plus. Vaše druhá „zátěžová“ baterie začne nejen spotřebovávat veškerou svou maximální zkratovou energii ze zdrojové baterie, ale jakoby „vysává“ druhou stejnou energii z elektrické sítě. Dochází tedy k parazitnímu přídavnému odběru a tento jalový výkon prostě hloupě zahřívá rozvody. Pokud se však chytrá „zátěž“ naučí vyplivnout svůj jalový (zpětný) výkon do elektrické sítě striktně ve fázi s příchozí sinusoidou, čímž se zvýší její špičky, pak se jalový výkon uvolní do elektrické sítě a měřič se točit v opačném směru! A místo zvyšování nákladů za elektřinu nejen odstraníme náklady na parazitní odvodňování, ale dokonce vyděláme na vracení jalové elektřiny do sítě. Abychom však vydělali peníze, budeme potřebovat speciální – obousměrné počítadlo (staré počítadla disků, které se mohou točit opačným směrem, jsou již vyřazovány z provozu), ale nové počítadlo, které umí počítat v obou směrech, není dost. Je nutné, aby dodavatel elektřiny souhlasil se zpětným odkupem této jalové elektřiny vrácené do sítě striktně v sinusové fázi. Včera byl přijat zákon o mikrogeneraci, který ukládá síťovým společnostem povinnost nakupovat přebytečnou alternativní (solární, větrnou) elektřinu od soukromých majitelů domů. Pro správný výstup „ve fázi“ jalového výkonu existují speciální zařízení – invertory. Budou také muset dodávat solární/větrnou elektřinu do sítě.
Nikdo samozřejmě nebude sledovat závažnost návratu ve fázi sinusoidy. To znamená, že pokud začnete do sítě chrlit jalový výkon ne striktně ve fázi (s časovým posunem), nebo dokonce mimo fázi, tak se nedočkáte návratu do sítě, ale naopak dodatečného odběru. Počítadlo započítá vše tak, jak je.

READ
Jak zjistit, které elektrody?

Cosine Phi ukazuje poměr aktivního proudu k jalovému proudu. Pokud je kosinus fí roven 1, pak je proud pouze aktivní, to znamená, že teče ve směru ke spotřebiči. Pokud je kosinus phi 0.5, pak se činný a jalový proud rovná nulové spotřebě. Pokud je kosinus phi menší než 0.5, znamená to, že je zde větší jalový proud než aktivní proud, to znamená, že do sítě dáváme více, než přijímáme. Pokud je kosinus fí menší než 1, ale větší než 0.5, pak dáváme méně, než bereme.To znamená, že kosinus fí ukazuje účinnost systému. A vysvětlení je, že současná fáze posouvá fázi napětí. To je prostě klam, protože bez napětí není proud a bez proudu není napětí, to znamená, že fáze proudu a napětí jsou vždy pohromadě, nemohou zaostávat. Protože proud je tepelná látka a napětí je měřením tohoto proudu ve vztahu k proudu spotřebiče