Реактивное и активное сопротивление кабеля: Активные и реактивные сопротивления кабелей

Содержание

Активные и реактивные сопротивления кабелей

АльтИнфоЮг
Альтернативная энергетика и информация

Главная
Справочники
Провода и кабели
Активные и реактивные сопротивления кабелей

Warning: «continue» targeting switch is equivalent to «break». Did you mean to use «continue 2»? in /var/www/u0404865/data/www/altinfoyg.ru/modules/mod_accordeonck/helper.php on line 90

ЗДОРОВЬЕ И ДЕНЬГИ ЗДЕСЬ

Чтоб вы все были здоровы и богаты долгие годы. ЖМИ!

Величины активных и реактивных сопротивлений кабелей различного сечения и напряжения из медных и алюминиевых жил позволяют рассчитать потери в кабеле при постоянном и переменном токе.

**Активные и реактивные сопротивления кабелей**
Сечение жилы мм2	Активное сопротивление при 20⁰С, Ом/км, жилы		Индуктивное сопротивление , Ом/км, кабеля на напряжение, кВ
Сечение жилы мм2	Алюминиевой	Медной	1	6	10	20
10	2,94	1,79	0,073	0,11	0,122	—
16	1,84	1,12	0,068	0,102	0,113	—
25	1,17	0,72	0,066	0,091	0,099	0,135
35	0,84	0,51	0,064	0,087	0,095	0,129
50	0,59	0,36	0,063	0,083	0,09	0,119
70	0,42	0,256	0,061	0,08	0,086	0,116
95	0,31	0,19	0,06	0,078	0,083	0,110
120	0,24	0,15	0,06	0,076	0,081	0,107
150	0,2	0,12	0,059	0,074	0,079	0,104
185	0,16	0,1	0,059	0,073	0,077	0,101
240	0,12	0,07	0,058	0,071	0,075	—

Литература: «Справочник энергетика» под редакцией А. Н. Чохонелидзе стр.222

Активные и реактивные сопротивления кабелей | Кабели

кабель
справка

Сечение жилы, мм²	Активное сопротивление при 20 °С, Ом/км, жилы		Индуктивное сопротивление, Ом/км, кабеля напряжением, кВ
Сечение жилы, мм²	алюминиевой	медной	1	6	10	20
10	2,94	1,79	0,073	0,11	0,122
16	1,84	1,12	0,068	0,102	0,113	—
25	1,17	0,72	0,066	0,091	0,099	0,135
35	0,84	0,51	0,064	0,087	0,095	0,129
50	0,59	0,36	0,063	0,083	0,09	0,119
70	0,42	0,256	0,061	0,08	0,086	0,116
95	0,31	0,19	0,06	0,078	0,083	0,110
120	0,24	0,15	0,06	0,076	0,081	0,107
150	0,2	0,12	0,059	0,074	0,079	0,104
185	0,16	0,1	0,059	0,073	0,077	0,101
240	0,12	0,07	0,058	0,071	0,075	—

Назад
Вперед

Вы здесь:
Главная
Инфо
Кабели
Допустимые усилия тяжения кабелей

Читать также:

Основные расчетные данные трехфазных кабелей с медными жилами
Прокладка кабелей при низких температурах
Допустимый длительный ток для переносных шланговых шнуров, тяжелых кабелей, переносных проводов с медными жилами
Прокладка кабелей в коллекторе
Допустимый длительный ток для кабелей с алюминиевыми жилами

Электрическое испытательное оборудование | электростанция к розетке

В этой статье мы рассмотрим некоторые ключевые практические аспекты измерения и оценки качества электроэнергии. Как следует из названия, мы выходим далеко за рамки основ, но чтобы обеспечить прочную основу, мы начнем с краткого обзора некоторых основных понятий, касающихся мощности и качества электроэнергии.

Немного об основах мощности
Мгновенная мощность в цепи, согласно IEEE1459 и, без сомнения, другим аналогичным стандартам во всем мире, определяется как произведение мгновенного напряжения и мгновенного тока в цепи. Мгновенная мощность состоит из двух составляющих: активной мощности и реактивной мощности. Активная мощность создается компонентом тока, который совпадает по фазе с напряжением и течет в одном направлении от источника к нагрузке. Реактивная мощность создается компонентом тока, который не совпадает по фазе с напряжением, и, по сути, он колеблется между источником и нагрузкой. Это означает, что чистая передача энергии от источника к нагрузке за счет реактивной мощности равна нулю.

При проведении измерений активной мощностью является среднее значение мгновенной мощности за интервал времени наблюдения. Математически это можно выразить формулой:

где P = активная мощность, T = 1/f в циклах, K = целое число, ԏ = начало измерения и p = мгновенная мощность.

Активная мощность является функцией рассеивающих элементов цепи, которые часто являются сопротивлениями. Активная мощность, измеряемая в ваттах, является однонаправленной и всегда имеет положительное значение. В цепях с синусоидальными формами тока и напряжения активная мощность может быть выражена как

где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Рассматривая реактивную мощность аналогичным образом, она является функцией амплитуды колебательной мгновенной мощности, измеренной во времени, что может быть выражено математически по формуле:

Реактивная мощность измеряется в ВАр (реактивный вольт-ампер) и является функцией реактивного сопротивления цепи. Как уже упоминалось, поскольку энергия, связанная с реактивной мощностью, колеблется между источником и нагрузкой, нет средней чистой передачи энергии в нагрузку. В цепях с синусоидальными формами тока и напряжения реактивная мощность может быть выражена как

где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Другой важной величиной является полная мощность. Это функция полного импеданса цепи, равная произведению среднеквадратичного (среднеквадратического) тока и среднеквадратичного напряжения. В синусоидальной системе без гармоник взаимосвязь между реактивной мощностью (относительно реактивного сопротивления), активной мощностью (относительно сопротивления) и полной мощностью (относительно импеданса) может быть выражена графически в виде «треугольника мощностей».

Применение теоремы Пифагора к этому треугольнику показывает, что квадрат полной мощности равен сумме квадратов активной и реактивной мощностей или, выражаясь формулой

Коэффициент реактивной мощности
Учитывая треугольник мощности, косинус фазового угла, то есть угол между напряжением и током, обозначается коэффициентом мощности смещения (DPF). Обратите внимание, что DPF действителен только для синусоидальных сигналов и не учитывает гармоники. Когда реактивное сопротивление добавляется в цепь, фазовый угол увеличивается, а DPF уменьшается. Например, в чисто резистивной цепи фазовый угол равен нулю, а DPF равен 1. Если добавить реактивное сопротивление, увеличивающее фазовый угол до 8º, DPF падает до 0,9.92, а если добавить больше реактивного сопротивления для дальнейшего увеличения фазового угла до 26º, DPF упадет до 0,898.

Поскольку реактивные нагрузки могут быть как индуктивными, так и емкостными, значения DPF могут быть положительными или отрицательными, поскольку индуктивные нагрузки вызывают отставание тока от напряжения, тогда как емкостные нагрузки заставляют ток опережать напряжение. Когда ток отстает от напряжения, DPF положительный, а когда ток опережает напряжение, DPF отрицательный.

Низкие значения DPF указывают на неэффективность энергосистем, поскольку система должна поддерживать подачу реактивной мощности, которая не выполняет полезной работы. Улучшение коэффициента мощности системы позволит ей подавать больше энергии на нагрузку, одновременно снизив общую нагрузку на такие компоненты, как кабели и трансформаторы. Как показывает этот пример, улучшения могут быть существенными.

Система подавала питание на нагрузку с DPF 0,829. Отдаваемая полная мощность (то есть общая нагрузка на систему) составила 7030 кВА, что составляет 95% мощности системы. Отданная активная мощность составила 5828 кВт, а реактивная мощность – 3931 кВАр. Были предприняты шаги для увеличения DPF до 0,990, что снизило полную мощность до 5960 кВА, что эквивалентно 80,5% мощности системы. Активная мощность, отдаваемая в нагрузку, практически не изменилась и составила 5900 кВт, а реактивная (расходуемая) мощность снизилась до 0,829 кВт.кВАр. Другими словами, улучшение DPF с 0,829 до 0,990 высвободило 15% мощности системы питания!

На практике нагрузка в энергосистеме скорее будет индуктивной, чем емкостной, поэтому DPF будет положительным. В таких случаях DPF можно улучшить, добавив конденсаторную батарею, которая снижает реактивную мощность и увеличивает активную мощность. Вот пример того, как это работает:

Можно видеть, что когда реактивное сопротивление конденсаторной батареи, добавленной в цепь, равно индуктивному сопротивлению нагрузок в цепи, общее реактивное сопротивление становится равным нулю, и цепь ведет себя так, как если бы она была чисто резистивной нагрузкой. На практике такая идеальная коррекция коэффициента мощности вряд ли достижима, но к ней можно приблизиться.

Батареи конденсаторов для коррекции коэффициента мощности обычно измеряются в кВАр. Ключевыми значениями на паспортной табличке являются напряжение, частота и кВАр. Полное сопротивление батареи конденсаторов можно рассчитать по формуле
.

где Q — номинальная мощность конденсаторной батареи в кВАр. Например, если банк рассчитан на 10 кВ и 150 кВАр, его импеданс будет 667 Ом.

Суммарный коэффициент мощности
Возвращаясь теперь к треугольнику мощности, важно помнить, что он работает только с чистыми синусоидальными сигналами — отношения, которые он воплощает, не выполняются при наличии гармонических искажений. Это связано с тем, что, когда присутствуют гармоники, они не сдвигают фазовый угол тока, как индуктивная или емкостная нагрузка, а искажают форму волны тока.

Это означает, что в цепях с наличием гармоник DPF не является точным показателем коэффициента мощности, поскольку он учитывает только фазовый сдвиг, а не искажение формы сигнала. По этой причине в цепях со значительными уровнями гармоник требуется другая мера коэффициента мощности. Это общий коэффициент мощности (TPF, а иногда и просто PF), который учитывает как искажения, так и фазовый сдвиг.

TPF определяется как мощность, деленная на полную мощность (P/S). Если в цепи нет гармоник, TPF равен DPF. Однако по мере увеличения уровня гармоник увеличивается и разница между TPF и DPF. Связанный параметр, который иногда встречается, — это коэффициент мощности искажения (dPF), который определяется как отношение между TPF и DPF (TPF/DPF).

Силовые системы и измерительные устройства
Теперь давайте перейдем к рассмотрению конфигураций и характеристик некоторых практических систем распределения электроэнергии, а также способов измерения мощности в этих системах. Первая — четырехпроводная система «звезда», показанная здесь:

Преимущества этой схемы заключаются в том, что подключение нейтрали обеспечивает дополнительную безопасность, напряжения изоляции ниже, чем в большинстве других схем распределения электроэнергии, и можно подключать нагрузки либо между фазами, либо между фазой и нейтралью, что эффективно предлагает выбор. двух различных напряжений питания. Недостатки заключаются в том, что неисправности могут привести к потере напряжения на одной фазе, а схема чувствительна к гармоникам нулевой последовательности. Кроме того, фазы могут быть несимметричными, что вместе с гармониками нулевой последовательности может привести к высоким токам нейтрали. Поэтому должны быть предусмотрены нейтральные проводники соответствующего номинала, что значительно увеличивает затраты.

Альтернативным вариантом является трехпроводная конфигурация треугольника, показанная здесь:

Преимущество такой схемы заключается в том, что гармоники нулевой последовательности автоматически подавляются, а неисправность не приводит к потере фазы. Кроме того, система останется сбалансированной при наличии несбалансированных однофазных нагрузок, хотя следует отметить, что дисбаланс может быть вызван фазовыми сдвигами. Затраты ниже, чем у четырехпроводной системы, соединенной звездой, поскольку нейтральный проводник не требуется. Недостатки заключаются в том, что потеря фазы увеличит ток в остальных фазах, а это означает, что требуется более высокая степень изоляции. Кроме того, отсутствие нейтрали снижает безопасность.

Следующее расположение, которое следует рассмотреть, носит разные названия: дельта с красной ногой, дельта с дикой ногой, дельта с высокой ногой и другие. Каким бы ни было название, в этой конструкции используется трансформатор треугольника с центральным ответвлением для обеспечения двух источников 120 В. Подробности показаны на следующей диаграмме; обратите внимание, что угол между фазами составляет 90°, а не 120°, как это обычно бывает в трехфазных системах.

Преимущество трехфазной схемы «красный треугольник» заключается в том, что она может обеспечивать три различных напряжения питания — 240 В, 208 В и 120 В, а также в том, что при небольшой трехфазной нагрузке возможна использовать два отдельных трансформатора вместо трех, что снижает затраты. Недостатки заключаются в том, что такое расположение может привести к дисбалансу из-за несбалансированных однофазных нагрузок, а также в том, что между высшей ветвью и нейтралью может быть подключена только ограниченная нагрузка. Такое расположение также усложняет проектирование сети.

Последнее, что мы рассмотрим, — это двухфазное питание, которое чаще всего используется для подачи однофазного питания в жилые дома.

Основными преимуществами такой схемы являются простота и низкая стоимость. Кроме того, он обеспечивает два напряжения питания — 240 В и 120 В. Недостатки здесь в том, что он может стать несимметричным, восприимчив к гармоникам нулевой последовательности, а эти гармоники вместе с несимметричными нагрузками могут привести к высоким токам нейтрали.

Теорема Блонделя и преобразования дельта-звезда
Для каждой из рассмотренных нами схем схемы включали соединения ваттметра. Однако полезно знать, что теорема Блонделя утверждает, что общая мощность в системе из N проводников может быть правильно измерена с помощью N ваттметров или ваттметров. N ваттметров подключены отдельно, так что каждый из них измеряет уровень тока в одном из N проводников и уровень потенциала между этим проводником и общей точкой. Если же общей точкой является один из проводников, то ваттметр на этом проводнике можно убрать, а значит, понадобится всего N-1 ваттметров или ваттметров.

Также полезно знать, что фазные напряжения, измеренные между фазами в системе, соединенной треугольником, можно легко преобразовать в «виртуальное» напряжение между фазами, просто разделив линейные значения на √ 3. Это позволяет просматривать значения мощности для каждого канала, но важно помнить, что этот расчет действителен только в том случае, если дельта-система, в которой выполняются измерения, сбалансирована. К счастью, дельта-системы обычно остаются сбалансированными даже при наличии несбалансированных нагрузок, но могут стать несбалансированными при введении фазовых сдвигов.

Просмотр данных об энергопотреблении
При просмотре данных об энергопотреблении, собранных приборами контроля качества электроэнергии, или при просмотре этих данных в режиме реального времени, в первую очередь необходимо убедиться, что активная мощность положительна. Реверсирование активной мощности может произойти, когда мощность подается обратно в систему электроснабжения, когда включаются такие источники, как возобновляемые источники энергии и системы распределенной генерации. Отрицательная активная мощность создает проблемы, поскольку может привести к частому переключению ответвлений трансформатора, что приведет к чрезмерному износу переключателей ответвлений.

Гистограммы, показывающие почасовое энергопотребление в течение тестового интервала, также предоставляют ценную информацию. Стоит отметить моменты, когда потребление энергии достигает своего пика, а также просмотреть общее потребление полной, активной и реактивной энергии за период тестирования.

Данные, касающиеся токов в нейтрали, заслуживают внимания, поскольку высокие токи в нейтрали указывают либо на плохо сбалансированные нагрузки, либо на гармонические проблемы, оба из которых указывают на необходимость дальнейшего изучения.

Значительная разница между TPF и DPF обычно является надежным индикатором наличия гармоник, но необходимо предостережение. Если очень малые нагрузки имеют высокие гармоники, это может быть связано с плохим отношением сигнал/шум в измерительной системе. Этой проблемы можно избежать путем соответствующего выбора трансформаторов тока, используемых для проведения измерений. Не используйте, например, ТТ на 6000 А для контроля цепи с током нагрузки 60 А!

Высокие уровни реактивной мощности — еще один призыв к действию, так как часто можно добиться значительной экономии за счет емкостной компенсации больших индуктивных нагрузок, тем более что многие энергоснабжающие компании налагают штрафы за низкий коэффициент мощности. Тем не менее, чрезмерная компенсация также может быть проблематичной, и всегда важно убедиться, что коэффициент мощности отстает, а не опережает.

Одна из причин заключается в том, что нагрузки с опережающим коэффициентом мощности могут неблагоприятно влиять на работу генераторов. Регулятор напряжения в генераторе предназначен для поддержания выходного напряжения на заданном уровне. По мере увеличения отстающего противофазного тока он уменьшается до напряженности поля ротора. Регулятор напряжения компенсирует это за счет увеличения тока на роторе.

Однако, если генератор питает нагрузку с опережающим коэффициентом мощности, то по мере увеличения опережающего противофазного тока увеличивается напряженность поля ротора. Регулятор напряжения уменьшает ток, подаваемый на электромагнит, для компенсации. И, если опережающий противофазный ток становится достаточно большим, регулятор вообще не подает ток, что может привести к отключению из-за перенапряжения.

Нагрузки с опережающим коэффициентом мощности также могут создавать проблемы для источников бесперебойного питания (ИБП). У них есть система постоянного тока, которая выпрямляет переменный ток в постоянный, и система переменного тока, которая инвертирует постоянный ток в переменный. Некоторые конструкции инверторов имеют большие емкостные выходные фильтры. Емкостное реактивное сопротивление этих фильтров компенсирует реактивное сопротивление нагрузок с отстающим коэффициентом мощности, позволяя ИБП отдавать почти всю свою номинальную мощность. Однако, если нагрузка имеет опережающий коэффициент мощности, реактивное сопротивление фильтров добавляется к реактивному сопротивлению нагрузки, серьезно ограничивая мощность, которую может отдать ИБП.

Проведение энергетических испытаний
Выполнение энергетических испытаний установки состоит из четырех основных этапов: бенчмаркинг, аудит, рекомендации по изменениям и повторное тестирование. Мы рассмотрим каждый из них по очереди.

Этап сравнительного анализа должен начинаться со сбора счетов за электроэнергию за один-три года и тщательного анализа исторического потребления энергии. Следует определить ежегодные тенденции — потребление энергии неуклонно растет, снижается или остается примерно на том же уровне? Следует также учитывать сезонные тенденции. Это нормально и ожидаемо, но большие изменения могут указывать на проблемы, связанные с отоплением, кондиционированием воздуха или системами управления технологическими процессами, или на необходимость улучшения теплоизоляции здания. Графики тарифов на коммунальные услуги также должны быть тщательно изучены на случай, если есть возможность сократить затраты на энергию, например, путем изменения графика энергоемких операций.

Сравнительный анализ также должен включать в себя перечисление всего оборудования, потребляющего первичную энергию на объекте, и отметку часов работы каждого элемента оборудования. Особое внимание следует уделить освещению, так как его влияние на общее энергопотребление часто недооценивается. Следует учитывать тип освещения, а также адекватность уровня освещенности в здании.

Следующим шагом является аудит; но прежде чем продолжить, необходимо очень тщательно подумать и обратить внимание на безопасность. Проверьте объект на наличие угроз безопасности, убедитесь, что все системы соответствуют соответствующим кодам и стандартам, и проверьте наличие плохих соединений — для этого может пригодиться тепловизионная камера. Помните, что плохие соединения означают более высокие сопротивления, которые не только представляют угрозу безопасности, но и представляют собой потери энергии.

Аудит будет включать в себя регистрацию энергопотребления всего объекта за определенный период времени, но также важно регистрировать индивидуально энергопотребление основных элементов оборудования, потребляющих энергию. Однако перед началом записи необходимо выбрать соответствующие преобразователи тока.

Выберите датчики с правильным диапазоном: если диапазон слишком низкий, КТ может насытиться, но если он слишком большой, это приведет к плохому разрешению. Также подумайте, нужен ли преобразователь с гибким или разъемным сердечником: подойдет ли он для места, где его нужно установить, и нужны ли ему батареи? Если вы работаете в зоне с высокой ЭДС, то лучшим вариантом будет преобразователь с разъемным сердечником, а если вы записываете постоянный ток, вы должны использовать КТ с эффектом Холла.

При программировании прибора, который будет делать записи для аудита, прежде всего убедитесь, что выбрана правильная конфигурация мощности, затем установите уровень потребления на тот же уровень, что и у счетчика, обращая внимание на то, является ли он фиксированным или скользящая ставка и является ли это тарифом интервала спроса или тарифа ставки спроса. Обязательно включите гармоническую запись!

После того, как предварительные приготовления завершены, можно приступить к контрольной фазе аудита. При подключении анализатора PQ всегда используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ). Убедитесь, что выводы напряжения подключены правильно в соответствии с инструкциями производителя анализатора, что диапазоны ТТ установлены правильно и ТТ подключены в правильном направлении. Затем убедитесь, что мощность (кВт) положительна, и проверьте фазовые углы.

Большое преимущество заключается в использовании прибора, который автоматически проверяет правильность настройки перед началом долговременной записи. Досадно и дорого возвращаться к инструменту через неделю только для того, чтобы обнаружить, что запись была прервана из-за простой ошибки. Когда все будет готово, убедитесь, что инструмент заземлен, еще раз проверьте, что он действительно записывает, затем закройте его и оставьте работать. Запись общего энергопотребления объекта и потребления основных единиц оборудования должна продолжаться не менее одной полной недели.

По истечении этого времени проанализируйте данные, уделяя особое внимание просмотру потребляемой мощности, просмотру гистограммы использования энергии, а также просмотру реактивной мощности, коэффициента мощности смещения, фактического коэффициента мощности, дисбаланса и гармоник. Провести этот анализ не только для объекта в целом, но и для каждого из основных элементов энергоемкого оборудования.

Используя информацию, полученную в результате этого анализа, почти всегда можно будет порекомендовать изменения, которые повысят энергоэффективность и снизят энергозатраты объекта. Типичные примеры включают снижение нагрузки, перенос нагрузки на непиковые часы, установку более энергоэффективного освещения, снижение требований к отоплению и охлаждению и улучшение теплоизоляции. Почти в каждом случае сэкономленные средства быстро покроют стоимость аудита и необходимых улучшений во много раз.

Осталось еще одно задание. После внесения рекомендованных улучшений вернитесь на объект и повторите аудит! Таким образом, эффективность улучшений будет подтверждена, и может даже оказаться возможным предложить дальнейшие усовершенствования. В конце концов, энергоэффективность – это постоянное улучшение, а не разовое исправление!

Физическая аналогия электроэнергии переменного тока

Электричество нельзя увидеть физически; только его последствия можно увидеть или почувствовать. Иногда некоторые аспекты электричества могут быть трудны для понимания. Одним из таких явлений является наличие различных типов мощности в электрических системах переменного тока. В этой статье представлена физическая аналогия с электричеством, которая поможет вам лучше понять эти концепции.

By Shanmuga S. Pandian, Electrical Engineer, Design Services Division/PD&CD, Saudi Aramco, Ras Tanura, KSA December 10, 2003

Key Concepts

Current and напряжения совпадают по фазе для резистивных нагрузок.
Индуктивное реактивное сопротивление заставляет ток отставать от подаваемого напряжения.
Емкостное реактивное сопротивление заставляет ток опережать подаваемое напряжение, тем самым корректируя фазовые углы при подаче на индуктивные цепи.

Разделы:
Основы электроэнергетики
Треугольник мощности
Зачем компенсировать реактивную мощность?
Аналогия мощности
Заключение
Подробнее:

Врезки:
Источники опережающей реактивной мощности
Коэффициент мощности (пф): Насколько желательно улучшение?

Электричество нельзя увидеть физически; только его последствия можно увидеть или почувствовать. Иногда некоторые аспекты электричества могут быть трудны для понимания. Одним из таких явлений является наличие различных типов мощности в электрических системах переменного тока. В этой статье представлена физическая аналогия с электричеством, которая поможет вам лучше понять эти концепции.

Основы электроэнергетики

Для чисто резистивной нагрузки, такой как резистивный нагреватель, кривые подаваемого переменного напряжения и тока нагрузки совпадают по фазе; они пересекают нейтральную линию одновременно.

Но нагрузки, такие как двигатели, работающие по принципу магнитной индукции, смещают или сдвигают форму волны тока по отношению к форме волны напряжения питания таким образом, что они не пересекают нейтральную горизонтальную линию одновременно. В основном это связано с индуктивным эффектом, вызванным магнитным потоком, необходимым для работы моторизованного оборудования. Индуктивное реактивное сопротивление вместе с резистивной составляющей нагрузки приводит к тому, что форма волны тока отстает от формы волны напряжения на угол, который варьируется от одной нагрузки к другой, в зависимости от величины индуктивного сопротивления.

Емкость — еще один параметр, помимо сопротивления и индуктивности, влияющий на электрические системы. Емкость присутствует во всех электрических системах в виде линейной зарядки или преднамеренно вводится в виде конденсаторных батарей. В отличие от индуктивного эффекта нагрузки, конденсатор потребляет ток, который опережает напряжение питания переменного тока.

В цепях переменного тока ток через чистую индуктивность отстает от приложенного напряжения на 90 градусов, тогда как ток через чистую емкость опережает по напряжению питания на 90 град. Таким образом, они ведут себя как враги, противостоящие друг другу по своим характеристикам.

Большинство промышленных электрических нагрузок переменного тока подпадают под две категории — чисто активные нагрузки и индуктивные нагрузки с соответствующим сопротивлением. В системе электроснабжения конденсаторы используются для компенсации вредного воздействия индуктивных нагрузок. Синхронная машина может выполнять ту же функцию (см. врезку «Источники ведущей реактивной мощности»).

Треугольник силы

Для индуктивной нагрузки с резистивной составляющей — из-за отставания тока по фазе от напряжения переменного тока — электрическая мощность, получаемая от системы питания, имеет три составляющие:

Активная мощность — Ток в фазе с напряжением, которое представляет собой мощность, совершающую фактическую работу
Реактивная мощность — Ток, отстающий от напряжения на 90 град (в квадратуре), который не совершает работу
Полная мощность — Векторная сумма двух.
Эти три компонента мощности можно представить в виде треугольника мощности, показанного на рис. 1. Угол Φ в прямоугольном треугольнике представляет собой угол, на который ток нагрузки отстает от напряжения питания. Эти компоненты мощности относятся к среднеквадратичным (RMS) значениям напряжения и тока и фазовому углу ( Φ ) между ними.

Следующие уравнения относятся к однофазной мощности. В случае трехфазного питания эти уравнения (1, 2 и 3) должны включать коэффициент умножения √3, чтобы получить общую мощность во всех трех фазах, В — линейное напряжение, а I — ток в амперах.

Уравнение 1

Активная мощность

P=VICosΦ в кВт

P — мощность, потребляемая резистивными элементами устройства или цепи.

Уравнение 2

Реактивная мощность

Q=VISinΦ в реактивных кВАр

Q мощность, отводимая в индуктивных элементах устройства или цепи.

Уравнение 3

Очевидная мощность

S = √ ( P в KVA

S — векторная сумма активной мощности и повторной мощности.

77717777777777. Уравнение 9000 2 — это вектора.

pf=CosΦ=P/S

pf безразмерное число от 0 до 1

Зачем компенсировать реактивную мощность? измеренной ваттметром, к полной мощности, показанной амперметром и вольтметром.Это также отношение сопротивления к полному сопротивлению в результате реактивного сопротивления, которое обеспечивает меру потерь реактивной составляющей.Математически,

pf выражается как косинус фазового угла между напряжением, приложенным к нагрузке, и током, проходящим через нее. Иногда pf умножают на 100 и выражают в процентах.

С точки зрения непрофессионала, pf является мерой эффективности энергосистемы. Он определяет, сколько энергии P , производящей работу, и энергии, не производящей работу Q , требуется для питания нагрузки. Полная мощность S — это общая мощность системы, необходимая для выполнения определенного объема полезной работы. За ту же работу, производящую мощность P , если Q можно уменьшить, S будет автоматически уменьшено, что потребует меньшей емкости системы (рис. 1).

Pf коррекция вызывает уменьшение угла Φ , что, очевидно, приводит к увеличению pf ( cosΦ ). Самый простой подход к улучшению пф состоит в том, чтобы ввести емкость, которая также является реактивной составляющей, для компенсации запаздывающей реактивной составляющей нагрузки. Поскольку ток через емкостное сопротивление опережает приложенное к нему напряжение, угол Φ ближе к резистивной модели — условие, при котором ток и напряжение совпадают по фазе. Это изменение модифицирует треугольник мощности (рис. 2). Ведущий кВАр, который представляет собой компенсационную реактивную мощность ( Q _c ), вычитается из отстающего квар ( Q ₁ ). Этот процесс также известен как компенсация реактивной мощности.

Как показано на рис. 2, уменьшение угла запаздывания с Φ ₁ до Φ ₂ помогает:
- Increase the system pf from cosΦ ₁ to cosΦ ₂
- Reduce the unusable reactive power from Q ₁ to Q ₂
- Уменьшить полную мощность с S ₁ до S ₂ , высвободив мощность системы на ( S ₁ —S _{20362 ) для той же активной мощности P .}
- Экономия полной мощности ( S—S ₂ ) является большим преимуществом компенсации отстающей реактивной мощности, поскольку полная мощность — это мощность, требуемая системой для подключенных нагрузок. Электроэнергетические компании взимают плату с пользователей на основе этой мощности, измеряемой как максимальное потребление (кВА), рассчитанное за определенный период времени. Следовательно, уменьшенная полная мощность означает меньшие счета за электроэнергию. Из-за снижения потребности в кВА S ₂ , ток, потребляемый после компенсации (S ₂ /V) , будет меньше тока до компенсации (S ₁ /V) . Следовательно, дополнительная экономия на счетах за электроэнергию происходит за счет снижения потерь энергии ( кВтч = I ), так как потребители должны платить за кВтч также по двухставочному тарифу коммунальных предприятий. Другими преимуществами являются меньший размер питающего кабеля и меньший питающий трансформатор при тех же требованиях к активной (полезной) мощности.
  
  Для резистивной нагрузки треугольник мощности сводится к горизонтальной линии, так как угол Φ равен нулю, поскольку напряжение и ток совпадают по фазе. Подставляя угол Φ = 0 в уравнения 1, 2 и 4, мы видим, что:
  
  Активная мощность P = кажущаяся мощность S = VI ; реактивная мощность Q = 0 и коэффициент мощности нагрузки = 1.
  
  Аналогия мощности
  
  Предположим, что тяжелый предмет на столе нужно толкнуть рукой, чтобы переместить его из положения A в положение B. рука на одной линии с поверхностью стола или под любым углом от 0 до 90 градусов по отношению к линии стола, но не ровно 90 градусов. Эти ситуации проиллюстрированы на рисунках 3, 4 и 5.
  
  Для линейного положения на рисунке 3 усилие, необходимое для толкания объекта, является наименьшим (для преодоления веса объекта и сопротивления поверхности стола) и составляет 100 % сила совершает полезную работу. Это похоже на чисто резистивную электрическую нагрузку без реактивной мощности (90 217 pf=1 90 218), как в резистивном нагревателе. По мере увеличения положения руки угол Φ также увеличивается, и в игру вступает реактивная сила (рис. 4).
  
  В этом случае горизонтальная составляющая представляет собой то же полезное рабочее усилие P , что и раньше, а вертикальная составляющая представляет собой непроизводящую работу силу Q (но давящую на стол). Стол должен реагировать с равной силой Q . Однако общая противодействующая сила, действующая на стол, равна не только Q , но и векторной сумме реактивной силы Q и полезной рабочей силы P , которая является гипотенузой S , называемой кажущимся усилием S . Это аналогично электрической нагрузке, состоящей из сопротивления и индуктивности, с треугольником мощности, как на рис. 1. Когда рука достигает положения, перпендикулярного линии стола ( Φ =90 град), все приложенное усилие тратится впустую как реактивное, просто нажимая на стол, и никакой полезной работы по перемещению объекта не выполняется (объект не может двигаться). В этом случае стол противодействует только реактивной силе руки 9.0217 Q (с весом предмета) (рис. 5). Это похоже на чисто индуктивную нагрузку ( pf = 0), как реактор (с пренебрежимо малым сопротивлением).
  
  С подобными ситуациями мы сталкиваемся в повседневной жизни, когда нам нужно передвинуть какой-то предмет, толкнув его рукой. Все положения рук и их влияние на движение объекта легко понять.
  
  Теперь посмотрим, насколько прочным должен быть стол в каждом конкретном случае. В зависимости от того, как объект толкается, сила стола будет варьироваться. Для встроенного толкателя (рис. 3) было бы достаточно легкого стола, который просто выдерживает вес объекта и силу трения между столом и объектом. При угловых положениях руки (рис. 4) в игру вступает и реактивная сила. Сила стола будет векторной суммой силы трения (конечно, с весом) и реактивной силы, вызванной угловым положением приложенного усилия. В 9В положении 0 градусов стол должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать усилие, которое является реактивным, создаваемое рукой (рис. 5). Очевидно, что мощность стола аналогична мощности электрической системы (кВА).
  
  Чтобы продемонстрировать компенсацию опережающей реактивной мощности и ее преимущества, предположим, что другой человек прикладывает силу вертикально вниз к руке первого человека, когда он толкает объект под углом (рис. 6).
  
  Предположим, что сила помогает приблизить положение первой руки к линии стола, уменьшая угол нагрузки с Φ ₁ до Φ ₂ . Преимущество этого заключается в том, что первая рука теперь может толкать объект с меньшим усилием из нового положения по сравнению с предыдущим положением. Очевидное усилие, прилагаемое первой рукой, теперь уменьшилось с S ₁ до S ₂ , и, следовательно, нагрузка на стол также снизилась до S ₂ . Таким образом, нагрузка на стол (мощность) высвобождается ( S—S ₂ ). Это объясняет аналогию улучшения pf за счет компенсации реактивной мощности на рис. 2.
  
  Если сила, приложенная второй рукой, опускает первую руку ниже линии стола, объект стремится оторваться от стола при движении вперед и становится неустойчивым. Это аналогично сверхкоррекции, когда опережающий (компенсирующий) кВАр Q _c превышает отстающий кВАр нагрузки, вызывая перенапряжение и нестабильные условия, вредные для подключенного оборудования. пф в этом случае будет опережающим, что нежелательно.
  
  Заключение
  
  Аналогия, обсуждаемая в этой статье, применима к линейным электрическим нагрузкам, а также к нелинейным нагрузкам, потребляющим несинусоидальный ток (вызывающий искажение самого синусоидального напряжения питания), за исключением того, что гармонические токи, генерируемые нелинейными нагрузками, оказывают некоторое влияние на пф .
  
  Подробнее:
  
  Автор готов ответить на вопросы по этой статье. С ним можно связаться по адресу [email protected]. Для получения дополнительной информации по этой теме посетите наш веб-сайт по адресу plantengineering.com. Статья отредактирована Джеком Смитом, старшим редактором, 630-288-8783.
  
  Источники ведущей реактивной мощности
  
  Конденсаторы
  
  Конденсатор – это устройство для накопления электрической энергии. Он потребляет ток, опережающий напряжение питания. Мощность, вырабатываемая конденсатором, является опережающей ВАр (реактивная реактивная мощность в вольт-амперах), что помогает компенсировать запаздывающую ВАр, потребляемую нагрузками. Следовательно, конденсатор известен как генератор реактивной мощности. Для компенсации реактивной мощности конденсатор подключается параллельно (шунтирует) к компенсируемым нагрузкам. Конденсатор представляет собой статическое устройство без движущихся частей. Следовательно, системы, использующие конденсаторы для коэффициента мощности ( pf ) известны как статические компенсаторы реактивной мощности (SVC) или системы параллельной компенсации.
  
  Синхронные машины
  
  Синхронная машина может использоваться для обеспечения опережающей VAR, когда поле перевозбуждается. Синхронные машины либо используются исключительно для улучшения по сравнению с , либо работают как двигатели для привода механических нагрузок при одновременном улучшении по сравнению с .
  
  Коэффициент мощности (пф): Насколько желательно улучшение?
  
  Низкий pf может быть результатом:
  
  Конструкция оборудования — Плохие нагрузки, такие как двигатели, сварочные аппараты и балласты люминесцентных ламп pf
  
  Условия эксплуатации оборудования низкий pf в диапазоне от 0,3 до 0,5.