O que é potência reativa? Compensação de potência reativa. Cálculo de potência reativa

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Em apartamentos e casas particulares, é instalado um medidor elétrico, segundo o qual é calculado o pagamento da energia consumida. De forma simplista, acredita-se que apenas seu componente ativo seja usado na vida cotidiana, embora isso não seja totalmente verdade. A carcaça moderna está saturada de dispositivos nos circuitos dos quais existem elementos que mudam de fase. No entanto, a energia reativa consumida pelos eletrodomésticos é incomparavelmente menor que a das empresas industriais, por isso é tradicionalmente negligenciada no cálculo dos pagamentos.

Uma usina ou fábrica cuja gestão não monitora o consumo de correntes parasitas que passam pelo circuito de carga causa grandes prejuízos aos sistemas energéticos da região e do país como um todo. O ar atmosférico ao redor da linha de transmissão de energia aquece completamente inutilmente; enrolamentos de transformadores instalados em subestações podem não suportar a carga, principalmente nos períodos de pico.

Carga indutiva e capacitiva

Se você pegar um aquecedor comum ou uma lâmpada elétrica, então a potência indicada ema inscrição correspondente no frasco ou placa de identificação corresponderá ao produto dos valores da corrente que passa por este dispositivo e a tensão da rede (temos 220 Volts). A situação muda se o dispositivo contiver um transformador, outros elementos contendo indutores ou capacitores. Essas partes têm propriedades especiais, o gráfico da corrente que flui nelas está atrasado ou adiantado na senóide da tensão de alimentação - em outras palavras, ocorre uma mudança de fase. Uma carga capacitiva ideal desloca o vetor em -90 e uma carga indutiva em +90 graus. A potência neste caso é o resultado não apenas do produto da corrente e da tensão, mas um certo fator de correção é adicionado. Onde isso leva?

Reflexão geométrica do processo

No curso de geometria da escola, todos sabem que a hipotenusa é mais longa do que qualquer um dos catetos de um triângulo retângulo. Se a potência ativa, reativa e aparente formar seus lados, então as correntes consumidas pela bobina e capacitância serão perpendiculares ao componente resistivo, mas com direções em direções opostas. Ao somar (ou, se preferir, subtrair, são de sinais diferentes) o vetor total, ou seja, a potência reativa total, dependendo do tipo de carga que prevalecer no circuito, será direcionado para cima ou para baixo. Pela sua direção, pode-se julgar qual a natureza da carga que prevalece.

A potência reativa com adição de vetor ao componente ativo fornecerá a quantidade total de potência consumida. É mostrado graficamente comoa hipotenusa do triângulo das potências. Quanto mais esta linha for suavemente localizada em relação ao eixo x, melhor.

Cosseno phi

O gráfico mostra que o ângulo φ é formado por dois vetores, potência plena e ativa. Quanto menos seus valores diferirem, melhor, mas sua fusão completa é impedida pela energia reativa, que é considerada parasitária. Quanto maior o ângulo, maior a carga nas linhas de energia, transformadores elevadores e redutores do sistema de alimentação e vice-versa, quanto mais próximos os vetores estiverem inclinados um do outro, menos os fios aquecerão ao longo do o circuito. Naturalmente, algo tinha que ser feito sobre esse problema. E a solução foi encontrada, simples e elegante. A compensação mútua da potência reativa permite reduzir o ângulo φ e trazer seu cosseno (que também é chamado de fator de potência) o mais próximo possível da unidade. Para fazer isso, alongue o vetor do componente capacitivo de forma a obter uma ressonância das correntes, na qual elas se "extinguem" (idealmente completamente, mas na prática - na maior extensão).

Teoria e prática

Todos os cálculos teóricos são mais valiosos, quanto mais aplicáveis na prática. O quadro em qualquer empreendimento industrial desenvolvido é o seguinte: a maior parte da eletricidade é consumida por motores (síncronos, assíncronos, monofásicos, trifásicos) e outras máquinas. Mas também existem transformadores. A conclusão é simples: em condições reais de produção, predomina a potência reativa de natureza indutiva. Vale lembrar que as empresaseles instalam não um medidor elétrico, como em casas e apartamentos, mas dois, um dos quais está ativo e o outro é fácil de adivinhar qual. E pelo gasto excessivo de energia “perseguida” em vão pelas linhas elétricas, as autoridades competentes são multadas impiedosamente, de modo que a administração está vitalmente interessada em calcular a potência reativa e tomar medidas para reduzi-la. É claro que não se pode prescindir da capacitância elétrica ao resolver este problema.

Compensação teórica

No gráfico acima, fica bem claro como conseguir uma redução nas correntes parasitas até sua completa eliminação, pelo menos teoricamente. Para fazer isso, um capacitor de capacitância apropriada deve ser conectado em paralelo com a carga indutiva. Os vetores, quando somados, darão zero, e apenas o componente ativo útil permanecerá.

O cálculo é feito de acordo com a fórmula:

C=1 / (2πFX), onde X é a reatância total de todos os dispositivos incluídos na rede; F - frequência da tensão de alimentação (temos - 50 Hz);

Parece - o que é mais fácil? Multiplique "X" e o número "pi" por 50 e divida. No entanto, as coisas são um pouco mais complicadas.

Como é na prática?

A fórmula é simples, mas determinar e calcular X não é tão fácil. Para fazer isso, você precisa pegar todos os dados sobre os dispositivos, descobrir sua reatância, e em forma vetorial, e mesmo assim … Na verdade, ninguém faz isso, exceto os alunos em trabalho de laboratório.

Você pode determinar a potência reativa de outra maneira, usando um dispositivo especial - um medidor de fase indicando o cosseno phi ou comparando as leituras do wattímetro,amperímetro e voltímetro.

A questão é complicada pelo fato de que em um processo de produção real, a carga está em constante mudança, pois algumas máquinas são ligadas durante a operação, enquanto outras, ao contrário, são desconectadas da rede, conforme exigido pelo os regulamentos tecnológicos. Assim, medidas contínuas são necessárias para monitorar a situação. A iluminação funciona durante os turnos noturnos, o ar pode ser aquecido nas oficinas no inverno e o ar pode ser resfriado no verão. De uma forma ou de outra, mas a compensação de potência reativa é baseada em cálculos teóricos com grande parte de medições práticas cos φ.

Conectando e desconectando capacitores

A maneira mais fácil e óbvia de resolver o problema é colocar um trabalhador especial perto do medidor de fase que ligaria ou desligaria o número necessário de capacitores, alcançando o desvio mínimo da seta da unidade. Assim, no início eles fizeram isso, mas a prática mostrou que o notório fator humano nem sempre permite alcançar o efeito desejado. Em qualquer caso, a energia reativa, que na maioria das vezes é de natureza indutiva, é compensada conectando uma capacitância elétrica do tamanho apropriado, mas é melhor fazer isso automaticamente, caso contrário, um trabalhador negligente pode levar sua própria empresa a uma grande multa. Mais uma vez, esse trabalho não pode ser chamado de qualificado, é bastante passível de automação. O esquema mais simples inclui um par de elétrons óptico de um emissor de luz e um receptor de luz. A seta cobriu o valor mínimo, o que significa que você precisa adicionarcapacidade.

Automação e algoritmos inteligentes

Atualmente, existem sistemas que permitem manter de forma confiável cos φ na faixa de 0,9 a 1. Como a conexão dos capacitores neles ocorre de forma discreta, é impossível obter um resultado ideal, mas a potência reativa automática compensador ainda dá um efeito econômico muito bom. A operação deste dispositivo é baseada em algoritmos inteligentes que garantem a operação imediatamente após a ativação, na maioria das vezes mesmo sem configurações adicionais. Os avanços tecnológicos na informática possibilitam a conexão uniforme de todos os estágios dos bancos de capacitores para evitar a falha prematura de um ou dois deles. O tempo de resposta também é minimizado, e bobinas adicionais reduzem a quantidade de queda de tensão durante os transientes. Um moderno painel de controle de energia empresarial possui um layout ergonômico adequado que cria condições para que o operador avalie rapidamente a situação e, em caso de acidente ou falha, receba um sinal de alarme imediato. O preço de tal gabinete é considerável, mas vale a pena pagar por ele, traz benefícios.

Compensador

Um compensador de potência reativa convencional é um gabinete metálico de dimensões padrão com um painel de controle e gerenciamento no painel frontal, normalmente aberto. Na parte inferior estão conjuntos de capacitores (baterias). Tala localização se deve a uma simples consideração: as capacidades elétricas são bastante pesadas, e é bastante lógico se esforçar para tornar a estrutura mais estável. Na parte superior, ao nível dos olhos do operador, existem os dispositivos de controle necessários, incluindo um indicador de fase, com o qual você pode avaliar a magnitude do fator de potência. Existem também várias indicações, incluindo emergência, controles (ligar e desligar, alternar para o modo manual, etc.). A avaliação da comparação das leituras dos sensores de medição e o desenvolvimento das ações de controle (conectando capacitores da classificação exigida) são realizados por um circuito baseado em um microprocessador. Os atuadores operam de forma rápida e silenciosa, geralmente são construídos em tiristores poderosos.

Cálculo aproximado de bancos de capacitores

Em plantas relativamente pequenas, a potência reativa de um circuito pode ser estimada aproximadamente pelo número de dispositivos conectados, levando em consideração suas características de deslocamento de fase. Assim, um motor elétrico assíncrono convencional (o principal "trabalhador duro" de fábricas e usinas), com carga igual à metade de sua potência nominal, tem um cos φ igual a 0,73, e uma lâmpada fluorescente - 0,5. máquina de solda de contato varia de 0, 8 a 0,9, o forno a arco opera com cosseno φ igual a 0,8. As tabelas disponíveis para quase todo engenheiro chefe de energia contêm informações sobre quase todos os tipos de equipamentos industriais, e a compensação de potência reativa pré-definida pode ser feito de usá-los. No entanto, tais dadosservem apenas como uma linha de base para fazer ajustes adicionando ou removendo bancos de capacitores.

Nacional

Você pode ter a impressão de que o estado confiou às fábricas, plantas e outras empresas industriais todo o cuidado com os parâmetros da rede elétrica e a uniformidade da carga nela. Isso não é verdade. O sistema energético do país controla a mudança de fase em escala nacional e regional, logo na saída de seu produto especial das usinas. Outra questão é que a compensação do componente reativo é realizada não conectando bancos de capacitores, mas por um método diferente. Para garantir a qualidade da energia fornecida aos consumidores nos enrolamentos do rotor, a corrente de polarização é regulada, o que não é um grande problema em geradores síncronos.