¿Qué es la potencia reactiva? Compensación de potencia reactiva. Cálculo de potencia reactiva

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

En apartamentos y casas particulares, se instala un medidor eléctrico, según el cual se calcula el pago por la energía consumida. De manera simplista, se cree que solo su componente activo se usa en la vida cotidiana, aunque esto no es del todo cierto. La vivienda moderna está saturada de dispositivos en cuyos circuitos hay elementos que cambian la fase. Sin embargo, la potencia reactiva consumida por los electrodomésticos es incomparablemente menor que la de las empresas industriales, por lo que tradicionalmente se descuida al calcular los pagos.

Una planta o fábrica cuya administración no monitorea el consumo de corrientes parásitas que pasan por el circuito de carga causa un gran daño a los sistemas energéticos de la región y del país en su conjunto. El aire atmosférico alrededor de la línea de transmisión de energía se calienta completamente inútilmente; los devanados de los transformadores instalados en subestaciones pueden no soportar la carga, especialmente durante los períodos pico.

Carga inductiva y capacitiva

Si toma un dispositivo de calefacción ordinario o una bombilla de luz eléctrica, entonces la potencia indicada enla inscripción correspondiente en el matraz o placa de identificación corresponderá al producto de los valores de la corriente que pasa por este dispositivo y la tensión de red (tenemos 220 voltios). La situación cambia si el dispositivo contiene un transformador, otros elementos que contienen inductores o condensadores. Estas partes tienen propiedades especiales, el gráfico de la corriente que fluye en ellas se retrasa o se adelanta a la sinusoide de la tensión de alimentación; en otras palabras, se produce un cambio de fase. Una carga capacitiva ideal desplaza el vector en -90 y una carga inductiva en +90 grados. La potencia en este caso es el resultado no solo del producto de la corriente y el voltaje, sino que se agrega un cierto factor de corrección. ¿Adónde lleva esto?

Reflexión geométrica del proceso

Desde el curso de geometría de la escuela, todos saben que la hipotenusa es más larga que cualquiera de los catetos de un triángulo rectángulo. Si la potencia activa, reactiva y aparente forman sus lados, entonces las corrientes consumidas por la bobina y la capacitancia estarán en ángulo recto con el componente resistivo, pero con direcciones en direcciones opuestas. Al sumar (o, si se quiere, restar, son de diferente signo) el vector total, es decir, la potencia reactiva total, según el tipo de carga que predomine en el circuito, se dirigirá hacia arriba o hacia abajo. Por su dirección, se puede juzgar qué naturaleza de la carga prevalece.

La potencia reactiva con adición de vector al componente activo dará la cantidad total de energía consumida. Se muestra gráficamente comola hipotenusa del triángulo de potencias. Cuanto más suavemente se ubique esta línea en relación con el eje x, mejor.

Coseno phi

La gráfica muestra que el ángulo φ está formado por dos vectores, plena y potencia activa. Cuanto menos difieran sus valores, mejor, pero la potencia reactiva, que se considera parásita, evita su fusión completa. Cuanto mayor sea el ángulo, mayor será la carga en las líneas eléctricas, los transformadores elevadores y reductores del sistema de suministro de energía, y viceversa, cuanto más cerca estén los vectores inclinados entre sí, menos se calentarán los cables a lo largo del circuito. Naturalmente, había que hacer algo con este problema. Y se encontró la solución, simple y elegante. La compensación mutua de la potencia reactiva le permite reducir el ángulo φ y acercar su coseno (que también se denomina factor de potencia) a la unidad. Para hacer esto, alargue el vector del componente capacitivo de tal manera que logre una resonancia de las corrientes, en la que se "extinguen" entre sí (idealmente por completo, pero en la práctica, en la mayor medida).

Teoría y práctica

Todos los cálculos teóricos son más valiosos cuanto más aplicables son en la práctica. La imagen en cualquier empresa industrial desarrollada es la siguiente: la mayor parte de la electricidad es consumida por motores (síncronos, asíncronos, monofásicos, trifásicos) y otras máquinas. Pero también hay transformadores. La conclusión es simple: en condiciones reales de producción, predomina la potencia reactiva de carácter inductivo. Cabe señalar que las empresasinstalan no un medidor eléctrico, como en casas y apartamentos, sino dos, uno de los cuales está activo y el otro es fácil de adivinar cuál. Y por el gasto excesivo de energía "perseguida" en vano a través de las líneas eléctricas, las autoridades correspondientes son multadas sin piedad, por lo que la administración tiene un interés vital en calcular la potencia reactiva y tomar medidas para reducirla. Está claro que no se puede prescindir de la capacitancia eléctrica al resolver este problema.

Compensación teórica

A partir del gráfico anterior, es bastante claro cómo lograr una reducción de las corrientes parásitas hasta su completa eliminación, al menos teóricamente. Para ello, se debe conectar en paralelo con la carga inductiva un condensador de la capacidad adecuada. Los vectores, cuando se suman, darán cero, y solo quedará el componente activo útil.

El cálculo se realiza según la fórmula:

C=1 / (2πFX), donde X es la reactancia total de todos los dispositivos incluidos en la red; F - frecuencia de la tensión de alimentación (tenemos - 50 Hz);

Parece, ¿qué es más fácil? Multiplica "X" y el número "pi" por 50 y divide. Sin embargo, las cosas son algo más complicadas.

¿Cómo es en la práctica?

La fórmula es simple, pero determinar y calcular X no es tan fácil. Para hacer esto, debe tomar todos los datos sobre los dispositivos, averiguar su reactancia y en forma vectorial, e incluso entonces … De hecho, nadie hace esto, excepto los estudiantes en el trabajo de laboratorio.

Puede determinar la potencia reactiva de otra manera, utilizando un dispositivo especial: un medidor de fase que indica el coseno phi, o comparando las lecturas del vatímetro,amperímetro y voltímetro.

El asunto se complica por el hecho de que en un proceso de producción real, la carga cambia constantemente, ya que algunas máquinas se encienden durante la operación, mientras que otras, por el contrario, se desconectan de la red, como lo requiere la la normativa tecnológica. En consecuencia, se necesitan medidas continuas para monitorear la situación. La iluminación funciona durante los turnos de noche, el aire se puede calentar en los talleres en invierno y el aire se puede enfriar en verano. De una forma u otra, pero la compensación de potencia reactiva se basa en cálculos teóricos con una gran proporción de mediciones prácticas cos φ.

Conexión y desconexión de condensadores

La forma más fácil y obvia de resolver el problema es colocar a un trabajador especial cerca del medidor de fase que encienda o apague la cantidad requerida de capacitores, logrando la desviación mínima de la flecha de la unidad. Así que en un principio lo hicieron, pero la práctica ha demostrado que el notorio factor humano no siempre permite lograr el efecto deseado. En cualquier caso, la potencia reactiva, que en la mayoría de los casos es de naturaleza inductiva, se compensa conectando una capacitancia eléctrica del tamaño apropiado, pero es mejor hacerlo automáticamente, de lo contrario, un trabajador negligente puede llevar a su propia empresa a una gran multa. Nuevamente, este trabajo no puede llamarse calificado, es bastante susceptible de automatización. El esquema más simple incluye un par de electrones ópticos de un emisor de luz y un receptor de luz. La flecha ha cubierto el valor mínimo, lo que significa que debe agregarcapacidad.

Automatización y algoritmos inteligentes

Actualmente, existen sistemas que le permiten mantener de manera confiable el cos φ en el rango de 0.9 a 1. Dado que la conexión de los capacitores en ellos ocurre discretamente, es imposible lograr un resultado ideal, pero la potencia reactiva automática compensador todavía da un efecto económico muy bueno. El funcionamiento de este dispositivo se basa en algoritmos inteligentes que garantizan el funcionamiento inmediatamente después del encendido, la mayoría de las veces incluso sin configuraciones adicionales. Los avances tecnológicos en tecnología informática permiten lograr una conexión uniforme de todas las etapas de los bancos de capacitores para evitar la falla prematura de uno o dos de ellos. El tiempo de respuesta también se minimiza y los estranguladores adicionales reducen la cantidad de caída de voltaje durante los transitorios. Un panel de control de energía empresarial moderno tiene un diseño ergonómico apropiado que crea condiciones para que el operador evalúe rápidamente la situación y, en caso de accidente o falla, recibirá una señal de alarma inmediata. El precio de un gabinete de este tipo es considerable, pero vale la pena pagarlo, trae beneficios.

Dispositivo compensador

Un compensador de potencia reactiva convencional es un armario metálico de dimensiones estándar con un panel de control y gestión en el panel frontal, normalmente abierto. En la parte inferior hay conjuntos de condensadores (baterías). Talla ubicación se debe a una simple consideración: las capacidades eléctricas son bastante pesadas, y es bastante lógico esforzarse para que la estructura sea más estable. En la parte superior, a la altura de los ojos del operador, se encuentran los dispositivos de control necesarios, incluido un indicador de fase, con el que se puede juzgar la magnitud del factor de potencia. También hay varias indicaciones, incluidas las de emergencia, controles (encendido y apagado, cambio a modo manual, etc.). La evaluación de la comparación de lecturas de sensores de medición y el desarrollo de acciones de control (conexión de capacitores de la clasificación requerida) son realizados por un circuito basado en un microprocesador. Los actuadores funcionan de forma rápida y silenciosa, generalmente están construidos con potentes tiristores.

Cálculo aproximado de las baterías de condensadores

En plantas relativamente pequeñas, la potencia reactiva de un circuito se puede estimar aproximadamente por el número de dispositivos conectados, teniendo en cuenta sus características de cambio de fase. Entonces, un motor eléctrico asíncrono convencional (el principal "trabajador" de fábricas y plantas), con una carga igual a la mitad de su potencia nominal, tiene un cos φ igual a 0.73 y una lámpara fluorescente - 0.5. La máquina de soldadura por contacto varía de 0, 8 a 0,9, el horno de arco funciona con un coseno φ igual a 0,8. terminado de usarlos. Sin embargo, tales datossirven solo como una línea de base sobre la cual hacer ajustes agregando o quitando bancos de capacitores.

A nivel nacional

Puede tener la impresión de que el estado ha confiado a las fábricas, plantas y otras empresas industriales todo el cuidado sobre los parámetros de la red eléctrica y la uniformidad de la carga en ella. Esto no es verdad. El sistema energético del país controla el desfase a escala nacional y regional, justo a la salida de su producto especial de las centrales eléctricas. Otro problema es que la compensación de la componente reactiva no se realiza conectando bancos de capacitores, sino por un método diferente. Para garantizar la calidad de la energía suministrada a los consumidores en los devanados del rotor, se regula la corriente de polarización, lo que no es un gran problema en los generadores síncronos.