Apa itu daya reaktif? Kompensasi daya reaktif. Perhitungan daya reaktif

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 10:31

Di apartemen dan rumah pribadi, satu meteran listrik dipasang, yang dengannya pembayaran untuk energi yang dikonsumsi dihitung. Sederhananya, diyakini bahwa hanya komponen aktifnya yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, meskipun ini tidak sepenuhnya benar. Perumahan modern dipenuhi dengan perangkat di sirkuit yang ada elemen yang menggeser fase. Namun, daya reaktif yang dikonsumsi oleh peralatan rumah tangga jauh lebih kecil dibandingkan dengan perusahaan industri, sehingga secara tradisional diabaikan saat menghitung pembayaran.

Pabrik atau pabrik yang manajemennya tidak memantau konsumsi arus parasit yang melewati rangkaian beban menyebabkan kerusakan besar pada sistem energi wilayah dan negara secara keseluruhan. Udara atmosfer di sekitar saluran transmisi listrik memanas sama sekali tidak berguna; belitan trafo yang dipasang di gardu induk mungkin tidak tahan terhadap beban, terutama selama periode puncak.

Memuat induktif dan kapasitif

Jika Anda menggunakan alat pemanas biasa atau bola lampu listrik, maka daya yang ditunjukkan dalamtulisan yang sesuai pada labu atau papan nama akan sesuai dengan produk dari nilai arus yang melewati perangkat ini dan tegangan listrik (kami memiliki 220 Volt). Situasi berubah jika perangkat berisi transformator, elemen lain yang mengandung induktor, atau kapasitor. Bagian-bagian ini memiliki sifat khusus, grafik arus yang mengalir di dalamnya tertinggal atau mengarah ke sinusoidal dari tegangan suplai - dengan kata lain, terjadi pergeseran fasa. Beban kapasitif yang ideal menggeser vektor sebesar -90, dan beban induktif sebesar +90 derajat. Daya dalam hal ini adalah hasil tidak hanya produk arus dan tegangan, faktor koreksi tertentu ditambahkan. Ini mengarah kemana?

Refleksi geometris dari proses

Dari kursus geometri sekolah, semua orang tahu bahwa sisi miring lebih panjang dari kaki mana pun dalam segitiga siku-siku. Jika daya aktif, reaktif, dan semu membentuk sisi-sisinya, maka arus yang dikonsumsi oleh kumparan dan kapasitansi akan tegak lurus dengan komponen resistif, tetapi dengan arah yang berlawanan. Saat menambahkan (atau, jika Anda suka, mengurangi, mereka memiliki tanda yang berbeda) vektor total, yaitu daya reaktif total, tergantung pada jenis beban yang berlaku di sirkuit, akan diarahkan ke atas atau ke bawah. Dari arahnya, seseorang dapat menilai sifat beban yang mana.

Daya reaktif dengan penambahan vektor ke komponen aktif akan memberikan jumlah total daya yang dikonsumsi. Hal ini ditunjukkan secara grafis sebagaihipotenusa segitiga kekuasaan. Semakin banyak garis ini akan ditempatkan dengan lembut dalam kaitannya dengan sumbu x, semakin baik.

Phi kosinus

Grafik menunjukkan bahwa sudut dibentuk oleh dua vektor, daya penuh dan daya aktif. Semakin sedikit perbedaan nilainya, semakin baik, tetapi penggabungan lengkapnya dicegah oleh daya reaktif, yang dianggap parasit. Semakin besar sudutnya, semakin tinggi beban pada saluran listrik, transformator step-up dan step-down dari sistem catu daya, dan sebaliknya, semakin dekat vektor cenderung satu sama lain, semakin sedikit kabel yang akan memanas di seluruh sirkuit. Secara alami, sesuatu harus dilakukan untuk mengatasi masalah ini. Dan solusinya ditemukan, sederhana dan elegan. Kompensasi timbal balik daya reaktif memungkinkan Anda untuk mengurangi sudut dan membawa kosinusnya (yang juga disebut faktor daya) sedekat mungkin dengan kesatuan. Untuk melakukan ini, perpanjang vektor komponen kapasitif sedemikian rupa untuk mencapai resonansi arus, di mana mereka "memadamkan" satu sama lain (idealnya sepenuhnya, tetapi dalam praktiknya - hingga batas terbesar).

Teori dan praktik

Semua perhitungan teoretis lebih berharga, semakin dapat diterapkan dalam praktik. Gambaran di setiap perusahaan industri maju adalah sebagai berikut: sebagian besar listrik dikonsumsi oleh motor (sinkron, asinkron, fase tunggal, tiga fase) dan mesin lainnya. Tapi ada juga transformer. Kesimpulannya sederhana: dalam kondisi produksi nyata, daya reaktif yang bersifat induktif mendominasi. Perlu dicatat bahwa perusahaanmereka memasang bukan satu meteran listrik, seperti di rumah dan apartemen, tetapi dua, salah satunya aktif, dan yang lainnya mudah ditebak yang mana. Dan untuk pengeluaran energi yang "dikejar" dengan sia-sia melalui saluran listrik, otoritas terkait didenda tanpa ampun, sehingga pemerintah sangat tertarik untuk menghitung daya reaktif dan mengambil tindakan untuk menguranginya. Jelas bahwa seseorang tidak dapat melakukannya tanpa kapasitansi listrik ketika memecahkan masalah ini.

Kompensasi Teori

Dari grafik di atas, cukup jelas bagaimana mencapai pengurangan arus parasit hingga eliminasi lengkapnya, setidaknya secara teoritis. Untuk melakukan ini, kapasitor dengan kapasitansi yang sesuai harus dihubungkan secara paralel dengan beban induktif. Vektor, ketika ditambahkan, akan menghasilkan nol, dan hanya komponen aktif yang berguna yang akan tersisa.

Perhitungan dilakukan dengan rumus:

C=1 / (2πFX), di mana X adalah reaktansi total semua perangkat yang termasuk dalam jaringan; F - frekuensi tegangan suplai (kami memiliki - 50 Hz);

Sepertinya - apa yang lebih mudah? Kalikan "X" dan angka "pi" dengan 50 dan bagi. Namun, semuanya agak lebih rumit.

Bagaimana prakteknya?

Rumusnya sederhana, tetapi menentukan dan menghitung X tidaklah mudah. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengambil semua data tentang perangkat, mencari tahu reaktansinya, dan dalam bentuk vektor, dan bahkan kemudian … Faktanya, tidak ada yang melakukan ini, kecuali siswa yang bekerja di laboratorium.

Anda dapat menentukan daya reaktif dengan cara lain, menggunakan perangkat khusus - pengukur fase yang menunjukkan cosinus phi, atau dengan membandingkan pembacaan wattmeter,amperemeter dan voltmeter.

Masalahnya diperumit oleh kenyataan bahwa dalam proses produksi nyata, beban terus berubah, karena beberapa mesin dihidupkan selama operasi, sementara yang lain, sebaliknya, terputus dari jaringan, seperti yang dipersyaratkan oleh peraturan teknologi. Oleh karena itu, diperlukan tindakan berkelanjutan untuk memantau situasi tersebut. Pencahayaan bekerja selama shift malam, udara dapat dipanaskan di bengkel di musim dingin, dan udara dapat didinginkan di musim panas. Dengan satu atau lain cara, tetapi kompensasi daya reaktif didasarkan pada perhitungan teoretis dengan sebagian besar pengukuran praktis cos.

Menghubungkan dan melepaskan kapasitor

Cara termudah dan paling jelas untuk menyelesaikan masalah adalah dengan menempatkan pekerja khusus di dekat pengukur fase yang akan menghidupkan atau mematikan jumlah kapasitor yang diperlukan, mencapai deviasi minimum panah dari kesatuan. Jadi pada awalnya mereka melakukannya, tetapi latihan telah menunjukkan bahwa faktor manusia yang terkenal tidak selalu memungkinkan untuk mencapai efek yang diinginkan. Bagaimanapun, daya reaktif, yang paling sering bersifat induktif, dikompensasikan dengan menghubungkan kapasitansi listrik dengan ukuran yang sesuai, tetapi lebih baik melakukannya secara otomatis, jika tidak, pekerja yang lalai dapat membawa perusahaannya sendiri ke dalam denda besar. Sekali lagi, pekerjaan ini tidak dapat disebut memenuhi syarat, cukup dapat menerima otomatisasi. Skema paling sederhana mencakup sepasang elektron optik dari pemancar cahaya dan penerima cahaya. Panah telah menutupi nilai minimum, yang berarti Anda perlu menambahkankapasitas.

Otomasi dan algoritma cerdas

Saat ini, ada sistem yang memungkinkan Anda untuk menjaga cos dengan andal dalam kisaran 0,9 hingga 1. Karena koneksi kapasitor di dalamnya terjadi secara terpisah, tidak mungkin untuk mencapai hasil yang ideal, tetapi daya reaktif otomatis kompensator masih memberikan efek ekonomi yang sangat baik. Pengoperasian perangkat ini didasarkan pada algoritme cerdas yang memastikan pengoperasian segera setelah dinyalakan, paling sering bahkan tanpa pengaturan tambahan. Kemajuan teknologi di bidang teknologi komputer memungkinkan tercapainya penyambungan yang seragam dari semua tahapan kapasitor bank untuk menghindari kegagalan prematur satu atau dua di antaranya. Waktu respons juga diminimalkan, dan choke tambahan mengurangi jumlah penurunan tegangan selama transien. Panel kontrol daya perusahaan modern memiliki tata letak ergonomis yang sesuai yang menciptakan kondisi bagi operator untuk menilai situasi dengan cepat, dan jika terjadi kecelakaan atau kegagalan, ia akan segera menerima sinyal alarm. Harga kabinet seperti itu cukup besar, tetapi layak untuk dibayar, itu membawa manfaat.

Perangkat Kompensator

Kompensator daya reaktif konvensional adalah kabinet logam dengan dimensi standar dengan panel kontrol dan manajemen di panel depan, biasanya terbuka. Di bagian bawahnya adalah set kapasitor (baterai). Sepertilokasinya karena pertimbangan sederhana: kapasitas listriknya cukup berat, dan cukup logis untuk berusaha membuat strukturnya lebih stabil. Di bagian atas, setinggi mata operator, ada perangkat kontrol yang diperlukan, termasuk indikator fase, yang dengannya Anda dapat menilai besarnya faktor daya. Ada juga berbagai indikasi, termasuk yang darurat, kontrol (hidup dan mati, beralih ke mode manual, dll.). Evaluasi perbandingan pembacaan sensor pengukur dan pengembangan tindakan kontrol (menghubungkan kapasitor dari peringkat yang diperlukan) dilakukan oleh sirkuit berdasarkan mikroprosesor. Aktuator beroperasi dengan cepat dan tanpa suara, biasanya dibangun di atas thyristor yang kuat.

Perkiraan perhitungan kapasitor bank

Pada pembangkit yang relatif kecil, daya reaktif suatu rangkaian dapat diperkirakan secara kasar dengan jumlah perangkat yang terhubung, dengan mempertimbangkan karakteristik pergeseran fasanya. Jadi, motor listrik asinkron konvensional ("pekerja keras" utama pabrik dan pabrik), dengan beban sama dengan setengah dari daya pengenalnya, memiliki cos sama dengan 0,73, dan lampu neon - 0,5. mesin las kontak berkisar dari 0, 8 hingga 0,9, tungku busur beroperasi dengan cosinus sama dengan 0,8. Tabel yang tersedia untuk hampir setiap chief power engineer berisi informasi tentang hampir semua jenis peralatan industri, dan kompensasi daya reaktif pra-pengaturan dapat selesai menggunakan mereka. Namun, data seperti ituhanya berfungsi sebagai dasar untuk melakukan penyesuaian dengan menambah atau menghapus bank kapasitor.

Seluruh negeri

Anda mungkin mendapat kesan bahwa negara telah mempercayakan pabrik, pabrik, dan perusahaan industri lainnya dengan semua perhatian tentang parameter jaringan listrik dan keseragaman beban di atasnya. Ini tidak benar. Sistem energi negara mengontrol pergeseran fase pada skala nasional dan regional, tepat di pintu keluar produk khusus dari pembangkit listrik. Masalah lain adalah bahwa kompensasi komponen reaktif dilakukan bukan dengan menghubungkan bank kapasitor, tetapi dengan metode yang berbeda. Untuk memastikan kualitas energi yang disuplai ke konsumen pada belitan rotor, arus bias diatur, yang bukan merupakan masalah besar pada generator sinkron.