Qu'est-ce que la puissance réactive ? Compensation de puissance réactive. Calcul de la puissance réactive

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Dans les appartements et les maisons privées, un compteur électrique est installé, en fonction duquel le paiement de l'énergie consommée est calculé. De manière simpliste, on pense que seul son composant actif est utilisé dans la vie de tous les jours, bien que ce ne soit pas tout à fait vrai. Le logement moderne est saturé d'appareils dans les circuits dont il y a des éléments qui déphasent. Cependant, la puissance réactive consommée par les appareils électroménagers est incomparablement inférieure à celle des entreprises industrielles, elle est donc traditionnellement négligée dans le calcul des paiements.

Une usine ou une usine dont la direction ne surveille pas la consommation des courants parasites traversant le circuit de charge cause de grands dommages aux systèmes énergétiques de la région et du pays dans son ensemble. L'air atmosphérique autour de la ligne de transport d'électricité se réchauffe complètement inutilement; les enroulements des transformateurs installés dans les sous-stations peuvent ne pas supporter la charge, en particulier pendant les périodes de pointe.

Charge inductive et capacitive

Si vous prenez un appareil de chauffage ordinaire ou une ampoule électrique, alors la puissance indiquée dansl'inscription correspondante sur le flacon ou la plaque signalétique correspondra au produit des valeurs du courant traversant cet appareil et de la tension secteur (nous avons 220 Volts). La situation change si l'appareil contient un transformateur, d'autres éléments contenant des inductances ou des condensateurs. Ces pièces ont des propriétés particulières, le graphique du courant qui les traverse est en retard ou en avance sur la sinusoïde de la tension d'alimentation - en d'autres termes, un déphasage se produit. Une charge capacitive idéale décale le vecteur de -90 et une charge inductive de +90 degrés. La puissance dans ce cas est le résultat non seulement du produit du courant et de la tension, mais un certain facteur de correction est ajouté. Où cela mène-t-il ?

Réflexion géométrique du processus

D'après le cours de géométrie de l'école, tout le monde sait que l'hypoténuse est plus longue que n'importe laquelle des jambes d'un triangle rectangle. Si la puissance active, réactive et apparente forme ses côtés, alors les courants consommés par la bobine et la capacité seront perpendiculaires au composant résistif, mais avec des directions dans des directions opposées. Lors de l'ajout (ou, si vous le souhaitez, de la soustraction, ils sont de signes différents), le vecteur total, c'est-à-dire la puissance réactive totale, selon le type de charge qui prévaut dans le circuit, sera dirigé vers le haut ou vers le bas. Par sa direction, on peut juger de la nature de la charge qui prévaut.

La puissance réactive avec addition vectorielle au composant actif donnera la quantité totale de puissance consommée. Il est représenté graphiquement commel'hypoténuse du triangle de puissance. Plus cette ligne sera doucement située par rapport à l'axe des x, mieux ce sera.

Cosinus phi

Le graphique montre que l'angle φ est formé par deux vecteurs, plein et puissance active. Moins leurs valeurs diffèrent, mieux c'est, mais leur fusion complète est empêchée par la puissance réactive, considérée comme parasite. Plus l'angle est grand, plus la charge sur les lignes électriques, les transformateurs élévateurs et abaisseurs du système d'alimentation est élevée, et vice versa, plus les vecteurs sont inclinés les uns par rapport aux autres, moins les fils chaufferont tout au long du circuit. Naturellement, quelque chose devait être fait à propos de ce problème. Et la solution a été trouvée, simple et élégante. La compensation mutuelle de la puissance réactive vous permet de réduire l'angle φ et de rapprocher son cosinus (également appelé facteur de puissance) le plus près possible de l'unité. Pour ce faire, allongez le vecteur du composant capacitif de manière à obtenir une résonance des courants, à laquelle ils "s'éteignent" mutuellement (idéalement complètement, mais en pratique - dans la plus grande mesure).

Théorie et pratique

Tous les calculs théoriques ont plus de valeur, plus ils sont applicables dans la pratique. La situation dans toute entreprise industrielle développée est la suivante: la majeure partie de l'électricité est consommée par des moteurs (synchrones, asynchrones, monophasés, triphasés) et d'autres machines. Mais il existe aussi des transformateurs. La conclusion est simple: dans les conditions réelles de production, la puissance réactive de nature inductive prédomine. Il convient de noter que les entreprisesils installent non pas un compteur électrique, comme dans les maisons et les appartements, mais deux, dont l'un est actif, et l'autre est facile à deviner lequel. Et pour les dépenses excessives d'énergie "chassées" en vain par les lignes électriques, les autorités compétentes sont condamnées à une amende impitoyable, de sorte que l'administration a un intérêt vital à calculer la puissance réactive et à prendre des mesures pour la réduire. Il est clair que l'on ne peut pas se passer de capacité électrique pour résoudre ce problème.

Rémunération théorique

D'après le graphique ci-dessus, il est assez clair comment parvenir à une réduction des courants parasites jusqu'à leur élimination complète, du moins en théorie. Pour ce faire, un condensateur de la capacité appropriée doit être connecté en parallèle avec la charge inductive. Les vecteurs, une fois ajoutés, donneront zéro, et seul le composant actif utile restera.

Le calcul se fait selon la formule:

C=1 / (2πFX), où X est la réactance totale de tous les appareils inclus dans le réseau; F - fréquence de la tension d'alimentation (nous avons - 50 Hz);

Il semble - qu'est-ce qui est le plus simple ? Multipliez "X" et le nombre "pi" par 50 et divisez. Cependant, les choses sont un peu plus compliquées.

Comment cela se passe-t-il en pratique ?

La formule est simple, mais déterminer et calculer X n'est pas si facile. Pour ce faire, vous devez prendre toutes les données sur les appareils, connaître leur réactance, et sous forme vectorielle, et même alors … En fait, personne ne le fait, à l'exception des étudiants en travail de laboratoire.

Vous pouvez déterminer la puissance réactive d'une autre manière, en utilisant un appareil spécial - un phasemètre indiquant le cosinus phi, ou en comparant les lectures du wattmètre,ampèremètre et voltmètre.

La question est compliquée par le fait que dans un processus de production réel, la charge change constamment, car certaines machines sont allumées pendant le fonctionnement, tandis que d'autres, au contraire, sont déconnectées du réseau, comme l'exigent la réglementation technologique. Par conséquent, des mesures continues sont nécessaires pour surveiller la situation. L'éclairage fonctionne pendant les quarts de nuit, l'air peut être chauffé dans les ateliers en hiver et l'air peut être refroidi en été. D'une manière ou d'une autre, mais la compensation de puissance réactive est basée sur des calculs théoriques avec une grande part de mesures pratiques cos φ.

Connecter et déconnecter les condensateurs

Le moyen le plus simple et le plus évident de résoudre le problème est de placer un travailleur spécial près du phasemètre qui allumerait ou éteindrait le nombre requis de condensateurs, en obtenant l'écart minimum de la flèche par rapport à l'unité. Alors au début ils l'ont fait, mais la pratique a montré que le facteur humain notoire ne permet pas toujours d'obtenir l'effet recherché. Dans tous les cas, la puissance réactive, qui est le plus souvent de nature inductive, est compensée en connectant une capacité électrique de taille appropriée, mais il est préférable de le faire automatiquement, sinon un travailleur négligent peut infliger à sa propre entreprise une forte amende. Encore une fois, ce travail ne peut pas être qualifié de qualifié, il se prête tout à fait à l'automatisation. Le schéma le plus simple comprend une paire d'électrons optiques d'un émetteur de lumière et d'un récepteur de lumière. La flèche a couvert la valeur minimale, ce qui signifie que vous devez ajoutercapacité.

Automatisation et algorithmes intelligents

Actuellement, il existe des systèmes qui vous permettent de maintenir de manière fiable cos φ dans la plage de 0,9 à 1. Étant donné que la connexion des condensateurs se fait discrètement, il est impossible d'obtenir un résultat idéal, mais la puissance réactive automatique le compensateur donne quand même un effet économique très bon. Le fonctionnement de cet appareil repose sur des algorithmes intelligents qui garantissent un fonctionnement immédiatement après la mise sous tension, le plus souvent même sans réglages supplémentaires. Les progrès technologiques de la technologie informatique permettent de réaliser une connexion uniforme de tous les étages des batteries de condensateurs afin d'éviter une défaillance prématurée d'un ou deux d'entre eux. Le temps de réponse est également minimisé et des selfs supplémentaires réduisent la quantité de chute de tension pendant les transitoires. Un panneau de commande d'alimentation d'entreprise moderne a une disposition ergonomique appropriée qui crée les conditions permettant à l'opérateur d'évaluer rapidement la situation et, en cas d'accident ou de panne, il recevra un signal d'alarme immédiat. Le prix d'une telle armoire est considérable, mais cela vaut la peine de le payer, cela apporte des avantages.

Dispositif compensateur

Un compensateur de puissance réactive conventionnel est une armoire métallique de dimensions standard avec un panneau de contrôle et de gestion sur le panneau avant, généralement ouvert. Au bas de celui-ci se trouvent des ensembles de condensateurs (piles). Tell'emplacement est dû à une considération simple: les capacités électriques sont assez lourdes, et il est tout à fait logique de s'efforcer de rendre la structure plus stable. Dans la partie supérieure, au niveau des yeux de l'opérateur, se trouvent les dispositifs de contrôle nécessaires, y compris un indicateur de phase, avec lesquels vous pouvez juger de l'amplitude du facteur de puissance. Il existe également diverses indications, y compris celles d'urgence, les commandes (marche et arrêt, passage en mode manuel, etc.). L'évaluation de la comparaison des lectures des capteurs de mesure et le développement des actions de contrôle (connexion de condensateurs de la puissance requise) sont effectués par un circuit basé sur un microprocesseur. Les actionneurs fonctionnent rapidement et silencieusement, ils sont généralement construits sur de puissants thyristors.

Calcul approximatif des batteries de condensateurs

Dans les installations relativement petites, la puissance réactive d'un circuit peut être estimée approximativement par le nombre d'appareils connectés, en tenant compte de leurs caractéristiques de déphasage. Ainsi, un moteur électrique asynchrone conventionnel (le principal "travailleur acharné" des usines et des usines), avec une charge égale à la moitié de sa puissance nominale, a un cos φ égal à 0,73 et une lampe fluorescente - 0,5. La machine de soudage par contact varie de 0, 8 à 0, 9, le four à arc fonctionne avec un cosinus φ égal à 0, 8. Les tableaux disponibles pour presque tous les ingénieurs en chef contiennent des informations sur presque tous les types d'équipements industriels, et le préréglage de la compensation de puissance réactive peut être fait de les utiliser. Cependant, de telles donnéesservent uniquement de référence sur laquelle effectuer des ajustements en ajoutant ou en supprimant des batteries de condensateurs.

Dans tout le pays

Vous pourriez avoir l'impression que l'État a confié aux usines, usines et autres entreprises industrielles tout le soin des paramètres du réseau électrique et de l'uniformité de la charge sur celui-ci. Ce n'est pas vrai. Le système énergétique du pays contrôle le déphasage à l'échelle nationale et régionale, dès la sortie de son produit spécial des centrales électriques. Un autre problème est que la compensation du composant réactif est effectuée non pas en connectant des batteries de condensateurs, mais par une méthode différente. Pour garantir la qualité de l'énergie fournie aux consommateurs dans les enroulements du rotor, le courant de polarisation est régulé, ce qui n'est pas un gros problème dans les générateurs synchrones.