Kompenzace jalového výkonu

Ideální rezistor připojený jako spotřebič na zdroj střídavého proudu nezpůsobuje fázový posun mezi proudem a napětím. Střídavý proud procházející rezistorem je dán vztahem I = U / Z = U / R  (A,V,Ω)

Vypočítá se tedy stejně jako stejnosměrný proud. Velikost impedance Z je stejná jako velikost odporu R.

Ideální cívka způsobuje zpoždění proudu za napětím o úhel φ = π/2 rad = 90⁰.

V technické praxi mají elektrická zařízení (generátory, rozvody, spotřebiče) většinou odpor, indukční reaktanci i kapacitní reaktanci, ale jejich hodnota není stejná, jedna nebo dvě veličiny převládají.

Například u motoru převládá indukční reaktance a odpor vinutí, zatímco kapacita je zanedbatelná.

U kondenzátoru nebo u dálkových vedení převládá kapacita. V elektrických rozvodech převládá indukční zátěž a úhel φ je kladný.

Fázový posun φ mezi proudem I a napětím U nepříznivě ovlivňuje výrobu, rozvod a hospodárnost využití elektrické energie. Nepříznivé působení fázového posunu můžeme vysvětlit pomocí průběhu výkonu v závislosti na čase.

Elektrický výkon je práce elektrického proudu za jednotkou času.

P = A / t (W;W.s,s)

Rozeznáváme výkon:          zdánlivý,

činný

jalový

V jednofázové soustavě pro ně platí tyto vztahy:

Zdánlivý výkon                                  S = UI                    (V . A)

Činný výkon                                                       P = UI cos φ         (W)

Jalový výkon                                                      Q= UIsin φ            (var)

Spotřebič s průběhem napětí a proudu znázorněným na obr. má cos φ = 1, a proto je jeho činný výkon P = UI. Okamžitý výkon, tj. výkon v určitém čase, dostaneme násobením okamžitých hodnot napětí a proudu. Pro spotřebič, který má pouze odpor, je celý průběh výkonu nad osou x

Celkový výkon přivedený na svorky spotřebiče nazýváme zdánlivý výkon a označujeme ho S. Jednotkou zdánlivého výkonu je volt ampér(V . A). Při velkém fázovém posunu je malý účiník a Činný výkon je o mnoho menší než zdánlivý výkon. Vodiči prochází ze zdroje do spotřebiče zdánlivý proud, který je větší než činný proud.

Na účiníku závisí, jaká část přivedeného výkonu se zužitkuje.

Vliv špatného účiníku na elektrická zařízení

1. a) Zvětšení investičních nákladů. Generátory, transformátory a vedení musejí být konstruovány na zdánlivý výkon, a mají

proto větší rozměry a větší hmotnost. Zařízení konstruovaná pro účiník 0,7 jsou asi o 20 % dražší, než by byla zařízení konstruovaná pro účiník 1.

1. b) Zmenšení využití. Generátory a vedení nejsou plně využity. Vodiče musejí být dimenzovány na zdánlivý proud, který je

(l/cos φ) krát větší než činný proud konající užitečnou práci.

1. c) Zvětšení tepelných ztrát. Tepelné ztráty ve vodiči o odporu R, kterým prochází zdánlivý proud I, jsou dány vztahem

P = R I²                                  (W,Ω,A)

1. d) Zvětšeni úbytku napětí v sítích. Úbytek napětí ΔU je dán rozdílem napětí na začátku a na konci vedení.
2. e) Zhoršeni zkratových poměrů všitích. Při malém účiníku, tj. při indukčním zatížení sítě, musí být budicí proud generátoru velký, a proto je velký i trvalý zkratový proud.
3. f) Zhoršení vypínacích podmínek vypínačů. Malý účiník způsobuje větší ztratové proudy. Vypínače musejí být proto dimenzovány na větší proud než při velkém účiníku.

Zlepšování účiníku

Zjistilo se, že z celkového jalového výkonu dodávaného do sítě připadá na indukční motory asi 75 %, na transformátory asi 20 % a zbytek připadá na vedení.Motory a transformátory se musejí používat takové, aby byly zatěžovány na jmenovitý výkon. Velké motory a transformátory je třeba při chodu naprázdno odpojit od sítě.

Způsoby zlepšování účiníku

1. a) Výměna motorů a malým účiníkem za nové.
2. b) Snížení provozního napětí elektromotorů, které jsou málo zatíženy.
3. c) Přepnutí málo zatížených motorů z trojúhelníku do hvězdy.
4. d) Využívání synchronních motorů.
5. e) Správné dimenzování motorů a transformátorů,
6. i) Synchronizace indukčních motorů.
7. g) Zapojování synchronních kompenzátorů.
8. h) Zapojení statických kondenzátorů.

Velmi rozšířené je zlepšování účiníku statickými kondenzátory. Kondenzátory mohou být připojeny

– paralelně (nejčastěji),

– sériově (používá se ve vedeních).

Druhy kompenzace jalového výkonu

Používá se kompenzace

1. a) individuální,
2. b) skupinová,
3. c) centrální,
4. d) smíšená.

Individuální kompenzace. Každý spotřebič má svůj kondenzátor. Je vhodná pro motory o výkonu nad 5 kW.

Skupinová kompenzace. Je vhodná pro větší počet menších motorů.

Centrální kompenzace. Její investiční náklady jsou menší. Od jalového výkonu odlehčuje jen elektrárnu a síť. Rozvod k motorům musí být dimenzován na zdánlivý proud.

Smíšená kompenzace. Je to kombinace jednotlivých druhů kompenzace. Učiník se řídí ručně nebo automaticky.