Co ukazuje jalový výkon: Pochopení složitosti elektřiny – Telegraf

V současné době je vztah mezi energetickými organizacemi a odběrateli elektřiny zvažován širokým spektrem odborníků na neenergetické vzdělávání (komerční manažeři, právníci a další specialisté). Využití konceptu jalového výkonu (jalové energie) v praxi peněžního vypořádání mezi dodavateli a spotřebiteli elektřiny a přítomnost samostatných měřičů činné a jalové energie u mnoha vyvolává představu o dodávkách dvou typů výrobků spotřebitelům. To je špatně. Elektrony různých barev nejsou přenášeny elektrickou sítí – červené jsou aktivní energie a modré jsou jalová energie. Co je tedy jalový výkon a jalová energie?

Podívejme se na vlastnosti střídavého proudu v jeho nejjednodušší podobě. Střídavý proud se tak nenazývá v tom smyslu, že se jeho hodnota mění během procesu spotřeby energie. Může také zůstat konstantní. V užším smyslu se střídavým proudem rozumí periodický proud, jehož okamžité hodnoty během každé malé periody (pro střídavý proud o frekvenci 50 Hz je to 1/50 sekundy) procházejí cyklem změn od minimální k maximální hodnotě a naopak. Graficky je tento cyklus znázorněn sinusoidou. Napětí je v tomto smyslu také proměnlivé. Obecně se pro obvody, ve kterých se cyklicky mění napětí i proud, používá termín „obvody střídavého proudu“.

V obvodech střídavého proudu je mnoho prvků, které jsou odděleny vzduchovými mezerami – vysokonapěťová a nízkonapěťová vinutí transformátorů nebo stator a rotor točivého stroje (motor a generátor) nemají mezi sebou žádné elektrické spojení. Tímto vzduchovým prostorem, který je ve skutečnosti nevodivým dielektrikem, je však přenášena elektrická energie. K tomu dochází v důsledku výskytu střídavého magnetického pole v indukčnosti pod vlivem střídavého proudu a střídavého elektrického pole v kapacitě pod vlivem střídavého napětí (v kombinaci elektromagnetické pole). Jak víme, vzduch není pro pole žádnou překážkou. Střídavé magnetické pole generované jedním z oddělených vinutí svými magnetickými čarami neustále křižuje závity druhého vinutí a vyvolává v něm elektromotorickou sílu. Jeho hodnota je taková, že celý výkon primárního vinutí se přenese na sekundární vinutí. V kondenzátoru plní stejné funkce elektrické pole.

Magnetická a elektrická pole existují kolem každého vodiče, který je pod napětím a vede proud. Teoreticky je možné přenášet výkon vzduchem z jedné z paralelních linií na druhou. Pravda, pro přenos významného výkonu musí být vedení dlouhé stovky tisíc kilometrů. K přenosu velkého výkonu přes vzduchové mezery v zařízení přiměřené velikosti je potřeba silné magnetické pole soustředěné v malém prostoru. Toho je dosaženo navinutím mnoha závitů blízko sebe kolem kovového jádra (jho) a použitím speciální oceli pro jádra, která zajišťuje vysokou vzájemnou indukci.

Elektromagnetická energie se přímo přeměňuje na tepelnou, mechanickou, chemickou a další užitečnou práci v prvcích, které mají aktivní odpor, označované R. V prvcích reprezentujících indukčnost L a kapacitu C se elektromagnetická energie ukládá během poloviny periody a vrací se do zdroje během druhé poloviny periody. V tomto případě je sinusoida proudu, který vytváří magnetické pole, vždy čtvrt periody (90 el. stupňů) za sinusoidou napětí a sinusoida proudu, který vytváří elektrické pole, je napřed.

Odpory takových prvků jsou vztaženy k indukčnosti a kapacitě a frekvenci f pomocí vztahů: X_L = 2πfL a X_С = 1/2πfС. Z těchto vztahů je zřejmé, že tyto odpory existují pouze v obvodech střídavého proudu a v obvodech stejnosměrného proudu (f = 0) X_L změní na 0 (zkrat) a X_С — do nekonečna (přetržení řetězu). Vzhledem k reciproční povaze jejich působení se tyto odpory nazývají reaktivní a proud způsobený výměnou elektromagnetické energie se nazývá jalový proud. Protože jalový proud je posunut vzhledem k aktivnímu proudu o 90°, je přirozené, že celkový proud je definován jako druhá odmocnina součtu druhých mocnin aktivních a jalových proudů.

Průchod „posunutého“ proudu sítí lze přirovnat k pohybu osob průchodem, jehož kapacita je např. 10 osob najednou. Přitom v osmi řadách jdou lidé vždy jedním směrem a ve dvou řadách jdou někdy stejní lidé a pak se vracejí. Počet lidí přecházejících na druhou stranu by se tak měl počítat na kapacitu osm lidí a průjezd je zatížen vždy deseti řadami. Obdobná situace je s kapacitou elektrické sítě. Jediný rozdíl je v tom, že aktivní a reaktivní složka proudu se nesčítají aritmeticky, ale umocňují se na druhou, takže jalová složka zabírá menší průřez. Pro úplné srovnání můžeme předpokládat, že dvě řady lidí chodí bokem a zabírají tedy méně místa.

Půlperiody akumulace a návratu elektromagnetické energie indukčností a kapacitou jsou posunuty o 180° (v první je proud posunut o -90° a ve druhé o +90°), to znamená, že jsou v protifázi. Proto v přítomnosti řady odporů X_L = X_С výměnná část elektromagnetické energie se nevrací do zdroje, ale tyto prvky si ji neustále mezi sebou vyměňují. Už by měla vyvstat myšlenka: proč neinstalovat kondenzátor u spotřebitele elektřiny, jehož sítě jsou plné induktorů? A nechat je tuto část elektromagnetické energie mezi sebou vyměnit, vyložit z ní síť a dát jí možnost přenášet jen tu část elektromagnetické energie, která se přemění na užitečnou práci? Tato operace se nazývá kompenzace jalového výkonu (RPC).

Jalová energie nevykonává žádnou práci. v tom smyslu, že nemůže být, stejně jako aktivní energie, přeměněna na tepelnou nebo mechanickou energii. Vzhledem k tomu, že ve fyzice jsou pojmy energie a práce totožné, pak, přísně vzato, fráze „reaktivní energie“ je fyzikálně bezvýznamná. Praktická aplikace tohoto konvenčního konceptu je však pohodlná. Protože vzniká dodatečný proud, nazývaný jalový, pak jeho součin napětí zdánlivě nelze nazvat jinak než výkonem a integrace výkonu v čase se formálně nazývá energie. Navíc posunutím vinutí elektroměru o 90° lze přimět počítat součin napětí a pouze proudu posunutého o 90° – objeví se jasné potvrzení existence jalové energie (měřič ji ukazuje!).

Jalový proud nejen odebírá část kapacity sítě aktivnímu proudu, ale také se určitá část aktivní energie vynakládá na jeho průchod dráty., protože ztráty výkonu ΔP = 3I²R, kde I je celkový proud. Měřič aktivní energie (ve skutečnosti pouze tento lze nazvat energií, proto se mu říká jednoduše elektroměr) bude ukazovat stejnou hodnotu jak v přítomnosti, tak v nepřítomnosti reaktivní složky proudu. Proto nelze jeho hodnoty samy o sobě použít ke správnému posouzení režimů vedení přenosu energie (ve výše uvedeném příkladu bude měřič ukazovat pohyb osmi řad, zcela ignoruje dva pohybující se tam a zpět). Pro vyhodnocení síťového režimu je nutné znát obě komponenty. Aktivní a jalová složka celkového proudu mají různý vliv na napětí v místech spotřeby energie. Ztráty napětí při přenosu činné složky proudu jsou v drtivé míře určeny odporem R, jalová složka odporem X_L. V prvcích přenosového vedení je X obvykle_L >> R, proto průchod jalového proudu sítí vede k mnohem většímu poklesu napětí než aktivní proud stejné velikosti.

Takže v síti střídavého proudu není nic jiného než cyklicky se měnící okamžité hodnoty proudu a napětí, jejichž cykly jsou vůči sobě posunuty o určitou část periody. Když je graficky znázorníme jako vektory, říká se, že jsou posunuty o nějaký úhel φ. Neoficiální odpověď studenta během zkoušky, že jsou potřeba tři vodiče, protože první přenáší napětí, druhý přenáší proud a třetí přenáší cos φ, lze považovat za blíže pravdě než představu zásobování spotřebitelů dvěma typy produktů.

Video o jalovém výkonu:

Pomoc pro studenty

Vzorce, pravidla, zákony, věty, rovnice, řešení příkladů

Když zapneme světlý, spustíme pračku auto nebo použít počítač, využíváme elektrickou energii. ⚡️ Ale ne veškerou energiikterý konzumujeme, promění v užitečnou práci. Část z toho „jde“ do elektromagnetických polí okraje, vznikající při provozu našich zařízení. A právě této „odcházející“ energii říkáme reaktivní síla.

Představit si pro sebeže čerpáte vodu ze studny pomocí vědra na laně. Snažíte se (aktivní мощность) zvýšit vodu (užitečné práce). Ale zároveň lano a kbelík se houpe (reaktivní мощность), který nepřináší výhodale vyžaduje energetický výdej. Tak a elektrické sítě: činný výkon je užitečný prácea reaktivní je „houpání“ elektromagnetického pole, která nepřináší je nám to k ničemu, ale vytváří další zatížení.

Reaktivní мощностьJak pravidlo, je zvažován “škodlivý” nebo “parazitní”, protože se nepromění v užitečné práce a vede k dalším ztrátám energie. Alepotřeba pochopit, že jalový výkon je nedílnou součástí provozu střídavých energetických sítí proud, zejména při použití induktivní a kapacitní zatíženítakový jako elektromotory, transformátory a kondenzátory.

Otevřete požadovanou sekci kliknutím na příslušný odkaz: