Почему реактивная мощность влияет на напряжение?

14

Почему реактивная мощность влияет на напряжение? Предположим, у вас есть (слабая) система питания с большой реактивной нагрузкой. Если вы внезапно отключите нагрузку, вы увидите пиковое напряжение.

Есть хорошее объяснение, почему это происходит?


Для тех, кто интересуется, почему уровень напряжения и реактивная мощность тесно связаны с надежным источником, вот оригинальная статья, описывающая алгоритм Fast Decoupled Load Flow (вам нужен доступ к IEEE):

«Стотт и О. Алсак,« Быстрая развязка потока нагрузки », IEEE Trans., PAS, том 93, № 3, с. 859-869, май / июнь 1974 г.»

См. Также стр. 79 в этом учебнике Вуда / Волленберга на books.google .

Цитата Роджера С. Дугана, автора этого учебника по электроэнергетическим системам:

Реактивная мощность (ВАР) необходима для поддержания напряжения для подачи активной мощности (Вт) по линиям передачи. Моторные нагрузки и другие нагрузки требуют реактивной мощности, чтобы преобразовать поток электронов в полезную работу. Когда реактивной мощности недостаточно, напряжение падает, и невозможно протолкнуть мощность, требуемую нагрузками, через линии.

Я считаю, что история редактирования может быть интересна всем, кто интересуется, что такое редактирование и все комментарии.

Стьюи Гриффин
источник
4
Для энергетика это актуальный и интересный вопрос. (По общему признанию, я не знаю ответа вершины моей головы, и я должен буду сделать некоторое исследование.)
Ли-Аунг Ип
Связанные: статические компенсаторы VAR (устройства, которые вводят или потребляют реактивную мощность на подстанциях, чтобы контролировать напряжение линии передачи) и общую концепцию компенсации реактивной мощности.
Ли-Аунг Ип
Гораздо более точный ответ заключается в том, что двигатель вырабатывает реактивный ток от возбуждения катушек или + VAR, и кто-то должен компенсировать с помощью -VAR (например, серии крышек или шунтов), чтобы уменьшить кажущееся увеличение мощности. tinyurl.com/y9zmovut
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75

Ответы:

6

Почему реактивная мощность влияет на напряжение? Предположим, у вас есть (слабая) система питания с большой реактивной нагрузкой. Если вы внезапно отключите нагрузку, вы увидите пиковое напряжение.

Во-первых, нам нужно определить, что именно спрашивают. Теперь, когда вы заявили, что это относится к энергосистеме общего назначения, а не к выходу операционного усилителя или чего-то еще, мы знаем, что означает «реактивная мощность». Это сокращение используется в электроэнергетике. В идеале нагрузка на систему должна быть резистивной, но в действительности она является частично индуктивной. Они разделяют эту нагрузку на чисто резистивные и чисто индуктивные компоненты и называют то, что передается сопротивлению, «реальной мощностью», а то, что передается индуктивности, как «реактивной мощностью».

Это порождает некоторые интересные вещи, например, что конденсатор в линии передачи является генератором реактивной мощности. Да, это звучит забавно, но если вы будете следовать приведенному выше определению реактивной мощности, это все непротиворечиво и никакая физика не нарушается. Фактически, конденсаторы иногда используются для «генерации» реактивной мощности.

Фактический ток, выходящий из генератора, отстает от напряжения на небольшой фазовый угол. Вместо того, чтобы думать об этом как о величине и фазовом угле, он рассматривается как два отдельных компонента с разными величинами, один с нулевой фазой, а другой с запаздыванием 90 °. Первый - это ток, который вызывает реальную мощность, а второй - реактивная мощность. Два способа описания общего тока по отношению к напряжению математически эквивалентны (каждый из них может быть однозначно преобразован в другой).

Таким образом, вопрос сводится к тому, почему ток генератора, который отстает от напряжения на 90 °, вызывает снижение напряжения? Я думаю, что есть два ответа на это.

Во-первых, любой ток, независимо от фазы, все же вызывает падение напряжения через неизбежное сопротивление в системе. Этот ток пересекает 0 на пике напряжения, так что вы можете сказать, что он не должен влиять на пик напряжения. Тем не менее, ток является отрицательным прямо перед пиком напряжения. Это может фактически вызвать немного более высокий кажущийся (после падения напряжения на последовательном сопротивлении) пик напряжения непосредственно перед пиком напряжения холостого хода. Иными словами, из-за ненулевого сопротивления источника кажущееся выходное напряжение имеет другой пик в другом месте, чем напряжение холостого хода.

Я думаю, что реальный ответ связан с неустановленными предположениями, встроенными в вопрос, который представляет собой систему управления вокруг генератора. То, на что вы действительно видите реакцию, снимая реактивную нагрузку, - это не генератор, а генератор, с его системой управления, компенсирующей изменение нагрузки. Опять же, неизбежное сопротивление в системе, умноженное на реактивный ток, вызывает реальные потери. Обратите внимание, что некоторые из этих «сопротивлений» могут быть не прямым электрическим сопротивлением, а механическими проблемами, возникающими в электрической системе. Эти реальные потери будут увеличивать реальную нагрузку на генератор, поэтому устранение реактивной нагрузки по-прежнему снимает некоторую реальную нагрузку.

Этот механизм становится более существенным, чем шире «система», производящая реактивную мощность. Если система включает в себя линию передачи, то реактивный ток все еще вызывает реальные потери I 2 R в линии передачи, которые вызывают реальную нагрузку на генератор.

Олин Латроп
источник
@ Роберт: Это именно то предположение, которое отсутствует в вашем вопросе, поэтому написание ответа может быть пустой тратой времени. Ранее у вас было еще несколько предположений. Я пытался ответить, когда вы устранили некоторые из них. Посмотрите, как предположения могут тратить время каждого и почему вопросы, основанные на них, должны быть закрыты?
Олин Латроп
Я думаю, что Олин по существу прав: линия передачи имеет индуктивность, а закон Ома гласит, что на такой индуктивности будет падение напряжения. Формулировка о «реактивной мощности» действительно говорит об этом падении напряжения. Вы можете нейтрализовать индуктивность, добавив некоторую емкость, что, по сути, делает статический компенсатор VAR. Примечание: я изучил это только до мелкого уровня, и мне нужно будет проверить некоторые ресурсы на работе (хотя мы сейчас очень заняты, поэтому не задерживайте дыхание.)
Ли-Аунг Ип
@Yip: закон Ома гласит, что на сопротивлении будет падение напряжения, пропорциональное току, проходящему через него. Я полагаю, что это были Фарадей и Генри, которые разработали детали для емкости и индуктивности под воздействием переменного тока. (Конденсаторы и индукторы, а не Генри и Фарадей)
EM Fields
@EMFields: мы работаем с некоторыми упрощающими допущениями в энергетике. Мы предполагаем постоянную частоту (ω = 50 Гц или 60 Гц), и в этом случае заданная индуктивность в Генри преобразуется в заданное число Ом, заданное как X [Ω] = j × ω × L. Импеданс линии передачи становится мнимым число омов (т.е. Z = j10 Ом), и вы можете сделать закон Ома, используя комплексные числа, чтобы определить падение напряжения комплексного числа - V = I * × Z. (Я пренебрегаю резистивной частью сопротивления, которое намного меньше, чем индуктивное сопротивление.) Это кажется странным, но оно точно моделирует то, что мы наблюдаем.
Ли-Аунг Ип
2

Рассмотрим импеданс источника слабой энергосистемы, который имеет как резистивный, так и реактивный компонент (то есть «идеальный» источник напряжения последовательно с комбинацией RL). Так же, как резистивная нагрузка образует «делитель напряжения» с источником, реактивная нагрузка будет делать то же самое. При применении стандартных правил делителя напряжения к сложным импедансам становится понятной причина наблюдаемого результата (большее падение напряжения при индуктивных нагрузках, чем при чисто резистивных).

Другими словами, есть два способа получить больший ток из полного сопротивления реактивного источника - один для увеличения падения напряжения, второй для увеличения сдвига фаз на индуктивном компоненте. Добавление реактивной нагрузки с тем же «знаком» комплексного импеданса уменьшает этот фазовый сдвиг (поскольку результирующий переменный ток в системе создает напряжение на нагрузке, более синфазное с напряжением «идеального» компонента источника), поэтому падение напряжения на импедансе источника должно увеличиваться для обеспечения того же тока нагрузки.

Другая интерпретация этого вопроса связана с переходными процессами: когда большой ток, проходящий через индуктор (все провода имеют индуктивное свойство), прерывается, коллапсирующее магнитное поле вызывает повышение напряжения в индукторе, пропорциональное di / dt. Это создает кратковременный пик в нагрузке в течение доли цикла, однако, если в системе имеется значительная емкость, может произойти звон (колебание), которое распространяет переходный процесс на несколько циклов. Эти переходные процессы делают переключение тяжелых индуктивных нагрузок сложной задачей проектирования.

Liam
источник
0

«Если вы внезапно отключите нагрузку, вы почувствуете пик напряжения». Я предлагаю вам посмотреть на эффект Ферранти . Когда вы снимаете нагрузку, вы по существу создаете слегка загруженную линию.

SleepyzZ
источник
1
Можете ли вы остановиться на этом немного? Ответы только на ссылки не приветствуются.
Адам Хаун
Это даже не ссылка только для ответа ...
Null
@Null: ссылка добавлена.
Дэйв Твид
У некоторых людей нет навыков обучения или серфинга
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75