Energia elektryczna.pdf

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z GEWiŚ Cz. III

ENERGIA ELEKTRYCZNA

W sieciach elektrycznych można wyróżnić następujące obciążenia:

1. Obciążenie czynne bezindukcyjne i bezpojemnościowe (grzejniki, żarówki itp.)

2. Obciążenie bierno-indukcyjne (transformatory nieobciążone, silniki asynchroniczne na

biegu jałowym)

3. Obciążenie bierno-pojemnościowe (kondensatory, silniki synchroniczne na biegu

jałowym)

4. Obciążenie mieszane, czynno-indukcyjne lub czynno-pojemnościowe (obciążone silniki

asynchroniczne)

Podczas obciążenia czynnego prąd płynący w obwodzie ma w każdej chwili ten sam kierunek

co napięcie. Wektor natężenia (I) i wektor napięcia (U) pokrywają się:

Przy obciążeniu czynno-indukcyjnym zmiany natężenia i napięcia nie zachodzą jednocześnie.

Wektor prądu opóźnia się względem wektora napięcia o kąt ϕ.

I cz

I b

W przypadku obciążenia czynno-pojemnościowego wektor prądu wyprzedza wektor napięcia

o kąt ϕ.

I cz

I b

W obu przypadkach kąt ϕ może oscylować od 0-90 0 .

Pojęcie mocy

kład jednofazowy

Układ t rójfazowy

1. moc czynna

P = U*I*cosϕ [kW]

P = 3 U*I*cosϕ

2. moc bierna

Q = U*I*sinϕ [kVAr]

Q = 3 U*I*sinϕ

3. moc pozorna

S = U*I

[kVA]

S = 3 U*I

cos ϕ - współczynnik mocy

cos

(

−

)

R - oporność czynna

X L - oporność indukcyjna

X C - oporność pojemnościowa

Z - oporność zastępcza

Trójkąt ocy

Trójkąt oporności

X C

X L

Moc czynna związana jest z wykonywaniem pracy użytecznej, a bierna reprezentuje tzw. prąd

magnesujący (nie wykonuje pracy czynnej).

Wpływ cos ϕ na straty energii elektrycznej.

∆P = 3I 2 R — str aty mocy

∆P = 3(

I + ) 2 R = 3I cz 2 R + 3I b 2 R = ∆P cz + ∆P b

I b = I cz tgϕ

∆P = 3I cz R + 3I cz 2 (tg 2 ϕ)R = 3I cz 2 R(1+tg 2 ϕ) = ∆P cz (1-tg 2 ϕ) = ∆P cz

cos

Poprawa wartości cos ϕ

1. naturalne

- dobór mocy znamionowej silników i transformatorów ściśle do wartości obciążenia

- organicznie biegu jałowego silników

- stosowanie przełączników gwiazda - trójkąt (przy niskich - połączenie w gwiazdę, a

wysokich w trójkąt)

2. sztuczne - kompensacja mocy biernej - polega na instalowaniu urządzeń pobierających

bardzo mało mocy czynnej, "wytwarzając" dużo mocy biernej (baterie kondensatorów)

Q bk

Q = Ptgϕ 1

Q bk =P(tgϕ 1 - tgϕ 2 ) [kVAr]

Q - Q bk = Ptgϕ 2

Q bk - moc bierna wytworzona

przez kondensator

Q -Q bk

ϕ 2

ϕ 1

Jednostkowe straty mocy K k

K k = ∆P/Q [kW/kVAr] - jaką moc czynną w kW pobiera urządzenie do wytworzenia

1 kVAra mocy biernej

Energetyczny równoważnik mocy biernej K e

K e = ∆P/Q 1 - Q 2 [kW/kVAr] - o ile kW zmniejszą się straty mocy czynnej w przeliczeniu na

1 kVAr mocy biernej

K e - K k > 0 - ten warunek musi być spełniony, aby kompensacja miała sens

Współczynnik jednoczesności (k j ) - określa jaka część mocy zainstalowanej w zakładzie

pracuje w danej chwili

k j = P u /P o

P u - uruchomiona moc zainstalowana w zakładzie

P o - ogólna moc zainstalowana w zakładzie

Literatura:

Germański A.: Gospodarka paliwowo-energetyczna, WG Warszawa 1982.

Kotlarski W.: Aparaty i urządzenia elektryczne, WSziP Warszawa 1984.

Neryng A., i in: Energia i woda w przemyśle rolno spożywczym, WNT Warszawa 1990.

Resnick R., Haliday D.: Fizyka t.2, PWN Warszawa 2001.

Wojdalski J., i in.: Energia i jej użytkowanie w przemyśle rolno-spożywczym, SGGW

Warszawa 1998

Zadania

1. Pobierana jest średnia moc czynna 190 kW, przy współczynniku mocy = 0,56. Jaką moc

bierną baterii kondensatorów należy zastosować, aby uzyskać współczynnik mocy = 0,85?

2. Jaką moc czynną zainstalowano w zakładzie, jeśli po uruchomieniu baterii kondensatorów

oddających do sieci moc bierną = 0,2 MVAr, uzyskano wzrost współczynnika mocy z 0,5

do 0,8? Podaj wynik w kW.

3. Jakie jest natężenie prądu pobieranego z sieci o napięciu 380/220 V przez silnik o mocy

użytecznej = 15 kW, współczynniku mocy = 0,85 i sprawności = 0,87? Jaką moc bierną

pobiera silnik?

4. Oblicz współczynnik mocy silnika asynchronicznego zasilanego prądem o napięciu 380V,

pobierającego moc bierną = 10 kVAr, jeżeli składowa czynna prądu wynosi 46,5 A.

5. W zakładzie przemysłowym pracującym z obciążeniem 60 kW (zasilanie trójfazowe)

i współczynniku mocy = 0,75 znajduje się niepracujący generator synchroniczny, mogący

oddawać moc bierną = 30 kVAr. Energetyczny równoważnik mocy biernej = 0,18, w

jednostkowe straty mocy wynoszą 0,12. Rozważ, czy celowe byłoby uruchomienie

generatora, jako kompensatora mocy biernej. Jakie straty energii czynnej będą związane z

eksploatacją w czasie 5500 godzin pracy? Jaki będzie końcowy współczynnik mocy?

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: