Što je opskrba električnom energijom?

Suvremeni se čovjek stalno susreće s električnom energijom u svakodnevnom životu i na poslu, koristi uređaje koji troše električnu struju i uređaje koji je generiraju. Kada radite s njima, uvijek biste trebali uzeti u obzir njihove mogućnosti svojstvene tehničkim karakteristikama.

Jedan od glavnih pokazatelja bilo kojeg električnog uređaja je takva fizička veličina kao što je električna energija... Uobičajeno je da se intenzitet ili brzina proizvodnje, prijenosa ili pretvorbe električne energije u druge vrste energije, na primjer, toplinu, svjetlost, mehanički.

Prijevoz ili prijenos velike električne energije za industrijske potrebe obavlja se prema vodovi visokog napona.

Transformacija električna energija provodi se na transformatorskim podstanicama.

Potrošnja električne energije javlja se u kućanskim i industrijskim uređajima za razne namjene. Jedan od njihovih uobičajenih tipova su žarulje sa žarnom niti različitih ocjena.

Električna snaga generatora, vodova i potrošača u istosmjernim i izmjeničnim strujnim krugovima ima isto fizikalno značenje, koje se istodobno izražava u različitim omjerima ovisno o obliku kompozitnih signala. Definirati opće obrasce, pojmove trenutnih vrijednosti... Ponovno naglašavaju ovisnost brzine transformacije električne energije o vremenu.

Određivanje trenutne električne snage

U teorijskoj elektrotehnici, za izvođenje osnovnih odnosa između struje, napona i snage, koriste se njihove slike u obliku trenutnih vrijednosti, koje su fiksirane u određenom trenutku u vremenu.

Ako u vrlo kratkom vremenu ∆t jedan elementarni naboj q pod utjecajem napona U prijeđe iz točke «1» u točku «2», tada izvrši rad jednak razlici potencijala između tih točaka. Podijelimo li ga s vremenskim intervalom ∆t, dobivamo izraz za trenutnu snagu po jedinici naboja Pe (1-2).

Budući da se pod djelovanjem primijenjenog napona ne kreće samo pojedinačni naboj, već i svi susjedni koji su pod utjecajem te sile, čiji je broj prikladno predstavljen brojem Q, tada je trenutna vrijednost snage PQ Za njih se može napisati (1-2).

Nakon provođenja jednostavnih transformacija dobivamo izraz za snagu P i ovisnost njezine trenutne vrijednosti p (t) o komponentama umnoška trenutne struje i (t) i napona u (t).

Određivanje konstantne električne snage

V DC krugovi veličina pada napona u dijelu strujnog kruga i struja koja teče kroz njega se ne mijenjaju i ostaju stabilni, jednaki trenutnim vrijednostima.Stoga se snaga u ovom krugu može odrediti množenjem ovih vrijednosti ili dijeljenjem savršenog rada A s razdobljem njegovog izvršenja, kao što je prikazano na slici objašnjenja.

Određivanje električne snage izmjenične struje

Zakoni sinusoidalne varijacije struja i napona koji se prenose kroz električne mreže nameću svoj utjecaj na izražavanje snage u takvim krugovima. Ovdje dolazi u obzir prividna snaga koja je opisana trokutom snage i sastoji se od aktivne i jalove komponente.

Sinusoidna električna struja pri prolasku kroz vodove s mješovitim vrstama opterećenja u svim dionicama ne mijenja oblik svog harmonika, a pad napona na jalovim trošilima pomiče se u fazi u određenom smjeru. Izrazi vrijednosti momenta pomažu razumjeti učinak primijenjenih opterećenja na promjenu snage u krugu i njezin smjer.

Istodobno, odmah obratite pozornost na činjenicu da su smjer protoka struje od generatora do potrošača i prenesena snaga kroz stvoreni krug potpuno različite stvari, koje u nekim slučajevima ne samo da se ne podudaraju, već i usmjerena u suprotnim smjerovima.

Razmotrite ove odnose u njihovoj idealnoj, čistoj manifestaciji za različite vrste opterećenja:

• aktivan;

• kapacitet;

• induktivni.

Rasipanje snage aktivnog opterećenja

Pretpostavit ćemo da generator proizvodi idealni sinusoidalni napon u koji se primjenjuje na čisto aktivni otpor kruga. Ampermetar A i voltmetar V mjere struju I i napon U svaki put t.

Graf pokazuje da se sinusoide struje i pada napona na aktivnom otporu podudaraju u frekvenciji i fazi, čineći iste oscilacije. Sila izražena njihovim umnoškom oscilira dvostruko većom frekvencijom i uvijek ostaje pozitivna.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ Um / R ∙ sinωt = Um2/ R ∙ sin2ωt = Um2/ 2R ∙ (1-cos2ωt).

Ako idemo na izraz radni napon, tada dobivamo: p = P ∙ (1-cos2ωt).

Zatim ćemo integrirati snagu u razdoblju jedne oscilacije T i moći ćemo primijetiti da se energetski dobitak ∆W tijekom tog intervala povećava. Tijekom vremena, otpor nastavlja trošiti nove dijelove električne energije, kao što je prikazano na grafikonu.

Kod reaktivnih opterećenja, karakteristike potrošnje energije su različite, imaju drugačiji oblik.

Kapacitivna disipacija snage

U električnom krugu generatora otpornički element zamijenite kondenzatorom kapaciteta C.

Odnos između struje i pada napona u kapacitetu izražava se omjerom: I = C ∙ dU / dt = ω ∙ C ∙ Um ∙ cosωt.

Vrijednosti trenutnih izraza struje pomnožimo s naponom i dobijemo vrijednost snage koju troši kapacitivno opterećenje.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ Um ∙ cosωt = ω ∙ C ∙ Um2∙ sinωt ∙ cosωt = Um2/ (2X° C) ∙ sin2ωt = U2/ (2X° C) ∙ sin2ωt.

Ovdje možete vidjeti da snaga fluktuira oko nule na dvostrukoj frekvenciji od primijenjenog napona. Njegova ukupna vrijednost za period harmonika, kao i energetski dobitak, je nula.

To znači da se energija kreće po zatvorenom krugu kruga u oba smjera, ali ne radi.Takva se činjenica objašnjava činjenicom da kada napon izvora poraste u apsolutnoj vrijednosti, snaga je pozitivna, a protok energije kroz krug usmjeren je na spremnik, gdje se energija akumulira.

Nakon što napon prijeđe u dio padajućeg harmonika, energija se vraća iz kondenzatora u krug do izvora. U oba procesa ne obavlja se koristan posao.

Rasipanje snage u induktivnom opterećenju

Sada, u krugu napajanja, zamijenite kondenzator s induktivitetom L.

Ovdje je struja kroz induktivitet izražena omjerom:

I = 1 / L∫udt = -Um / ωL ∙ cos ωt.

Onda dobivamo

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ (-Um / ωL ∙ cosωt) = — Um2/ ωL ∙ sinωt ∙ cosωt = -Um2/ (2HL) ∙ sin2ωt = -U2/ (2HL) ∙ sin2ωt.

Dobiveni izrazi omogućuju nam da vidimo prirodu promjene smjera snage i povećanja energije na induktivitetu, koji vrši iste oscilacije koje su beskorisne za rad, kao i na kapacitetu.

Snaga oslobođena u jalovim trošilima naziva se jalova komponenta. U idealnim uvjetima, kada spojne žice nemaju aktivni otpor, čini se bezopasnim i ne uzrokuje nikakvu štetu. Ali u stvarnim uvjetima napajanja, periodični prijelazni prijelazi i fluktuacije jalove snage uzrokuju zagrijavanje svih aktivnih elemenata, uključujući spojne žice, za što se troši nešto energije i smanjuje se vrijednost primijenjene pune snage izvora.

Glavna razlika između jalove komponente snage je u tome što ona uopće ne obavlja koristan rad, već dovodi do gubitaka električne energije i prekomjernog opterećenja opreme, što je posebno opasno u kritičnim situacijama.

Iz tih razloga, kako bi se eliminirao utjecaj jalove snage, posebno tehnički sustavi za njegovu kompenzaciju.

Raspodjela snage pri mješovitom opterećenju

Kao primjer koristimo opterećenje generatora s aktivnom kapacitivnom karakteristikom.

Radi pojednostavljenja slike, sinusoide struja i napona nisu prikazane na danom grafikonu, ali treba imati na umu da kod aktivno-kapacitivne prirode opterećenja vektor struje vodi napon.

p = u ∙ i = Um ∙ sinωt ∙ ωC ∙ Im ∙ sin (ωt + φ).

Nakon transformacija dobivamo: p = P ∙ (1- cos 2ωt) + Q ∙ sin2ωt.

Ova dva člana u zadnjem izrazu su aktivna i jalova komponenta trenutne prividne snage. Samo prvi od njih čini koristan posao.

Alati za mjerenje snage

Za analizu potrošnje električne energije i obračun za nju koriste se mjerni uređaji koji su od davnina tzv «Brojači»… Njihov rad temelji se na mjerenju efektivnih vrijednosti struje i napona i njihovom automatskom množenju s izlazom informacija.

Mjerila prikazuju potrošnju energije inkrementalnim računanjem vremena rada električnih uređaja od trenutka uključivanja brojila pod opterećenjem.

Za mjerenje aktivne komponente snage u krugovima izmjenične struje, vatmetri, i reaktivni - varmetri. Imaju različite oznake jedinica:

• vat (W, W);

• var (var, var, var).

Da bi se odredila ukupna potrošnja energije, potrebno je izračunati njegovu vrijednost pomoću formule trokuta snage na temelju očitanja vatmetra i varmetra. Izražava se u vlastitim jedinicama — volt-amperima.

Prihvaćene oznake jedinica svake od njih pomažu električarima da procijene ne samo njihovu vrijednost, već i prirodu komponente snage.