Shrnutí na Kompenzace jalového výkonu a třífázové systémy

## Úvod Kompenzace jalového výkonu je technika, jejímž cílem je snížit dodávaný jalový výkon z distribuční sítě tím, že se potřebná jalová složka vyrobí nebo neutralizuje přímo u spotřebiče. To vede ke snížení proudů, ztrát ve vedení a úbytků napětí, a tím i k ekonomickým úsporám a lepšímu využití zařízení v sítích. > **Definice:** Jalový výkon je část komplexního výkonu, která neprovádí práci, ale vytváří a udržuje elektromagnetická pole; kompenzace jalového výkonu je opatření, kterým se tato složka minimalizuje nebo vyrovnává v místě odběru. ## 1. Proč kompenzovat? Význam a vliv - Spotřebiče jako motory a transformátory odebírají kromě činného výkonu i jalový výkon potřebný k vytvoření magnetického pole. - Vyšší jalový proud => větší ztráty vedením ($I^2R$), větší úbytek napětí ($RI$), nutnost dimenzovat generátory a vedení na větší proudy. - Kompenzací se snižuje zatížení sítě: část jalového výkonu se vyrábí lokálně a nesíťuje se přes dálkové vedení. Výhody kompenzace: - Zmenšení celkového proudu - Snížení ztrát ve vedení - Snížení úbytku napětí - Možnost výhodnější sazby elektrické energie > **Definice:** Účiník (cos\phi) je poměr činného výkonu k zdánlivému výkonu; zlepšení účiníku znamená snížení jalového výkonu při stejném činném výkonu. Praktické důsledky: - Velkoodběratelé bývají sankcionováni za špatný účiník - Kompenzace je ekonomicky výhodná zejména tam, kde převažují indukční zátěže ## 2. Druhy kompenzace ### Pasivní kompenzace - Nejčastější a levnější řešení - Realizována bloky kondenzátorů připojenými přes stykače - Kompenzuje fázový posun způsobený zátěží, typicky na $\cos\phi \approx 0{,}95$ - Jednoduché kapacitní filtry, stupňovitě řízené ### Aktivní kompenzace - Dražší, realizovaná elektronickými spínacími obvody - Může dosahovat lepšího účiníku blížícího se 1 - Vhodná pro dynamické zatížení a přesnou regulaci Tabulka: porovnání pasivní a aktivní kompenzace | Vlastnost | Pasivní | Aktivní | |---|---:|---:| | Náklady | nízké | vysoké | | Přesnost | střední | vysoká | | Reakční rychlost | střední | vysoká | | Vhodné pro | konstantní indukční zátěže | proměnné zatížení, harmonické | > **Definice:** Kondenzátor v síti dodává kapacitní jalový proud, který je v protifázi k indukčnímu jalovému proudu spotřebičů. Věděli jste, že kompenzace může být částečně nahrazena provozními opatřeními, jako je použití synchronních motorů nebo přepínání zapojení motorů z trojúhelníka do hvězdy, čímž se zlepší účiník bez dodatečných zařízení? ## 3. Návrh výkonu a kapacity kondenzátorové baterie (postup) Návrh se provádí podle požadovaného zlepšení účiníku z $\cos\phi_1$ na $\cos\phi_2$ pro celkový činný výkon $P$. Kroky odvození: 1. Spočítat celkový činný výkon $P$ (součet jednotlivých spotřebičů a příslušných provozních příspěvků). 2. Vypočítat tg hodnoty úhlů: - $\tg\phi_1 = \sqrt{\frac{1}{\cos^2\phi_1} - 1}$, $\tg\phi_2 = \sqrt{\frac{1}{\cos^2\phi_2} - 1}$ 3. Kompenzační jalový výkon: $$Q_k = P\,\left(\tg\phi_1 - \tg\phi_2\right)$$ 4. Požadovaný proud kompenzátoru v třífázové soustavě při napětí fáze-fáze $U$: $$I_k = \frac{Q_k}{\sqrt{3}\,U}$$ 5. Fázová kapacita pro zapojení do hvězdy (jedna fáze): $$C_{1f} = \frac{I_{k1}}{\omega\,U_1}$$ kde $\omega = 2\pi f$, $U_1$ je fázové napětí v zapojení hvězda a $I_{k1}$ je proud na jednu větev (u hvězdy $I_{k1}=I_k/\sqrt{3}$). Pro praktické výpočty se může rovnice přepsat do mikrofaradů: $$C_{1f}[\mu F] = \frac{I_{k}\cdot 10^{6}}{\sqrt{3}\,U\,\omega}$$ Praktický příklad (postup, ne nutně úplná čísla): - Spočtěte $P$ jako součet všech činností. - Zvolte počáteční $\cos\phi_1$ a cílové $\cos\phi_2$. - Vypočtěte $Q_k$, pak $I_k$ a nakonec $C_{1f}$. Důležité bezpečnostní upozornění: - Kondenzátorová baterie musí mít vybíjecí rezistory, aby se po odpojení sítě vybil zbytkový náboj na elektrodách a nehrozilo nebezpečí zásahu. ## 4. Kompenzační zařízení ### Synchronní kompenzátor - Je to synchronní stroj, který může pracovat s kapacitními i indukčními účinky podle bu