Kwalifikacje w Zawodzie - Testy zawodowe online | Egzaminy Zawodowe

KWALIFIKACJA ELE6 + ELE7 - CZERWIEC 2023



PYTANIE NR 31.
Prądnica synchroniczna o danych znamionowych S = 300 MVA, U = 30 kV, f = 50 Hz jest włączona do krajowego systemu energetycznego i przy indukcyjnym cosφ = 0,8 oddaje do tego systemu 150 MVA mocy. Jak należy zmienić jej parametry pracy, aby przy niezmienionym współczynniku mocy, dostarczyła dodatkowo 50 MW?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Przy pracy z siecią moc czynna generatora rośnie głównie przez zwiększenie mocy mechanicznej (momentu) na wale. Warunek niezmienionego cosφ oznacza, że wraz ze wzrostem P trzeba utrzymać właściwą relację Q/P, co realizuje się regulacją prądu wzbudzenia. Dlatego należy zwiększyć moment napędowy oraz prąd wzbudzenia.

Pełne wyjaśnienie:

Prądnica synchroniczna przyłączona do systemu elektroenergetycznego pracuje w warunkach narzuconej częstotliwości i (w przybliżeniu) napięcia w węźle. W takiej pracy rozdziela się role dwóch podstawowych "dźwigni" regulacyjnych:

  • Moment/moc mechaniczna (turbina, silnik napędowy) decyduje przede wszystkim o mocy czynnej P oddawanej do sieci. Zwiększenie momentu powoduje wzrost kąta obciążenia i wzrost P.
  • Wzbudzenie (prąd wzbudzenia) decyduje przede wszystkim o mocy biernej Q oraz o tym, czy generator jest niedowzbudzony czy przewzbudzony. To wpływa na cosφ (przyjęty znak: "indukcyjny" oznacza pobór mocy biernej przez stronę odbiorczą, a generator musi dostosować swój przepływ Q, aby utrzymać zadany współczynnik mocy na zaciskach).

W treści wymagane jest dostarczenie dodatkowo 50 MW przy niezmienionym cosφ = 0,8 indukcyjnym. Oznacza to, że po zwiększeniu mocy czynnej nie wolno "przypadkowo" zmienić relacji między P i Q, bo zmieniłby się cosφ. Skoro P ma wzrosnąć, to musi odpowiednio zmienić się także Q tak, aby cosφ pozostał taki sam. W praktyce realizuje się to przez skoordynowaną zmianę:

  • zwiększenia momentu napędowego – aby podnieść P,
  • zwiększenia prądu wzbudzenia (odpowiednia regulacja wzbudzenia) – aby utrzymać wymagany cosφ, czyli właściwy rozpływ mocy biernej.

Dlaczego pozostałe propozycje są błędne? Odpowiedź "Zwiększyć moment napędowy na wale prądnicy i zmniejszyć prąd wzbudzenia" zmienia charakter wymiany mocy biernej i typowo przesuwa cosφ, więc nie spełnia warunku stałego współczynnika mocy. Odpowiedź "Przy niezmienionym prądzie wzbudzenia zwiększyć moment napędowy na wale prądnicy" ignoruje fakt, że wzrost P przy stałym wzbudzeniu zwykle powoduje zmianę cosφ (bo Q nie skaluje się automatycznie tak, by utrzymać stałą wartość cosφ). Odpowiedź "Przy zachowaniu niezmienionego momentu napędowego zwiększyć prąd wzbudzenia prądnicy" może zmienić Q, ale bez zwiększenia mocy mechanicznej nie uzyska się wymaganej dodatkowej mocy czynnej 50 MW.

Wniosek: aby zwiększyć P i jednocześnie utrzymać cosφ, trzeba zwiększyć moment napędowy oraz odpowiednio zwiększyć prąd wzbudzenia.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Co zmienia moment napędowy w prądnicy synchronicznej pracującej z siecią?
Moment napędowy (czyli moc mechaniczna doprowadzona do wału) wpływa głównie na moc czynną P oddawaną do sieci. Przy pracy synchronicznej częstotliwość jest narzucona przez system, więc wzrost momentu zwiększa kąt obciążenia i powoduje wzrost P, a nie "przyspieszenie" generatora.
Dlaczego do utrzymania cosφ potrzebna jest regulacja wzbudzenia?
Wzbudzenie decyduje przede wszystkim o mocy biernej Q i o tym, czy generator oddaje czy pobiera moc bierną. Jeśli zwiększysz P, a nie skorygujesz Q, to zmieni się relacja P/Q, a więc i cosφ. Regulacja prądu wzbudzenia pozwala dopasować Q tak, by cosφ pozostał na wymaganym poziomie.
Jak obliczyć moc czynną z mocy pozornej i cosφ?
Stosuje się zależność P = S · cosφ. Gdy znasz moc pozorną S (w MVA) i współczynnik mocy cosφ, otrzymujesz moc czynną P (w MW). Analogicznie można wyznaczać Q z trójkąta mocy, pamiętając o konsekwentnym używaniu jednostek.
Co oznacza, że cosφ jest indukcyjny w generatorze lub odbiorniku?
Określenie "indukcyjny" odnosi się do charakteru mocy biernej: prąd jest opóźniony względem napięcia. W praktyce oznacza to obecność składowej biernej związanej z indukcyjnościami. W zadaniach egzaminacyjnych ważne jest, że utrzymanie "indukcyjnego cosφ" narzuca wymaganą relację P i Q.
Czy można zwiększyć moc czynną generatora tylko przez zwiększenie wzbudzenia?
Nie jest to typowy sposób. Zwiększenie wzbudzenia wpływa głównie na Q i napięcie (w sensie rozpływu mocy biernej), natomiast P wynika z bilansu mocy mechanicznej na wale. Bez zwiększenia dopływu mocy mechanicznej nie uzyska się trwałego wzrostu mocy czynnej oddawanej do sieci.
Jakie są typowe błędy przy zadaniach z P, Q, S i cosφ?
Najczęstsze pomyłki to: mylenie MW z MVA, pomijanie warunku stałego cosφ, traktowanie wzbudzenia jako "regulatora mocy" zamiast regulatora Q, oraz brak sprawdzenia, czy zmiana jednego parametru nie wymusza korekty drugiego. Pomaga narysowanie trójkąta mocy i zapis P = S·cosφ.
Jakie parametry pracy generatora zmienia AVR w elektrowni?
AVR (automatyczny regulator napięcia) steruje prądem wzbudzenia. Efektem jest zmiana rozpływu mocy biernej Q i wpływ na napięcie w węźle generatora. AVR nie zastępuje regulatora turbiny: wzrost mocy czynnej P realizuje się przez zwiększenie mocy mechanicznej (momentu) doprowadzanej do wału.
Kiedy w praktyce zwiększa się wzbudzenie generatora synchronicznego?
Zwiększa się je m.in. wtedy, gdy trzeba skorygować cosφ, zmienić rozpływ mocy biernej lub wesprzeć poziom napięcia w sieci w pobliżu generatora. W eksploatacji robi się to w granicach dopuszczalnych prądów i nagrzewania, zgodnie z możliwościami maszyny oraz wymaganiami operatora systemu.
Dlaczego stały cosφ oznacza, że Q też musi się zmienić wraz z P?
Cosφ jest funkcją relacji między mocą czynną i pozorną, a więc pośrednio relacji P do Q. Jeśli P wzrasta, a cosφ ma pozostać stały, to trójkąt mocy musi "urosnąć" proporcjonalnie, co wymaga odpowiedniej zmiany Q. W generatorze najszybciej realizuje się to regulacją wzbudzenia.
Jak przygotować się do zadań o prądnicy synchronicznej na egzaminie?
Opanuj rozdział ról: moment → P, wzbudzenie → Q/cosφ. Ćwicz przeliczenia P, Q, S z cosφ i rysowanie trójkąta mocy. W zadaniach zawsze sprawdzaj warunki stałości (np. "niezmieniony cosφ"), bo one wymuszają jednoczesną zmianę więcej niż jednego parametru.
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 69% zdających egzamin. średnie

Specjaliści zwracają uwagę: "Przy pracy z siecią moc czynna generatora rośnie głównie przez zwiększenie mocy mechanicznej (momentu) na wale."

Źródła:

  • IEC 60034-1:2017, Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance (zagadnienia: parametry znamionowe, praca i wielkości elektryczne maszyn wirujących)
  • Stephen J. Chapman, "Electric Machinery Fundamentals", 5th edition, rozdziały o maszynie synchronicznej (zależność mocy czynnej od momentu oraz wpływ wzbudzenia na moc bierną)
  • P. Kundur, "Power System Stability and Control", McGraw-Hill, rozdziały o modelu generatora synchronicznego oraz sterowaniu wzbudzeniem (AVR) i regulacji mocy

Materiały:

  • Podręcznik do maszyn elektrycznych: rozdział o prądnicy synchronicznej i regulacji wzbudzenia
  • Materiały o rozpływie mocy P/Q i znaczeniu cosφ w sieci elektroenergetycznej
  • Zadania rachunkowe: przeliczenia P-Q-S przy zadanym cosφ
Zobacz też:

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego