Что значит реактивная электроэнергия

Проблема реактивной мощности и ее решение

Что значит реактивная электроэнергия

Проблема роста реактивной мощности в электрических сетях пока коснулась не многих. Но с увеличение количества используемой техники она стремительно появляется.

Сегодня компании из различных секторов экономики сталкиваются с проблемой роста реактивной мощности в электрических сетях. Использование специальных устройств для компенсации или сглаживания этих эффектов позволяет не только продлить срок службы дорогостоящей техники, но и снизить энергопотребление. Увеличение числа разнородных нагрузок в современных электросетях приводит к росту реактивной мощности, а также увеличению нелинейных искажений.

Реактивная мощность

  • Причина возникновения реактивной мощности
  • Устройства компенсации реактивной мощности
  • Активные фильтры
  • Оценка энергоэффективности
  • Заключение

Помехи способствуют увеличению затрат на электроснабжение, а также могут причинить вред дорогостоящей технике, сокращая срок ее службы. Именно поэтому такие учреждения и организации, как заводы «Николь Пак» в Учалы, TAKEDA по производству лекарств в Ярославле и железнодорожный вокзал Уфы, используют системы компенсации реактивной мощности стоимостью несколько миллионов рублей.

Причина возникновения реактивной мощности

Простые потребители электроэнергии, такие как нагреватели или лампы накаливания, не создают искажений и не влияют на качество электропитания. Но чем чаще в сетях встречаются инверторы, электрические двигатели, частотные преобразователи, импульсные источники питания, ИБП, люминесцентные и светодиодные лампы, тем сильнее увеличивается потреб-ление реактивной мощности, растут токи в проводниках, полезная энергия уходит в нагрев и вибрации.

По статистике Legrand, из-за наличия гармонических помех в сети и большого количества реактивной составляющей тока в электросетях теряется до 40 % полезной мощности. А поскольку сегодня как на промышленных объектах, так и в обычных офисах и жилых комплексах появляется все больше разнообразных устройств, с проблемой реактивных мощностей приходится бороться практически во всех сферах.

Многие организации устанавливают мощные ИБП, обеспечивая резервирование питания для критически важных нагрузок, однако низкое качество электроэнергии может нанести вред даже хорошо защищенному оборудованию. Поэтому критически важно применять целый комплекс необходимых мер, включающий в себя компенсацию реактивных мощностей и сглаживание гармоник высшего порядка.

Устройства компенсации реактивной мощности

Самый экологичный и эффективный способ борьбы с реактивной мощностью – это использование устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ). Они могут представлять собой автоматические конденсаторные установки, которые уравновешивают реактивную нагрузку, сводя ее к минимуму. Практика показывает, что установка УКРМ позволяет снизить потребление реактивной мощности до 90 %. Это становится возможным за счет уменьшения потерь в силовых кабелях и трансформаторах.

Источник: https://econet.ru/articles/problema-reaktivnoy-moschnosti-i-ee-reshenie

Для дома

Что значит реактивная электроэнергия

05.07.13 01:00

     Оговоримся сразу: мы не будем указывать название модели, приобретенной для эксперимента, чтобы не быть заподозренными в скрытой рекламе. Скажем только, что приборчик стоил 240 гривен, а заказ мы получили по почте. В небольшой упаковке лежала пластиковая коробочка, похожая на большой блок питания. Что ж, посмотрим.

     Продавец, чью рекламу мы нашли в интернете, называл свой товар «научным прорывом» и часто использовал непонятные слова: «нанотехнологии», «компенсация вибраций» и «электромагнитные излучения». Хотелось бы верить, но скажу честно: для себя я бы такой приборчик не купил.

     «Зря вы так, – убеждал меня продавец.

 – На этом устройстве вы сможете экономить до 50% своих расходов и это вне зависимости от того, какая техника используется в вашей квартире!»

     Торговец явно преувеличивал – мы убедились в этом, как только получили устройство и прочитали инструкцию. В ней черным по белому написано, что эффективность чудо-машинки зависит от приборов, потребляющих электроэнергию.

И 50% экономии, о которых говорил продавец, не будет никогда. Максимальную экономию – 40% электричества – можно получить, когда прибор работает вместе с лампами дневного света. А вот на телевизоре он поможет сэкономить только 5%. Это по инструкции.

А как на самом деле? Мы потащили купленную технику на экспертизу.

     «Я скептически отношусь к такой возможности, – признался Константин Шармагий, начальник частной электротехнической лаборатории, аттестованной Госпотребстандартом Украины. – Но пока никаких выводов сделать не могу: нужны испытания, расчеты и точное обоснование».

     Проверка заняла несколько дней. А мы тем временем узнали в «Крымэнерго», законно ли использование прибора. В компании сообщили, что если устройство не вмешивается в работу счетчика, то применять его можно.

Работает!

     Получив результаты экспертизы, мы просто ахнули: оказалось, прибор действительно экономит электричество!

    «Для контрольных измерений я взял два аппарата потребления электроэнергии – водяной насос на полтора киловатта и лампу дневного света на 200 ватт, – рассказывает начальник лаборатории Константин Шармагий, закончив тестирование. – В первом случае экономия составила 14,8 процента, а во втором – 36,4 процента. В паспорте прибора обещали почти такие же цифры: 15 и 40 процентов. Реальный результат ниже, но экономия есть!»
    

      «Республика» прикинула, что при стандартном наборе: холодильник, утюг, микроволновка, стиралка и лампочки, при счете «за свет» в 60 гривен (потребление в пределах 200 киловатт в месяц) экономится порядка 18 гривен – 25–30%. То есть, чтобы прибор, стоимостью двести сорок гривен себя оправдал, он должен работать минимум год. Протянет ли? Ой, не знаем. Но можем сказать точно: штука работает, и ее полезность возрастает пропорционально израсходованным киловаттам. Чем больше платите за электроэнергию, тем более крупную сумму получится сэкономить. При счете за свет, например, в 120 гривен, можно сберечь около «тридцатки». Выводы делайте сами.

    На заводах это норма

  • Компенсация реактивной электроэнергии давно применяется на крупных предприятиях, где счета «за свет» достигают десятков тысяч гривен. В промышленности эту проблему решают благодаря профессиональным установкам компенсации, которые монтируются в распределительную систему электроснабжения. Такие установки действуют, например, на крупнейшем в Симферополе заводе «Фиолент».

Как работает прибор?

  • Машинка «переводит» реактивную электроэнергию в активную. В принципе, реактивная энергия есть в любых электрических цепях, а расходуется она впустую: в том числе на бесполезный нагрев проводников. Такие приборы, как лампочки, кондиционеры и холодильники в основном расходуют активную энергию, при этом реактивную потребляют фактически бесцельно, а счетчик крутится.

Откуда берется реактивная энергия?

  • Доцент факультета физики Таврического национального университета Алим Мазин объясняет «на пальцах», что такое реактивная электроэнергия, и откуда она берется в наших розетках.
  • «Сначала давайте коснемся основных понятий. Итак, есть постоянный и переменный токи. Постоянный – это, например, от аккумулятора. Его тяжело передавать на большие расстояния, так как идут большие потери. И есть переменный – тот, что у нас, как вы говорите, в розетках. По сути, любой ток – это движение электронов, но переменный ток фактически „стоит“ на месте, только колеблется с частотой 50 раз в секунду. При этом колебании возникает магнитная составляющая, которая объединяясь с электрической, образует электромагнитную волну. Это, по сути, и есть реактивная электроэнергия – она может гасить активную и препятствовать ее работе. Прибор, о котором вы говорите, может гасить бесполезную в домашних условиях реактивную электроэнергию. Но это в теории. А на практике его эффективность будет сильно зависеть от того, насколько он качественно выполнен».

Источник: http://www.pomoshelektrikam.ru/page963

О реактивной энергии и способ экономии до 35%

Что значит реактивная электроэнергия

Чтобы разобраться с понятием реактивной мощности, вспомним сначала, что такое электрическая мощность. Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость генерации, передачи или потребления электрической энергии в единицу времени.

В цепях постоянного тока значение мгновенной и средней мощности за какой-то промежуток времени совпадают, а понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока так происходит только в том случае, если нагрузка чисто активная. Это, например, электронагреватель или лампа накаливания.

При такой нагрузке в цепи переменного тока фаза напряжения и фаза тока совпадают и вся мощность передается в нагрузку. Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели, освещение), то ток отстает по фазе от напряжения.

Поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе (реактивная нагрузка), то в нагрузку (потребителю) передается только часть мощности (полной мощности), которая могла бы быть передана в нагрузку, если бы сдвиг фаз был равен нулю (активная нагрузка).

Активная и реактивная мощности

Часть полной мощности (S),которую удалось передать в нагрузку за период переменного тока, называется активной мощностью (P). Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между ними (cos φ).
Мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение, называется реактивной мощностью (Q).

Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между ними (sin φ).
Таким образом, реактивная мощность является величиной характеризующей нагрузку. Она измеряется в вольт амперах реактивных (вар, var). На практике чаще встречается понятие косинус фи, как величины характеризующей качество электроустановки с точки зрения экономии электроэнергии.

Действительно, чем выше cos φ, тем больше энергии, подаваемой от источника, попадает в нагрузку. Значит можно использовать менее мощный источник и меньше энергии пропадает зря.

Для чего нужно компенсировать реактивную мощность?

Несмотря на то, что реактивная энергия нужна для создания магнитных полей, она не преобразуется ни в какие другие виды энергии, постоянно циркулируя в виде двусторонних потоков (перетоков) между потребителем и генератором.

В результате происходит бесполезный нагрев кабелей, сердечников трансформаторов и других токопроводящих устройств, что приводит к потерям активной энергии и ускоренному старению изоляции и оборудования.

Реактивная энергия также создаёт дополнительную загрузку передающих сетей и электростанций,что ведет к повышенным затратам на производство, передачу и распределение электроэнергии.

Способы компенсации реактивной мощности и экономический эффект

Из сказанного выше вытекает, если нагрузка индуктивная, то следует компенсировать ее с помощью емкостей (конденсаторов) и наоборот емкостную нагрузку компенсируют с помощью индуктивностей (дросселей и реакторов). Это помогает увеличить косинус фи (cos φ) до приемлемых значений 0.9–0.95. Этот процесс называется компенсацией реактивной мощности.

Экономический эффект от внедрения установок компенсации реактивной мощности (УЭС) может быть очень большим. По статистике он составляет от 4 до 35% от оплаты электроэнергии в различных регионах России. УЭС окупается не более чем за год.
Для проектируемых объектов внедрение конденсаторной установки (УЭС) на этапе разработки позволяет экономить на стоимости кабельных линий за счет снижения их сечения.

Автоматическая УЭС, например, может поднять cos φ с 0.6 до 0.97.

Решение проблемы

Во всем мире наиболее выгодными и удобными в эксплуатации компенсаторами реактивной мощности принято считать конденсаторные установки (Устройства ЭнергоСберегающие).

Эти устройства позволяют не только выполнить требования снабжающих организаций, но и значительно улучшить качество электрической энергии в сети предприятия за счет снижения нагрузки на силовой трансформатор и распределительное оборудование.

УЭС являются одновременно и накопителями, и локальными источниками реактивной энергии, благодаря чему уменьшается воздействие реактивной энергии на внешние сети. Вывод

УЭС приносят ощутимые финансовые выгоды. Они также позволяют дольше сохранять оборудование в рабочем состоянии. Вот несколько причин, по которым это происходит.

— Уменьшение нагрузки на силовые трансформаторы, увеличение в связи с этим срока их службы.
— Уменьшение нагрузки на провода и кабели, возможность использования кабелей меньшего сечения.
— Улучшение качества электроэнергии у электроприемников и потребителей.
— Ликвидация возможности штрафов за снижение cos φ.и увеличения уровня высших гармоник во внешнюю сеть. — Снижение величины потребления электроэнергии.

Характер изменения нагрузки, является основным фактором, влияющим на выбор наиболее подходящей схемы компенсации реактивной мощности. На многих предприятиях и учреждениях не все оборудование работает одновременно, оно задействовано всего несколько часов в день. Поэтому индивидуальная компенсация становится очень дорогим решением, при большом количестве оборудования и соответственно большом числе устанавливаемых конденсаторов.

Индивидуальная компенсация наиболее эффективна, когда большая часть реактивной мощности генерируется небольшим числом нагрузок, потребляющих наибольшую мощность достаточно длительный период времени. Централизованная компенсация применяется там, где нагрузка перемещается между разными потребителями в течение дня.

При этом потребление реактивной мощности в течение дня меняется, поэтому использование автоматических установок (УЭС) предпочтительнее, чем нерегулируемых.

А на практике

Осложняется дело тем, что в условиях реального производственного процесса величина нагрузки постоянно меняется, так как одни машины в процессе работы включаются, другие отключаются от сети, в вечернее и ночное время работает освещение, зимой в помещениях может осуществляться нагрев воздуха, а летом — его охлаждение.

То есть компенсация реактивной мощности производится на основе постоянных практических замеров cos φ. В любом случае компенсация реактивной мощности, имеющей чаще всего индуктивный характер, производится подключением электрической емкости соответствующей величины, в автоматическом режиме. Простейшая схема включает оптическую электронную пару из излучателя и приемника света.

Свет увеличил яркость – значит, нужно добавить емкости. В настоящее время есть системы, позволяющие надежно удерживать cos φ в пределах от 0,9 до 0,97. Технологические достижения в области вычислительной техники позволяют добиваться нужного подключения конденсаторных батарей для поддержания необходимого коэффициента мощности.

Время срабатывания также минимизировано, а дополнительные дроссели снижают величину перепада напряжения во время переходных процессов.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что называется фазным током

Устройство Энерго Сберегающие (УЭС)

Представляет собой металлический шкаф стандартных размеров с контроллером, панелью управления и индикаторами работы на лицевой панели. Контроль за каждой фазой осуществляют датчики тока. В нижней части шкафа располагаются наборы конденсаторов (батареи).

Такое расположение обусловлено простым соображением: электрические емкости довольно тяжелые, и вполне логично стремление сделать конструкцию более устойчивой. В верхней части, находятся необходимые контрольные приборы, по каждой из фаз, при помощи которого можно судить о величине коэффициента мощности.

Имеется также различная индикация, в том числе и аварийная, органы управления (включения и выключения). Оценку сравнения показаний измерительных датчиков и выработку управляющих воздействий (подключение конденсаторов нужного номинала) выполняет схема, основой которой служит микропроцессор.

Исполнительные устройства для каждой из фаз работают независимо, быстро и бесшумно. Как правило они, построены на мощных тиристорах или оптосиммисторах.

Устройство Энергосберегающее:

-устанавливается после узлов учета энергосбытовой компании, не требует внесения изменений в проектную документацию и дополнительных согласований.
-не дает дополнительную нагрузку на сети.
-оптимизирует напряжение в сети и увеличивает коэффициент мощности. -работает как кратковременный стабилизатор напряжения.

-снижает ежемесячные оплаты за пользование электроэнергией от 4,5 – до 35%.

Источник: https://Professionali.ru/Soobschestva/ekonomija-elektroenergii-na-predprijatii/o-reaktivnoj-energii-i-sposob-ekonomii-do-35/

Что такое активная и реактивная электроэнергия?

Образование 24 июня 2015

Расчет электрической энергии, используемой бытовым или промышленным электротехническим прибором, производится обычно с учетом полной мощности электрического тока, проходящего через измеряемую электрическую цепь.

При этом выделяются два показателя, отражающие затраты полной мощности при обслуживании потребителя. Эти показатели называются активная и реактивная энергия. Полная мощность представляет собой сумму этих двух показателей.

О том, что такое активная и реактивная электроэнергия и как проверить сумму начисленных оплат, попытаемся рассказать в этой статье.

Полная мощность

По сложившейся практике потребители оплачивают не полезную мощность, которая непосредственно используется в хозяйстве, а полную, которую отпускает предприятие-поставщик. Различают эти показатели по единицам измерения – полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), а полезная – в киловаттах. Активная и реактивная электроэнергия используется всеми запитанными от сети электроприборами.

Активная электроэнергия

Активная составляющая полной мощности совершает полезную работу и преобразовывается в те виды энергии, которые нужны потребителю. У части бытовых и промышленных электроприборов в расчетах активная и полная мощность совпадают. Среди таких устройств – электроплиты, лампы накаливания, электропечи, обогреватели, утюги и гладильные прессы и прочее.

Если в паспорте указана активная мощность 1 кВт, то полная мощность такого прибора будет составлять 1 кВА.

Понятие реактивной электроэнергии

Этот вид электроэнергии присущ цепям, в составе которых имеются реактивные элементы. Реактивная электроэнергия — это часть полной поступаемой мощности, которая не расходуется на полезную работу.

В электроцепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока реактивная составляющая возникает только в том случае, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка. В таком случае наблюдается несоответствие фазы тока с фазой напряжения. Данный сдвиг фаз между напряжением и током обозначается символом «φ».

При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается отставание фазы, при емкостной – ее опережение. Поэтому потребителю приходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагревания устройств и приборов в процессе эксплуатации.

Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах индуктивных катушек и конденсаторов. Из-за них в цепи в течение некоторого времени происходит накопление электроэнергии. После этого запасенная энергия поступает обратно в цепь.

К приборам, в составе потребляемой мощности которых имеется реактивная составляющая электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различная бытовая техника.

Эта величина рассчитывается с учетом особого коэффициента мощности, который обозначается как cos φ.

Расчет реактивной электроэнергии

Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,9; точное значение этого параметра можно узнать из паспорта электроприбора. Полная мощность должна быть определена как частное от деления активной мощности на коэффициент.

Например, если в паспорте электрической дрели указана мощность в 600 Вт и значение 0,6, тогда потребляемая устройством полная мощность будет равна 600/06, то есть 1000 ВА. При отсутствии паспортов для вычисления полной мощности прибора коэффициент можно брать равным 0,7.

Поскольку одной из основных задач действующих систем электроснабжения является доставка полезной мощности конечному потребителю, реактивные потери электроэнергии считаются негативным фактором, и возрастание этого показателя ставит под сомнение эффективность электроцепи в целом. Баланс активной и реактивной мощности в цепи может быть наглядно представлен в виде этого забавного рисунка:

Значение коэффициента при учете потерь

Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии – а значит конечному потребителю потребляемая электрическая энергия обойдется немного дешевле.

Для того чтобы повысить значение этого коэффициента, в электротехнике используются различные приемы компенсации нецелевых потерь электроэнергии. Компенсирующие устройства представляют собой генераторы опережающего тока, сглаживающие угол сдвига фаз между током и напряжением.

Для этой же цели иногда используются батареи конденсаторов. Они подключаются параллельно к рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.

Расчет стоимости электроэнергии для частных клиентов

Для индивидуального пользования активная и реактивная электроэнергия в счетах не разделяется – в масштабах потребления доля реактивной энергии невелика. Поэтому частные клиенты при потреблении мощности до 63 А оплачивают один счет, в котором вся потребляемая электроэнергия считается активной. Дополнительные потери в цепи на реактивную электроэнергию отдельно не выделяются и не оплачиваются.

Учет реактивной электроэнергии для предприятий

Другое дело – предприятия и организации. В производственных помещениях и промышленных цехах установлено огромное число электрооборудования, и в общей поступаемой электроэнергии имеется значительная часть энергии реактивной, которая необходима для работы блоков питания и электродвигателей. Активная и реактивная электроэнергия, поставляемая предприятиям и организациям, нуждается в четком разделении и ином способе оплаты за нее.

Основанием для регуляции отношений предприятия-поставщика электроэнергии и конечных потребителей в этом случае выступает типовой договор. Согласно правилам, установленным в этом документе, организации, потребляющие электроэнергию свыше 63 А, нуждаются в особом устройстве, предоставляющем показания реактивной энергии для учета и оплаты.

Сетевое предприятие устанавливает счетчик реактивной электроэнергии и начисляет оплату согласно его показаниям.

Коэффициент реактивной энергии

Как говорилось ранее, активная и реактивная электроэнергия в счетах на оплату выделяются отдельными строками. Если соотношение объемов реактивной и потребленной электроэнергии не превышает установленной нормы, то плата за реактивную энергию не начисляется. Коэффициент соотношения бывает прописан по-разному, его среднее значение составляет 0,15. При превышении данного порогового значения предприятию-потребителю рекомендуют установить компенсаторные устройства.

Реактивная энергия в многоквартирных домах

Типичным потребителем электроэнергии является многоквартирный дом с главным предохранителем, потребляющий электроэнергию свыше 63 А. Если в таком доме имеются исключительно жилые помещения, плата за реактивную электроэнергию не взимается. Таким образом, жильцы многоквартирного дома видят в начислениях оплату только за полную электроэнергию, поставленную в дом предприятием-поставщиком. Та же норма касается жилищных кооперативов.

Частные случаи учета реактивной мощности

Бывают случаи, когда в многоэтажном здании имеются и коммерческие организации, и квартиры. Поставка электроэнергии в такие дома регулируется отдельными Актами. Например, разделением могут служить размеры полезной площади. Если в многоквартирном доме коммерческие организации занимают менее половины полезной площади, то оплата за реактивную энергию не начисляется. Если пороговый процент был превышен, то возникают обязательства оплаты за реактивную электроэнергию.

В ряде случаев жилые дома не освобождаются от оплаты за реактивную энергию. Например, если в доме установлены пункты подключения лифтов для квартир, начисление за использование реактивной электроэнергии происходит отдельно, лишь для этого оборудования. Владельцы квартир по-прежнему оплачивают лишь активную электроэнергию.

Понимание сущности активной и реактивной энергии дает возможность грамотно рассчитать экономический эффект от установки различных компенсационных устройств, снижающих потери от реактивной нагрузки. Согласно статистике, такие устройства позволяют поднимать значение cos φ от 0.6 до 0.97.

Тем самым автоматические компенсаторные устройства помогают сэкономить до трети предоставляемой потребителю электроэнергии. Значительное уменьшение тепловых потерь увеличивает срок эксплуатации приборов и механизмов на производственных участках и снижает себестоимость готовой продукции.

Источник: https://monateka.com/article/186091/

Что такое активная и реактивная электроэнергия, мощность

Специфика сети переменного тока приводит к тому, что в фиксированный момент времени синусоиды напряжения и тока на приемнике совпадают только в случае так называемой активной нагрузки, полностью переводящей ток в тепло или механическую работу. Практически это всевозможные электронагревательные приборы, лампы накаливания, в каком-то приближении электродвигатели и электромагниты под нагрузкой и звуковоспроизводящая аппаратура.

Ситуация полностью меняется, если нагрузка, не создающая механической работы, обладает большой индуктивностью при малом сопротивлении. Это характерный случай электродвигателя или трансформатора на холостом ходу.

Подключение подобного потребителя к источнику постоянного тока привело бы к короткому замыканию, здесь же ничего особенного с сетью не случится, но мгновенный ток будет отставать от мгновенного напряжения примерно на четверть периода.

В случае же чисто емкостной нагрузки (если в розетку вставить конденсатор), ток на нем будет, наоборот, на ту же четверть периода опережать напряжение.

Реактивные токи

Практически такое несовпадение тока и напряжения, не производя на приемнике полезной работы, создает в проводах дополнительные, или, как принято их называть, реактивные токи, которые в особо неблагоприятных случаях могут привести к разрушительным последствиям.

При меньшей величине это явление все равно требует расходовать излишний металл на более толстую проводку, повышать мощность питающих генераторов и трансформаторов электроэнергии. Поэтому экономически оправдано устранять в сети реактивную мощность всеми возможными способами.

При этом следует учитывать суммарную реактивную мощность всей сети, при том, что отдельные элементы могут обладать значительными значениями реактивной мощности.

Реактивная электроэнергия

С количественной стороны влияние реактивной электроэнергии на работу сети оценивается косинусом угла потерь, который равен отношению активной мощности к полной. Полная мощность считается как векторная величина, которая зависит от сдвига фаз между током и напряжением на всех элементах сети.

В отличие от активной мощности, которую, как и механическую измеряют в ваттах, полную мощность измеряют в вольт-амперах, так как эта величина присутствует только в электрической цепи.

Таким образом, чем ближе косинус угла потерь к единице, тем полнее используется сечение проводов и мощность, вырабатываемая генератором.

Цепи постоянного и переменного тока

Основные пути снижения реактивной мощности – взаимная компенсация сдвигов фаз, создаваемых индуктивными и емкостными приемниками и использование приемников с малым углом потерь.

Источник: https://electric-220.ru/news/aktivnaja_i_reaktivnaja_ehlektroehnergija_moshhnost/2012-02-06-81

Активная, реактивная и полная мощность: формула, измерение, в чём измеряются показатели

Мощность является важным фактором для оценки эффективности работы электрооборудования в сети энергосистемы. Использование её предельных значений может привести к перегрузкам сети, аварийным ситуациям и выходу оборудования из строя. Для того чтобы обезопасить себя от этих негативных последствий, необходимо понимать, что такое активная реактивная и полная мощность.

Мощность, которая фактически потребляется или используется в цепи переменного тока, называется активной, в кВт или МВт. Мощность, которая постоянно меняет направление и движется, как по направлению в цепи, так и реагирует сама на себя, называется реактивной, в киловольт (kVAR) или MVAR.

Очевидно, что мощность потребляется только при сопротивлении. Чистый индуктор и чистый конденсатор её не потребляют.

В чистом резистивном контуре ток находится в фазе с приложенным напряжением, тогда как в чистом индуктивном и ёмкостном контуре ток смещён на 90 градусов: если индуктивная нагрузка подключена в сеть, он теряет напряжение на 90 градусов. При подключении ёмкостной нагрузки происходит смещение тока на 90 градусов в обратную сторону.

В первом случае создаётся активная мощность, а во втором — реактивная.

Силовой треугольник

Полная мощность — это векторная сумма активной и реактивной мощности. Элементы полной мощности:

  • Активная, P.
  • Реактивная, Q.
  • Полная, S.

Реактивная мощность не работает, она представлена как мнимая ось векторной диаграммы. Активная мощность работает и является реальной стороной треугольника. Из этого принципа разложения мощностей понятно, в чём измеряется активная мощность. Единицей для всех видов мощности является ватт (W), но это обозначение обычно закрепляется за активной составляющей. Полная мощность условно выражается в ВА .

Единица для Q составляющей выражается как var, что соответствует реактивному вольт-амперу. Она не передаёт никакой чистой энергии нагрузке, тем не менее она выполняет важную функцию в электрических сетях. Математическая связь между ними может быть представлена векторами или выражена с использованием комплексных чисел, S = P + j Q (где j — мнимая единица).

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что представляет собой обратный ток

Расчёт энергии и мощности

Средняя мощность P в ваттах (W) равна энергии, потребляемой E в джоулях (J), делённой на период t в секундах (секундах): P (W) = E (J) / Δ t (s).

Когда ток и напряжение находятся на 180 градусов по фазе, PF отрицательный, нагрузка подаёт электроэнергию в источник (примером может служить дом с солнечными батареями на крыше, которые подают питание в энергосистему). Пример:

  • P составляет 700 Вт, а фазовый угол составляет 45, 6;
  • PF равен cos (45, 6) = 0, 700. Тогда S = 700 Вт / cos (45, 6) = 1000 В⋅А.

Отношение активной к полной мощности называется коэффициентом мощности (PF). Для двух систем, передающих такое же количество активной нагрузки, система с более низким PF будет иметь большие оборотные токи из-за электроэнергии, которая возвращается обратно.

Эти большие токи создают большие потери и снижают общую эффективность передачи. Схема с более низким PF будет иметь большую полную нагрузку и более высокие потери для одинакового количества активной нагрузки. PF = 1, 0, когда есть фазный ток.

Он равен нулю, когда ток приводит или отстаёт от напряжения на 90 градусов.

Например, PF =0,68 и означает, что только 68 процентов от общего объёма поставленного тока фактически выполняют работу, остальные 32 процента являются реактивными. Производители коммунальных услуг не берут с потребителей плату за её реактивные потери.

Однако если в источнике нагрузки клиента есть неэффективность, которая приводит к тому, что PF падает ниже определённого уровня, коммунальные услуги могут взимать плату с клиентов, чтобы покрыть увеличение использования топлива на электростанциях и ухудшение линейных показателей сети.

Характеристики полной S

Формула полной мощности зависит от активной и реактивной мощности и представлена как энергетический треугольник (Теорема Пифагора). S = (Q 2 + P 2) 1 / 2, где:

  • S = полная (измерение в киловольт-ампер, кВА);
  • Q = реактивная (реактивность на киловольтах, kVAR);
  • P = активная (киловатт, кВт).

Она измеряется во вольт-амперах (В⋅А) и зависит от напряжения, умноженного на весь поступающий ток. Это векторная сумма P и Q составляющих, которая подсказывает, как найти полную мощность. Однофазная сеть: V (V) = I (A) x R (Ω).

P (W) = V (V) x I (A) = V 2 (V) / R (Ω) = I 2 (A) x R (Ω).

Трёхфазная сеть:

Напряжение V в вольтах (V) эквивалентно току I в амперах (A), умноженному на импеданс Z в омах (Ω):

V (V) = I (A) x Z (Ω) = (| I | x | Z |) ∠ ( θ I + θ Z ).

Источник: https://220v.guru/fizicheskie-ponyatiya-i-pribory/moschnost/izmerenie-aktivnoy-reaktivnoy-i-polnoy-moschnosti.html

Что такое реактивная мощность и её компенсация

17.08.2017

Асинхронные двигатели, трансформаторы, газоразрядные и люминесцентные лампы, индукционные и дуговые печи и т.д.

в силу своих физических свойств вместе с активной энергией потребляют из сети также и реактивную энергию, которая необходима для создания электромагнитного поля.

В отличие от активной энергии, реактивная не преобразуется в другие виды – механическую или тепловую – и не выполняет полезной работы, однако вызывает потери при ее передаче. На Рис.1 изображены направления протекания тока при работе с реактивными нагрузками.

Рис.1. Полная мощность.

Наличие в сети реактивной мощности (Q, Вар) характеризуется коэффициентом мощности (PF, cos ф) и является соотношением активной (P, Вт) к полной (S, ВА). Ниже можно увидеть зависимость полной мощности от ее составляющих как на векторной диаграмме, так и на более житейском уровне – бокале пива, где пиво является активной составляющей, а пена – реактивной. Никто же не хочет иметь бокал только с пеной?

Рис.2. Треугольник мощностей. Расчет коэффициента мощности.

При низких значениях коэффициента мощности в сети будет возникать ряд нежелательных явлений, которые могут привести к существенному уменьшению срока службы оборудования. Рекомендуется иметь cos ф не менее 0,9 (например, в Чехии за cos ф менее 0,95 штрафуют). Для этого разработан ряд мероприятий по регулированию баланса реактивной мощности в сети – компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности (КРМ).

Следует понимать, что реактивная мощность бывает двух характеров – индуктивная и емкостная. Нас интересует компенсация только первого типа, т.к. второй встречается редко. В нашем случае – сетях с индуктивной нагрузкой – для увеличения cos ф требуется устанавливать компенсационные конденсаторы. Но как это сделать?

Выбор способа компенсации предполагает определение места установки конденсаторов (зачастую в составе конденсаторной установки (далее КУ)). Существует три основных варианта:

  • Индивидуальная компенсация

Размещение конденсаторов у устройств с низким cos ф и включение одновременно с последними.

Размещение конденсаторов у группы устройств (например, пожарных насосов).

  • Централизованная компенсация

Предусматривает установку КУ на главном распределительном щите. Если предыдущие варианты могли быть как регулируемыми, так и нет, то этот, как правило, регулируемый.

Рис.3. Способы компенсации.

При правильном подборе КУ мероприятия по компенсации реактивной мощности позволяют:

  • существенно уменьшить нагрузку на трансформаторах, а следовательно уменьшить их нагрев и увеличить срок службы
  • при включении КУ в расчет при проектировании новых объектов, существенно уменьшить сечение проводников
  • при включении КУ в уже существующие сети, разгрузить их, повышая пропускную способность без реконструкции
  • снизить расходы на электроэнергию за счет снижения потери в проводниках
  • повысить стабильность напряжения (все) и качество электроэнергии (при использовании ФКУ)

Где мы можем сэкономить видно невооруженным глазом, но для начала придется и потратиться.

Во-первых, необходимо заказать проект, который следует доверить проверенной организации. Которая в свою очередь проведет ряд измерений или сделает расчеты для новых объектов и исходя из них даст рекомендации по способу компенсации, типу КУ и их параметрам.

Во-вторых, следует выбрать организацию-сборщика, которая соберет, установит и настроит наши КУ.

Что может входить в состав КУ?

Рассмотрим максимально возможную комплектацию конденсаторной установки:

  1. Вводное устройство – автоматический выключатель, разъединитель предохранительный или выключатель нагрузки (при наличии еще одного вводного устройства, например, в ГРЩ).

  2. Защитные устройства ступеней – большинство производителей (например, ZEZ Silko) рекомендуют использовать плавкие вставки с характеристикой gG (см. таблицу ниже), но нередко можно встретить и защиту автоматическими выключателями.

  3. Коммутационное устройство (для статической компенсации НН) – контактор с токоограничевающей приставкой (контакты предварительного включения с сопротивлениями). Важно выбрать качественного производителя, т.к. через контактор при включении ступени проходят огромные токи (до 200Iе), обусловленные зарядом конденсатора, например, Benedict-Jager или Eaton (Moeller).

  4. Антирезонансные дроссели (реакторы) – используются для защиты от перегрузки токами конденсаторов при наличии в сети высших гармоник.

  5. Компенсационные конденсаторы – главный компонент всей установки – емкостной элемент. о применении, конструкции и монтаже низковольтных цилиндрических компенсационных конденсаторов в предыдущей статье.

  6. Регулятор реактивной мощности – своего рода анализатор сети с функцией управления ступенями. В зависимости от модели разные регуляторы кроме основных параметров (U, I, P, cos ф, количество подключенных ступеней) контролируют и ряд дополнительных (нелинейные искажения, температура и т.д). Также могу быть и дополнительные функции, например, коммуникация или автонастройка.

* Рассмотрена только основная комплектация без оболочек и микроклимата, защиты вторичных цепей.

Номинальный ток 3-фазного конденсатора [A]3-фазн. компенсационная мощность при 400 V[kvar]Рекомендуемое сечение Cu проводников [mm2]Номинальный ток предохранителя[A]
2,9 2 2,5 8
3,6 2,5 2,5 8
4,5 3,15 2,5 10
5,8 4 2,5 10
7,2 5 2,5 16
9 6,25 2,5 16
11,5 8 4 20
14,4 10 4 25
18,1 12,5 6 32
21,7 15 6 40
28,8 20 10 50
36,1 25 10 63
43,4 30 16 80
50,5 35 16 100
57,7 40 25 100
72,2 50 25 125
86,6 60 35 160
115,5 80 70 200
144,3 100 95 250

Таблица 1. Подбор предохранителей и проводников.

В заключение хочется напомнить, что неверно спроектированные, собранные и настроенные компенсационные установки или из материалов сомнительного происхождения имеют обыкновение громко выходить из строя.

Коммерческое предложение действительно на 01.05.2020 г.

Источник: https://lsys.by/news/articles/chto-takoe-reaktivnaya-moshchnost-i-eye-kompensatsiya.html

Активная и реактивная мощность генератора

Потребители, приобретая ДГУ, зачастую не задумываются о многих технических характеристиках оборудования. Касается это и такого понятия, как коэффициент мощности генератора. Параметр является важным, поскольку самым серьезным образом влияет на подачу электроэнергии.

Что представляет собой мощность генератора?

Электроприборы, подключенные к генератору, потребляют активную и реактивную мощность, которые в сумме образуют общую мощность.

  1. Активная мощность используется для работы всех приборов. Ее называют «полезной».
  2. Реактивная мощность, называемая «пустой», возникает вследствие особенности оборудования и законов физики. Мощность циркулирует между источником электроснабжения и подключенными потребителями.

Каждый генератор имеет свой коэффициент мощности, демонстрирующий количество активной мощности от полной. При выборе ДГУ для собственных нужд важно обратить внимание на этот параметр, убедившись в том, что оборудование справится с возложенными на него задачами.

Оптимальным коэффициентом мощности можно считать показатель 0.8. Это значит, что электроприборы получают 80% активной мощности от 100% общей мощности, вырабатываемой генератором.

Что такое компенсация реактивной мощности?

Чрезмерное большое количество реактивной мощности ухудшает работу всей электросети. Так, генератор потребляет слишком много топлива, быстро изнашивается и в электросети требуется задействовать провода с увеличенным сечением.

Закажите дизельный генератор в ООО «ЭК Прометей» оформив заявку онлайн или позвонив по контактному телефону:

(812) 748-27-22

Для снижения реактивной мощности используется компенсация. Она может быть нескольких видов:

  • Индивидуальная. В данном случае задействуются конденсаторные установки для определенных потребителей.
  • Групповая. Применение общей конденсаторной установки позволяет компенсировать реактивную мощность сразу для нескольких приборов.
  • Централизованная. Это наиболее удобный способ компенсации, применяемый для широкого диапазона изменений мощности.

Главное преимущество компенсации реактивной мощности в том, что таким образом удается значительно сократить расходы топлива. Также это позволяет снизить нагрузку на оборудование.

Способ компенсации мощности в электросети следует подбирать грамотно. В некоторых случаях может потребоваться комплексное решение, включающее улучшение тока при помощи фильтров гармоник.

Особенно важная компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях. Она необходима для эффективного использования существующего электроснабжения.

Источник: https://prometey-energy.ru/articles/chto-takoe-reaktivnaya-moschnost-generatora.html

Влияние реактивной мощности на энергоресурсоэффективность

За последние годы характер потребления электроэнергии сильно изменился. Это обусловлено увеличением мощности нелинейных потребителей, а также опережающим ростом потребления реактивной мощности по отношению к активной вследствие уменьшения загрузки силовых трансформаторов. Это является характерной чертой современной электроэнергетики, отрицательно влияющей на качество и потери электроэнергии.

Поэтому основная задача оптимизации электропотребления, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации системы электроснабжения, состоит в том, чтобы наиболее полно обеспечить компенсацию реактивной мощности в сети.

Основные негативные последствия, вызванные ростом потребления реактивной мощности:

  • Общее снижение уровней напряжения в распределительных сетях, на шинах потребителей и снижение качества электрической энергии;
  • Увеличение потерь активной мощности в элементах электрической сети;
  • Дополнительная линий электропередач и силовых трансформаторов потоками реактивной мощности, которые увеличивают токовую нагрузку электросети, снижают резерв пропускной способности и устойчивость сети;
  • Значительное увеличение потребности в источниках реактивной мощности в энергосистеме.
Первопричины и вызываемые ими помехи в сети Колебания напряжения в сети Несимметрия напряжения в сети Высшие гармоники Промежуточные гармоники
Мощные регуляторы напряжения ×
Генераторы электроэнергии (ветровые станции, фотоэлектрические установки) × ×
Медицинские электроприводы (рентгеновские станции, магнитные диагностические аппараты) ×
Эксцентриковые приводы (пилорамы) × ×
Частотные преобразователи (преобразователи числа фаз, несинхронные преобразователи тока) × ×
Газоразрядные лампы (мощные осветительные установки) ×
Пульсирующая нагрузка (напр. от терморегуляторов) ×
Выпрямители переменного тока (напр. для питания ж/д. транспорта, для узлов связи) ×
Мощные потребители (переходные процессы при вкл./выкл.) ×
Индукционные нагревательные установки ×
Дуговые сталеплавильные печи ×
Дуговые сварочные агрегаты ×
Светомузыкальные установки × ×
Среднечастотные индукционные печи ×
Электродвигатели большой мощности (лифты, вентиляторы, насосы) ×
Индукционные печи промышленной частоты × ×
Вентильные преобразователи ×
Кузнечные прессы ×
Агрегаты и блоки резервного питания ×
Электропечи для производства электродов × × ×
Плавильные электропечи ×
Автоматы контактной сварки × × ×

С чего начать? Мониторинг параметров КЭЭ

Чтобы понять суть процессов, протекающих в конкретной электросети, нужна достоверная техническая информация. Для этого необходимо проводить мониторинг параметров электросети, снимая и фиксируя специальными приборами одновременно несколько десятков характеристик электросети с интервалом в доли секунды (токи, напряжения, активные, реактивные и полные мощности по каждой фазе, СosF, гармонический состав сети и т.д.).

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как правильно намотать высоковольтную катушку

Полученную информацию необходимо обрабатывать, анализировать, и только после этого можно будет с уверенностью сказать, что за процессы протекают в вашей электросети, самое главное, где, каким образом и сколько нужно компенсировать реактивной мощности, чтобы электроэнергия, получаемая от поставщика, имела бы необходимые показатели качества, и расходовалась самым экономичным образом на нужды предприятия, без потерь, а вы бы еще и экономили эту самую электроэнергию.

Отрицательное влияние реактивной мощности на электрическую сеть несоизмеримо больше, чем положительное

Недаром еще во времена заката СССР в конце 80-х годов директивно на всех промышленных предприятиях были установлены конденсаторные батареи. К сожалению, в дальнейшие 90-е годы многие предприятия-потребители электроэнергии отключали имевшиеся у них компенсирующие устройства, а некоторые — вовсе демонтировали, не занимались поддержанием их работоспособности по причине отсутствия финансирования.

Все изменилось после опубликования Приказа Минпромэнерго от 22 февраля 2007 года № 49, утверждающего :

«Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения)» энергосистемам следует начать подготовку к переходу на новый уровень взаимоотношений с потребителями и новую организацию работ по управлению реактивной мощностью.

Многие энергосистемы уже приступили к этой работе, не дожидаясь указания сверху, на особо проблемных участках электрических сетей устанавливая компенсирующие устройства.

Важно, чтобы положительные результаты этой работы в локальных энергосистемах тиражировались на другие регионы.

После выхода в свет новой методики применения скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию, которая готовится в недрах Минпромэнерго, потребителю будет дана возможность получить скидку за поддержание требуемого коэффициента реактивной мощности за регулирование реактивной мощности у себя в электросети предприятия в часы max/min нагрузок.

Пути решения. Новые подходы

Сегодня проектировщикам и эксплуатационным службам пром. предприятий следует обращать особое внимание решению проблемы качества электроэнергии.

Все мощные потребители на предприятии должны оснащаться фильтро-компенсирующими устройствами (ФКУ), а потребители с большой единичной мощностью и резко-переменной нагрузкой (дуговые печи с электропечными трансформаторами 100 МВА и выше) — статическими тиристорными компенсаторами (СТК).

Это позволит обеспечить высокую степень стабилизации требуемой реактивной мощности при по-фазном регулировании, а также снизить уровень высших гармоник в сети за счет фильтро-компенсирующих цепей (ФКЦ). Применение СТК даст также дополнительный технологический эффект.

К примеру, их использование в сетях, питающих дуговые сталеплавильные печи (ДСП), поможет повысить стабильность горения дуги и почти на 10% поднять производительность печи. Кроме того, в остальных менее ответственных участках электросети предприятия необходимо устанавливать регулируемые УКМ с электромеханическим переключением ступеней.

В системах промышленного электроснабжения 6-10 кВ устройства компенсации реактивной мощности служат для поддержания напряжения на шинах 6(10) кВ при провалах напряжения, вызванных КЗ в цепях 110(35) кВ. Они ограничивают колебания напряжения на шинах 6(10) кВ, а гармонические составляющие снижаются фильтро-компенсирующими устройствами ФКУ, состоящими из емкостей и реакторов, при этом улучшается и СosF.

На трансформаторных подстанциях рекомендуется применять устройства компенсации реактивной мощности, например такие как управляемые шунтирующие реакторы с вакуумными (элегазовыми) выключателями с повышенным коммутационным ресурсом и устройством синхронной коммутации в сетях до110 кВ включительно.

В электроустановках потребителей 0,4-10 кВ наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение регулируемых конденсаторных установок УКМ непосредственно на шинах РУНН-0,4 кВ трансформаторных подстанций.

Преимущества УКМ перед другими техническими средствами — синхронными компенсаторами и синхронными двигателями, в том, что последние имеют большие потери активной электрической мощности и вращающиеся части, подверженные механическому износу.

В качестве примера снижения электропотребления системы электроснабжения коммунальных однофазных потребителей представляет интерес опыт применения УКРМ в низковольтных городских распределительных сетях при минимальном удалении от потребителей, предприятий, входящих в группу Endesa (Испания). По данным Edeinor S. A.A.

[6], установка конденсаторов суммарной мощностью 37 000 кВАр в 114 000 домовладений района Инфантас северной части Лимы (Перу), повысила средневзвешенный CosF распределительной сети с 0,84 до 0,93, что позволило ежегодно экономить примерно 280 кВт/ч на каждый установленный кВАр реактивной мощности или всего около 19 300 МВт/?ч в год.

Остались вопросы? Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:

8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Источник: https://epusk.ru/articles/kondensatornye-ustanovki/vliyanie-reaktivnoy-moshchnosti-na-energoresursoeffektivnost/

Компенсация реактивной мощности: расчет оптимальной мощности компенсирующих устройств, что такое реактивная мощность?

В настоящее время взаимоотношения энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии рассматриваются широким кругом лиц неэнергетического образования (коммерческие менеджеры, юристы и другие специалисты).

Использование понятия реактивная мощность (реактивная энергия) в практике денежных расчетов между поставщиками и потребителями электроэнергии и наличие отдельных счетчиков активной и реактивной энергии вызывает у многих представление о поставке потребителям двух видов продукции. Это не так.

По электрической сети не передаются электроны разного цвета – красные активной энергии и голубые реактивной. Так что же такое реактивная мощность и реактивная энергия?

Расчет оптимальной мощности компенсирующих устройств

Рассмотрим в самом простом виде свойства переменного тока. Переменный ток называют так не в том смысле, что его значение изменяется в процессе потребления энергии. Оно может оставаться и постоянным.

Под переменным током в узком смысле понимают периодический ток, мгновенные значения которого в течение каждого небольшого периода (для переменного тока частоты 50 Гц это 1/50 доля секунды) проходят цикл изменения от минимального до максимального значения, и наоборот. Графически этот цикл отображается синусоидой.

Переменным в этом смысле является и напряжение. В целом же для цепей, в которых и напряжение, и ток циклически изменяются, используется термин «цепи переменного тока».

В цепях переменного тока существует много элементов, которые разделены воздушными промежутками – обмотки высокого и низкого напряжения трансформаторов или статор и ротор вращающейся машины (двигателя и генератора) не имеют электрической связи между собой. Тем не менее электрическая энергия передается через это воздушное пространство, являющееся фактически непроводя- 221 щим ток диэлектриком.

Это происходит в связи с возникновением под действием переменного тока переменного магнитного поля в индуктивности, а под действием переменного напряжения – переменного электрического поля в емкости (в комбинации – электромагнитного поля). Полям, как известно, воздух не преграда.

Переменное магнитное поле, образуемое одной из разделенных обмоток, постоянно пересекает своими магнитными линиями витки другой обмотки, наводя в ней электродвижущую силу. Ее величина такова, что вся мощность первичной обмотки переходит на вторичную обмотку.

В конденсаторе те же самые функции осуществляет электрическое поле.

Магнитное и электрическое поля существуют вокруг любого проводника, который находится под напряжением и по которому идет ток. Теоретически можно передать мощность по воздуху с одной из параллельно проложенных линий на другую. Правда, чтобы передать существенную мощность, линии должны быть длиной в сотни тысяч километров.

Для переброски через воздушные промежутки большой мощности в устройстве приемлемого размера нужно сильное магнитное поле, сконцентрированное в небольшом пространстве.

Это достигается обматыванием вокруг металлического сердечника (ярма) многочисленных витков, расположенных близко друг к другу, и применением для изготовления сердечников специальной стали, обеспечивающей большую взаимоиндукцию.

Электромагнитная энергия непосредственно преобразуется в тепловую, механическую, химическую и другие виды полезной работы в элементах, обладающих активным сопротивлением, обозначаемым R.

В элементах, представляющих собой индуктивность L и емкость C, электромагнитная энергия на половине периода запасается, а на второй половине периода возвращается в источник. При этом синусоида тока, создающего магнитное поле, всегда на четверть периода (90 эл.

градусов) отстает от синусоиды напряжения, а синусоида тока, создающего электрическое поле, опережает.

Сопротивления таких элементов связаны с индуктивностью и емкостью и частотой f соотношениями: XL = 2π f L и XC = C/2π f . Из этих соотношений видно, что эти сопротивления существуют только в цепях переменного тока, а в цепях постоянного тока (f = 0) XL превращается в 0 (короткое замыкание), а XC – в бесконечность (разрыв цепи).

В связи с возвратным характером их действия эти сопротивления называют реактивными, а ток, обусловленный обменной электромагнитной энергией, – реактивным током.

Так как реактивный ток сдвинут относительно активного на 90°, то естественно, что полный ток определяется как корень квадратный из суммы квадратов активного и реактивного тока.

Прохождение через сеть «сдвинутого» тока можно сравнить с продвижением людей через проход, пропускная способность которого составляет, например, 10 человек одновременно. При этом в восьми рядах люди все время идут в одном направлении, а в двух рядах одни и те же люди то идут, то возвращаются.

В результате число людей, перешедших на другую сторону, следует считать исходя из пропускной способности восемь человек, а проход все время загружен десятью рядами. Аналогична ситуация и с пропускной способностью электрической сети.

Разница лишь в том, что активная и реактивная составляющие тока складываются не арифметически, а в квадрате, поэтому реактивная составляющая в меньшей степени занимает сечение. Для полноты сравнения можно считать, что два ряда людей ходят боком и потому занимают меньше места.

Полупериоды запасания и возврата электромагнитной энергии индуктивностью и емкостью сдвинуты на 180° (у первой ток сдвинут на –90°, а у второй на +90°), то есть они находятся в противофазе. Поэтому при наличии рядом сопротивлений XL = XC обменная часть электромагнитной энергии не возвращается в источник, а эти элементы постоянно обмениваются ею между собой.

Уже должна возникнуть мысль, а не поставить ли у потребителя электроэнергии, в сетях которого полно индуктивностей, емкость? И пусть они обмениваются между собой этой частью электромагнитной энергии, разгрузив от нее сеть и предоставив ей возможность передавать только ту часть электромагнитной энергии, которая преобразуется в полезную работу? Эта операция и называется компенсацией реактивной мощности (КРМ).

Что такое реактивная мощность?

Реактивная энергия не выполняет никакой работы в том смысле, что она не может, как активная энергия, превращаться в тепловую или механическую энергию. Так как в физике понятия энергии и работы тождественны, то, строго говоря, словосочетание «реактивная энергия» физически бессмысленно. Тем не менее применение на практике этого условного понятия удобно.

Раз уж возникает дополнительный ток, названный реактивным, то его произведение на напряжение вроде бы по-другому как мощностью не назовешь, а интегрирование мощности по времени формально называется энергией.

Более того, сдвинув на 90° обмотку электрического счетчика, можно заставить его считать произведение на напряжение только тока, сдвинутого на 90°, – появляется наглядное подтверждение существования реактивной энергии (счетчик ведь показывает!).

Реактивный ток не только отнимает у активного тока часть пропускной способности сети, но и на его прохождение по проводам затрачивается определенная часть активной энергии, так как потери мощности ∆P = 3 I 2 R, где I – полный ток.

Счетчик активной энергии (по большому счету только ее и можно назвать энергией, поэтому он называется просто счетчик электроэнергии) покажет одно и то же значение и при наличии, и при отсутствии реактивной составляющей тока.

Поэтому только по его показаниям нельзя правильно оценить режимы линий передачи электроэнергии (в приведенном выше примере счетчик будет показывать движение восьми рядов, полностью игнорируя два двигающихся туда и обратно). Для оценки же режима сети необходимо знать обе составляющие.

Активная и реактивная составляющие полного тока по-разному влияют на напряжение в точках потребления энергии. Потери напряжения от передачи активной составляющей тока в подавляющей степени определяются сопротивлением R, а реактивной – сопротивлением XL. В элементах линий электропередачи обычно XL >> R, поэтому прохождение по сети реактивного тока приводит к гораздо большему снижению напряжения, чем активного тока той же величины.

Итак, в сети переменного тока нет ничего, кроме циклически изменяющихся мгновенных значений тока и напряжения, циклы которых сдвинуты относительно друг друга на некоторую часть периода.

При графическом изображении их в виде векторов говорят, что они сдвинуты на некоторый угол ϕ.

Поэтому анекдотический ответ студента на экзамене, что три провода нужны потому, что по первому передается напряжение, по второму ток, а по третьему cos ϕ, можно считать более близким к истине, чем представление о поставке потребителям двух видов продукции.

Источник: https://pue8.ru/reaktivnaya-moshchnost/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti-raschet-optimalnoj-moshhnosti-kompensiruyushhix-ustrojstv-chto-takoe-reaktivnaya-moshhnost.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор