Что такое реактивная мощность? Компенсация реактивной мощности. Расчет реактивной мощности. Активная и реактивная энергия

Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

Определение

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами.

Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.

Обозначение реактивной составляющей:

Это номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Расчет

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

S = U * I * cos φ.

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.

Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

Q L = U L I = I 2 x L

Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

S = √P 2 + Q 2 , и все это равняется U*I .

Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

Сопротивление индуктивности: x L = ωL = 2πfL,

Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

cos φ = r/z = P/S

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит :

Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;

У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;

На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

Активная мощность (P)

Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть

потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.

Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:

В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.

Формулы для активной мощности

P = U I — в цепях постоянного тока

P = U I cosθ — в однофазных цепях переменного тока

P = √3 U L I L cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P = √ (S 2 – Q 2) или

P =√ (ВА 2 – вар 2) или

Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2)

Реактивная мощность (Q)

Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.

Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).

Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.

Реактивная мощность определяется, как

и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.

Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.

Формулы для реактивной мощности

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2)

вар =√ (ВА 2 – P 2)

квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

Полная мощность (S)

Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.

Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.

Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.

Формула для полной мощности

Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2)

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Следует заметить, что:

• резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
• индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
• конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Мгновенная мощность p произвольного участка цепи, напряжение и ток которого изменяются по законуu =U m sin(t ), i = I m sin(t– ), имеет вид

p = ui= U m sin(t )I m sin(t–  ) = U m I m /2 =

= U i cos — UI cos(2t — ) = (UI cos – UI cos cos2t ) – UI sin sin2t . (1)

Активная мощность цепи переменного тока P определяется как среднее значение мгновенной мощностиp (t ) за период:

так как среднее за период значение гармонической функции равно 0.

Из этого следует, что средняя за период мощность зависит от угла сдвига фаз между напряжением и током и не равна нулю, если участок цепи имеет активное сопротивление. Последнее объясняет ее название активная мощность . Подчеркнем еще раз, что в активном сопротивлении происходит необратимое преобразование электрической энергии в другие виды энергии, например в тепловую. Активная мощность может быть определена как средняя за период скорость поступления энергии в участок цепи. Активная мощность измеряется в ваттах (Вт).

Реактивная мощность

При расчетах электрических цепей находит широкое применение так называемая реактивная мощность. Она характеризует процессы обмена энергией между реактивными элементами цепи и источниками энергии и численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности цепи. В соответствии с этим реактивная мощность может быть определена из (1) как

Q = UI sin.

В зависимости от знака угла реактивная мощность может быть положительной или отрицательной. Единицу реактивной мощности, чтобы отличить ее от единицы активной, называют не ватт, а вольт-ампер реактивныйвар. Реактивные мощности индуктивного и емкостного элементов равны амплитудам их мгновенных мощностейp L иp C . С учетом сопротивленийэтих элементов реактивные мощности катушки индуктивности и конденсатора равныQ L =UI =x L I 2 иQ C =UI = x C I 2 , соответственно.

Результирующая реактивная мощность разветвленной электрической цепи находится как алгебраическая сумма реактивных мощностей элементов цепи с учетом их характера (индуктивный или емкостный): Q =Q L –Q С. ЗдесьQ L есть суммарная реактивная мощность всех индуктивных элементов цепи, аQ С представляет собой суммарную реактивную мощность всех емкостных элементов цепи.

Полная мощность

Кроме активной и реактивной мощностей цепь синусоидального тока характеризуется полной мощностью, обозначаемой буквой S . Под полной мощностью участка понимают максимально возможную активную мощность при заданных напряженииU и токеI . Очевидно, что максимальная активная мощность получается при cos= 1, т. е. при отсутствии сдвига фаз между напряжением и током:

S = UI.

Необходимость во введении этой мощности объясняется тем, что при конструировании электрических устройств, аппаратов, сетей и т. п. их рассчитывают на определенное номинальное напряжение U ном и определенный номинальный токI ном и их произведениеU ном I ном = S ном дает максимально возможную мощность данного устройства (полная мощность S ном указывается в паспорте большинства электрических устройств переменного тока. ). Для отличия полной мощности от других мощностей ее единицу измерения называют вольт-ампер и сокращенно обозначают ВА. Полная мощность численно равна амплитуде переменной составляющей мгновенной мощности.

Из приведенных соотношений можно найти связь между различными мощностями:

P = S cos, Q = S sin, S = UI =

и выразить угол сдвига фаз через активную и реактивную мощности:

.

Рассмотрим простой прием, который позволяет найти активную и реактивную мощности участка цепи по комплексным напряжению и току. Он заключается в том, что нужно взять произведение комплексного напряжения и тока, комплексно сопряженного току рассматриваемого участка цепи. Операция комплексного сопряжения состоит в смене знака на противоположный перед мнимой частью комплексного числа либо в смене знака фазы комплексного числа, если число представлено в экспоненциальной форме записи. В результате получим величину, которая называетсяполной комплексной мощностью и обозначается. Если
, то для полной комплексной мощности получаем:

Отсюда видно, что активная и реактивная мощности представляют собой вещественную и мнимую части полной комплексной мощности, соответственно. Для облегчения запоминания всех формул, связанных с мощностями, на рис. 7, б (с. 38) построен треугольник мощностей.

«Справочник» — информация по различным электронным компонентам : транзисторам , микросхемам , трансформаторам , конденсаторам , светодиодам и т.д. Информация содержит все, необходимые для подбора компонентов и проведения инженерных расчетов, параметры, а также цоколевку корпусов, типовые схемы включения и рекомендации по использованию радиоэлементов .

С одной стороны, работу тока можно легко посчитать, зная силу тока, напряжение и сопротивление нагрузки. До боли знакомые формулы из курса школьной физики выглядят так.

Рис. 1. Формулы

И здесь нет ни слова про реактивную составляющую.

С другой стороны, ряд физических процессов на самом деле накладывают свои особенности на эти расчёты. Речь идёт о реактивной энергии. Проблемы с пониманием реактивных процессов приходят вместе со счетами за электроэнергию в крупных предприятиях, ведь в бытовых сетях мы платим только за активную энергию (размеры потребления реактивной энергии настолько малы, что ими просто пренебрегают).

Определения

Чтобы понять суть физических процессов начнём с определений.

Активная электроэнергия – это полностью преобразуемая энергия, поступающая в цепь от источника питания. Преобразование может происходить в тепло или в другой вид энергии, но суть остаётся одна – принятая энергия не возвращается обратно в источник.

Пример работы активной энергии: ток, проходя через элемент сопротивления, часть энергии преобразует в нагрев. Эта совершённая работа тока и является активной.

Реактивная электроэнергия – это энергия, возвращаемая обратно источнику тока. То есть ранее полученный и учтённый счётчиком ток, не совершив работы, возвращается. Помимо прочего ток совершает скачок (на короткое время нагрузка сильно возрастает).

Тут без примеров сложно понять процесс.

Самый наглядный – работа конденсатора. Сам по себе конденсатор не преобразует электроэнергию в полезную работу, он её накапливает и отдаёт. Конечно, если часть энергии всё-таки уходит на нагрев элемента, то её можно считать активной. Реактивная же выглядит так:

1.При питании ёмкости переменным напряжением, вместе с увеличением U растёт и заряд конденсатора.

2.В момент начала падения напряжения (второй четвертьпериод на синусоиде) напряжение на конденсаторе оказывается выше, чем у источника. И поэтому конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию обратно в цепь питания (ток течёт в обратном направлении).

3.В следующих двух четвертьпериодах ситуация полностью повторяется, то только напряжение меняется на противоположное.

Ввиду того, что сам конденсатор работы не совершает, принимаемое напряжение достигает своего максимального амплитудного значения (то есть в √2=1,414 раза больше действующего 220В, или 220·1,414=311В).

При работе с индуктивными элементами (катушки, трансформаторы, электродвигатели и т.п.) ситуация аналогична. График показателей можно увидеть на изображении ниже.

Рис. 2. Графики показателей

Ввиду того, что современные бытовые приборы состоят из множества разных элементов с «реактивным» эффектом питания и без него, то реактивный ток, протекая в обратном направлении, совершает вполне реальную работу по нагреву активных элементов. Таким образом, реактивная мощность цепи – по сути выражается в побочных потерях и скачках напряжения.

Очень сложно отделить один показатель мощности от другого при расчётах. А система качественного и эффективного учёта стоит дорого, что, собственно, и привело к отказу от измерения объёма потребления реактивных токов в быту.

В крупных коммерческих объектах наоборот, объем потребления реактивной энергии намного больше (из-за обилия силовой техники, снабжаемой мощными электродвигателями, трансформаторами и другими элементами, порождающими реактивный ток), поэтому для них вводится раздельный учёт.

Как считается активная и реактивная электроэнергия

Большинство производителей счётчиков электроэнергии для предприятий реализуют простой алгоритм.

Q=(S 2 — P 2) 1/2

Здесь из полной мощности S отнимается активная мощность P (в облегчённом для понимания виде).

Таким образом, производителю не обязательно организовывать полностью раздельный учёт.

Что такое cosϕ (косинус фи)

Для числового выражения соотношения активной и реактивной мощностей применяется специальный коэффициент – косинус фи.

Вычисляется он по формуле.

cosϕ = P акт /P полн

Где полная мощность – это сумма активной и реактивной.

Такой же коэффициент указывается на шильдиках электроинструмента, оснащённого двигателями. В этом случае cosϕ используется для оценки пиковой потребляемой мощности. Например, номинальная мощность прибора составляет 600 Вт, а cosϕ = 0,7 (средний показатель для подавляющего большинства электроинструмента), тогда пиковая мощность, необходимая для старта электродвигателя будет считаться как Pномин / cosϕ, = 600 Вт / 0,7 = 857 ВА (реактивная мощность выражается в вольт-амперах).

Применение компенсаторов реактивной мощности

Чтобы стимулировать потребителей эксплуатировать электросеть без реактивной нагрузки, поставщики электроэнергии вводят дополнительный оплачиваемый тариф на реактивную мощность, но оплату взимают только если среднемесячное потребление превысит определённый коэффициент, например, при соотношении полной и активной мощностей составит свыше 0,9, счёт на оплату реактивной мощности не выставляется.

Для того, чтобы снизить расходы, предприятия ставят специальное оборудование – компенсаторы. Они могут быть двух видов (в соответствии с принципом работы):

• Ёмкостные;
• Индуктивные.

Реактивная мощность – часть электрической энергии, возращенная нагрузкой источнику. Явление возникновения ситуации считается вредным.

Возникновение реактивная мощность

Допустим, цепь содержит источник питания постоянного тока и идеальную индуктивность. Включение цепи порождает переходный процесс. Напряжение стремится достичь номинального значения, росту активно мешает собственное потокосцепление индуктивности. Каждый виток провода согнут круговой траекторией. Образуемое магнитное поле будет пересекать соседствующий сегмент. Если витки расположены один за другим, характер взаимодействия усилится. Рассмотренное называется собственным потокосцеплением.

Характер процесса таков: наводимая ЭДС препятствует изменениям поля. Ток пытается стремительно вырасти, потокосцепление тянет обратно. Вместо ступеньки видим сглаженный выступ. Энергия магнитного поля потрачена, чтобы воспрепятствовать процессу создавшему. Случай возникновения реактивной мощности. Фазой отличается от полезной, вредит. Идеально: направление вектора перпендикулярно активной составляющей. Подразумевается, сопротивление провода нулевое (фантастический расклад).

При выключении цепи процесс повторится обратным порядком. Ток стремится мгновенно упасть до нуля, в магнитном поле запасена энергия. Пропади индуктивность, переход пройдет внезапно, потокосцепление придает процессу иную окраску:

1. Уменьшение тока вызывает снижение напряженности магнитного поля.
2. Произведенный эффект наводит противо-ЭДС витков.
3. В результате после отключения источника питания ток продолжает существовать, понемногу затухая.

Графики напряжения, тока, мощности

Реактивная мощность некое звено инерции, постоянно запаздывающее, мешающее. Первый вопрос: зачем тогда нужны индуктивности? О, у них хватает полезных качеств. Польза заставляет мириться с реактивной мощностью. Распространенным положительным эффектом назовем работу электрических двигателей. Передача энергии идет через магнитный поток. Меж витками одной катушки, как было показано выше. Взаимодействию подвержены постоянный магнит, дроссель, все, способное захватить вектором индукции.

Случаи нельзя назвать в смысле описательном всеобъемлющими. Иногда применяется поток сцепления в виде, показанном для примера. Принцип используют пускорегулирующие аппараты газоразрядных ламп. Дроссель снабжен несметным количеством витков: отключение напряжения вызывает не плавное снижение тока, но выброс большой амплитуды противоположной полярности. Индуктивность велика: отклик поистине потрясающий. Превышает исходные 230 вольт на порядок. Достаточно, чтобы возникла искра, лампочка зажглась.

Реактивная мощность и конденсаторы

Реактивная мощность запасается энергией магнитного поля индуктивностями. А конденсатор? Выступает источником возникновения реактивной составляющей. Дополним обзор теорией сложения векторов. Поймет рядовой читатель. В физике электрических сетей часто используются колебательные процессы. Всем известные 220 вольт (теперь принятые 230) в розетке частотой 50 Гц. Синусоида, амплитуда которой равна 315 вольт. Анализируя цепи, удобно представить вращающимся по часовой стрелке вектором.

Анализ цепей графическим методом

Упрощается расчет, можно пояснить инженерное представление реактивной мощности. Угол фазы тока считают равным нулю, откладывается вправо по оси абсцисс (см. рис.). Реактивная энергия индуктивности совпадает фазой с напряжением UL, опережает на 90 градусов ток. Идеальный случай. Практикам приходится учитывать сопротивление обмотки. Реактивной на индуктивности будет часть мощности (см. рис.). Угол меж проекциями важен. Величина называется коэффициентом мощности. Что означает на практике? Перед ответом на вопрос рассмотрим понятие треугольника сопротивлений.

Треугольник сопротивлений и коэффициент мощности

Чтобы проще вести анализ электрических цепей, физики предлагают использовать треугольник сопротивлений. Активная часть откладывается, как ток, – вправо оси абсцисс. Договорились, индуктивность направлять вверх, емкость – вниз. Вычисляя полное сопротивление цепи, значения вычитаем. Исключено комбинированный случай. Доступно два варианта: реактивное сопротивление положительное, либо отрицательное.

Получая емкостное/индуктивное сопротивление, параметры элементов цепи домножают коэффициентом, обозначаемым греческой буквой «омега». Круговая частота – произведение частоты сети на удвоенное число Пи (3.14). Еще одно замечание по поводу нахождения реактивных сопротивлений укажем. Если индуктивность просто домножается указанным коэффициентом, для емкостей берутся величины обратные произведению. Понятно из рисунка, где приведены указанные соотношения, помогающие вычислять напряжения. После домножения берем алгебраическую сумму индуктивного, емкостного сопротивлений. Первые рассматриваются положительными величинами, вторые – отрицательными.

Формулы реактивных составляющих

Две составляющие сопротивления – активная и мнимая – являются проекциями вектора полного сопротивления на оси абсцисс и ординат. Углы сохраняются при переносе абстракций на мощности. Активная откладывается по оси абсцисс, реактивная — вдоль сои ординат. Емкости и индуктивности являются основополагающей причиной возникновения в сети негативных эффектов. Было показано выше: без реактивных элементов становится невозможным построение электротехнических устройств.

Коэффициентом мощности принято называть косинус угла меж полным вектором сопротивления и горизонтальной осью. Столь важное значение параметру приписывают, поскольку полезная часть энергии источника является долей полных трат. Доля высчитывается умножением полной мощности на коэффициент. Если векторы напряжения и тока совпадают, косинус угла равен единице. Мощность теряется нагрузкой, улетучиваясь теплом.

Сказанному верить! Средняя мощность периода при подключении к источнику чисто реактивного сопротивления равна нулю. Половину времени индуктивность принимает энергию, вторую отдает. Обмотка двигателя обозначается на схемах прибавлением источника ЭДС, описывающего передачу энергии валу.

Практическое истолкование коэффициента мощности

Многие замечают неувязку в случае практического рассмотрения реактивной мощности. Для снижения коэффициента рекомендуют параллельно обмоткам двигателя включать конденсаторы большого размера. Индуктивное сопротивление уравновешивает емкостное, ток вновь совпадает с напряжением фазой. Сложно понять вот по какой причине:

1. Допустим, к источнику переменного напряжения подключили первичную обмотку трансформатора.
2. В идеале активное сопротивление равно нулю. Мощность должна быть реактивной. Но это плохо: угол между напряжением и током стремятся сделать нулевым!

Но! Колебательный процесс безучастен работе двигателей, трансформаторов. Теория реактивной мощности предполагает: колебания совершает вся энергия. До последней капли. В трансформаторе, двигателе из поля происходит активная «утечка» энергии на совершение работы, наведение тока вторичной обмотки. Энергия циркулировать между источником и потребителем не может.

Реальная цепь процесс согласования отдельных участков затрудняет. Для перестраховки поставщики требуют установить параллельно обмотке двигателя конденсаторы, чтобы энергия циркулировала в локальном сегменте, не выходила наружу, нагревая соединительные провода. Важно избежать перекомпенсации. Если емкость конденсаторов будет слишком велика, батарея станет причиной увеличения коэффициента мощности.

Что касается сдвига фаз, возникает на вторичной обмотке трансформатора подстанции. Роль играет не это. Двигатель работает, часть энергии не преобразована в полезную работу, отражается назад. В результате возникает коэффициент мощности. Участвующая составляющая индуктивности – технологический, конструкционный дефект. Часть, не приносящая пользы. Скомпенсируем, добавляя конденсаторные блоки.

Проверка правильности согласования ведется по факту отсутствия сдвига фаз между напряжением и током работающего электродвигателя. Лишняя энергия циркулирует меж избыточной индуктивностью обмоток, установленным конденсаторным блоком. Достигнута цель мероприятия – избежать нагрева проводников питающей устройство сети.

Что предлагают под видом экономии электроэнергии

В сети предлагают купить устройства экономии электроэнергии. Компенсаторы реактивной мощности. Важно не перегнуть палку. Допустим, компенсатор будет уместно смотреться рядом с включенным компрессором холодильника, коллекторным двигателем пылесоса, обременять квартиру мерами при работающих лампочках накала – предприятие сомнительное. До установки потрудитесь узнать сдвиг фаз меж напряжением и током, согласно информации, правильно рассчитайте объем блока конденсаторов. Иначе попытки сэкономить таким образом потерпят неудачу, разве случайно удастся навести палец в небо, попасть в точку.

Вторым аспектом компенсации реактивной мощности является учет. Делается для крупных предприятий, где стоят мощные двигатели, создающие большие углы сдвига фаз. Внедряют специальные счетчики учета реактивной мощности, оплачиваемой согласно тарифу. Для расчетов коэффициента оплаты применяется оценка тепловых потерь проводов, ухудшение режима эксплуатации кабельной сети, некоторые другие факторы.

Перспективы дальнейшего изучения реактивной энергии, как явления

Реактивная мощность выступает явлением отражения энергии. Идеальные цепи явления лишены. Реактивная мощность проявляется выделенным теплом на активном сопротивлении кабельных линий, искажает синусоидальную форму сигнала. Отдельная тема разговора. При отклонениях от нормы двигатели работают не столь гладко, трансформаторам – помеха.

Движение WorldSkills

В целях повышения престижа рабочих профессий и внедрения лучших практик и мирового опыта в области развития и оценки профессиональных компетенций производственного персонала Группа компаний Россети регулярно принимает участие в движении «Молодые профессионалы (WorldSkillsRussia)» и Национальном чемпионате сквозных рабочих профессий высокотехнологичных отраслей промышленности по методике WorldSkills (WORLDSKILLS HI-TECH). Мероприятия проходят при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ, Правительства Свердловской области, Агентства стратегических инициатив, ГК «Ростех», Союза «Ворлдскиллс Россия».

Каждый год в чемпионате принимают участие команды более 100 ведущих предприятий отечественной промышленности. Соревнования проходят по 24 компетенциям среди которых мобильная робототехника, электроника, мехатроника, металлообработка, сварочные работы, фрезерные и токарные работы на станках с числовым программным управлением, инженерная графика CAD, электромонтаж, обслуживание холодильной и вентиляционной техники, сетевое и системное администрирование и другие.

ПАО «Россети» осуществляют разработку и продвижение профильных для электросетевого комплекса профессиональных компетенций. В 2015 и 2016 годах Россети представили специально разработанные для проведения соревнований по стандартам WorldSkills профессиональные компетенции электросетевого комплекса — «Обслуживание и ремонт оборудования релейной защиты и автоматики» и «Эксплуатация кабельных линий электропередачи», по которым уже проводятся открытые корпоративные чемпионат, а в 2017 году участникам и гостям WorldSkills Hi-Tech-2017 была презентована новая профессиональная компетенция «Эксплуатация средств измерений в электрических сетях».

В 2015 году ПАО «Россети» и движение WorldSkills Russia («Ворлдскиллс Россия») заключили соглашение о сотрудничестве, которое направлено на объединение усилий по работе над повышением престижа рабочих профессий, развитием и популяризацией профессионального образования, улучшением его стандартов, развитием кадрового потенциала в регионах присутствия группы компаний «Россети».

В стратегической перспективе партнерства с WorldSkills Russia ПАО «Россети» рассматривает возможность проведения регулярных долгосрочных программ подготовки молодых специалистов, использование корпоративных образовательных центров для подготовки региональных и российских сборных, а также долговременного сотрудничества с WorldSkills Russia по подготовке и проведению конкурсов профессионального мастерства.

Электроэкономайзер. Миф или реальность? | Терминал

На телевидении и в интернете давно распространяется реклама различных «чудо-приборов», которые при включении в розетку позволяют экономить электроэнергию в доме или квартире. Так ли это и как работают подобные ноу-хау? Разбирались «Нафтопродукти».

Существует два вида электрических мощностей: активная и реактивная. Действие всех таких приборов основывается на компенсации реактивной мощности в сети. Не будем вдаваться в детали и скажем просто – активная мощность – это та мощность, которую потребляют домашние электроприборы, ее и отображает счетчик, и за нее и платятся кровные. Реактивная мощность – это та мощность, которая циркулирует в сети при использовании приборов, имеющих обмотки, которым свойственна индуктивность.

Фактически, реактивная мощность – это паразитное явление, она расходуется на создание электромагнитных полей, при работе отдельных устройств. Однако ее переизбыток в сети может иметь негативные последствия. Например, это связано с тем, что из-за большего нагрева проводов потери энергии в них увеличиваются.

Стоит сказать о том, что приборы для компенсации реактивной составляющей в быту стоят от 100 до 500 грн. Сумма не слишком большая, однако, все же, следует разобраться, стоит ли вообще шкурка выделки.

«Нафтопродуктам» стало интересно законно ли использование таких приборов в быту, действительно ли они позволяют потребителю экономить электроэнергию, где целесообразно их использование, повлияет ли оно на оплату электроэнергии и какие меры предусмотрены «Киевэнерго» по централизованной компенсации реактивной мощности в сети?

Как сообщил «Нафтопродуктам» Александр Орлов, директор компании SinEnergy, такие приборы позволяют компенсировать реактивную мощность и их использование вполне законно. В электросети есть два вида мощности – активная и реактивная. Активную мы как раз и потребляем. Реактивная мощность необходима для запуска двигателей, как бытовых, так и промышленных. Но население за реактивную энергию не платит, за нее платят только предприятия.

В «Киевэнерго» также подтвердили законность использования такого устройства. «На сегодняшний день нет информации о запрете применения устройств упомянутого типа (на основе «компенсации реактивной мощности»). Однако представителями «Киевэнерго» обнаруживаются множественные случаи использования потребителями электроэнергии радиоэлектронных устройств, которые с помощью радиочастотного излучения влияют на работу электросчетчиков. Это, в свою очередь, приводит к недоучету потребленной электроэнергии, которая используется, но не учитывается счетчиком. Это является грубым нарушением Правил пользования электрической энергией и Правил пользования электрической энергией для населения. В таких случаях «Киевэнерго» составляет акты о нарушении и производит перерасчет потребленной электроэнергии», – сообщили в компании.

Относительно реальности экономии электроэнергии таким прибором, А. Орлов сообщил, что на самом деле такие приборы не экономят электроэнергию. Именно такие приборы есть в части университетских лабораторий для изучения их работы. И по результатам испытаний ни одно устройство не показало эффективности.

«Для компенсации реактивной мощности на предприятиях часто используют мощные блоки конденсаторов. В этих приборах также стоит 1 небольшой конденсатор, который стоит 10 грн и никакого результата не приносит», – подчеркнул эксперт.

В «Киевэнерго» сообщили, что хотя на интернет-сайтах и встречаются сообщения о существовании и возможности приобретения таких устройств, однако техническая информация, содержащая принцип их действия, обычно отсутствует или подается в технически некорректном или неправдоподобной виде. Кроме того, составные части и внутреннего устройства таких приборов не неизвестны.

«К настоящему времени Департамент электроучета СВП «Киевские электрические сети» ПАО «Киевэнерго» не исследовал принцип работы таких устройств. Вероятно, принципом работы является компенсация емкостью индуктивной составляющей тока нагрузки, за счет чего вектор тока по модулю имеет меньшее значение. Но у бытовых абонентов установлены счетчики именно активной энергии, поэтому, теоретически, применение такого устройства не может влиять на количество потребленной активной электроэнергии», – заключили в госкомпании.

Добавим, по словам, А. Орлова, компенсацию реактивной мощности для снижения потерь целесообразно использовать только на предприятиях. Ведь только они платят за реактивную мощность, они ее основной потребитель и они ее генерируют.

Данную информацию подтвердили и в «Киевэнерго». «По централизованной компенсации реактивной мощности можем сообщить, что такие приборы устанавливаются у энергоемких потребителей электрической энергии, которые рассчитываются за активную и за реактивную энергию в соответствии с показателями многофункциональных счетчиков активной и реактивной энергии в двух направлениях (потребление и генерация). При этом бытовые потребители, независимо от объемов потребления активной электроэнергии, не должны оплачивать реактивную энергию» – подчеркнули в «Киевэнерго».

Таким образом, под видом чудодейственного прибора, позволяющего экономить электроэнергию, людям продают абсолютно бесполезную вещь. Действительно снизить расход электроэнергии возможно лишь оптимизировав режим ее потребления, используя технику с высоким классом энергоэффективности. Поэтому будьте бдительны и не поддавайтесь на завлекающую рекламу.

Газета «Нафтопродукти» № 41 (845) от 12 октября 2015 г.

В каких случаях реактивная мощность в электросети наносит вред | ЭлектроЭнергетика

синхронный электродвигатель

синхронный электродвигатель

В одной из предыдущих публикаций мы разбирали природу реактивной мощности.

Вкратце, эта такая же электроэнергия, только уходит она не на полезную работу, а на «зарядку» или «насыщение» реактивных элементов – конденсаторов и катушек индуктивности.

Много споров возникает о вреде или пользе реактивной составляющей электроэнергии. Для надёжной и правильной работы «реактивки» должно быть не мало и не много, а ровно столько, сколько её необходимо каждому электроприёмнику. Проблема в том, что разным типах электрооборудования нужно разное количество реактивной мощности.

Например, для нагревательных элементов или ламп накаливания «реактивка» не нужна вовсе. У этих электроприёмников нет реактивных элементов и насыщаться там нечему. Поэтому для них уровень реактивки в сети некритичен.

Для электродвигателей реактивная составляющая нужна, чтобы насытить обмотки электромагнитным полем. Иначе они просто не будут вращаться. Они, конечно, будут под напряжением, будут нагреваться под действием протекающего тока. Но механического момента на валу, которого так ждут от электродвигателя, у них не появится. Что никого не обрадует: рабочий не сможет выточить деталь на станке, холодильник не сможет гонять хладагент и так далее.

Электродвигатели – это бОльшая часть электроприёмников в составе электроустановок потребителей. Поэтому недостаток «реактивки» вредит достаточно серьёзно.

Что же происходит, когда реактивной составляющей электроэнергии становится слишком много?

1. Повышение потерь в сетях.

Электрический ток, протекающий от реактивных элементов туда и обратно, сопровождается нагрузочными потерями на активное сопротивление. Следствием этого является избыточный нагрев проводников ЛЭП, который также может приводить к увеличению стрелы провеса проводов воздушных ЛЭП. В ряде случаев это служит причиной однофазных замыканий на землю или явления схлестывания и «пляски» проводов ВЛ.

2. Уменьшение пропускной способности сетей.

Сечение проводников ЛЭП рассчитано на определённый ток. И «забивание» сети реактивной составляющей приводит к увеличению тока, протекающего по сетям. Не всегда они могут справиться с такой задачей. Это вызывает срабатывание защит от перегрузки и обесточивание потребителей.

Кроме того, всё электрохозяйство подвергается повышенному износу. Особенно это критично для автотрансформаторов узловых подстанций, обслуживающих крупные перетоки мощности между системами с разными уровнями напряжений.

3. Снижение напряжения у потребителей.

Предыдущие два пункта тесно связаны с третьим. Увеличение силы тока влечёт за собой «посадку» напряжения. Потребители оказываются в условиях, когда напряжение ниже нормы. Это не даёт нормально работать освещению, электронике. Снижение напряжения уменьшает скорость вращения электродвигателей. Это может привести к выпуску бракованной продукции на производствах.

4. Увеличение погрешности учёта потребляемой электроэнергии.

Снижение напряжения в сети может привести к такому явлению, как увеличение погрешности измерений на трансформаторах тока и напряжения. Энергетики называют это «выход из класса», подразумевая класс точности, которые перестает выдерживать средство измерения.

Следствием этого является возникновение недоучёта или переучёта электроэнергии, отпущенной потребителям, влекущим за собой экономические потери.

Борются с избытком «реактивки» с помощью батарей статических конденсаторов либо применяют синхронные компенсаторы.

Рассказать об их работе?

………………………………………

Если вам было интересно, жмите палец вверх!

Подпишитесь на канал и инстаграм автора

………………………………………..

Больше информации о рынках электроэнергии

Как происходит реактивная и активная потеря энергии. Активная мощность

Для энергетиков предприятий и крупных торговых центров сомнений в существовании реактивной энергии нет. Ежемесячные счета и вполне реальные деньги, которые уходят на оплату реактивной электроэнергии , убеждают в реальности ее существования. Но некоторые электротехники всерьез, с математическими выкладками, доказывают, что данный тип электроэнергии фикция, что разделение электрической энергии на активную и реактивную составляющие искусственно.

Давайте попробуем и мы разобраться в этом вопросе, тем более, что на незнании отличий разных видов электроэнергии спекулируют создатели . Обещая огромные проценты , они сознательно или по незнанию подменяют один вид электрической энергии другим.

Начнем с понятий активной и реактивной электроэнергии. Не вдаваясь в дебри формул электротехники, можно определить активную энергию как ту, которая совершает работу: нагревает пищу на электроплитах, освещает ваше помещение, охлаждает воздух с помощью кондиционера. А реактивная электроэнергия создает необходимые условия для совершения подобной работы. Не будет реактивной энергии, и двигатели не смогут вращаться, холодильник не будет работать. В ваше помещение не поступит напряжение величиной 220 Вольт, так как ни один силовой трансформатор не работает без потребления реактивной электроэнергии.

Если на осциллографе одновременно наблюдать сигналы тока и напряжения, то две эти синусоиды всегда имеют сдвиг относительно друг друга на величину, называемую фазовым углом . Вот этот сдвиг и характеризует вклад реактивной энергии в полную энергию, потребляемую нагрузкой. Измеряя только ток в нагрузке, выделить реактивную часть энергии невозможно.

Учитывая, что реактивная энергия не совершает работы, ее можно вырабатывать на месте потребления. Для этого служат конденсаторы. Дело в том, что катушки и конденсаторы потребляют различные виды реактивной энергии: индуктивную и емкостную соответственно. Они сдвигают кривую тока по отношению к напряжению в противоположные стороны.

В силу этих обстоятельств конденсатор можно считать потребителем емкостной энергии или генератором индуктивной. Для двигателя, потребляющего индуктивную энергию, конденсатор, расположенный рядом, может стать ее источником. Такая обратимость возможна только для реактивных элементов схемы, не совершающих работу. Для активной энергии подобная обратимость не существует: ее генерация связана с затратами топлива. Ведь прежде чем совершить работу, нужно затратить энергию.

В бытовых условиях за реактивную энергию электропередающие организации плату не изымают, и бытовой счетчик считает только активную составляющую электрической энергии. Совершенно другая ситуация на крупных предприятиях: большое количество электродвигателей, сварочных аппаратов и трансформаторов, для работы которых требуется реактивная энергия, создают дополнительную нагрузку на линии электропередач. При этом растет ток и тепловые потери уже активной энергии.

В этих случаях потребление реактивной энергии учитывается счетчиком и отдельно оплачивается. Стоимость реактивной электроэнергии меньше стоимости активной, но при больших объемах ее потребления платежи могут быть очень значительными. Кроме этого, за потребление реактивной энергии сверх оговоренных значений, накладываются штрафы. Поэтому экономически выгодно для подобных предприятий становится выработка подобной энергии на месте ее потребления.

Для этого применяются или отдельные конденсаторы, или автоматические установки компенсации, которые отслеживают объемы потребления и подключают или отключают конденсаторные батареи. Современные системы компенсации позволяют значительно уменьшить потребление реактивной энергии из внешней сети.

Возвращаясь к вопросу в заголовке статьи, можно ответить на него утвердительно. Реактивная энергия существует. Без нее невозможна работа электроустановок, в которых создается магнитное поле. Не совершая видимой работы, она, тем не менее, является необходимым условием для выполнения работ, совершаемой активной электрической энергией.

ЧТО ТАКОЕ ПОЛНАЯ, АКТИВНАЯ И РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ? ОТ СЛОЖНОГО К ПРОСТОМУ.

В повседневной жизни практически каждый сталкивается с понятием «электрическая мощность», «потребляемая мощность» или «сколько эта штука «кушает» электричества». В данной подборке мы раскроем понятие электрической мощности переменного тока для технически подкованных специалистов и покажем на картинке электрическую мощность в виде «сколько эта штука кушает электричества» для людей с гуманитарным складом ума:-). Мы раскрываем наиболее практичное и применимое понятие электрической мощности и намеренно уходим от описания дифференциальных выражений электрической мощности.

ЧТО ТАКОЕ МОЩНОСТЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА?

В цепях переменного тока формула для мощности постоянного тока может быть применена лишь для расчёта мгновенной мощности, которая сильно изменяется во времени и для практических расчётов бесполезна. Прямой расчёт среднего значения мощности требует интегрирования по времени. Для вычисления мощности в цепях, где напряжение и ток изменяются периодически, среднюю мощность можно вычислить, интегрируя мгновенную мощность в течение периода. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Для того, чтобы связать понятия полной, активной, реактивной мощностей и коэффициента мощности, удобно обратиться к теории комплексных чисел. Можно считать, что мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом таким, что активная мощность является его действительной частью, реактивная мощность — мнимой частью, полная мощность — модулем, а угол φ (сдвиг фаз) — аргументом. Для такой модели оказываются справедливыми все выписанные ниже соотношения.

Активная мощность (Real Power)

Единица измерения — ватт (русское обозначение: Вт, киловатт — кВт; международное: ватт -W, киловатт — kW).

Среднее за период Τ значение мгновенной мощности называется активной мощностью, и

выражается формулой:

В цепях однофазного синусоидального тока , где υ и Ι это среднеквадратичные значения напряжения и тока, а φ — угол сдвига фаз между ними.

Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S, активная связана соотношением .

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

Реактивная мощность (Reactive Power)

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (русское обозначение: вар, кВАР; международное: var).

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними:

(если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью P соотношением: .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до минус 90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой

реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например,асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например,асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения

Полная мощность (Apparent Power)

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (русское обозначение: В·А, ВА, кВА-кило-вольт-ампер; международное: V·A, kVA).

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: ; соотношение полной мощности с активной и реактивной мощностями выражается в следующем виде: где P — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q›0, а при ёмкостной Q‹0).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому полная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Визуально и интуитивно-понятно все вышеперечисленные формульные и текстовые описания полной, реактивной и активной мощностей передает следующий рисунок:-)

Специалисты компании НТС-групп (ТМ Электрокапризам-НЕТ) имеют огромный опыт подбора специализированного оборудования для построения систем обеспечения жизненно важных объектов бесперебойным электропитанием. Мы умеем максимально качественно учитывать множество электрических и эксплуатационных параметров, которые позволяют выбрать экономически обоснованный вариант построения системы бесперебойного электропитанияс применением , топливных электростанций, и др. сопутствующего оборудования.

© Материал подготовлен специалистами компании НТС-групп (ТМ Электрокапризам-НЕТ) с использованием информации из открытых источников, в т.ч. из свободной энциклопедии ВикипедиЯ https://ru.wikipedia.org

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?

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 непроводящим 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 С, 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: X L = 2πfL и X С = 1/2πfС. Из этих соотношений видно, что эти сопротивления существуют только в цепях переменного тока, а в цепях постоянного тока (f = 0) X L превращается в 0 (короткое замыкание), а X С — 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 X L = X С 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).

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 ΔР = 3I²R, 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 X L . В элементах линий электропередачи обычно X L >> 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.

В отличии от сетей постоянного тока, где мощность имеет выражение и не изменяется во времени, в сетях переменного тока это не так.

Мощность в цепи переменного тока также есть переменной величиной. На любом участке цепи в любой момент времени t она определяется как произведение мгновенных значений напряжения и тока.

Рассмотрим, что представляет активная мощность

В цепи с чисто активным сопротивлением она равна:

Если принять и тогда выйдет:

Исходя из выражений выше — активная энергия состоит из двух частей — постоянной и переменной , которая меняется с двойной частотой. Среднее ее значение

График Р(ωt)

Отличие реактивной мощности от активной

В цепи, где есть реактивное сопротивление (возьмем для примера индуктивное) значение мгновенной мощности равно:

Соответственно и в итоге получим:

Данное выражение показывает, что реактивная энергия содержит только переменную часть, которая изменяется с двойной частотой, а ее среднее значение равно нулю

График q(ωt)

Если ток и напряжение имеют синусоидальную форму и сеть содержит элементы типа R-L или R-C, то в таких сетях кроме преобразования энергии в активном элементе R вдобавок еще и изменяется энергия электрического и магнитного полей в реактивных элементах L и C.

В таком случае полная мощность сети будет равна сумме:

Что такое полная мощность на примере простой R-L цепи

Графики изменения мгновенных значений u,i:

Графики изменения мгновенных значений u,i:

φ — фазовый сдвиг между током и напряжением

Уравнение для S примет следующий вид

Подставим вместо и заменим амплитудные значения на действующие:

Значение S рассматривается как сумма двух величин , где

И — мгновенные активные и реактивные мощности на участках R-L.

Графики p,q,s:

Как видим из графика, наличие индуктивной составляющей повлекло за собой появление отрицательной части в полной мощности (заштрихованная часть графика), что снижает ее среднее значение. Это происходит из-за фазового сдвига, в какой-то момент времени ток и напряжение находятся в противофазе, поэтому появляется отрицательное значение S.

Итоговые выражения для действующих значений:

Активная составляющая сети выражается в ваттах (Вт), а реактивная в вольт-амперах реактивных (вар).

Полная мощность сети S, обусловлена номинальными данными генератора. Для генератора она обусловлена выражением:

Для нормальной работы генератора ток в обмотках и напряжение на зажимах не должны превышать номинальные значения I н, U н . Для генератора значения P и S одинаковы, однако все-таки на практике условились S выражать в вольт-амперах (ВА).

Также энергию сети можно выразить через каждую составляющую отдельно:

Где S, P, Q – соответственно активное, реактивное и полное сопротивление сети. Они образуют треугольник мощностей:

Треугольник мощностей с преобладающей индуктивной нагрузкой

Если вспомнить теорему Пифагора, то из прямоугольного треугольника можно получить такое выражение:

Реактивная составляющая в треугольнике является положительной (Q L), когда ток отстает от напряжения, и отрицательной (Q C), когда опережает:

Треугольник мощностей с преобладающей емкостной нагрузкой

Для реактивной составляющей сети справедливо алгебраическое выражение:

Из чего следует что индуктивная и емкостная энергия взаимозаменяемы. То есть если вы хотите уменьшить влияние индуктивной части цепи, вам необходимо добавить емкость, и наоборот. Ниже пример данной схемы:

Схема компенсации реактивной составляющей

Векторная диаграмма показывает влияние конденсатора на cosφ. Как видно, что при включении конденсатора cosφ 2 > cosφ 1 и I л
Векторная диаграмма

Связь между полной и реактивной энергии выражается:

сosφ – это коэффициент мощности. он показывает какую долю от полной энергии составляет активная энергия. Чем ближе он к 1, тем больше полезной энергии потребляется из сети.

Выводы о трех составляющих цепи переменного тока

В отличии от цепей постоянного тока, цепи переменного напряжения имеют три вида мощности – активная, реактивная, полная. Активная энергия, как и в цепях постоянного тока, выполняет полезную работу. Реактивная – не выполняет ничего полезного, а только снижает КПД сети, греет провода, грузит генератор. Полная – сумма активной и реактивной, она равна мощности сети. Индуктивная составляющая реактивной энергии может быть скомпенсирована емкостной. На практике в промышленности это реализовано в виде .

Содержание:

В электротехнике среди множества определений довольно часто используются такие понятия, как активная, реактивная и полная мощность. Эти параметры напрямую связаны с током и напряжением , когда включены какие-либо потребители. Для проведения вычислений применяются различные формулы, среди которых основной является произведение напряжения и силы тока. Прежде всего это касается постоянного напряжения. Однако в цепях переменного разделяется на несколько составляющих, отмеченных выше. Вычисление каждой из них также осуществляется с помощью формул, благодаря которым можно получить точные результаты.

Формулы активной, реактивной и полной мощности

Основной составляющей считается активная мощность. Она представляет собой величину, характеризующую процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. То есть по-другому является скоростью, с какой . Именно это значение отображается на электросчетчике и оплачивается потребителями. Вычисление активной мощности выполняется по формуле : P = U x I x cosф.

В отличие от активной, которая относится к той энергии, которая непосредственно потребляется электроприборами и преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т.д., реактивная мощность является своеобразным невидимым помощником. С ее участием создаются электромагнитные поля, потребляемые электродвигателями. Прежде всего она определяет характер нагрузки, и может не только генерироваться, но и потребляться. Расчеты реактивной мощности производятся по формуле : Q = U x I x sinф.

Полной мощностью является величина, состоящая из активной и реактивной составляющих. Именно она обеспечивает потребителям необходимое количество электроэнергии и поддерживает их в рабочем состоянии. Для ее расчетов применяется формула: S = .

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.

В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.

При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.

Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в , реактивная мощность измеряется в вар — вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.

Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).

Схема управления активной / реактивной энергией для подключенной к сети системы топливных элементов с локальными индуктивными нагрузками

https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117191Получить права и содержание

Основные

•

Активный / реактивный Предлагается стратегия управления энергией для топливного элемента, подключенного к сети.

•

Система топливных элементов, подключенная к сети, разработана для однофазной системы.

•

Стратегия управления выполняется для обеспечения коррекции коэффициента мощности на стороне сети.

•

Система тестируется при различных динамических изменениях резистивно-индуктивной нагрузки.

Реферат

В сетевом соединении топливных элементов местные реактивные нагрузки, подключенные к электрическим системам, генерируют реактивную мощность, которая ухудшает коэффициент мощности в энергосистемах. Эта ситуация вызывает потери энергии, избыточный спрос на электроэнергию, перегрузку и штрафы для потребителей. В топливных элементах, подключенных к сети, обычные методы управления энергией не могут компенсировать реактивную мощность в энергосистеме из-за реактивных нагрузок.С этой целью в текущем исследовании разработан новый метод управления энергопотреблением для снижения спроса на электроэнергию с устранением потребления реактивной энергии из электрической сети. В связи с этим разработанный метод, реализованный на подключенной к сети электростанции на топливных элементах с реактивной нагрузкой, представляет собой эффективный способ предотвращения штрафов за плату за потребление. На этапе производительности поток электроэнергии анализируется в однофазной системе при различных батареях индуктивной нагрузки и сравнивается с традиционным методом, чтобы прояснить применимость предложенного метода управления.Тематические исследования показывают, что система, основанная на предлагаемом методе, может не только поставлять активную мощность потребителям, но также обеспечивает плавный коэффициент мощности между напряжением и током сети.

Ключевые слова

Топливный элемент

Подключение к сети

Управление энергопотреблением

Управление мощностью

Коэффициент мощности

Реактивная нагрузка

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Реактивные технологии: определение инерции сетей с возобновляемой энергией

Получение 100% чистой энергии ставит перед операторами электросетей серьезную проблему: что делать с инерцией.Reactive Technologies заявляет, что ее новая технология для измерения этого критического аспекта стабильности сети может помочь им найти ответы.

За последние несколько лет технология Reactive для получения информации об инерции сети была принята крупными сетевыми операторами, включая Национальную сеть Великобритании, австралийский сетевой оператор AEMO, итальянский сетевой оператор Terna и крупнейшую в Японии энергосистему Tokyo Electric Power Co. В месяц он привлек нераскрытую инвестицию от крупного поставщика коммунальных услуг Accenture для выхода на более широкие рынки.

Платформа GridMetrix компании Reactive измеряет инерцию — качество стабильности частоты, обеспечиваемое вращающимися генераторами, которые были основой электросетей более века. Кинетическая энергия этих массивных вращающихся машин помогает удерживать частоту от слишком быстрого падения, когда спрос превышает предложение, или от слишком быстрого роста, когда предложение превышает спрос.

Регулирование частоты является основной задачей операторов сетей и составляет значительную часть дополнительных услуг, которые они получают от электростанций, батарей и быстро реагирующих нагрузок.Если он не стабилизируется, это может вызвать каскадные отключения даже в электрических сетях с большим количеством вращающихся масс, как во время отключения электроэнергии в 2003 году, от которого пострадали около 50 миллионов человек на северо-востоке США и в канадской провинции Онтарио.

Но проблема возрастает по мере того, как доля возобновляемых источников энергии на основе инверторов увеличивается как доля энергосистемы, а традиционные модели понимания и управления инерцией начинают выходить из строя, объяснил в интервью Крис Киммет, директор по электросетям Reactive.

«Низкоинерционная сеть означает, что ваша частота более изменчива», и почти мгновенные шаги, которые необходимо предпринять для управления ею, труднее предсказать и выполнить, — сказал он.Например, отключение электроэнергии в сентябре 2016 года в Южной Австралии, которое привело к затратам на сумму около 360 миллионов долларов, произошло, когда системы защиты ветряных турбин сработали в экстремальных погодных условиях, и этот факт был выявлен только после шести месяцев изучения. Еще одно отключение электроэнергии, затронувшее в прошлом году около 1 миллиона человек в Великобритании, также было вызвано схемой защиты ветряных электростанций.

«Управление малоинерционной системой возможно», но это дорого, — сказал Киммет. Некоторые решения включают такие средства, как синхронные конденсаторы или маховики, которые, по сути, заменяют «одну большую вращающуюся массу в коробке на другую большую вращающуюся массу в коробке».”

Более быстрая частотная характеристика от батарей — еще один вариант, который используется на многих рынках. То же самое относится и к реагированию на насосы, нагреватели, двигатели и другие сетевые нагрузки, как это сделала Reactive в пилотном проекте в Великобритании и к чему стремятся многие другие поставщики технологий. Сетевые операторы по всему миру также экспериментируют со способами использования инверторных возобновляемых источников энергии и батарей для создания «синтетической инерции», которая может заменить вращающуюся массу.

Но выяснить, на какой набор ресурсов можно положиться во все более непредсказуемых условиях высокого проникновения возобновляемых источников энергии, «действительно большие и дорогостоящие решения, и принятие этих решений на основе статических моделей», традиционный подход, «становится очень трудным. оправдывать.”

Трудно предсказать, какую экономию можно получить благодаря прозрачности, которую технология Reactive привнесет в систему. Но Киммет отметил, что по оценке National Grid, это может дать примерно 10-процентную экономию затрат на управление частотой, что в сумме составило около 144 миллионов фунтов стерлингов (195 миллионов долларов США) на оплату услуг и около 300 миллионов фунтов стерлингов (406 миллионов долларов США) на оборудование для управления им. — и это может быть консервативная оценка.

Определение истинного состояния инерции сети

Помимо моделей, единственный способ измерить инерцию в энергосистемах — это «когда в вашей энергосистеме происходит серьезное событие», например, отключение электростанции, сказал он.«Вы можете провести измерения в течение этих полсекунды и измерить инерцию в этой точке. Но вы не можете измерить ежедневные изменения в системе ».

GridMetrix решает эту проблему, активно вводя сигналы в сети, которые он контролирует, и фиксирует изменения частоты от векторных единиц измерения по всей сети. Он основан на технологии связи по линиям электропередач, частично разработанной соучредителем и бывшим ведущим разработчиком технологий Nokia Хейкки Хомо.

Национальная сеть, США.Оператор передающей сети К. начал тестирование GridMetrix в 2017 году, а в прошлом году подписал пятилетнее коммерческое соглашение о его использовании. Последний шаг в этой работе был сделан в этом месяце, когда с испанским поставщиком технологий Ingeteam был заключен контракт на установку 5-мегаваттного ультраконденсатора для подачи энергии в национальную энергосистему, чтобы «найти этот сигнал из очень большого количества шума для измерения этой инерции. , — сказал Киммет.

В то время как Reactive может получать данные с измерительных устройств по сети, «ультраконденсатор дает нам возможность мягко его раскачивать и измерять реакцию», — сказал в интервью Марк Борретт, генеральный директор и соучредитель Reactive.«Это не предположение, это не оценка, не вывод — это контролируемый стимул».

(Платформа GridMetrix измеряет инерцию посредством активной подачи сигналов в передающие сети. Кредит: Reactive Technologies)

Конечно, простое знание мгновенных инерционных характеристик энергосистемы не решает проблему. проблемы выявляют такие измерения. Но он предлагает операторам сетей данные, необходимые им для принятия оптимальных решений о том, как ими управлять, сказал Борретт.

«Им нужны более точные данные, — сказал он. «В противном случае вам придется по умолчанию принять довольно консервативные меры», от чрезмерного строительства новых активов, чтобы управлять неопределенностью, до сокращения количества возобновляемой энергии, разрешенного в сети.

Все более ценное измерение для сетей с чистой энергией

Затраты National Grid на балансировку своей сети летом 2020 года составили примерно 826 миллионов фунтов стерлингов (1,03 миллиарда долларов), в основном за счет платежей ветряным электростанциям, которые ей необходимо было сократить.Его программа «Zero Carbon Operation 2025» нацелена на технические возможности для «безопасной и надежной» эксплуатации своей сети с использованием 100% возобновляемых источников энергии, что подразумевает «фундаментальное изменение того, как наша система была спроектирована для работы», — заявил оператор передачи. .

Хотя партнеры не раскрывают стоимость этого проекта ультраконденсатора, операторы передающих систем «тратят сотни и сотни миллионов фунтов на устранение инерции», — сказал Киммет. «Тратить несколько миллионов на то, чтобы разобраться с этим, имеет большой смысл.«

По мере того, как страны стремятся увеличить долю возобновляемых источников энергии в своих энергосистемах для борьбы с изменением климата,« это изменит физику энергосистем во всем мире », — сказал Борретт. Он добавил, что Reactive ведет переговоры с рядом национальных сетевых операторов, хотя отказался назвать их имена.

Его новая инвестиция со стороны Accenture связана со стратегическим альянсом по созданию облачных решений для интеграции GridMetrix в сетевые операции, по словам Кимметта. «Точные данные об инерции позволяют лучше планировать действия в режиме реального времени, которые вы выполняете в диспетчерской», — сказал он.«Это также позволяет вам делать более эффективные долгосрочные инвестиции».

Стефани Джеймисон, старший управляющий директор и руководитель отдела глобальных коммунальных услуг в Accenture, отметила в электронном письме, что недавнее исследование компании ветроэнергетических сетей в США, Великобритании, Ирландии и Австралии показывает, что операторы сетей сталкиваются с серьезными проблемами в области рентабельности. интеграция возобновляемых источников энергии.

«Мы рассматриваем уникальную технологию Reactive как важную часть головоломки, которая позволяет детально оценить инерцию системы, которую необходимо поддерживать… Оперативные решения в реальном времени, покупка дополнительных услуг и долгосрочное сетевое планирование », — написала она. Такая видимость в реальном времени «лежит в основе экономичной низкоуглеродной энергетической системы».

Smarter Grid Solutions успешно реализует проект по распределению реактивной мощности с Rochester Gas and Electric в Нью-Йорке

NEW YORK — (BUSINESS WIRE) — Smarter Grid Solutions (SGS) и Rochester Gas and Electric (RG&E) при финансовой поддержке в размере 200000 долларов США от Управления исследований и развития энергетики штата Нью-Йорк (NYSERDA) стали партнерами по проекту, который информирует о потенциале использования современных распределенных энергоресурсов (DER) для предоставления сетевых услуг, таких как диспетчеризация реактивной мощности для поддержки местного напряжения.

Методология была применена в моделировании к реальной цепи RG&E — дочерней компании AVANGRID — для поддержки технических и финансовых знаний, с целью информирования стратегий расширения коммунальных предприятий о технических аспектах, связанных с предоставлением и контролем услуг распределительной сети, а также финансовых подходах. которые могут оживить жизнеспособный рынок реактивной мощности.

Рынок реактивной мощности динамически уравновешивает спрос и предложение с помощью решений SGS Distributed Energy Resource Management System (DERMS), ANM Strata и ANM Element; которые позволяют подключать производителей чистой энергии к сети.

Марк Джаггассар, директор по аналитике сетей в SGS, сказал: «Этот проект важен, потому что он показывает, как современные DER могут быть использованы для решения проблем энергосистемы и, таким образом, способствовать их собственному распространению. Обезуглероживание нашей электросети вызовет новые локальные проблемы, и нам нужно будет объединить новейшие технологии с правильными рыночными стимулами, чтобы получить чистую сеть.

«DER могут сделать больше, чем мы предполагаем, и это исследование показывает, как они могут лучше приспособиться к нашей все более динамичной сетке, чем то, что есть в нашем традиционном наборе инструментов.Изучение того, как мы можем реализовать эти возможности в масштабе, ускорит нашу традицию до чистой энергосистемы ».

Проект ориентирован на два сценария. Во-первых, сеть Спенсерпорта была оценена с реактивной мощностью 1,65 мегавольт-ампер (МВАр) фиксированных конденсаторных батарей, обеспечивающих традиционную поддержку напряжения путем подачи постоянной реактивной мощности с помощью DER, динамически удовлетворяющего потребности в реактивной мощности местных нагрузок. Два источника реактивной мощности позволили дополнительно измерить 10,4 гигавольт-ампер-часов (GVArh) от общего годового обратного питания реактивной мощности.

Во втором сценарии батареи фиксированных конденсаторов были удалены из модели, чтобы проанализировать влияние использования исключительно современных МЭД для поддержки реактивной мощности. В этом сценарии DER смогли динамически поддерживать сеть, поддерживая коэффициент мощности на подстанции равным 0,97, эффективно заменяя конденсаторы и избегая чрезмерного обратного питания реактивной мощности, возникающего в результате первого сценария.

Эти результаты демонстрируют потенциал современных DER в качестве альтернативы традиционным сетевым активам, а также в борьбе с чрезвычайной климатической ситуацией и помощи Нью-Йорку в продвижении к нулевому показателю 2050 года и целям Закона о лидерстве в области климата и защите сообществ (CLCPA).

Кристофер Ченг, старший менеджер проекта Smart Grid в NYSERDA, сказал: «Чтобы сделать электросеть умной и быстро реагирующей, необходимо использовать все возможности технологий.

«Подобные инновации, которые приносят взаимную выгоду операторам коммунальных предприятий и разработчикам DER, обеспечивают основу, которая может революционизировать эффективность, надежность, отказоустойчивость, качество и общую производительность электрической системы, помогая нам приблизиться к достижению лидирующего положения губернатора Куомо в области климата и климата. цели чистой энергии.”

Боб Мэннинг, директор программы по инновациям и планированию интеллектуальных сетей в AVANGRID, сказал: «Этот проект стал решающим первым шагом для RG&E и AVANGRID, чтобы стать провайдером платформы распределенных систем будущего. Гибкость и сотрудничество являются основополагающими ценностями, которые мы поддерживаем, и эта работа является примером нашей приверженности построению более чистой энергетики в будущем. Для нас было честью сотрудничать с SGS в этих усилиях, и мы с нетерпением ждем возможности извлечь ценные уроки.”

КОНЕЦ

Коэффициент мощности

и ставки энергопотребления

{Нажмите здесь, чтобы получить версию в формате PDF}

В общих чертах, коэффициент мощности — это мера того, насколько эффективно электроэнергия используется в месте нахождения потребителя. Предположение коммунального предприятия о том, что коэффициент мощности потребителя близок к 1,0 («единичный коэффициент мощности»), приводит к незначительным операциям и риску изменения тарифов для большинства классов мощности. Однако из-за характера нагрузок на промышленных объектах коммунальное предприятие не может сделать такое же предположение для больших классов мощности.Поскольку большие силовые нагрузки с низким коэффициентом мощности потребляют больший ток и приводят к большему потреблению энергии в источнике питания, а также в системе передачи и распределения, многие коммунальные предприятия взимают плату или «штраф за коэффициент мощности» в счетах промышленных потребителей. когда их коэффициент мощности падает ниже заданного порога.

Не существует общепринятой методики определения соответствующего коэффициента мощности для промышленных объектов; в США не существует единого национального стандарта, основанного на технических принципах или стандартах эксплуатации электроэнергетических систем.S. Многие коммунальные предприятия установили минимальный коэффициент мощности для своих промышленных потребителей; они устанавливаются по усмотрению коммунальных предприятий и обычно документируются в их тарифах, правилах или положениях.

Коммунальные предприятия США применяют несколько различных форм штрафов за коэффициент мощности. Целью этих структур регулирования мощности является компенсация коммунальному предприятию дополнительных затрат, связанных с обеспечением повышенного тока, подачей дополнительных потерь и другим покрытием затрат, связанных с влиянием низкого коэффициента мощности на электрическую систему.Наиболее подходящий тариф для платы за коэффициент мощности следует определять на основе индивидуальных соображений в рассматриваемом случае, включая состав промышленных нагрузок на территории обслуживания, исторические характеристики коэффициента мощности этих нагрузок, общие затраты на коммунальные услуги, нормативный прецедент, и другие факторы.

Фон

Коэффициент мощности в работе электрической системы

Электроэнергия в цепи переменного тока состоит из трех компонентов. Реальная мощность — это мощность, производящая работу, измеряемая в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). Например, реальная мощность дает механическую мощность двигателя. Реактивная мощность не производит работы, но необходима для работы оборудования и измеряется в реактивных вольт-амперах (ВАР) или киловарах (кВАр). Полная мощность — это векторная сумма реальной мощности и реактивной мощности, измеренная в единицах вольт-ампер (ВА) или киловольт-ампер (кВА).

Коэффициент мощности — это отношение реальной мощности к полной мощности, которое показывает, сколько реальной мощности потребляет электрическое оборудование.Это показатель того, насколько эффективно используется электроэнергия. Коэффициент мощности также равен косинусу фазового угла между сигналами напряжения и тока. Коэффициент мощности по определению попадает в числовой диапазон от 0 до 1 и часто описывается в процентах.

Цепи переменного тока, содержащие только резистивные нагревательные элементы (лампы накаливания, кухонные плиты и т. Д.), Имеют коэффициент мощности 1,0 (или 100%). Формы сигналов напряжения и тока являются синусоидальными и остаются ступенчатыми (или синфазными), меняя полярность в один и тот же момент в каждом цикле.Вся мощность, поступающая в нагрузку, потребляется; в нагрузке не накапливается энергия.

Цепи переменного тока, содержащие индуктивный элемент (электродвигатели, электромагнитные клапаны, балласты для ламп и др.), Часто имеют коэффициент мощности ниже 1,0. Для этих цепей, где присутствуют индуктивные нагрузки, накопление энергии в нагрузках приводит к разнице во времени между формами сигналов тока и напряжения. Во время каждого цикла переменного напряжения дополнительная энергия в дополнение к любой энергии, потребляемой в нагрузке, временно накапливается в нагрузке в электрических или магнитных полях, а затем возвращается в электрическую сеть через долю секунды позже в цикле.Приливы и отливы этой реактивной мощности увеличивают ток в линии. Таким образом, схема с низким коэффициентом мощности будет использовать более высокие токи для передачи заданного количества активной мощности, чем схема с высоким коэффициентом мощности.

Возьмем, к примеру, промышленного потребителя, который использует асинхронный двигатель на определенном предприятии. Асинхронные двигатели преобразуют максимум 80-90% переданной мощности в полезную работу или электрические потери. Оставшаяся мощность используется для создания электромагнитного поля в двигателе.Поле попеременно расширяется и сжимается (один раз в каждом цикле), поэтому мощность, потребляемая в поле в один момент, возвращается в систему электроснабжения в следующий момент. Следовательно, средняя мощность, потребляемая полем, равна нулю. Реактивная мощность не регистрируется на киловатт-час или киловатт-метр. Ток намагничивания создает реактивную мощность. Хотя он не выполняет полезной работы, он циркулирует между генератором и нагрузкой и приводит к более сильному истощению источника энергии, а также системы передачи и распределения.

Другими словами, когда коммунальное предприятие обслуживает объект с низким коэффициентом мощности, оно должно быть способно обеспечивать более высокие уровни тока для обслуживания данной нагрузки. Многие промышленные нагрузки являются индуктивными, например, двигатели, трансформаторы, балласты люминесцентных осветительных приборов, силовая электроника и индукционные печи. Эти виды нагрузок потребляют более высокие токи и могут влиять на работу электросети следующим образом:

• Увеличение линейных потерь
• Избыточная генерирующая мощность
• Избыточная распределительная / трансформаторная мощность
• Пониженная общая эффективность системы
• Повышенный максимальный спрос
• Расширенное обслуживание оборудования и машин

Повышение коэффициента мощности может привести к следующему:

• Снижение затрат на электроэнергию
• Снижение потерь при передаче и распределении
• Регулировка напряжения более высокого качества
• Увеличенная мощность для удовлетворения фактических требований к рабочей мощности
• Снижение непроизводительной нагрузки на систему

Коэффициент мощности при нормировании

Большинство коммунальных предприятий основывают свои платежи на реальной мощности — i.е. плата за потребление за кВт (или за фактическую мощность в пик) и за энергию за израсходованные кВтч (или за фактическую мощность за каждый час). Также обратите внимание, что реактивная составляющая тока не регистрируется в киловатт-часах или киловаттметрах. По этим причинам многие коммунальные предприятия вводят элемент выставления счетов за коэффициент мощности для возмещения затрат, связанных с общей мощностью, которую они должны доставить данному потребителю.

По мере падения коэффициента мощности система становится менее эффективной. Например, если реальная потребляемая мощность на двух станциях одинакова, но коэффициент мощности одной из них равен 0.85, а другой имеет коэффициент мощности 0,70, коммунальное предприятие должно обеспечить на 21% больше тока для второй электростанции, чтобы удовлетворить спрос. Без элемента выставления счетов за коэффициент мощности коммунальное предприятие не получило бы больше дохода от второго завода, чем от первого, даже если обслуживание второго завода возлагает на коммунальное предприятие большее бремя затрат, чем обслуживание первого завода. С точки зрения потребителя, трансформаторам и кабелям на втором заводе потребуется на 21% больше допустимой нагрузки по току, а коммунальному предприятию необходимо будет подавать больший ток на второй завод в режиме реального времени для оказания услуг.

Таким образом, в качестве средства компенсации нагрузки по подаче дополнительного тока многие коммунальные предприятия устанавливают штраф по коэффициенту мощности в своих тарифных планах, особенно для крупных промышленных потребителей.

Стандарты

В США нет единого стандарта для коэффициента мощности коммерческих или промышленных объектов, подключенных к электросети. Не существует общепринятой методики определения минимального или целевого коэффициента мощности объекта, основанной на технических принципах или стандартах эксплуатации электроэнергетической системы.

Некоторые коммунальные предприятия устанавливают минимальный коэффициент мощности в качестве эксплуатационного требования в соответствии со своими правилами и положениями, утвержденными регулирующими органами (для коммунальных предприятий, принадлежащих инвесторам и других регулируемых коммунальных предприятий), городскими советами (для муниципальных коммунальных предприятий) или советами директоров (для электрических кооперативов. ). Теория, лежащая в основе этого подхода, заключается в том, что минимальный коэффициент мощности необходим для защиты всей системы передачи и / или распределения от помех, гармоник или других событий, возникающих на объекте потребителя, которые могут вызвать срабатывание схем защитной релейной защиты и инициирование отключений на объекте. сетка.Однако эти минимумы не основаны на опубликованном стандарте или другом техническом кодексе, принятом на национальном уровне. По большей части эти минимумы устанавливаются по усмотрению коммунального предприятия (при условии утверждения соответствующим органом).

Альтернативы

Хотя для крупных энергетических объектов не существует стандартных требований к коэффициенту мощности, существует небольшое количество различных структур выставления счетов, которые обычно устанавливаются электрическими коммунальными предприятиями для компенсации коэффициента мощности.

Один из методов заключается в том, что коммунальное предприятие устанавливает минимальный коэффициент мощности и взимает с потребителя дополнительную сумму, если коэффициент мощности потребителя падает ниже минимального. Обычно устанавливается минимальный коэффициент мощности от 0,80 до 0,95. Когда коэффициент мощности потребителя (определяемый при месячном пике соответствующими измерениями) падает ниже минимального значения, коммунальное предприятие корректирует общую заявленную потребность в соответствии с отношением минимального коэффициента мощности к фактическому коэффициенту мощности. Альтернативой для коммунального предприятия является использование скользящей (нелинейной) шкалы, чтобы счета корректировались с помощью определенного скаляра в зависимости от фактического коэффициента мощности; как правило, чем ниже коэффициент мощности, тем выше эскалатор и, следовательно, штраф.

Еще один способ, которым некоторые коммунальные предприятия взимают надбавку за низкий коэффициент мощности, — это взимать плату за кВА (полная мощность), а не за кВт (реальная мощность). Для этого требуется другая технология измерения и может потребоваться модификация готовых систем выставления счетов для учета единиц выставления счетов, отличных от кВт. Это позволяет избежать любой оценки суммы штрафа путем выставления счета потребителю за полную мощность, которая в любом случае включает влияние коэффициента мощности. Однако измерение для этого подхода может быть более дорогостоящим.

Другие коммунальные предприятия применяют сбалансированную методологию с использованием выставления счетов за кВт, при которой клиентам предоставляется кредит за высокий коэффициент мощности или штраф за низкий коэффициент мощности. Утилита устанавливает целевой коэффициент мощности; если фактический коэффициент мощности превышает это целевое значение, предоставляется кредит по счету, а если фактический коэффициент мощности падает ниже целевого, начисляется штраф. Этот подход иногда используется с полосой пропускания, близкой к целевому коэффициенту мощности. Хотя этот подход является разумным и сбалансированным, он менее распространен; чаще всего коммунальные предприятия оценивают штраф за низкий коэффициент мощности и отказываются от кредита для коэффициентов мощности выше целевого или минимального, установленного коммунальным предприятием.

Как правило, коммунальные предприятия налагают штрафы на коэффициент мощности или применяют кредиты только для своих более крупных коммерческих и промышленных потребителей. Теоретически у всех классов потребителей коэффициент мощности меньше единицы; однако коммунальные предприятия обычно не учитывают штрафы за коэффициент мощности для непромышленных классов потребителей (особенно для жилых и небольших коммерческих предприятий) по нескольким причинам:

• Счетчики непомерно высоки
• Относительный размер клиентской нагрузки невелик (т.е. изменения коэффициента мощности несущественны)
• Разнообразие коэффициентов мощности внутри класса велико (т. Е. Вариации коэффициентов мощности множества отдельных потребителей компенсируют друг друга)

Оценка

Чтобы правильно определить, какой метод компенсации коэффициента мощности наиболее подходит для конкретной электросети, она должна оценить несколько факторов. К ним относятся, помимо прочего, следующее:

1. Действует ли в настоящее время коммунальное предприятие начисление / кредит за коэффициент мощности?
2. Составляют ли крупные потребители электроэнергии значительную часть клиентской базы коммунального предприятия?
3. Были ли у крупных потребителей электроэнергии исторически хорошие или плохие показатели в отношении коэффициента мощности?
4. Указывают ли исторические данные о коэффициенте мощности на необходимость изменения?
5. Может ли коммунальное предприятие оценить влияние потребителей с низким коэффициентом мощности на его планирование и работу? Более конкретно, происходят ли отказы оборудования или техническое обслуживание объектов в непосредственной близости от крупных потребителей электроэнергии с большей частотой по сравнению со всей системой? Есть ли у инженеров коммунального обслуживания какой-либо анализ или другая информация, указывающая на то, что низкий коэффициент мощности отрицательно влияет на коммунальную инфраструктуру?
6. Является ли надежная альтернатива измерению кВА или кВАр? Каковы дополнительные затраты на необходимые измерения? Может ли система выставления счетов за коммунальные услуги поддерживать этот метод?
7. Если коммунальное предприятие регулируется, каков нормативный прецедент в отношении штрафов за коэффициент мощности? Установил ли регулирующий орган конкретный метод? Предлагали ли другие коммунальные предприятия методы, которые были приняты или отклонены? Какая поддержка принятых методов потребовалась регулятором?
8. Как внедрение той или иной методологии повлияет на удовлетворенность клиентов? Окажет ли это существенное влияние на затраты крупных клиентов? Будут ли возникать официальные жалобы? Каковы последствия для связей с общественностью?

Многие из этих соображений носят скорее качественный, чем количественный характер.Все это следует рассматривать всесторонне при формулировании рекомендуемого подхода к начислению или оценке коэффициента мощности на арене расчетов.

Рекомендация

Как правило, коммунальное предприятие должно создать структуру расчета тарифов, которая позволяет ему возмещать затраты, связанные с изменениями коэффициента мощности. Наиболее выгодный метод — полагаться на выставление счетов за кВА, так что изменения коэффициента мощности «встроены» в значение полной мощности, используемое для выставления счетов.Однако этот метод может быть дорогостоящим в зависимости от требуемых измерений, любых необходимых изменений в биллинговых системах и количества затронутых клиентов. Если необходимо полагаться на выставление счетов за кВт, обычно поощряются методы, которые устанавливают базовый или целевой коэффициент мощности, а затем увеличивают заявленную потребность в случае низкого коэффициента мощности или снижают его в случае благоприятного коэффициента мощности.

В частности, любая коммунальная компания, пересматривающая свои варианты начислений или кредитов за коэффициент мощности, должна оценить все проблемы, отмеченные в предыдущем разделе, и рассмотреть их все на комплексной основе при определении наилучшего подхода для этой конкретной коммунальной службы для оплаты или кредита за коэффициент мощности. ратеминговые цели.

Siemens Energy привлечена для повышения стабильности сети и поддержки роста производства энергии из возобновляемых источников в Калифорнии | Пресса | Компания

«Сименс Энерджи» взяла на себя обязательство по повышению стабильности сети и поддержке роста производства возобновляемой энергии в Калифорнии | Пресса | Компания | Сименс Энерджи Северная Америка Перейти к основному содержанию

[{«name»: «Home», «site_name»: «Press | Company | Siemens Energy North America», «description»: «», «url_str»: «\ / na \ /», «level»: 0 , «изображение»: «», «base_root»: «https: \ / \ / press.siemens-energy.com «,» base_nid «:» 5 «,» base_nodepath «:» \ / node \ / 5 «,» base_path «:» \ / na \ / «,» base_secure_url «:» https: \ / \ /press.siemens-energy.com\/na»,»children»:null}]

Пожалуйста, разрешите JavaScript

Эта страница требует JavaScript для полноценной работы и правильного отображения. Пожалуйста, включите JavaScript и перезагрузите сайт.

Как включить JavaScript Пресс-релиз22 сентября 2021 г.Siemens EnergyOrlando

• скважина Siemens Energy зарекомендовавшая себя технология STATCOM (SVC PLUS®) зарекомендовала себя в сложные условия, подобные климату Калифорнии с высокими сейсмичность и скорость ветра.
• Динамическая поддержка реактивной мощности для подстанций позволяет быстро реагировать на поддержку напряжения в случае системных событий и перебои в передаче.

Компания «Сименс Энерджи» объявила сегодня, что она предоставит четыре статических синхронных компенсатора (СТАТКОМ) для LS Проекты подстанции Power Grid California, LLC (LS Power) в Калифорнии. А STATCOM — это система с быстрым реагированием, способная обеспечивать или поглощать реактивную мощность. для регулирования напряжения в точке подключения к электросети.Это регулирование напряжения будет ключом к обеспечение надежности электросети за счет привлечения возобновляемых источников энергии онлайн, что позволит обеспечить дальнейшую декарбонизацию энергобаланса Калифорнии.

• скважина Siemens Energy зарекомендовавшая себя технология STATCOM (SVC PLUS®) зарекомендовала себя в сложные условия, подобные климату Калифорнии с высокими сейсмичность и скорость ветра.
• Динамическая поддержка реактивной мощности для подстанций позволяет быстро реагировать на поддержку напряжения в случае системных событий и перебои в передаче.

Компания «Сименс Энерджи» объявила сегодня, что она предоставит четыре статических синхронных компенсатора (СТАТКОМ) для LS Проекты подстанции Power Grid California, LLC (LS Power) в Калифорнии. А STATCOM — это система с быстрым реагированием, способная обеспечивать или поглощать реактивную мощность. для регулирования напряжения в точке подключения к электросети. Это регулирование напряжения будет ключом к обеспечение надежности электросети за счет привлечения возобновляемых источников энергии онлайн, что позволит обеспечить дальнейшую декарбонизацию энергобаланса Калифорнии.

После вывода на пенсию Pacific Gas и (PG&E) Атомная электростанция Diablo Canyon в 2025 году, это ожидается, что будет большая чувствительность к нестабильности напряжения, тем более, что PG&E интегрирует в сеть больше возобновляемых источников энергии. Две системы СТАТКОМ должны быть установлен на подстанции LS Power’s Orchard, подключенной к существующим PG&E Gates Подстанция 500 киловольт (кВ) в округе Фресно для обеспечения 848 мегавольт-ампер (МВАр) динамической поддержки реактивной мощности.Под в условиях малой нагрузки ожидается, что эта поддержка смягчит высокие напряжения во время чрезвычайных ситуаций в системе энергоснабжения.

Два других СТАТКОМА будут установлены на новой подстанции Fern Road компании LS Power, соединяющей Round Mountain с Table Горные ЛЭП 500 кВ. Эти системы предназначены для контроль напряжения и поддержка напряжения в случае системных событий и передачи перебои.

«Мы гордимся партнерством с LS Power on этот проект », — сказал Мэтт Нил, вице-президент Siemens по решениям для передачи. Энергия.«LS Power имеет дальновидную стратегия, направленная на обеспечение стабильности сети, так как все больше и больше возобновляемых источников энергии являются частью поколения. Когда дело доходит до обезуглероживания нашей энергии систем, это будет одна из самых важных гибких линий передачи переменного тока. проекты в США, как с точки зрения номинальной мощности и напряжения, так и сложное место с сейсмической точки зрения. Мы гордимся тем, что поддерживаем усилия Калифорнии включить больше возобновляемых источников энергии в структуру производства электроэнергии в Таким образом, это не только эффективно, но и надежно в любых погодных условиях.»

PG&E заменит Diablo Canyon установка исключительно с источниками энергии, не выделяющими CO ₂ . Компания также пообещала предоставить 55% от общего количества электроэнергии от солнца, ветра и других возобновляемых источников энергии к 2031 году.

«Сименс Энерджи» — одна из ведущих мировых энергетических компаний. Компания работает со своими клиентами и партнерами над энергетическими системами будущего, тем самым поддерживая переход к более устойчивому миру. Благодаря своему портфелю продуктов, решений и услуг Siemens Energy охватывает практически всю цепочку создания стоимости в энергетике — от производства и передачи электроэнергии до хранения.Портфель включает традиционные и возобновляемые источники энергии, такие как газовые и паровые турбины, гибридные электростанции, работающие на водороде, а также генераторы и трансформаторы. Уже обезуглерожено более 50 процентов портфеля. Контрольный пакет акций компании Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE), акции которой котируются на бирже, делает Siemens Energy лидером мирового рынка возобновляемых источников энергии. По оценкам, одна шестая электроэнергии, производимой во всем мире, производится с использованием технологий Siemens Energy.В Siemens Energy работает более 90 000 человек по всему миру в более чем 90 странах, и в 2020 финансовом году выручка компании составила около 27,5 миллиардов евро. Www.siemens-energy.com

Подробнее NAPR2021092133EN

Что такое реактивная мощность? — S3 Energy

Что такое реактивная мощность?

Этот документ охватывает; Понятия реактивной мощности, низкого коэффициента мощности и методы повышения коэффициента мощности.

Коэффициент мощности определяется как отношение активной мощности к полной.Это определение часто математически представляется как кВт / кВА, где числитель — это активная (реальная) мощность, а знаменатель — (активная + реактивная) или полная мощность. Хотя определение очень простое, понятие реактивной мощности расплывчато или сбивает с толку даже многих из тех, кто технически осведомлен.

В пояснении к реактивной мощности говорится, что в системе переменного тока, когда напряжение и ток одновременно повышаются и понижаются, передается только реальная мощность, а при временном сдвиге между напряжением и током активная и реактивная мощность передан.Но когда вычисляется среднее значение по времени, средняя активная мощность существует, вызывая чистый поток энергии из одной точки в другую, тогда как средняя реактивная мощность равна нулю, независимо от сети или состояния системы. В случае реактивной мощности количество энергии, протекающей в одном направлении, равно количеству энергии, протекающей в противоположном направлении (или различные части — конденсаторы, катушки индуктивности и т. Д. — обмениваются реактивной мощностью). Это означает, что реактивная мощность не производится и не потребляется.

Но на самом деле мы можем измерить потери реактивной мощности, можно ввести множество различных типов устройств, оборудования и систем для управления или снижения реактивной мощности. Эти виды компенсации на уменьшают потребление электроэнергии и стоят .

Заблуждения

Бесспорный закон сохранения энергии гласит: «энергия не может быть ни создана, ни разрушена»; все же мы говорим о сохранении энергии !! Путаница возникает, когда мы выкрикиваем теорию сохранения, игнорируя другие теории термодинамики — например, ту, которая утверждает, что энтропия (энергия низкого качества) постоянно увеличивается.Математическая сумма полной энергии не имеет значения для потребителя энергии, и, следовательно, он должен заботиться об эффективности преобразования и сохранения энергии. Точно так же, хотя мы можем математически доказать, что потеря реактивной мощности не является реальной потерей и реактивная энергия не теряется, у нас есть несколько других причин для беспокойства по поводу улучшения реактивной мощности. Это можно лучше объяснить с помощью физических аналогий.

Физические аналогии

Предположим, я хочу наполнить водой резервуар для воды, по ведру за раз.Единственный способ — подняться по лестнице, неся ведро с водой и наливая воду в резервуар. Как только я наполню бак, мне нужно будет спуститься по лестнице, чтобы набрать еще воды. В этом одном цикле подъема по лестнице и спуска я проделал некоторую «работу», или «энергия, необходимая для подъема, больше, чем энергия, необходимая для спуска».

Если бы я поднялся по лестнице с пустым ведром и спустился с тем же ведром, я не выполняю никакой работы. Энергия движения вверх и вниз одинакова.Хотя я не выполнял никакой работы — за которую стоит платить — мне требуется немного энергии.

То есть энергия, необходимая для подъема и спуска по лестнице, не несущей в любом направлении ничего, требует реактивной мощности, но не реальной мощности. Энергия, необходимая для того, чтобы подняться по лестнице, неся что-то, и спуститься, не неся ничего, требует как реальной мощности, так и реактивной мощности.

Аналогия может быть расширена для объяснения трехфазной системы; это похоже на то, как если бы к резервуару поднимались 3 лестницы, и 3 человека последовательно поднимались вверх и наливали воду в резервуар так, чтобы поток всегда был постоянным.

Вот упрощенная аналогия, называемая «аналогия с пивной кружкой»

«Аналогия с пивной кружкой»

Коэффициент мощности = Активная мощность / Полная мощность = кВт / кВА
= Активная мощность / (Активная мощность + Реактивная мощность )
= кВт / (кВт + кВАр)
= Пиво / (Пиво + Пена)

Чем больше пены (более высокий кВАр), тем ниже коэффициент мощности, и наоборот.
(В электрических терминах кВт, кВА и кВАр являются векторами, и мы должны взять векторную сумму).

Причины низкого коэффициента мощности в электрической системе

Ниже перечислены различные причины, которые могут быть связаны с низким коэффициентом мощности.

1. Индуктивные нагрузки. Особенно малонагруженные асинхронные двигатели и трансформаторы.
2. Индукционные печи
3. Дуговые лампы и дуговые печи с реакторами.
4. Реакторы ограничения неисправности
5. Высокое напряжение.
6. Гармонические искажения до 63-й гармоники

Реактивная мощность, необходимая этим нагрузкам , увеличивает величину полной мощности в системе распределения, и это увеличение реактивной мощности и полной мощности приводит к более низкому коэффициенту мощности .

Как улучшить коэффициент мощности

Коэффициент мощности можно улучшить, добавив в систему потребителей реактивной мощности, например, конденсаторы или синхронные двигатели. Его также можно улучшить, полностью загрузив асинхронные двигатели и трансформаторы, а также используя машины с более высокой частотой вращения. Удаление или уменьшение гармонических искажений. Улучшение и регулирование синусоидальной волны напряжения. Использование системы автоматического переключения ответвлений в трансформаторах также может помочь в поддержании лучшего коэффициента мощности.

Вопрос: При каких обстоятельствах возможна коррекция коэффициента мощности..

A) снизить потребление электроэнергии на заводе

Ответ: Повышение коэффициента мощности на заводе путем принятия любого из вышеупомянутых вариантов, как правило, компенсирует потери и снижает текущие нагрузки на питающее оборудование, т. Е .; кабели, распределительное устройство, трансформаторы, генерирующая установка и т. д. Это означает, что корректировка коэффициента мощности — всякий раз, когда есть возможности для корректировки — снизит потребление электроэнергии на установке и, в свою очередь, стоимость электроэнергии.Многие из этих потерь не отслеживаются должным образом во многих отраслях, и поэтому экономия не определяется количественно. Это может быть одной из причин аргумента, что улучшение PF снижает только затраты на электроэнергию; в случае, если энергокомпания предлагает тариф, по которому плата за реактивную мощность является частью ежемесячного счета за электроэнергию.

Повышение коэффициента мощности приведет к снижению потребления электроэнергии, когда это делается на уровне оборудования или на уровне центра управления (тематические исследования показали экономию в обоих случаях)

B) снижение затрат на электроэнергию только

Ответ: Коррекция коэффициента мощности снизит затраты на электроэнергию только тогда, когда установка, получающая энергию из общей сети, выполняет коррекцию на уровне напряжения питания / входящего напряжения, просто чтобы компенсировать реактивную мощность, потребляемую из сети.Но даже такое улучшение PF не всегда может снизить стоимость электроэнергии, поскольку контрактный спрос на заводе очень часто фиксируется на фиктивном потреблении на заводе. Во многих случаях контрактный спрос фиксируется на основе будущих планов расширения и на основе высокого коэффициента разнообразия, принятого на этапах проектирования. В большинстве случаев коммунальные предприятия взимают плату за минимальную контрактную потребность независимо от потребления, а снижение кВА может не принести никакой выгоды, пока контрактная потребность не будет восстановлена ​​до фактической стоимости.

Обычно коэффициент PF повышается до 0,95–0,98, так как дальнейшее повышение коэффициента PF до единицы (1,0) может привести к увеличению сроков окупаемости.

C) снизить как затраты на электроэнергию, так и потребление электроэнергии

Ответ: Во всех других случаях, кроме вышеупомянутого исключения, всякий раз, когда выполняется улучшение коэффициента мощности , это в конечном итоге приведет к снижению электроэнергии потребление и, следовательно, стоимость электроэнергии.

Однако окупаемость инвестиций за счет коррекции коэффициента мощности зависит от типа установки и различных других факторов, таких как тариф на электроэнергию, характер нагрузки оборудования, метод выработки / использования электроэнергии, принципы эксплуатации установки и т. Д.

Разработка проекта> Определение подключенной к сети системы> Коэффициент мощности

Энергия E_grid, вычисленная с помощью моделирования PVsyst, представляет собой активную (или реальную) энергию, выраженную в [кВтч].

Теперь управляющему сетью может потребоваться выработка некоторой реактивной энергии для компенсации дисбаланса других пользователей (выражается в [кВАрч]).

Полная энергия — это произведение U * I, выраженное в [кВА · ч].

Если напряжение синусоидальное, активная (или реальная) энергия равна U * I * cos (phi) [кВтч], где phi — фазовый сдвиг между током и напряжением.

Коэффициент мощности — это отношение активной энергии к полной энергии. В синусоидальном случае он равен cos (phi).

Фазовый сдвиг, производимый инверторами, иногда выражается как Tan (phi), положительный для выработки реактивной мощности (емкостной, Phi> 0, называемый «опережающий») и отрицательный для поглощения реактивной мощности (индуктивный, Phi <0, называемый «запаздывающим». ).

В результатах моделирования:

Следовательно, у нас E_GridApp [кВАч] = E_Grid [кВтч] / Cos (Phi): Полная энергия всегда имеет более высокое значение, чем Активная энергия E_Grid, рассчитанная при моделировании.

Если вы укажете фазовый сдвиг в моделировании (кнопка «Управление энергией»), полная энергия появится внизу диаграммы потерь.

Эта величина не влияет на вычисление E_Grid, но вызывает увеличение реального тока в линиях переменного тока и, следовательно, увеличение потерь в проводке в цепи переменного тока (а также во внешнем инверторе в любом случае).

NB: Технически выработка реактивной энергии — это параметр, который должен быть запрограммирован в инверторном устройстве.Это фиксируется на определенный период.

Влияние на PNom

Теперь возникает вопрос с условиями перегрузки. Есть 2 возможности:

— либо Pном, указанное производителем инвертора, соответствует активной мощности. В этом случае обычное моделирование правильно учитывает условия перегрузки.

— или Pном, указанное производителем инвертора, является полной мощностью. В этом случае ограничение мощности должно происходить для PnomApp [кВА] = Pnom [кВт] / cosPhi.Поэтому моделирование должно регулировать Pnom, указанное в определении инвертора, путем деления его на требуемый CosPhi.

NB: ограничение полной мощности иногда указывается как ограничение по току. В данный момент это зависит от выходного напряжения, то есть напряжения сети. Однако во время моделирования изменение напряжения сети неизвестно; поэтому ограничение мощности не может применяться с использованием этого текущего критерия.

Процедура

В PVsyst коэффициент мощности можно указать, нажав кнопку «Управление энергией», как Cos (фи) или как Tan (фи).Также может указываться в месячных значениях.

Это будет действовать на ограничение Pном. Инвертора, если оно задано как Предел полной мощности, а полная энергия указана на диаграмме потерь.

Ведущие и запаздывающие токи

Определим Phi как фазовый сдвиг между током и напряжением.

Когда индуктивность (двигатель) подключена к сети, это создает задержку по фазе потребляемого тока. Это называется запаздыванием и соответствует Phi <0.

Когда емкость подключена к сети, она заранее поглощает ток по сравнению с напряжением. Это называется ведущим и соответствует Phi> 0.

Многочисленные двигатели, присутствующие в сети (индуктивная нагрузка), «потребляют» реактивную мощность. Электронное производство энергии солнечных инверторов упрощает выработку реактивной мощности. Поэтому менеджер сети часто требует, чтобы инверторы вырабатывали реактивную мощность (т. Е. Генерировали опережающий ток, phi> 0) для компенсации.

.

No related posts.