Электрическия система вырабатывает полную энергию, которая делится на полезную, или активную и остаточную под названием реактивная энергия. О том, что это такое и как ведётся её учёт, расскажет статья.

Остаточная энергия: что это такое?

Все электрические машины представлены реактивными и активными элементами. Именно они и потребляют электрическую энергию. К ним относят реактивные соединения кабелей, конденсаторные и трансформаторные обмотки.

В процессе течения переменного тока на этих сопротивлениях индексируются реактивные электродвижущие силы, которые создают реактивный ток.

В установках и приборах, создающих переменный ток, используется реактивная энергия в электросети, которая создает магнитное поле электрического поля.

Влияние индуктивного сопротивления на создание магнитного поля

Все приборы, которые питаются от электросети, имеют индуктивное сопротивление. Именно благодаря ему знаки тока и напряжения противоположны. Например, напряжение имеет отрицательный знак, а ток — положительный, или наоборот.

В это время электроэнергия, создаваемая в индуктивном элементе про запас, колебательными движениями исходит по сети за счёт нагрузки от генератора и обратно. Этот процесс и называется реактивной мощностью, которая создает магнитное поле электрического поля.

Для чего необходима реактивная энергия?

Можно сказать, что она направлена на регулировку изменений, которые вызывает в сети электрический ток. Сюда относят:

• поддержка магнитного поля во время индуктивности в цепи;
• при наличии конденсаторов и проводов поддержка их заряда.

Проблемы при выработке реактивной мощности

Если в сети существует большая доля выработки реактивной мощности, то приходится:

• повышать мощность силовых аппаратов, которые предназначены для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения;
• увеличивать сечение кабелей;
• бороться с ростом потери мощности в силовых аппаратах и линиях передач;
• увеличивать плату за потребление электроэнергии;
• бороться с потерей напряжения в сети.

В чём разница между активной и реактивной энергией?

Люди привыкли платить за ту электроэнергию, которую они потребляют. Они оплачивают энергию, используемую для обогрева помещения, приготовления еды, нагревания воды в ванной комнате (кто пользуется индивидуальными водонагревателями) и другую полезную электрическую энергию. Именно она и называется активной.

Активная и реактивная энергии различны в том, что вторая представляет собой оставшуюся часть энергии, которая не используется в полезной работе. Другими словами, они обе образуют полную мощность. Соответственно, потребителям невыгодно оплачивать помимо активной ещё и реактивную энергию в электросети, а поставщикам выгодно, чтобы они платили за полную мощность. Можно ли как-нибудь урегулировать этот вопрос? Давайте рассмотрим это.

Чем измеряют потребление энергии?

Для замера потребленной энергии используют счетчик активной и реактивной энергии. Всё они делятся на счетчики с одной фазой и тремя фазами. В чем же их различие?

Однофазные счетчики применяют для учета электрической энергии у потребителей, которые используют ее для бытовых нужд. Питание выполняется однофазным током.

Трехфазные счетчики используются для учета полной энергии. Они классифицируются исходя из схемы электроснабжения на трех- и четырехпроводные.

Различая счетчиков по способу включения

По тому, как они включаются, их делят на три группы:

1. Не используют трансформаторы и напрямую включаются в сеть счетчики прямого включения.
2. С использованием силовых аппаратов включаются счетчики полукосвенного включения.
3. Счетчики косвенного включения. Они подключаются к сети не только с использованием силовых аппаратов тока, но и с использованием трансформаторов напряжения.

Различая счетчиков по способу оплаты

По способу начисления платы за электроэнергию принято делить счетчики на следующие группы:

1. Счетчики, основанные на применении двух тарифов – их действие состоит в том, что тариф за потребляемую энергию меняется в течение суток. То есть в утренние часы и днем он меньше, чем в вечернее время.
2. Счетчики с предварительной оплатой – их действие основано на том, что потребитель платит за электроэнергию заранее, так как находится в отдаленных местах проживания.
3. Счетчики с указанием максимальной нагрузки – потребитель платит отдельно за потребленную энергию и за максимальную нагрузку.

Учет полной мощности

Учет полезной энергии направлен на определение:

1. Электрической энергии, вырабатываемой машинами по производству напряжения на электростанции.
2. Количества энергии, которая расходуется на собственные потребности подстанции и электростанции.
3. Электроэнергии, направленной на расходование ее потребителями.
4. Энергии, переданной для других энергосистем.
5. Электрической энергии, которая пущена по шинам электростанций к потребителям.

Учитывать реактивную электрическую энергию при передаче потребителям от электростанции необходимо только в том случае, если эти данные подсчитывают и контролируют режим работы устройств, компенсирующих эту энергию.

Где проводят контроль оставшейся энергии?

Счетчик реактивной энергии устанавливают:

1. Там же, где и счетчики по учету полезной энергии. Устанавливают их для потребителей, которые платят за полную используемую ими мощность.
2. На источниках присоединения реактивной мощности для потребителей. Это делается, если приходится контролировать процесс работы.

Если потребителю разрешено пускать оставшуюся энергию в сеть, то ставят 2 счетчика в элементах системы, где идет учет полезной энергии. В других случаях ставят отдельный счетчик для учета реактивной энергии.

Как сэкономить на потреблении электричества?

Большой популярностью в этом направлении пользуется прибор для экономии электричества. Его действие основано на подавлении остаточной электроэнергии.

На современном рынке можно найти много подобных устройств, в основе которых лежит трансформатор, направляющий электроэнергию в нужное русло.

Прибор для экономии электричества направляет эту энергию на разнообразное бытовое оборудование.

Рациональное использование электроэнергии

Для рационального использования электроэнергии применяется компенсация реактивной энергии. Для этого применяют конденсаторные установки, электродвигатели и компенсаторы.

Они помогают уменьшить потери активной энергии, которые обусловлены перетоками реактивной мощности. Это существенно влияет на уровень транспортных технологических потерь распределительных электрических сетей.

Чем выгодна компенсация мощности?

Применение установок для компенсации мощности способно принести большую выгоду в экономическом плане.

Согласно статистическим данным, их применение приносит до 50 % экономии трат за пользование электрической энергией во всех уголках Российской Федерации.

Денежные вложения, которые потрачены на их установку, окупаются в течение первого же года их использования.

Кроме того, там, где проектируются данные установки, кабель приобретается с меньшим сечением, что также очень выгодно.

Преимущества конденсаторных установок

Применение конденсаторных установок имеет следующие положительные стороны:

1. Небольшая потеря активной энергии.
2. В конденсаторных установках отсутствуют вращающиеся части.
3. Они легки в работе и эксплуатации.
4. Инвестиционные затраты не высоки.
5. Работают бесшумно.
6. Их можно установить в любой точке электрической сети.
7. Можно подобрать любую требуемую мощность.

Отличие конденсаторных установок от компенсаторов и синхронных двигателей состоит в том, что фильтрокомпенсирующие установки синхронно осуществляют компенсацию мощности и частично сдерживают присутствующие в компенсируемой сети гармоники. От того, насколько компенсируется мощность и будет зависеть стоимость за электроэнергию, ну и, соответственно, от действующего тарифа.

Какие виды компенсации существуют?

В процессе применения конденсаторных установок выделяют следующие виды подавляемой мощности:

1. Индивидуальная.
2. Групповая.
3. Централизованная.

Рассмотрим подробнее каждую из них.

Индивидуальная мощность

Конденсаторные установки располагаются прямо у электрических приемников и коммутируются в то же время, что и они.

Недостатками этого вида компенсации считается зависимость времени включения конденсаторной установки от времени начала работы электроприемников. Кроме того, перед проведением работ необходимо согласовывать емкость установки и индуктивность электрического приемника. Это необходимо для предупреждения резонансных перенапряжений.

Групповая мощность

Название говорит само за себя. Эта мощность используется при компенсации мощности нескольких индуктивных нагрузок, которые одновременно присоединены к одному распределительному устройству с общей конденсаторной установкой.

В процессе одновременного включения нагрузки увеличивается коэффициент, что приводит к понижению мощности. Это способствует лучшей работе конденсаторной установки. Остаточная энергия подавляется эффективнее, чем при индивидуальной мощности.

Отрицательной стороной данного процесса является частичная разгрузка реактивной энергии в электросети.

Централизованная мощность

В отличие от индивидуальной и групповой мощности, эта мощность регулируется. Она применяется для обширного диапазона изменения потребления остаточной энергии.

Большую роль в регулировании мощности конденсаторной установки играет функция реактивного тока нагрузки. При этом установка должна быть оснащена автоматическим регулятором, а её полная компенсационная мощность разделена на отдельно коммутируемые ступени.

Какие проблемы решают конденсаторные установки

Конечно, в первую очередь они направлены на подавление реактивной мощности, но на производстве они помогают решать следующие задачи:

1. В процессе подавления реактивной мощности, соответственно, снижается и полная мощность, что приводит к понижению загрузки силовых трансформаторов.
2. Питание нагрузки обеспечивается по кабелю с меньшим сечением, при этом не происходит перегрева изоляции.
3. Возможно подключение дополнительной активной мощности.
4. Разрешает избежать глубокой просадки напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей.
5. Применение мощности автономных дизель-генераторов идёт по максимуму (судовые электроустановки, электроснабжение геологических партий, стройплощадок, установок разведочного бурения и т. д.).
6. Индивидуальная компенсация позволяет упростить деятельность асинхронных двигателей.
7. В случае аварийной обстановки конденсаторная установка немедленно отключается.
8. Автоматически включается обогрев или вентиляция установки.

Выделяют два варианта конденсаторных установок. Это модульные, применяются на крупных предприятиях, и моноблочные — для малых предприятий.

Подведём итоги

Реактивная энергия в электросети негативно сказывается на работе всей электрической системы. Это приводит к таким последствиям, как потеря напряжения в сети и увеличение затрат на топливо.

В связи с этим активно применяются компенсаторы данной мощности. Их выгода состоит не только в хорошей экономии денежных средств, но и в следующем:

1. Увеличивается срок службы силовых аппаратов.
2. Улучшается качество электрической энергии.
3. Экономятся деньги на покупку кабелей малого сечения.
4. Снижается потребление электрической энергии.

единица измерения, как определить, формула

Полная мощность электроцепи состоит из двух составляющих — активная и реактивная. Как правило, данная величина равна произведению действующих значений, вычисляется по следующей формуле: P=UхI. Подробнее о полной мощности в статье.

Что это такое

Полная мощность (ВА, кВА) характеризуется потребляемой нагрузкой (например, ИБП) двух составляющих, а также отклонением формы электрического тока и напряжения от гармонической. С мощностью электротока человеку приходится сталкиваться и в быту и на производстве, где применяются электрические приборы. Каждый из них потребляет электроток, поэтому при их использовании всегда необходимо учитывать возможности этих приборов, в том числе заложенные в них технические характеристики.

Чтобы определить работу мощности за одну секунду, на практике применяется формула для производительности постоянного тока. Следует отметить, что данная физическая величина меняется во времени и для выполнения практического расчета совершенно бесполезна. Для вычисления среднего значения производительности требуется интегрирование по времени.

Обратите внимание! С целью определения данного показателя в электрической цепи, где периодически происходит смена напряжения и тока, средняя ёмкость вычисляется по передаче мгновенной мощности в течение определённого времени.

Есть определенная категория людей, которая интересуется вопросом, какая бывает мощность. Активная производительность делится на следующие категории: фактическую, настоящую, полезную, реальную.

Ёмкость, преобладающая в электрических цепях постоянного тока, которая при этом получает нагрузку постоянного тока, определяется простым произведением напряжения по показателям нагрузки и потребляемого тока. Данная величина вычисляется по формуле: P = U х I. Данный результат показывает, что фазовый угол между током и напряжением отсутствует в электрических цепях постоянного тока. То есть отсутствует коэффициент производительности.

Синусоидальный сигнал намного усложняет процесс. Так как фазовый угол между током и напряжением может значительно отличаться друг от друга. Поэтому среднее значение определяется по следующей формуле:

P = U I Cosθ

Важно! Если в соединениях переменного тока фиксируется активная (резистивная) производительность, тогда для вычисления данного показателя применяется формула следующего характера: P = U х I.

Чему равна полная мощность

Теория комплексных чисел позволит тщательно разобраться в понятии полных, активных, реактивных мощностей. Соответственно, можно легко определить коэффициент. Данная теория представляет собой целый треугольник мощностей активная, реактивная и полная.

Активная производительность

Единица измерения активной мощности электрической трёхфазной цепи — ватт (русское обозначение: Вт, киловатт — кВт; международное: ватт -W, киловатт — kW).

Важно! Средняя мгновенная производительность, которая обозначается буквой Т — это активная мощность.

Там, где преобладает несинусоидальный ток, равенство электрической ёмкости соответствует средним мощностям отдельных элементов. Активная величина — это прежде всего скорость необратимого преобразования электрической энергии в другие виды энергии. К ним относится тепловая и электромагнитная. Как правило, активная производительность выражается через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g.

Определяя любую электрическую цепь (синусоидальный или несинусоидальный ток) активная отдача всей цепи будет равна сумме активных мощностей отдельных элементов. Важно отметить, что для трёхфазных цепей электрическая производительность определяется как сумма производительности отдельных фаз. С полной ёмкостью S, активная связана соотношением полной и активной отдачи.

К сожалению, потребителю электроэнергии приходится платить не за активную (полезную) мощность, а за полную мощность. Разница в мощности на входе и на выходе системы бесперебойного питания составила 58 кВА! Необходимо учесть, что тариф за потребление электроэнергии с низким cosj (Pf) существенно выше. Таким образом, применение системы бесперебойного питания позволило не только защитить оборудование от исчезновения и провалов напряжения, но и получить существенную экономию электроэнергии.

Рассматривая длинные линии (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая производительность, которая определяется как разность между падающей и отраженной пропускной способностью.

Реактивная емкость

Часто возникает вопрос о том, что такое реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузку, которая создаётся в электросистемах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи, где преобладает синусоидальный переменный ток.

Реактивная ёмкость представляет собой энергию, которая переносится от источника на реактивные элементы прибора. К ним можно отнести: индуктивность, конденсатор, обмотки двигателей. После чего данная емкость вместе с элементами перемещается в источник в течение одного периода колебаний.

Важно подчеркнуть, что показатель sin φ для значения φ от 0 до плюс 90° представляет собой положительную величину. Данное значение, которое обозначается как sin φ для φ от 0 до минус 90° является — это отрицательная величина. Учитывая формулу, по которой происходит определение реактивной производительности, можно получить как положительную величину (при нагрузке с активно-индуктивным характером), так и отрицательную (при нагрузке с активно-ёмкостным характером). Всё это характеризуется тем, что реактивная отдача не происходит когда поступает электрический ток.

Некоторые электросистемы обладают положительной реактивной емкостью. Здесь уже говорится о том, что происходит нагрузка активно-индуктивного характера. Когда определяется отрицательная производительность то здесь производится нагрузка с активно-ёмкостным характером. Этот фактор характеризуется тем, что многие электропотребляющие устройства, подключение которых происходит при помощи трансформатора, являются активно-индуктивными.

Электрические станции оснащены синхронными генераторами. Они могут потреблять и производить реактивную ёмкость. Кроме того происходит определение величины электрического тока возбуждения, который поступает в обмотки ротора генератора. Благодаря отличительным особенностям синхронной электрической машины можно свободно регулировать заданный уровень напряжения сети. Чтобы снизить нагрузки, а также повысить коэффициент производительности электросистем, специалисты производят компенсацию реактивной ёмкости.

Обратите внимание! Если использовать современные электрические измерительные преобразователи на микропроцессорной технике, тогда производится точная оценка показателя энергии от индуктивной и нагрузки ёмкости в источник переменного напряжения.

Полная емкость

Для того чтобы определить какие системы обладают полной производительностью, необходимо изучить особенности данной величины. Полная мощность — это физическая величина, равная произведению действующих элементов периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах. Для определения соотношения полной отдачи с активной и реактивной емкостями нужно расшифровать значения, которые вычисляются по формуле. Например, соотношение производительности, где P — активная, Q — представляет собой реактивную пропускную способность (если нагрузка индуктивного характера Q»0, а при ёмкостной обозначается — Q»0).

Важно! Полная производительность описывает нагрузку, налагается на элементы подводящей электросети (проводам, распределительным щитам, трансформаторам, линиям электропередач). Ведь вся эта нагрузка зависит от потребляемой энергии, а не от расходующей пользователем энергии. Исходя из этих результатов полная мощность трансформатора или распределительного щита измеряют в вольт-амперах, а не в ваттах.

Единица измерения мощностей

Единица измерения производительности — это Джоули, деленные на секунду (Вольты, умноженные на Амперы), или Ватты. Последнее название дали в честь инженера Джеймса Уатта, создавшего паровую машину. Именно Ватт является единицей ёмкости в системе СИ.

Для электроприборов, а также на промышленных предприятиях зачастую используют более крупные единицы — киловатты, мегаватты и др. Они получаются добавлением стандартных десятичных приставок. Соответственно, 1 кВт = 1000 Вт, 1 МВт = 1 000 000 Вт.

Как правильно рассчитать

Активная мощность, как сделать правильный расчет?

Мощность электрического тока влияет на то, как быстро прибор сможет выполнить работу. К примеру, дорогой обогреватель, имеющий в 2 раза большую мощность, обогреет помещение быстрее, чем два дешевых, с меньшей в 2 раза мощностью. Получается, что выгоднее купить агрегат, имеющий большую мощность, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. Но, в то же время, такой агрегат будет тратить существенно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

Потребляемая мощность всех приборов в доме учитывается и при подборе проводки для прокладки в доме. Если не учитывать этого и в последующем включить в сеть слишком много приборов, то это вызовет перегрузку сети. Проводка не сможет выдержать мощность электрического тока всех приборов, что приведет к плавлению изоляции, замыканию и самовоспламенению проводки. В результате может начаться пожар, который может привести к непоправимым последствиям.

Однофазный синусоидальный ток в электрических цепях вычисляется по формуле Р = U x I x cos φ, где υ и Ι. Их обозначение шифруется следующим образом: среднеквадратичное значение напряжение и тока, а φ — фазный угол фаз между ними.

Для цепей несинусоидального тока электрическая ёмкость равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной производительности. Активная производительность характеризуется скоростью, которая имеет необратимый процесс преобразования электрической энергии в другие виды энергии. Данная ёмкость может вычисляться через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле P = I(2) x r = U(2) x g.

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.

В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная способность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая емкость определяется как сумма пропускной способности отдельных фаз. С полной производительностью S, активная связана соотношением P = S x cos φ.

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 производительностью.

Как найти реактивную полную мощность через активную? Данная производительность, 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: Q = U x I x sin φ (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным).

Как обозначается мощность

Р — мощность электрического тока обозначается (Вт).

В завершение следует отметить, что 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 данная величина трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Понятия активной, полной и реактивной мощностей — Студопедия

Пусть приемник электро­энергии присоединен к источнику синусоидального напряжения u(t) = Usin(ωt) и потребляет синусоидальный ток i(t) = I sin (ωt -φ), сдви­нутый по фазе относительно напряжения на угол φ. U и I – действующие значения. Значение мгновенной мощности на зажимах приемника определяется выражением

p(t) = u(t) ?i(t) = 2UI sin(ωt) sin (ωt -φ) = UI cos φ — UI cos (2ωt -φ)

(5.1)

и является суммой двух величин, одна из которых постоянна во времени, а другая пульсирует с двойной частотой.

Среднее значение p(t) за период Т называется активной мощностью и полностью определяется первым слагаемым уравнения (5.1):

Активная мощность ха­рактеризует энергию, расходуемую необратимо источником в единицу времени на производство полезной работы потребителем. Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т. п.

Среднее значение от второго слагаемого мгновенной мощности (1.1) (пульсирует с двойной частотой) за время Т равно нулю, т. е. на ее создание не требуется каких-либо материальных затрат и поэтому она не может совершать полезной ра­боты. Однако ее присутствие указывает, что между источником и приемником происходит обратимый процесс обмена энергией. Это возможно, если имеются элементы, способные накапливать и отдавать электромагнитную энергию – емкость и индуктивность. Эта составляющая характеризует реактивную мощность.

Полную мощность на зажимах приемника в комп­лексной форме можно представить следующим образом:

.

(5.2)

Единица измерения полной мощности S = UI – ВА.

Реактивная мощность – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями (обменом) энергии между источником и приемником. Для синусоидального тока она равна произведению действующих значений тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = UI sinφ. Единица измерения – ВАр.

Реактивная мощность не связана с полезной работой ЭП и расходуется только на создание переменных электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, аппаратах, линиях и т. д.

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как генерация, потребление, передача, потери, баланс. Считается, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощ­ность потребляется и имеет положительный знак, а если ток опережает напряжение (емкостный характер нагрузки), то реактивная мощность ге­нерируется и имеет отрицательное значение.

Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели (60–65 % общего потреб­ления), трансформаторы (20–25 %), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные электрические сети и прочие приемники (10 %).

Передача реактивной мощности загружает электрические сети и установленное в ней оборудование, уменьшая их пропускную способность. Реактивная мощность генерируется синхронными генераторами электростанций, синхронными компенса­торами, синхронными двигателями (регулирование током возбуждения), батареями конденсаторов (БК) и линиями электропередачи.

Реактивная мощность, вырабатываемая емкостью сетей, имеет следующий порядок величин: воздушная линия 20 кВ генерирует 1 кВАр на 1 км трехфазной линии; подземный кабель 20 кВ – 20 кВАр/км; воздушная линия 220 кВ – 150 кВАр/км; подземный кабель 220 кВ – 3 МВАр/км.

Коэффициент мощности и коэффициент реактивной мощности.

Векторное представление величин, характеризующих состояние сети, приводит к представлению реактивной мощности Q вектором, перпендикулярным вектору активной мощности Р (рис. 5.2 ). Их векторная сумма дает полную мощность S.

Рис. 5.1. Треугольник мощностей

Согласно рис. 5.1 и (5.2) следует, что S² = Р² + Q²; tgφ = Q/P; cosφ = P/S.

Основным нормативным показателем, характе­ризующим реактивную мощность, ранее был коэффициент мощности cosφ. На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92–0,95. Однако выбор соотношения P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности. Например, при изменении коэффициента мощности от 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10 %, а при изменении этого же коэффициента от 0,99 до 0,98 приращение реактивной мощности составляет уже 42 %. При расчетах удобнее оперировать соотношением tgφ = Q/P, которое называют коэффициентом реактивной мощности.

Предприятиям, у которых присоединенная мощность более 150 кВт (за исключением «бытовых» потребителей), определены предельные значения коэффициента реактивной мощности, потребляемой в часы больших суточных нагрузок электрической сети – с 7 до 23 часов (Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22.02.2007 г. № 49 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии»).

Предельные значения коэффициентов реактивной мощности (tgφ) нормируются в зависимости от положения точки (напряжения) присоединения потребителя к сети. Для напряжения сети 100 кВ tgφ = 0,5; для сетей 35, 20, 6 кВ – tgφ = 0,4 и для сети 0,4 кВ – tgφ = 0,35.

Введение новых директивных документов по компен­сации реактивной мощности было направлено на повышение эффективности работы всей системы электроснабжения от генераторов энергосистемы до приемников электроэнергии.

С введением коэффициента реактивной мощности стало возможным представлять потери активной мощности через активную или реактивную мощности: Р = (P²/U²) R (l + tg²φ).

Угол между векторами мощностей Р и S соответствует углу φ между векторами активной составляющей тока I_а и полного тока I, который, в свою очередь, представляет собой векторную сумму активного тока I_а, находящегося в фазе с напряжением, и реактивного тока I_р, находящегося под углом 90° к нему. Это расположение токов является расчетным приемом, связанным с разложением на активную и реактивную мощности, которое можно считать естественным.

Большинство потребителей нуждаются в реактивной мощности, поскольку они функционируют благодаря изменению магнитного поля. Для наиболее употребительных двигателей в нормальном режиме работы можно привести следующие примерные значения tgφ.

Электродвигатели	tgφ	cosφ
Однофазный асинхронный двигатель	1,30–0,90	0,61–0,74
Трехфазный асинхронный двигатель	1,00–0,50	0,70–0,89
Коллекторный двигатель	1,30–1,00	0,61–0,70

В момент пуска двигателей требуется значительное количество реактивной мощности, при этом tgφ = 4–5 (cosφ = 0,2–0,24).

Синхронные машины обладают способностью потреблять или выдавать реактивную мощность в зависимости от степени возбуждения.

В синхронных генераторах и двигателях размеры цепей возбуждения ограничивают возможность поставки реактивной мощности до максимальных значений tgφ = 0,75 (cosφ = 0,8) или до tgφ = 0,5 (cosφ = 0,9) (табл. 5.1).

Синхронные двигатели, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на опережающий коэффициент мощности (cosφ = 0,9) и при номинальной активной нагрузке P_ном и напряжении U_ном могут вырабатывать номинальную реактивную мощность Q_ном ≈ 0,5P_ном.

При недогрузке СД по активной мощности β = P/P_ном < 1 возможна перегрузка по реактивной мощности α = Q/Q_ном > 1.

Преимуществом СД, используемым для компенсации реактивной мощности, по сравнению с КБ является возможность плавного регулирования генерируемой реактивной мощности. Недостатком является то, что активные потери на генерирование реактивной мощности для СД больше, чем для КБ.

Дополнительные активные потери в обмотке СД, вызываемые генерируемой реактивной мощностью в пределах изменения cosφ от 1 до 0,9 при номинальной активной мощности СД, равной P_ном, кВт:

Р_ном = Q²_номR /U²_ном ,

где Q_ном – номинальная реактивная мощность СД, кВ Ар; R – сопротивление одной фазы обмотки СД в нагретом состоянии, Ом; U_ном – номинальное напряжение сети, кВ.

В системах электроснабжения промышленных предприятий КБ компенсируют реактивную мощность базисной (основной) части графиков нагрузок, а СД снижают пики нагрузок графика.

Таблица 5.1

Зависимости коэффициента перегрузки по реактивной мощности синхронных двигателей

Серия, номинальное напряжение, частота вращения двига теля	Относительное напряжение на зажимах двигателя U/Uном	Коэффициент перегрузки по реактивной мощности α при коэффициенте загрузки β
0,90	0,80	0,70
СДН, 6 и 10 кВ (для всех частот вращения) СДН, 6 кВ: 600–1000 об/мин 370–500 об/мин 187–300 об/мин 100–167 об/мин СДН, 10 кВ: 1000 об/мин 250–750 об/мин СТД, 6 и 10 кВ, 3000 об/мин     СД и СДЗ, 380 В (для всех частот вращения)	0,95 1,00 1,05   1,10 1,10 1,10 1,10   1,10 1,10 0,95 1,00 1,05 1,10 0,95 1,00 1,05 1,10	1,31 1,21 1,06   0,89 0,88 0,86 0,81   0,90 0,86 1,30 1,32 1,12 0,90 1,16 1,15 1,10 0,90	1,39 1,27 1,12   0,94 0,92 0,88 0,85   0,98 0,90 1,42 1,34 1,23 1,08 1,26 1,24 1,18 1,06	1,45 1,33 1,17   0,96 0,94 0,90 0,87   1,00 0,92 1,52 1,43 1,31 1,16 1,36 1,32 1,25 1,15

Синхронные компенсаторы.

Разновидностью СД являются синхронные компенсаторы (СК), которые представляют собой СД без нагрузки на валу. В настоящее время выпускается СК мощностью выше 5000 кВ?Ар. Они имеют ограниченное применение в сетях промышленных предприятий. Для улучшения показателей качества напряжения у мощных ЭП с резкопеременной, ударной нагрузкой (дуговые печи, прокатные станы и т. п.) используются СК.

Статические тиристорные компенсирующие устройства. 

В сетях с резкопеременной ударной нагрузкой на напряжении 6–10 кВ рекомендуется применение не конденсаторных батарей, а специальных быстродействующих источников реактивной мощности (ИРМ), которые должны устанавливаться вблизи таких ЭП. Схема ИРМ приведена на рис. 5.2. В ней в качестве регулируемой индуктивности используются индуктивности LR и нерегулируемые ёмкости С1–С3.

Рис. 5.2. Быстродействующие источники реактивной мощности

Регулирование индуктивности осуществляется тиристорными группами VS, управляющие электроды которых подсоединены к схеме управления. Достоинствами статических ИРМ являются отсутствие вращающихся частей, относительная плавность регулирования реактивной мощности, выдаваемой в сеть, возможность трёх- и четырёхкратной перегрузки по реактивной мощности. К недостаткам относится появление высших гармоник, которые могут возникнуть при глубоком регулировании реактивной мощности.

За счет дополнительных потерь мощности в сети, вызванных потреблением реактивной мощности, увеличивается общее потребление электроэнергии. Поэтому снижение перетоков реактивной мощности является одной из основных задач эксплуатации электрических сетей.

Реактивная мощность. Расчёт

Реактивная мощность обусловлена способностью реактивных элементов накапливать и отдавать электрическую или магнитную энергию.

Eмкостная нагрузка в цепи переменного тока за время половины периода накапливает заряд в обкладках конденсаторов и отдаёт его обратно в источник.
Индуктивная нагрузка накапливает магнитную энергию в катушках и возвращает её в источник питания в виде электрической энергии.

Напряжение на выводах реактивного элемента будет достигать максимального значения во время смены направления тока, следовательно, расхождение во времени между напряжением и током в пределах элемента составит четверть периода (сдвиг фаз 90°).

Угол сдвига фаз φ в цепи нагрузки определяется соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузки.

Реактивная мощность характеризует потери, созданные реактивными элементами в цепи переменного тока, и выражается формулой Q = UIsinφ.

Природу потерь в цепи с реактивными элементами можно рассмотреть с помощью графиков на рисунках.

φ = 90°     sin90° = 1     cos90° = 0

При отсутствии активной составляющей в нагрузке, сдвиг фаз между напряжением и током составит 90°.
В начале периода, когда напряжение максимально – ток будет равен нулю, следовательно, мгновенное значение мощности UI в это время будет равно нулю.
В течении первой четверти периода, мощность можно видеть на графике, как произведение UI, которое станет равным нулю при максимуме тока и нулевом значении напряжения.

В следующую четверть периода на графике UI принимает отрицательное значение, следовательно, мощность возвращается обратно в источник питания. То же самое произойдёт и в отрицательном полупериоде тока. В результате средняя (активная) потребляемая мощность P avg за период будет равна нулю.

В таком случае:
Реактивная мощность Q = UIsin90° = UI
Потребляемая мощность P = UIcos90° = 0
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна реактивной мощности
Коэффициент мощности P/S = 0

---

При отсутствии реактивных элементов и сдвига фаз в нагрузках, мгновенная мощность в полупериоде Umax*Imax будет максимальной, и в следующем полупериоде произведение отрицательного напряжения с отрицательным током дадут положительный результат – полезную мощность в нагрузке.

φ = 0°     sin90° = 0     cos90° = 1

В этом случае:
Реактивная мощность Q = UIsin0 = 0
Потребляемая мощность P = UIcos0 = UI
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна потребляемой мощности
Коэффициент мощности P/S = 1

---

Ниже представлен рисунок графиков со сдвигом фаз 45°, для случая равенства активного и реактивного сопротивлений в нагрузке.

φ = 45°     sin45° = cos45° = √2/2 ≈ 0.71

Здесь:
Реактивная мощность Q = UIsin45° = 0.71UI
Потребляемая мощность P = UIcos45° = 0.71UI
Полная мощность S = √(P² + Q²) = UI
Коэффициент мощности P/S = 0.71

В примерах рассмотрены случаи с индуктивной нагрузкой, когда ток отстаёт от напряжения (положительный сдвиг фаз).
В случаях с ёмкостной нагрузкой, процессы и расчёты аналогичны, только напряжение будет отставать от тока (отрицательный сдвиг фаз).
Угол сдвига фаз в сети определится соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузок в параллельном соединении следующим образом:

X_L и X_С соответственно индуктивное и ёмкостное сопротивление нагрузок.
Преобладание индуктивных нагрузок будет уменьшать общее индуктивное сопротивление.
Из выражения видно, что угол в этом случае будет принимать положительный знак, а преобладание ёмкостных нагрузок будет уменьшать ёмкостное сопротивление и вызывать отрицательный сдвиг. При равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивлений, угол сдвига будет равен нулю.
В бытовых и производственных потребителях индуктивное сопротивление обычно существенно преобладает над ёмкостным.

Подробнее о вычислениях общего угла сдвига φ для вариантов соединений активного и реактивного сопротивлений в нагрузках можно ознакомиться на страничке электрический импеданс.

---

Компенсация реактивной мощности

Огромное количество индуктивных нагрузок в сети суммарно обладает колоссальной реактивной мощностью, которая возвращается в генераторы и не совершает никакой полезной работы, расходуя энергию на нагрев кабелей и проводов ЛЭП, перегружает трансформаторы, снижая их КПД, тем самым уменьшая пропускную способность активных токов.

Если параллельно индуктивной нагрузке подключить конденсатор, фаза тока в цепи источника будет смещаться в противоположную сторону, компенсируя угол, созданный индуктивностью нагрузки. При определённом соотношении номиналов, можно добиться отсутствия сдвига фаз, следовательно, и отсутствия реактивных токов в цепи источника питания.
Ёмкость конденсатора определяется реактивным (индуктивным) сопротивлением нагрузки, которое необходимо компенсировать:
C = 1/(2πƒX),
X = U²/Q — реактивное сопротивление нагрузки,
Q — реактивная мощность нагрузки.

Компенсация реактивных токов в сети позволяет значительно уменьшить потери на активном сопротивлении проводов ЛЭП, кабелей и обмоток трансформаторов питающей сети.
В целях компенсации реактивной мощности на производственных предприятиях, где основными потребителями энергии являются асинхронные электродвигатели, индукционные печи, люминесцентное освещение, которые обладают индуктивным сопротивлением, часто применяют специальные конденсаторные установки, способные в ручном или автоматическом режиме поддерживать нулевой сдвиг фаз, тем самым минимизировать реактивные потери.

В масштабах энергосистемы компенсация происходит непосредственно на электростанциях путём контроля сдвига фаз и обеспечения соответствующего тока подмагничивания роторных обмоток синхронных генераторов станций.

Компенсация реактивной мощности — одна из составляющих комплекса мер по Коррекции Коэффициента Мощности (ККМ) в электросети (Power Factor Correction — PFC в англоязычной литературе). Применяется в целях уменьшения потерь электроэнергии, как на паразитную реактивную, так и нелинейную составляющую искажений тока в энергосистеме. Более подробно с материалом о ККМ (PFC) можно ознакомиться на странице — коэффициент мощности.

---

Онлайн-калькулятор расчёта реактивной мощности и её компенсации.

Достаточно вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.

Реактивная мощность Q = √((UI)²-P²) Реактивное сопротивление X = U²/Q Компенсирующая ёмкость C = 1/(2πƒX)

---

Похожие страницы с расчётами:

Рассчитать импеданс.
Рассчитать частоту резонанса колебательного контура LC.
Рассчитать реактивное сопротивление катушки индуктивности L и конденсатора C.
Альтернативные статьи: Дизель-генератор

Полезна ли реактивная мощность? Важность реактивной мощности

Что такое реактивная мощность и почему она полезна?

В последние годы контроль реактивной мощности был предметом систематического исследования, поскольку он играет важную роль в поддержании безопасного профиля напряжения в крупномасштабной системе передачи. Хотя это побочный продукт систем переменного тока, он необходим для приемлемого функционирования различных электрических систем, таких как линии электропередач, двигатели, трансформаторы и т. Д.

Это важно для работы всех большинства всех электромагнитных энергетических устройств для создания магнитного поля. В некоторых случаях он принудительно вводится в сеть энергосистемы для поддержания более высокого напряжения узла. Давайте кратко обсудим важность реактивной мощности .

Что такое реактивная мощность?

Это количество, которое стало фундаментальной концепцией для анализа и понимания электрической системы переменного тока.Как правило, эта величина определяется только для электрических систем переменного тока.

Примечание. Вы можете проверить забавное, но логичное определение реактивной мощности здесь.

Это один из компонентов общей мощности в цепи переменного тока, который берет свое начало в фазовом сдвиге между синусоидальным напряжением и формами тока. Он определяется как амплитуда колебаний мощности без чистой передачи энергии.

Это является следствием или побочным продуктом системы переменного тока, которая перемещается назад и вперед в силовом проводнике, т.е.течь к реактивным компонентам от источника в течение одного полупериода и обратно к источнику в течение другого полупериода сигнала переменного тока.

Следовательно, среднее значение мощности равно нулю, что означает, что нагрузка никогда не получает, потребляет реактивную мощность. В случае трехфазного контура, в любой момент реактивные мощности трех фаз равны нулю. Чтобы отличить активную мощность, которая выполняет полезную работу, реактивную мощность измеряют в «VAR», что означает «Вольт-ампер-реактивная», а не в ваттах. Это можно выразить как Q = S sin ϕ

Q = VI sin ϕ

Q = P tan ϕ

Где S = полная мощность, а P = активная мощность.

Реактивная мощность временно сохраняется в виде электрических или магнитных полей, которые текут взад и вперед благодаря емкостным и индуктивным компонентам . Реактивная мощность может генерироваться, а также поглощаться элементами системы передачи энергии посредством шунтирования и последовательного реактивного сопротивления соответственно.

Как уже говорилось, это происходит из-за сдвига фаз, если ток через устройство отстает от напряжения, то устройство потребляет реактивную мощность.В зависимости от сдвига фаз между напряжением и током определяется величина потребляемой устройством реактивной мощности и потребления.

Поскольку реактивная мощность просто движется вперед и назад по линии (линия передачи или любой другой проводник), она действует как дополнительная нагрузка. Таким образом, реактивная мощность учитывается для всех кабелей, трансформаторов, распределительных устройств и другого электрического оборудования.

Это означает, что все эти установки должны быть рассчитаны на полную мощность, которая учитывает как активную, так и реактивную мощность.Если реактивная мощность существует в избыточных количествах, это значительно уменьшит коэффициент мощности системы и, следовательно, снизит эффективность работы. Это вызывает нежелательные падения напряжения, большие потери проводимости, чрезмерный нагрев и более высокие эксплуатационные расходы.

Чтобы преодолеть эти ограничения, методы компенсации реактивной мощности обычно используются в электрических системах передачи для повышения эффективности системы и даже для коррекции коэффициента мощности. С другой стороны, реактивная мощность важна для правильной работы электрооборудования по нескольким причинам, которые мы кратко обсудим в этой статье.

Цель этой статьи — дать нормальное утверждение, что достаточное количество реактивной мощности необходимо для работы многих электрических устройств, а также сети энергосистемы, и которое обеспечивается источниками реактивной энергии именно в том месте, где оно потребляется. ,

Источники и приемники реактивной мощности

Реактивная мощность вырабатывается или поглощается многими устройствами, подключенными к сети энергосистемы. Поэтому поток реактивной мощности через сеть контролируется этим оборудованием.Давайте посмотрим на эти реактивные источники энергии.

Генераторы: Синхронные машины, способные генерировать или поглощать реактивную мощность в зависимости от возбуждения постоянного тока на его обмотке возбуждения. Он генерирует реактивную мощность при избыточном возбуждении и поглощает реактивную мощность при недостаточном возбуждении. Это наиболее часто используемый источник реактивной мощности для контроля напряжения.

Конденсаторы и реакторы: Емкостные и индуктивные устройства используются последовательно и методом шунтирующей компенсации для управления реактивной мощностью, таким образом, для регулирования напряжения и стабильности системы.Емкостный компенсатор генерирует реактивную мощность, тогда как индуктивный компенсатор поглощает реактивную мощность.

Компенсация конденсаторов серии

обычно применяется для линий передачи для генерации реактивной мощности, когда это наиболее необходимо, в то время как шунтирующие конденсаторы устанавливаются на подстанциях в зонах нагрузки для генерации реактивной мощности и для поддержания напряжения в определенных пределах. Реакторы (шунт) в основном используются для поглощения реактивной мощности, чтобы снизить напряжение, а также для компенсации емкостной нагрузки в линии.

Линии передачи и подземные кабели : Линии передачи и кабели поглощают и генерируют реактивную мощность. Сильно нагруженная линия электропередачи потребляет реактивную мощность, уменьшая напряжение линии, в то время как слабо нагруженная линия электропередачи генерирует реактивную мощность, увеличивая напряжение линии.

Твердотельные преобразователи : В работе энергосистемы используется несколько твердотельных преобразователей, таких как преобразователи HVDC. Эти преобразователи всегда потребляют реактивную мощность, когда они работают.По этой причине большинство преобразователей используют устройства реактивной компенсации для управления потребностью реактивной мощности в преобразователях.

Трансформаторы: Для создания магнитного поля трансформатору нужна реактивная мощность, поэтому он поглощает реактивную мощность. Реактивная потребляемая мощность трансформатора зависит от номинальной и текущей нагрузки.

Нагрузки: Существует множество нагрузок, потребляющих реактивную мощность, которые оказывают большое влияние на напряжение и стабильность шины или системы.Некоторые из этих нагрузок включают в себя асинхронные двигатели, индукционные генераторы, дуговые печи, разряженное освещение, постоянные нагрузки, такие как (индукционный нагрев, отопление помещений, нагрев воды и кондиционирование воздуха.

Важность реактивной мощности

Реактивная мощность — это обе проблема и решение для сети энергосистемы . По нескольким причинам она играет важную роль в системе электроснабжения для различных функций, таких как удовлетворение требований по реактивной мощности, улучшение профилей напряжения, уменьшение потерь в сети, обеспечение достаточного резерва для обеспечения система безопасности в чрезвычайных ситуациях и ряд других функций.Давайте кратко обсудим некоторые причины, которые делают реактивную мощность очень важной.

1. Управление напряжением

В целом, все электрооборудование рассчитано на удовлетворительную работу в определенных пределах номинального напряжения (то есть ± 6%) на клеммах потребителя. Изменения напряжения в основном вызваны изменением нагрузки на источник питания системы.

Если нагрузка на источник энергосистемы увеличивается, падение напряжения в компонентах энергосистемы увеличивается, в результате чего напряжение на клеммах потребителя уменьшается, и наоборот.Эти изменения напряжения в системе электропитания нежелательны, поскольку они отклоняют фактические характеристики оборудования на стороне потребителя, такого как лампы, двигатели и другое оборудование, чувствительное к изменениям напряжения.

Таким образом, система питания должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать эти колебания напряжения, обеспечивая оборудование для контроля напряжения в подходящих местах. Наиболее распространенный метод поддержания профиля напряжения заключается в подаче и поглощении реактивной мощности. Как правило, увеличение реактивной мощности вызывает повышение напряжения системы, тогда как уменьшение реактивной мощности вызывает падение напряжения.

Оборудование для контроля напряжения размещается в двух или более двух местах (избегая передачи реактивной мощности на большие расстояния из-за чрезмерных потерь реактивной мощности) в сети энергосистемы, поскольку в разных участках передачи будут различные падения напряжения и системы распределения, а также характеристики нагрузки будут различными в разных цепях энергосистемы.

Чаще всего это оборудование размещается на электростанциях, передающих подстанциях и фидерах.

Для контроля напряжения в линии электропередачи используются различные методы, такие как управление возбуждением, трансформаторы с переключением ответвлений, шунтирующие конденсаторы, последовательные конденсаторы, синхронные конденсаторы и усилители. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. В зависимости от пригодности, доступности и дороговизны эти методы используются для управления напряжением на приемном конце.

В случае состояния высокой нагрузки (то есть, потребляемая реактивная мощность больше, чем потребляемая мощность), тем больше тока поступает от источника питания, что приводит к резкому падению напряжения на приемном конце.Если существует большее падение напряжения, это приводит к отключению генерирующих блоков, отказам оборудования и перегреву двигателей.

При этом условии автоматический рабочий механизм или реле активируют оборудование с реактивной мощностью, так что реактивная мощность увеличивается (например, увеличивается напряжение на клемме возбуждения генератора, чтобы обеспечить больше переменного тока для генератора), чтобы вернуть напряжение к номинальному значению. Это также достигается с помощью последовательных реакторов и последовательных конденсаторов.

В случае легкого нагружения (то есть, потребляемая мощность меньше, чем подача реактивной мощности), напряжение на приемном конце возрастает до большего значения. Это приведет к повреждению изоляции машин, снижению коэффициента мощности и автоматическому отключению оборудования.

При этом условии дополнительная реактивная мощность в линиях компенсируется автоматическими устройствами компенсации реактивной мощности, такими как синхронные конденсаторы, управление возбуждением от генератора переменного тока, шунтирующих конденсаторов и реакторов.

2. Для удовлетворения потребности в реактивной мощности

Некоторым нагрузкам, таким как трансформаторы и преобразователи HVDC, для правильной работы требуется реактивная мощность. Когда нагрузка имеет большую потребность в реактивной мощности, произойдет падение напряжения.

По мере падения напряжения из источника будет потребляться больше тока для поддержания мощности, в результате чего линии будут потреблять больше реактивной мощности и, следовательно, падение напряжения будет продолжаться. Это приведет к падению напряжения, если напряжение упадет слишком низко.Это падение напряжения приводит к отключению генераторов, нестабильности системы и отключению другого оборудования, подключенного к энергосистеме.

Это падение напряжения связано с тем, что энергосистема не может обеспечить нагрузку реактивной мощности нагрузки, которая не удовлетворяется из-за нехватки выработки и передачи реактивной мощности.

Чтобы преодолеть это, источники реактивной мощности, такие как последовательные конденсаторы, подключаются к нагрузкам локально, где нагрузка требует реактивной мощности.Однако коммунальные предприятия взимают с потребителей плату за реактивную мощность, если нагрузки потребляют избыточную реактивную мощность сверх допустимой реактивной мощности.

3. для уменьшения отключения электроэнергии

Недостаточная реактивная мощность в сети электроснабжения является основной причиной перебоев в подаче электроэнергии во всем мире. Как уже говорилось, недостаточное количество реактивной мощности вызывает падение напряжения, что в конечном итоге приводит к отключению генерирующих станций и различного оборудования.Некоторые из этих отключений включают в Токио 23 июля 1987 года; в Лондоне 28 августа 2003 года; в Швеции и Дании 23 сентября 2003 года.

4. Для создания магнитного потока

Большинство индуктивных нагрузок, таких как двигатели, трансформаторы, балласты и оборудование для индукционного нагрева, требуют реактивной мощности для создания магнитного поля. В каждой электрической машине часть входной энергии, то есть реактивная мощность, расходуется на создание и поддержание магнитного потока для этого.Однако это приводит к снижению коэффициента мощности. Для достижения высокого коэффициента мощности конденсаторы обычно подключаются к этим устройствам для подачи реактивной мощности.

Это небольшая заметка о значении реактивной мощности. Надеюсь, вы получите представление об этой концепции. Возможно, у вас есть отличные знания по этой теме, поэтому, пожалуйста, не стесняйтесь добавлять любые комментарии, опыт и дополнительную информацию по этой теме в разделе комментариев ниже.

.

Что такое активная, реактивная и видимая сила — определение и объяснение

Активная мощность

Определение: Мощность, которая фактически потребляется или используется в цепи переменного тока, называется Истинная мощность или Активная мощность или Реальная мощность . Измеряется в киловаттах (кВт) или МВт. Это фактические результаты электрической системы, которая управляет электрическими цепями или нагрузкой.

Реактивная мощность

Определение: Мощность, которая течет вперед и назад, что означает, что она движется в обоих направлениях в цепи или реагирует на себя, называется Реактивная мощность .Реактивная мощность измеряется в киловольт-ампер реактивных (кВАР) или MVAR.

Кажущаяся сила

Определение: Произведение среднеквадратичного (среднеквадратичного) значения напряжения и тока известно как Кажущаяся мощность . Эта мощность измеряется в кВА или МВА.

Было видно, что мощность потребляется только в сопротивлении. Чистый индуктор и чистый конденсатор не потребляют никакой энергии, так как в полупериоде, независимо от того, какую мощность получают от источника эти компоненты, одна и та же мощность возвращается источнику.Эта мощность, которая возвращается и течет в обоих направлениях в цепи, называется реактивной мощностью. Эта реактивная мощность не выполняет никакой полезной работы в цепи.

В чисто резистивной цепи ток находится в фазе с приложенным напряжением, тогда как в чисто индуктивной и емкостной цепи ток не совпадает по фазе на 90 градусов, т. Е. Если индуктивная нагрузка подключена в цепи, ток отстает от напряжения на 90 градусов, и если емкостная нагрузка подключена, ток опережает напряжение на 90 градусов.

Следовательно, из всего вышеприведенного обсуждения делается вывод, что ток в фазе с напряжением производит истинную или активную мощность , тогда как ток на 90 градусов в противофазе с напряжением вносит вклад в реактивную мощность в цепи.

Следовательно,

• Истинная мощность = напряжение х ток в фазе с напряжением
• Реактивная мощность = напряжение х ток не в фазе с напряжением

Фазовая диаграмма для индуктивной цепи показана ниже:

Взяв напряжение V в качестве эталона, ток I отстает от напряжения V на угол ϕ.Ток I делится на две составляющие:

• I Cos ϕ в фазе с напряжением V
• I Sin ϕ, который на 90 градусов не в фазе с напряжением V

Следовательно, следующее выражение, показанное ниже, дает активную, реактивную и полную мощность соответственно.

• Активная мощность P = V x I cosϕ = V I cosϕ
• Реактивная мощность P _r или Q = V x I sinϕ = V I sinϕ
• Кажущаяся мощность P _a или S = ​​V x I = VI

Активный компонент текущего

Компонент тока, который находится в фазе с напряжением цепи и вносит вклад в активную или истинную мощность цепи, называется активным компонентом или компонентом с полной ваттой или синфазным компонентом тока.

Реактивная составляющая тока

Компонент тока, который находится в квадратуре или на 90 градусов не в фазе относительно напряжения цепи и вносит вклад в реактивную мощность цепи, называется реактивной составляющей тока.

,

Основы реактивной мощности и компенсационного решения

Почему нам не нравится реактивная мощность

Общая мощность , так называемая полная мощность , сети передачи состоит из активной и реактивной мощности (рисунок 1). В то время как потребители энергии, подключенные к источнику питания, преобразуют активную мощность в активную энергию, реактивная энергия, относящаяся к реактивной мощности, не потребляется.

Основы решений для реактивной мощности и компенсации для студентов (фото любезно предоставлено: eltrex.ро)

Реактивная мощность на стороне потребителя просто используется для создания магнитного поля, например, для работы электродвигателей, насосов или трансформаторов.

Реактивная мощность генерируется, когда энергия поступает из сети питания, а затем подается обратно в сеть с задержкой по времени.

Таким образом, он колеблется между потребителем и генератором. Это создает дополнительную нагрузку на сеть и требует больших размеров, чтобы принимать колебательную реактивную мощность в дополнение к активной мощности, доступной.Как следствие, на меньше активной мощности можно транспортировать .

Рисунок 1 — Состав общей мощности передающей сети

Реактивная мощность имеет нулевого среднего значения, потому что она пульсирует вверх и вниз , усредняя до нуля. Реактивная мощность измеряется как максимальная пульсирующая мощность за цикл. Это может быть положительным или отрицательным, в зависимости от того, пики тока до или после напряжения.

По соглашению, реактивная мощность, как и реальная мощность, является положительной, когда она «подается», и отрицательной, когда она «потребляется».Потребление реактивной мощности снижает величины напряжения , в то время как подача реактивной мощности увеличивает величины напряжения.

Решение с компенсацией //

С системой компенсации реактивной мощности с конденсаторами мощности, непосредственно подключенными к сети низкого напряжения и близко к потребителю энергии , средства передачи могут быть освобождены, так как реактивная мощность больше не подается от сети, а обеспечивается конденсаторами (рисунок 2). ).

Рисунок 2 — Принцип компенсации реактивной мощности с использованием силовых конденсаторов низкого напряжения

Уменьшаются потери при передаче и энергопотребление, и дорогостоящие расширения становятся ненужными, поскольку одно и то же оборудование может использоваться для передачи более активной мощности благодаря компенсации реактивной мощности.

Определение мощности конденсатора

Система с установленной активной мощностью P должна быть компенсирована от коэффициента мощности cos φ ₁ до коэффициента мощности cos φ ₂ .Мощность конденсатора, необходимая для этой компенсации, рассчитывается следующим образом:

Q _c = P · (загар φ ₁ — загар φ ₂ )

Компенсация

уменьшает передаваемую полную мощность S (см. Рисунок 3). Омические потери при передаче уменьшаются на квадрат токов.

Рисунок 3 — Схема питания для некомпенсированной (1) и компенсированной (2) установки

Оценка реактивной мощности

Для промышленных предприятий, которые все еще находятся в стадии конфигурирования, можно предположить, что потребителями реактивной мощности в основном являются асинхронные двигатели переменного тока, работающие со средним коэффициентом мощности cos φ ≥ 0.7 . Для компенсации до cos φ = 0,9 требуется конденсаторная мощность приблизительно , 50% от активной мощности:

Q _c = 0,5 · P

В инфраструктурных проектах (офисы, школы и т. Д.) Применяется следующее:

Q _c = 0,1-0,2 · P

Расчет реактивной мощности

(на основании счета за электроэнергию)

Для установок, которые уже работают, требуемая мощность конденсатора может быть определена путем измерения.Если имеются счетчики активной и реактивной работы, потребность в мощности конденсатора может быть взята из ежемесячного счета за электроэнергию.

tan φ = реактивная работа / активная работа

Для идентичного времени работы счетчика при измерении реактивной и активной работы //

tan φ = реактивная мощность Q / активная мощность P с
tan φ = √ (1 — cos ² φ) / cos φ

Мощность компенсации Q _c , соответствующая активной мощности P, может быть рассчитана для желаемого значения cos φ2.

Q _c = Q ₁ — Q ₂ = P · F

В этом случае F = tan φ1 — tan φ2

Чтобы упростить расчет Q _c , в Таблице 1 указаны коэффициенты преобразования F , когда измеренный cos φ ₁ должен быть скомпенсирован для достижения коэффициента мощности cos φ ₂ в работе.

Таблица 1 — Коэффициенты преобразования F для регулировки фазового угла

3 основных вида компенсации //

Конденсаторы

могут использоваться для одиночной, групповой и центральной компенсации .Эти виды компенсации будут введены в следующем //

Одиночная компенсация

При однократной компенсации, конденсаторы напрямую подключаются к клеммам отдельных потребителей энергии и включаются вместе с ними через общее коммутационное устройство. Здесь мощность конденсатора должна быть точно отрегулирована для соответствующих потребителей. Одиночная компенсация часто используется для асинхронных двигателей (рисунок 4).

Рисунок 4 — Одиночная компенсация

Разовая компенсация экономически выгодна для:

• Крупные индивидуальные потребители энергии
• Постоянная потребляемая мощность
• Долгое время ВКЛ

Здесь нагрузка снимается с питающих линий к потребителям электроэнергии.Однако непрерывное регулирование мощности конденсатора в соответствии с его потребностью в реактивной мощности невозможно.

Групповое вознаграждение

При групповой компенсации каждое компенсационное устройство назначается группе потребителей . Такая группа потребителей может состоять, например, из двигателей или газоразрядных ламп, которые соединены в источник питания вместе через контактор или переключатель. В этом случае специальные переключающие устройства для подключения конденсаторов также не требуются (рисунок 5).

Рисунок 5 — Групповая компенсация

Групповая компенсация имеет те же преимущества и недостатки, что и однократная компенсация .

Центральная компенсация

Блоки управления реактивной мощностью используются для центральной компенсации , которые непосредственно назначаются распределительному устройству, распределительной плате или перераспределительной плате и устанавливаются там централизованно. Блоки управления содержат ветви переключаемых конденсаторов и контроллер, который получает реактивную мощность, присутствующую в месте ввода.

Рисунок 6 — Центральная компенсация

Если отклонение от заданного значения, , контроллер последовательно включает или выключает конденсаторы через контакторы .

Мощность конденсатора выбирается таким образом, чтобы вся установка достигла требуемого cos φ (рисунок 6). Центральная компенсация рекомендуется в случае:

• Многие мелкие потребители подключены к сети
• Различные требования к мощности и разное время включения потребителей энергии

Список литературы //

• Планирование распределения электроэнергии по SIEMENS
• Принципы эффективного и надежного реактивного энергоснабжения и потребления Федеральной комиссией по регулированию энергетики

,

Что такое реактивная мощность и как интеллектуальные инверторы могут использовать ее для создания надежной электрической сети?

Помните отключение в августе 2003 года? Это было крупнейшее событие в истории Северной Америки — оно затронуло более 50 миллионов человек в восьми штатах США и двух провинциях Канады.

Североамериканский совет по надежности электрооборудования обнаружил, что нехватка реактивной мощности — мощности, необходимой для поддержания тока электрическим током — была значительным фактором, который способствовал отключению электроэнергии.

Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия, обеспечивают не только электричество, но также могут использоваться для выработки реактивной энергии. Для предотвращения отключений системы возобновляемой энергии также нуждаются в интеллектуальных инверторах для управления потоком энергии и управления пассивной мощностью электрических сетей.

Чтобы удовлетворить эту потребность, исследователи из Университета Питтсбурга разработали интеллектуальные инверторы, которые регулируют реактивную мощность и напряжение электрических сетей.

Что такое реактивная мощность?

Подобно давлению, которое проталкивает воду через трубу, напряжение действует как давление, которое проталкивает электрический ток через линии электропередачи.Для этого напряжение опирается на реактивную мощность.

Без достаточной реактивной мощности падения напряжения угрожают стабильности сети. Таким образом, реактивная мощность не поддерживает наши огни и электронику. Думайте об этом как о мощности, которую сетка переменного тока использует для поддержания тока, протекающего к этим устройствам.

Итак, как мы можем генерировать больше реактивной мощности? Солнечные фотоэлектрические (PV) системы могут быть ответом. В США установлено более 55 гигаватт солнечного энергетического потенциала — этого достаточно для питания более 10 миллионов домов.

Подключение фотоэлектрической энергии к электрической сети создает уникальные проблемы, включая перенапряжение, которое требует поглощения реактивной мощности. Выходная мощность фотоэлектрической системы также может снижаться из-за факторов окружающей среды. Эти колебания напряжения усиливают устаревшее оборудование для управления питанием, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание, эксплуатацию и замену.

Чтобы смягчить эти помехи, коммунальные предприятия требуют, чтобы в фотогальванических системах использовались интеллектуальные инверторы для выработки или потребления реактивной мощности.

Использование интеллектуальных инверторов для регулирования реактивной мощности

Как и традиционные инверторы, интеллектуальные инверторы преобразуют постоянный ток (DC) в переменный ток (AC).Ключевым отличием является их способность поглощать и выводить реактивную мощность. Этот процесс также известен как компенсация реактивной мощности.

Задающие инверторы с компенсацией реактивной мощности выделяют тепло, которое может привести к сокращению срока службы устройства или его выходу из строя.

Проектирование инверторов обычно включает в себя создание многих прототипов и проведение длительных, дорогостоящих экспериментов. Однако с помощью моделирования исследователи из Питтсбургского университета пытались обойти это существенное усилие.

Моделирование напряжений реактивной мощности на интеллектуальных инверторах

Используя моделирование многодоменных систем (в настоящее время содержится в ANSYS Twin Builder), исследователи из Питтсбургского университета разработали электротермические модели для оценки схем интеллектуального инвертора и алгоритмов управления.

Когда исследователи смоделировали инвертор, электрические характеристики соответствовали ожидаемым. Это сравнение доказало, что модели обеспечивают точные прогнозы электрических и тепловых характеристик инвертора.

Затем исследователи провели исследования характеристик, чтобы уменьшить необходимость физического прототипирования термодинамики инвертора, что приводит к значительной экономии средств.

Моделирование

также позволило исследователям оценить различные конструктивные конфигурации. Изучение этих конфигураций дало исследователям возможность оптимизировать критический компромисс инвертора между характеристиками реактивной мощности и сроком службы устройства.

Чтобы узнать больше о том, как исследователи Питтсбургского университета используют моделирование ANSYS для оптимизации конструкций интеллектуальных инверторов, прочитайте: Сохранение срока службы солнечных инверторов.

,

No related posts.

Разное