Энергия активная и реактивная: Что такое активная и реактивная электроэнергия на счетчике

Содержание

Что такое активная и реактивная электроэнергия на счетчике

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— P2)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)

Ввиду того, что большой объем фактически паразитных реактивных токов нагружает сети поставщика электроэнергии, последние стимулируют потребителей снижать реактивную мощность.

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

Вычисляется он по формуле.

cosϕ = Pакт/Pполн

Где полная мощность – это сумма активной и реактивной.

Чем ближе показатель к единице, тем меньше паразитной нагрузки на сеть.

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.

Автор: RadioRadar

Базовые сведения об активной и реактивной электроэнергии (мощности)

Что означают эти понятия и для чего они нужны

Довольно часто многие клиенты просят пояснить понятия активной и реактивной электроэнергии. Используя термины АКТИВНАЯ и РЕАКТИВНАЯ, более корректно их сочетать со словом мощность, хотя ряд изданий использует «электроэнергия» в качестве второго слова в словосочетании. Предлагаем разобраться в данной ситуации.
Обратимся к основам электротехники, описанным в книге Бессонова Л. А. «Теоретические основы электротехники» — М: Высшая школа, 1984:

Нет активной электроэнергии. Есть активная мощность.
Нет реактивной электроэнергии. Есть реактивная мощность.
 
Активная — это нагревание резисторов. 
Реактивная — колебание тока и напряжения в ёмкостях и индуктивностях.  
 
Как правило, потребители (нагревательные приборы, лампы накаливания и т.д.) используют только активную мощность, поэтому её должно быть больше. Тем не менее, есть приборы и с реактивной мощностью (двигатели, печки и т.д.). Поэтому на производстве, как правило, применяются электросчетчики, учитывающие как активную, так и реактивную составляющую полной мощности, напр. электросчетчики Энергомера СЕ302 S33 543 380V 5(10)A.

Другими словами, если в цепи ток совпадает с напряжением, то это так называемая АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ ( не электроэнергия, такого понятия нет) . Если ток по фазе опережает напряжение либо отстает от него — это РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ и она не производит полезную работу.
Косинус угла разности фаз тока и напряжения и есть этот непонятный для потребителей косинус фи. Чем он меньше, тем больше разность фаз между током и напряжением и тем меньше будет произведено полезной работы электрическим током. Чем ближе он к единице, тем больше доля полезной, активной мощности. А бороться с бесполезными индуктивными токами обычно пытаются, включая в схему дополнительный конденсатор.Так что берите клещи, измеряйте реактивку, если меньше 0,9, ставьте кондёры подходящего номинала и будет вам счастье! Ибо уменьшая реактив, вы уменьшаете и актив, это факт. Электрочётчик это тоже покажет.

Понятие активной мощности можно объяснить, используя простейшую аналогию. Рассмотрим строительную тачку, показанную на рисунке.

Для того, чтобы сдвинуть тачку с места, очевидно, что необходимо применить силу к ручке. (направить силу на ручку).

Но сила применима в прямом направлении только когда мы поднимем тачку. В противном случае возникает препятствие для движения в виде подножки (подставки) тачки.

Активная энергия – это то, что является результатом активной работы, т.е.продвижения тачки в прямом направлении. Следовательно, активная энергия – это только усилие, прикладываемое к тачке, чтобы заставить ее двигаться и таким образом выполнять реальную, то бишь, полезную работу.

Реактивной энергией можно считать ту, которая помогает держать тачку поднятой.

Полная мощность (поднятия (активная мощность) плюс толкания (реактивная мощность)) — то, что в итоге применяется к ручке тачки.

Счетчик реактивной энергии — это скорее всего, прибор неизвестный нашим обычным (домашним) потребителям, которые повсеместно используют для расчетов с энергопоставляющей компанией счетчики активной энергии. Домашний пользователь, таким образом, находится в удобном положении — платит только за полезную энергию и не должен интересоваться какой коэффициент мощности в его установке.

А вот промышленные потребители — в отличие от первой группы — обязаны, на основании подписанных договоров и часто под угрозой финансовых штрафов, поддерживать коэффициент мощности на должном уровне. Коэффициент tgφ глубоко укоренился в энергетическом законодательстве и его определяют как результат отношения реактивной мощности к активной мощности в данный расчетный период. Если вернуться на некоторое время к треугольнику мощности в синусоидальных системах, то мы заметим, что тангенс угла сдвига фаз между током и напряжением равен отношению реактивной мощности Q к активной мощности P. Таким образом, критерий удержания tgφ ниже 0,4 не означает ничего другого, как только определение, что максимальный уровень подсчитанной реактивной энергии не может быть выше, чем 0,4 от значения полученной активной энергии. Любое потребление реактивной энергии выше договоренности подлежит дополнительной оплате.

Дополнительно о реактивной мощности можно почитать в наших статьях здесь и здесь

Что такое реактивная энергия или реактивная мощность?

Когда речь идет об электрических приборах, чаще всего интересуются их электрической мощностью. При этом считается, что чем больше эта мощность, обычно указываемая в документации, приложенной к электроизделию, тем большую полезную работу можно получить от этого изделия.

Электроприборы представляют собой нагрузку, которая для переменного тока имеет разную величину. Так все нагревательные приборы: лампы накаливания, ТЭНы в утюгах, электрических плитах, электрочайниках, стиральных машинах, электрообогревателях и т. п., это активные нагрузки. Все виды трансформаторов, стабилизаторов, электродвигателей – в стиральных машинах, кондиционерах, вентиляторах, отопительных приборах, электроинструменте, насосах для полива и для отопления, газонокосилках, измельчителях веток (шредерах ) и мн. др. – это нагрузки активно-индуктивные. Люминесцентные лампы и светильники, энергосберегающие компактные лампы (КЛЛ) и пр. – это активно-емкостные нагрузки.

Реактивной называется энергия возникающая при прохождении переменного электрического тока через катушку индуктивности (образуется магнитное поле) или через конденсатор (образуется электрическое поле). Она может увеличиваться или уменьшаться. При увеличении она потребляет мощность из сети, при уменьшении – отдает обратно в сеть.

В домашней электрической сети действует переменное напряжение, величина которого 220 В, а частота 50 Гц. По форме это синусоида, которая 100 раз в секунду переходит через «0». В этот момент происходит смена направления движения тока. При подключении этого напряжения к нагрузке, которая имеет только активную составляющую, ток в цепи по фазе (по моменту действия) полностью совпадает с напряжением. Т. е. при нарастании тока идет нарастание напряжения, при спаде напряжения спадает и ток, при переходе напряжения через «0» ток в это же мгновение тоже переходит через «0». Если нагрузка имеет индуктивную составляющую, то ток начинает отставать от напряжения. Напряжение растет, перейдя через «0», а ток еще может даже не дошел до «0», напряжение уже начало уменьшаться после максимума, а ток опаздывает, т. к. он еще увеличивается. И чем больше индуктивность обмотки двигателя или трансформатора, тем больше это расхождение по фазе. При активной составляющей нагрузки близкой или равной «0» (когда трансформатор включен в сеть, а нагрузки на нем нет) ток запаздывает почти на 90°, т. е. на четверть периода.

В случае емкостной нагрузки процесс тот же, но только ток опережает напряжение.

Происходят эти процессы потому, что в первом случае ток, протекающий по катушке индуктивности (обмотке двигателя или трансформатора) создает каждым витком катушки магнитное поле. А т. к. ток изменяется – нарастает или спадает, то суммарное поле тоже увеличивается или уменьшается. Изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукции (закону Майкла Фарадея) наводит в соседних витках той же катушки или соседней с ней, например вторичной катушке трансформатора э.д.с. самоиндукции такой же по величине, но обратной по знаку. Эта э.д.с., вызывает в своей нагрузке, которой является уже питающая сеть такой же изменяющийся ток, но обратного направления. Этот новый ток опять по тому же закону М. Фарадея образует обратное по направлению изменяющееся магнитное поле и процесс повторяется. Пока по обмотке течет переменный ток, в ней будет создаваться переменное магнитное поле. И чем больше индуктивность, тем больше поле. При выключении тока поле исчезнуть мгновенно не может, поэтому оно на контактах выключателя может образовать электрический дуговой разряд. Если его нет, то поле разряжается через маленькое активное сопротивление катушки. Т. е. когда ток увеличивается, катушка запасает энергию, а когда начинает уменьшаться – катушка отдает ее обратно в сеть. Нагрузка не включена, тока на выходе нет, а напряжение есть, и трансформатор гоняет энергию в обмотку и из обмотки. Эти токи на активном сопротивлении проводов вызывают тепловые потери. Они по величине невелики, но они есть. Похожие процессы происходят и при емкостном характере нагрузки. Отличие лишь в том, что поле не магнитное, а электрическое.

Таким образом, работы нет, а потери присутствуют.

Те же процессы происходят и при включении нагрузки. Но на фоне больших рабочих токов, протекающих при этом, реактивные токи мало заметны.

Уменьшить эти токи можно подключением к индуктивным цепям конденсаторов, а к емкостным, соответственно, индуктивностей. Это называется компенсированием реактивных составляющих.

Оценить реактивную составляющую можно по Км – коэффициенту мощности или по cos φ. При этом cos φ = Р/S, где:

  • Р – активная мощность, обеспечивающая рабочие характеристики;
  • S – полная мощность, потребляемая устройством.

При cos φ = 1 – вся мощность устройства активная, при меньших значениях – появляется реактивная составляющая. Мощность потребляемая растет, а работа остается та же.

Например, если на дрели и вентиляторе написано, что его мощность 600 Вт, а cos φ = 0,75, то их реальная мощность, потребляемая из сети будет равна 800 Вт, а работу они сделают на 600 Вт.

Меры по компенсации реактивной мощности

Правильная компенсация реактивной мощности дает возможность уменьшить мощность, передаваемую по кабельным и проводным сетям предприятия. Это позволяет снизить расход до 10-20 %, а в тех случаях, когда cos φ = 0,5 и даже менее его, результат может быть до 1/3. Предприятия с большим количеством мощных недогруженных электродвигателей должны компенсировать их реактивную мощность.

Небольшие организации, офисы, торговые предприятия могут иметь большую реактивную составляющую за счет люминесцентных источников освещения, двигателей вентиляции приточной и вытяжной, кондиционеров, приводов теплоснабжения и водоснабжения и другой нелинейной нагрузки. К такой нагрузке могут относиться тиристорные и симисторные регуляторы систем освещения, импульсные блоки питания и мн. др. Все эти виды потребителей электроэнергии используют в своей работе импульсный режим, при этом этот режим часто сопровождается крутыми передними и задними фронтами импульсов (нарастанием и спаданием тока и напряжения). Специалисты эти фронты называют передним и задним. И чем меньше длительность переднего и заднего фронтов, тем больше в питающую сеть переменного тока проникает гармоник (напряжений удвоенной, утроенной и т. д. частоты) основного напряжения, тем меньше cos φ.

Поэтому передовые производители современных компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) заботятся об энергетической эффективности не только самой лампы, но и всей электрической сети, используемой для их питания. Для этого они, незначительно усложнив схему их питания, получают коэффициент мощности, равный 0,92 – 0,97. В то же время простые КЛЛ имеют его значительно меньшей величины, а обычные традиционные люминесцентные «трубки» с электромагнитным пуско-регулирующим аппаратом имеют коэффициент мощности вообще равный 0,5.

Поэтому, выбирая для своей квартиры или офиса малогабаритные энергосберегающие высокоэффективные источники света в виде КЛЛ, обязательно интересуйтесь таким их параметром, как коэффициент мощности. И если он не указан в параметрах продаваемой лампы, то лучше отказаться от такой покупки.

Предлагаем приобрести качественные энергосберегающие лампы:

Наименование: Лампа светодиодная R80 LR-12 10W E27 2700K алюмопл. корп. A-LR-0276
Тип лампы: Рефлекторная
Артикул: A-LR-0276
Мощность (W): 10
Тип цоколя: E27
Cветовой поток (lm): 780
Световая эффективность (lum/W): 78
Ширина B (мм): 80
Высота A (мм): 110
Температура (К): 2700
Тип света: теплый свет
Напряжение (V): 175-250
Ресурс , часов: 25000
Срок службы, лет: 17
Индекс цветопередачи (Ra): 80
Аналог лампы накаливания (W): 75Вт
Частота электросети (Hz): 50
Температурный режим (град): -20°С +40°C
Количество в ящике, шт: 50
Содержание ртути (мг): 0
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4895127217297
Тип колбы: Рефлекторная
Цвет стекла: Опаловый
Угол рассеивания град: 120
Производитель: ELECTRUM
Гарантия: 3 года

(Код: A-LR-0276)

Тип лампы: Рефлекторная
Мощность (W): 10
Температура (K): 2700
Тип цоколя: E27

Наименование: Лампа светодиодная стандартная LS-V10 10W E27 4000K алюмопл. корп. A-LS-1520
Артикул: A-LS-1520
Мощность: 10
Световой поток: 900
Тип лампы: Стандартная
Напряжение (V): 220
Цветовая температура К: 4000
Тип цоколя: E27
Группа: Лампы
Подгруппа: Лампы светодиодные (LED)
Модель: ls-V10
Тип колбы: Стандартная
Цвет стекла: Опаловый
Тип светодиода: SMD
Угол рассеивания, (C): 270
Ресурс часов: 25000
A mm: 110
B mm: 60
Штрих код упаковки: 4895127217815
Количество в упаковке шт.: 50
Производитель: Electrum

(Код: A-LS-1520)

Наименование: Лампа светодиодная стандартная LS-V10 10W E27 4000K алюмопл. корп. A-LS-1520
Артикул: A-LS-1520
Мощность: 10
Тип цоколя: E27

Наименование: Лампа светодиодная стандартная LS-11. LV 10W E27 4000K алюмопл. корп. 36V A-LS-0758
Артикул: A-LS-0758
Мощность: 10
Световой поток: 810
Тип лампы: Стандартная
Напряжение (V): 36
Цветовая температура К: 4000
Тип цоколя: E27
Группа: Лампы
Подгруппа: Лампы светодиодные (LED)
Модель: LS-11.LV
Тип колбы: Стандартная
Цвет стекла: Опаловый
Тип светодиода: SMD
Угол рассеивания, (C): 300
Ресурс часов: 25000
A mm: 113
B mm: 60
Штрих код упаковки: 4895127208646
Количество в упаковке шт.: 50
Производитель: Electrum

(Код: A-LS-0758)

Наименование: Лампа светодиодная стандартная LS-11.LV 10W E27 4000K алюмопл. корп. 36V A-LS-0758
Артикул: A-LS-0758
Мощность: 10
Тип цоколя: E27

Наименование: Комплект ламп светодиодных стандартных B60 PA10L 10W E27 4000K алюмопл. корп. 3шт. 18-0150
Артикул: 18-0150
Мощность: 10
Световой поток: 806
Тип лампы: Стандартная
Напряжение (V): 220
Цветовая температура К: 4000
Тип цоколя: E27
Группа: Лампы
Подгруппа: Лампы светодиодные (LED)
Модель: PA10L
Тип колбы: Стандартная
Цвет стекла: Опаловый
Тип светодиода: SMD
Угол рассеивания, (C): 250
Ресурс часов: 20000
A mm: 109
B mm: 60
Штрих код упаковки: 4895127200930
Количество в упаковке шт.: 50
Производитель: ELM

(Код: 18-0150)

Наименование: Комплект ламп светодиодных стандартных B60 PA10L 10W E27 4000K алюмопл. корп. 3шт. 18-0150
Артикул: 18-0150
Мощность: 10
Тип цоколя: E27

Реактивная электроэнергия — оплата

Законодательство в области электроэнергетики предусматривает довольно внушительный набор упоминаний о необходимости оплаты потребителю в адрес сетевой организации реактивной мощности, однако, фактически, такая оплата в настоящее время не осуществляется. Давайте разберемся почему так происходит.

Известный всем еще со школьной скамьи треугольник мощностей, творчески переработанный в иллюстрации к данной статье, говорит о том, что полная мощность состоит из активной мощности, то есть идущей на полезную работу, а также реактивной мощности, которая, соответственно, на полезную работу не идет.

По сути, реактивная мощность — это потери. Чем больше реактивная мощность, тем больше сетевая организация должна передать энергии, чтобы электроустановки потребителя выполнили полезную работу.

По логике потребитель должен либо компенсировать сетевой организации затраты на передачу «лишней» мощности, либо устанавливать у себя компенсаторы реактивной мощности, которые стоят совсем не дешево.

Законодательство на первый взгляд здесь на стороне сетевой организации.

В правилах оказания услуг по передаче электрической энергии, указано, что:

  • При необходимости потребитель обязан установить оборудование, обеспечивающие регулирование реактивной мощности.
  • Потребитель обязан поддерживать на границе балансовой принадлежности значения показателей качества электрической энергии, в том числе соблюдать значения соотношения потребления активной и реактивной мощности, определяемые для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств).
  • Сетевая организация обязана определять значения соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств. Правила определения установлены соответствующим приказом Минэнерго РФ.
  • Если сетевая организация выявляет нарушение потребителем соотношения активной и реактивной мощности, далее:
    • Составляется акт.
    • Потребитель уведомляет о сроке в течение которого он установит компенсаторы реактивной мощности.
    • Если уведомления от потребителя нет, либо в установленные сроки (не более 6 месяцев) компенсаторы не установлены, в отношении потребителя применяется повышающий коэффициент к тарифу на услуги по передаче электроэнергии.

Размер повышающего коэффициента устанавливается в соответствии с методическими указаниями, утверждаемыми федеральным органом исполнительной власти в области государственного регулирования тарифов.

При технологическом присоединении в технических условиях для заявителей сетевая организация указывает требования к устройствам контроля и учета качества электроэнергии, к том числе соотношению активной и реактивной мощности.

В правилах розничных рынков электроэнергии указано, что:

  • Обязанность потребителя по обеспечению функционирования компенсации реактивной мощности является существенным условием договора энергоснабжения.
  • Потребитель обязан поддерживать на границе балансовой принадлежности значения показателей качества электрической энергии соблюдать значения соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств.

Почему же при столь детальной проработке вопроса об обязанностях потребителя по поддержанию соотношения активной и реактивной мощности и оплате сетевой организации услуг по передаче с повышающим коэффициентом при нарушении данного соотношения, в настоящее время потребители фактически не доплачивают за реактивную мощность?

Всё просто.

В настоящее время повышающие коэффициенты установлены только в отношении потребителей, подключенных к сетям единой национальной (общероссийской) электрической сети.

То есть, для потребителей, не имеющих договор оказания услуг по передаче электроэнергии с ПАО «ФСК ЕЭС» зафиксировать нарушение соотношения активной и реактивной мощности можно, а вот наказать за это нельзя.

В результате в распределительных сетях контроль реактивной мощности осуществляется только на этапе технологического присоединения, где сетевая организация может включить установку компенсаторов реактивной мощности в технические условия.

Описание параметра «Тип учитываемой электроэнергии (A/R)»

В электрический цепях, содержащих комбинированную нагрузку, полная мощность, потребляемая от сети, складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную на грузку на силовые линии питания.   Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами (cosφ), называется коэффициентом мощности.

В электрических сетях, содержащих только активную нагрузку (лампы накаливания, электронагреватели и др.) ток и напряжение изменяются синфазно, и из сети потребляется только полезная активная мощность.

Но в реальной жизни это бывает достаточно редко. Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором).

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети.

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершает колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно).

Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (φ) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е. cos(φ)=P/S.

Появление реактивной составляющей в сети можно отобразить на векторных диаграммах следующим образом:

Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом.

Чем ближе значение cos(φ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности

Для большинства промышленных потребителей наличие в сетях реактивной энергии означает следующее: по сетям между источником электроэнергии и потребителем кроме совершающей полезную работу активной энергии протекает и реактивная энергия, не совершающая полезной работы и направленная только на создание магнитных полей в индуктивной нагрузке.   Протекая по кабелям и обмоткам трансформаторов, реактивный ток снижает в пределах их пропускной способности долю протекаемого по ним активного тока, вызывая при этом значительные дополнительные потери в проводниках на нагрев — т.е. активные потери. Из этого следует, что согласно современным правилам расчета за электроэнергию, потребитель вынужден как минимум дважды платить за одни и те же непроизводительные затраты. Один раз — непосредственно за потребленную из сети реактивную энергию (по счетчику реактивной энергии) и второй раз — за нее же, но косвенно, оплачивая активные потери от протекания реактивной энергии, учитываемые счетчиком активной энергии.

            Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитирующим фактором, неблагоприятным для сети в целом. В результате этого: 

  • увеличиваются расходы на электроэнергию;
  • приходится платить штрафы за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности
  • возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
  • увеличивается нагрузка на трансформаторы и коммутационную аппаратуру, таким образом, снижается срок их службы
  • увеличивается нагрузка на провода, кабели — приходится использовать большего сечения;
  • отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).
  • увеличивается уровень высших гармоник в сети

Реактивная мощность на ощупь, простым языком, без графиков | Электромозг

Сегодня я постараюсь объяснить простым языком, что же такое реактивная мощность электрической энергии.

Активная мощность

Для начала, расскажу про наиболее привычную нам активную мощность, за которую мы, собственно, и платим по счётчику. Эта мощность, потребляемая нагрузкой типа обычного сопротивления. Как правило, это все нагревательные приборы (бойлеры, обычные электроплитки, электро калориферы и т.п.). Потребляемая мощность этих приборов полностью активная. В этих приборах электрическая энергия безвозвратно и полностью преобразуется в другой вид энергии (тепловую и другие).

Активная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).

Величина активной мощности, потребляемой такими приборами считается просто — умножением напряжения в розетке на ток, протекающей в цепи включенного нагревательного прибора:

P = U * I

Тут всё просто. Нагрузка пассивна, постоянна, никаких неожиданностей.

Замечу, что в цепях постоянного тока существует только активная мощность, поскольку значение мгновенной и средней мощности там совпадают.

Реактивная мощность

Если включить в сеть переменного тока не нагревательный прибор, а, например, электромагнит, то помимо активной, в цепи возникает реактивная энергия, которая с частотой переменного тока то потребляется прибором, то возвращается обратно в сеть. Эта энергия переносится от источника к электромагниту и обратно дважды за период, каждую четверть периода меняя направление.

Это происходит из-за того, что при потреблении электроэнергии, например, обмоткой магнита, каждый полупериод в нём происходит временное запасание энергии в магнитном поле катушки, и последующая отдача её назад, из-за чего происходит рассинхронизация синусоид величин напряжения и тока в сети.

Изменения тока в цепи отстаёт от соответствующих синусоидальных изменений напряжения. Такое поведение присуще любой т.н. индуктивной нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, электромагниты).

Помимо индуктивной нагрузки существует емкостная (различные электронные устройства с конденсаторами, как накопителями энергии, например, в импульсном блоке питания), в которой ток, наоборот, опережает напряжение за счёт временного накопления энергии конденсаторами и последующей отдачи её назад. И в том и в другом случае в цепи помимо активной возникает реактивная энергия.

Вред реактивной энергии в электроэнергетике очевиден — она никак не используется, но шляется туда-сюда по проводам, дополнительно нагружая их. Кроме того, при таком «шлянии» эта энергия ещё и частично теряется, преобразуясь в активную энергию при нагреве проводов. Однако в радиотехнике реактивная мощность может быть и полезной (например, в колебательных контурах).

Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Для вычисления доли реактивной мощности применяется формула:

Q = U * I * sin φ, где:
sin φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет реактивная мощность.

Для вычисления активной мощности в сетях с реактивной составляющей применяется формула:

P = U * I * cos φ, где:
cos φ — коэффициент мощности, показывающий, какую долю полной мощности составляет активная мощность.

Коэффициенты мощностей разных приборов обычно указываются в паспортах на них.

Неактивная мощность

Неактивная мощность (пассивная мощность) — это вся мощность кроме активной, т.е. как реактивная мощность, так и мощность любых нелинейных искажений синусоиды, в том числе и мощность колебаний в колебаниях (высших гармоник).

Неактивная мощность обозначается буквой N и измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Нелинейные искажения могут быть вызваны такой нелинейной нагрузкой, как, например, импульсные блоки питания без корректора коэффициента мощности.

Полная мощность

Полная мощность — эта вся мощность, и активная и неактивная.

Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).

Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощности:

S = √(P² + N²)

В случае линейной (равномерной на протяжении периода) нагрузки полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной мощности. В этом случае неактивная мощность полностью состоит из реактивной составляющей.

S = √(P² + Q²)

То есть, полная мощность получается не лобовым сложением активной и неактивной частей, а по закону прямоугольного треугольника:

Надеюсь, я немного прояснил данный вопрос.

Если тема всё ещё непонятна, почитайте мою новую статью, где я более тщательно расписал физику процесса.

Ставьте лайки, если статья понравилось. Пишите комментарии.

Делитесь также этой статьёй в социальных сетях (соответствующие кнопочки рядом со статьёй в наличии) и, конечно, подписывайтесь на мой канал! Жду ваших отзывов! Удачи!

Интересное о LED » Активная и реактивная энергия в светодиодном освещении и её компенсация

Чем реактивная энергия отличается от активной?

Понятие реактивная энергия используется чаще всего вместе с электрической мощностью. Покупая, например, электрическую дрель в магазине, не всякий покупатель интересуется её «косинусом фи». А ведь если он близок к единице, то почти все электроэнергия, потребленная из сети, будет преобразована во вращение сверла. Если он около 0,5 – 0,6, то почти половина потребленной энергии вернется обратно в сеть, за исключением тепловых потерь от протекания полного тока в проводах.

Большинство бытовых нагревательных приборов имеют активный характер сопротивления. Это утюг. чайник, электрообогреватель и т, п. Часть приборов, особенно электронных, с импульсными источниками питания имеют реактивную индуктивную составляющую. При их работе ток отстает по фазе от напряжения. К устройствам с активной и реактивной энергией относятся:

  • оборудование нагревательное со спиралями и ТЭНами;

  • все бытовое оборудование с электродвигателями – вентиляторы, пылесосы, кондиционеры, кухонные очистители воздуха и пр.;

  • осветительные приборы – люминесцентные светильники и лампы-ретрофиты, КЛЛ, светодиодные и пр.

Последняя группа имеет ёмкостной характер сопротивления. У них ток опережает напряжение. В большинстве современных ламп, и КЛЛ, и светодиодных в цоколе или прилегающей к нему колбе встроен малогабаритный источник питания тонкой газоразрядной люминесцентной трубки или светодиодов. В высококачественных лампах его реактивность компенсируют электронной схемой. Выбрать нужную вам лампу можно в нашем интернет-магазине.

Реактивные составляющие мощности не выполняют полезной работы, а только «перекачиваются» из сети в «емкости» и/или «индуктивности» устройств, а потом обратно. Эти «перекачки» сопровождаются тепловыми потерями на паразитном сопротивлении цепей, снижая энергоэффективность устройств.

Поэтому компенсация реактивной энергии – это путь повышения полезного использования электроэнергии в сетях.

Индуктивную составляющую обычно компенсируют включением параллельно обмотке трансформатора или электродвигателя электрического конденсатора. Его сопротивление на частоте сети должно быть равно или близко к индуктивному сопротивлению на этой же частоте.

Мощность

— активная энергия, реактивная энергия или просто энергия?

Могу ли я сказать, что, используя активную мощность, я могу оценить активное потребление энергии двигателем, или что активная энергия не является широко используемым термином, особенно в промышленной среде?

Истинная мощность — это фактическое потребление / преобразование энергии, поэтому нет необходимости оценивать его, если вы это уже знаете. Активная или истинная энергия, если предположить, что это действительные термины, будет просто количеством энергии, которое необходимо преобразовать в неэлектрическую энергию, а активная / истинная мощность — это скорость преобразования.

Если я могу использовать вышеуказанный термин, можно ли вообще не учитывать реактивную энергию? Имеет ли смысл говорить о реактивной энергии?

Я подозреваю, что это сильно зависит от того, что вы делаете. Если это не имеет отношения к вашей задаче, да, вы можете проигнорировать это, но если вы обычно спрашиваете, можете ли вы игнорировать коэффициент мощности или что-то в этом роде, ответ будет отрицательным.

Что мы обычно имеем в виду, когда говорим об электроэнергии на заводе?

Когда мы говорим об электроэнергии на заводе или в любой другой системе, мы имеем в виду потенциальную энергию, доступную из-за разницы напряжений, которая заставляет ток течь для выполнения задач, электрических по своей природе или нет.

Мы говорим о сумме активной мощности в кВтч?

кВтч, или тысяча ватт-часов, относится к потреблению / преобразованию энергии, которую они производят, умножая скорость преобразования энергии (показатель мощности) на период, в течение которого энергия преобразуется, поэтому цифра в кВтч выражает количество используемой или доступной энергии.

Или мы используем полную мощность для расчета энергии в этом случае?

Хммм, я думаю, вы можете быть очень не уверены в том, что в первую очередь означают мощность и энергия.Прежде чем продолжить, я хотел бы отметить, что непонятно, о чем вы говорите. Используем ли мы , какое значение полной мощности в , каким образом для расчета какого значения энергии? На большинство ваших вопросов также трудно ответить, поэтому я добавлю следующее:

Хмммм … Хорошо, я думаю, небольшое разъяснение может исправить ситуацию.

Истинная мощность — это мощность, которая фактически «используется» (преобразуется в какую-либо другую форму энергии и удаляется из схемы в виде тепла, кинетической энергии и т. Д.).

Реактивная мощность — это мощность, которая накапливается в реакторах (катушках индуктивности и конденсаторах) и возвращается в схему позже.Хотя эта мощность сама по себе не используется схемой, она может способствовать потере тепла, поскольку увеличивает ток в отдельных частях схемы, поскольку он «звенит» взад и вперед между реакторами.

Полная мощность — это мощность, которая появляется, когда вы просто измеряете цепь без выделения реактивной части мощности. Какой-то модный парень понял, что взаимосвязь между этими фигурами может быть выражена с помощью математики, связанной со сторонами треугольника, как вы видите здесь:

Реактивная энергия, во всяком случае, будет энергией, запасенной реакторами в цепи, и ее скорость передачи / накопления, вероятно, будет реактивной мощностью.

Надеюсь, это поможет.

Мощность

— Что такое реактивная энергия?

В электроэнергетике переменного тока реактивная энергия — это электрическая энергия, которая хранится, а не преобразуется в какую-либо другую форму энергии и, таким образом, «используется» или «потребляется». Реактивная мощность — это скорость передачи реактивной энергии от одного элемента накопителя к другому.

На схеме ниже показана типичная передача мощности от электрической сети к точке использования. Напряжение источника подается пользователю и считается идеальным источником однофазного переменного тока.Нагрузку можно представить как резистор, включенный параллельно катушке индуктивности. Напряжение источника — это напряжение на обоих компонентах нагрузки.

Ток резистора синфазен с напряжением источника. Форма волны мгновенной мощности резистора представляет собой произведение тока резистора, умноженного на напряжение источника. Эти минимальные точки на этой кривой лежат на оси X. Мощность всегда положительная, что указывает на то, что вся мощность передается от источника к резистору. Площадь под кривой представляет собой энергию, полученную резистором и рассеиваемую в виде тепла.

Ток индуктора отстает от напряжения источника на 90 градусов. Произведение напряжения источника и тока индуктора представляет собой синусоидальную волну, которая имеет положительные и отрицательные значения, среднее значение которых равно нулю. Поскольку это не является реальной мощностью, это называется «вольт-ампер, реактивный» или «переменный ток». Над и под кривой есть равные площади, указывающие энергию, полученную от источника и возвращенную к источнику. Это реактивная энергия.

Показанная как идеальная схема, средняя и чистая передача реактивной энергии равны нулю.Однако есть реальная энергия, которая постоянно движется вперед и назад. В идеальной системе реактивная энергия генерируется при подключении нагрузки, передается взад и вперед, пока нагрузка подключена, и возвращается к источнику при отключении нагрузки. На самом деле при каждой передаче между нагрузкой и генератором теряется около 7% энергии. Компания установит конденсаторные накопители на местных подстанциях или даже на опорах линий электропередачи. Используя свою структуру тарифов, коммунальные предприятия поощряют крупных пользователей поставлять собственные конденсаторы.

Общий вольт-ампер (ВА) — это сумма мощности (ватт) и реактивного вольт-ампера (ВАР). Это показано как синусоида, которая опускается ниже нулевой оси.

Данные цепи для выше

Напряжение питания: 240 В среднеквадр., 339,4 В пик.

Ток резистора: 200 А (282,8 пиков)

Ток индуктора: 150 Ампер (212,1 пк)

Ток питания: 250 А (353,8 пика)

Мощность: 48 кВт (96 пик-пик)

Реактивная мощность: 36 кВАр (72 пик-пик)

Полная мощность: 60 кВА (120 пик-пик)

нет передачи полезной энергии из-за реактивной составляющей импеданса нагрузки.

Нет чистой энергии, но это только потому, что энергия передается в обоих направлениях.

… реактивная энергия и соответствующие счетчики … какую энергию фактически показывают эти счетчики?

Они считывают скорость передачи энергии туда и обратно.

Если это «реактивная энергия», что они под этим подразумевают?

См. Выше.

… Почему они так определяют?

VAR называются VAR, чтобы отличить энергию, которая передается туда и обратно, от энергии, которая «потребляется».«Потребляемая» энергия имеет гораздо более высокую стоимость, чем энергия, которая просто передается туда и обратно, но у VAR все еще есть стоимость.

Коммунальные приборы

Единица измерения, которую мы использовали для выставления счетов за электроэнергию, — киловатт-час. Это площадь под кривой мощности, интегрированной за цикл выставления счетов. Для выработки ископаемого топлива энергия, измеренная счетчиком киловатт-часов, равна содержанию энергии во входящем топливе плюс потери, понесенные при выработке, передаче и распределении энергии. Большинство этих потерь прямо пропорциональны произведенной энергии.

Коммунальные предприятия также могут измерять киловар-часы. Это площадь под кривой var, интегрированной в течение цикла выставления счетов без учета направления потока энергии. Хотя чистая переданная реактивная энергия равна нулю, потери, возникающие при передаче и распределении переменных, прямо пропорциональны общему количеству переданных переменных. Также существуют связанные капитальные затраты на оборудование для производства, передачи и распределения, которые пропорциональны общему количеству переданных вар.

Используемые формулы выставления счетов и измеренные количества определяются отдельными коммунальными предприятиями. Основы в целом схожи, но используются различные конкретные методы.

Список литературы

Основная информация представлена ​​аналогично в учебниках по цепям переменного тока. Вот некоторые ссылки, относящиеся к электроэнергетике:

Edison Electric Institute, Справочник по учету электроэнергии

Майкл Берден, Общие сведения о потоке мощности и соглашениях об именах в
Приложения для двунаправленного измерения

пассивных сетей — что физически представляет значение реактивной мощности?

Давайте на секунду проигнорируем аспект мощности и подумаем, что такое реактивное сопротивление на самом деле.

Вы знаете математику и теорию, вы можете говорить о вещах в абстрактных теоретических конструкциях, используя комплексные числа, фазоры и все такое. Но абстрактные модели это именно абстрактные модели. Математика может моделировать вещь, но на самом деле она не поможет вам понять физическую систему, которую моделирует, за исключением других абстрактных способов.

Так что давайте на секунду проигнорируем математику и поговорим о том, что такое реактивное сопротивление на самом деле.

Собственно, поговорим о сопротивлении.Реальный компонент импеданса. В конечном итоге сопротивление представляет собой потерю энергии. Сопротивление потребляет часть кинетической энергии электронов, движущихся по цепи, и это проявляется как знакомое омическое падение напряжения, которое мы наблюдаем на любой резистивной нагрузке. Электроны ударяются о материал, заставляя их вибрировать, и резистивная нагрузка нагревается, поскольку электроны теряют джоули и переходят в нагрузку. Чем выше скорость энергии, которая проходит через эту нагрузку, тем быстрее скорость потери мощности, и тем сильнее вам нужно приложить усилия, чтобы это произошло.

Но это только одна сторона медали. Помимо простого рассеивания энергии в окружающую среду, существует еще один вариант: энергия может накапливаться. Емкость и индуктивность часто называют «двойными» друг другу, потому что они оба являются мерой накопления энергии. Емкость — это мера энергии, запасенной в электрическом поле, а индуктивность — это мера энергии, запасенной в магнитном поле.

Накопленная энергия выглядит как рассеиваемая, по крайней мере, сначала.В обоих случаях энергия, которая была в цепи, больше не присутствует. Единственная разница между сопротивлением и реактивным сопротивлением здесь заключается в том, что с сопротивлением эта энергия уходит навсегда, но реактивное сопротивление в конечном итоге вернет эту энергию обратно в схему в более позднее время. Ну, и, конечно же, в качестве меры хранения они в конечном итоге достигают максимального объема хранения при статической схеме. Конденсатору потребуется более высокое напряжение, чтобы накапливать больше энергии, катушке индуктивности также потребуется более высокий ток, чтобы накапливать больше энергии.Это аспект «реактивного сопротивления». По мере накопления энергии это реактивное сопротивление, по-видимому, рассеивает меньше энергии, пока оно полностью не исчезнет. Если мощность начинает снижаться, накопленная энергия возвращается в цепь.

Так что же такое кажущаяся мощность? Это просто скорость, с которой схема или часть схемы (в зависимости от того, что вы рассчитываете / смотрите) накапливает энергию, или, если величина противоположная, скорость, с которой она выделяет энергию. Вот и все. Это не странно или странно, это реальная физическая вещь, которую можно измерить.Если вы заряжаете массивную батарею конденсаторов от батареи, она будет потреблять джоули от этой батареи, и это будет происходить с определенной скоростью, которая сначала будет максимальной, но в конечном итоге упадет до нуля. Технически это реактивная мощность. Но он по-прежнему измеряется в ваттах, а ватты — это всегда ватты. Вы просто измеряете скорость, с которой что-то хранит джоули, а не скорость, с которой они просто рассеиваются.

Ваше замешательство, я думаю, в том, что вы на самом деле как бы уже пришли к ответу, даже не осознавая этого.Если у вас есть цепь, состоящая только из конденсаторов и катушек индуктивности, тогда нет «P», так как энергия не рассеивается при некотором количестве джоулей в секунду. Сохраняется только энергия , и она в конечном итоге будет высвобождена, так что да, в среднем она равна 0. Реактивная мощность всегда присутствует. В конечном итоге это просто хранение, а не потребление, так что да, оно всегда будет в среднем равным 0. Эти джоули были взяты взаймы, но катушки индуктивности и конденсаторы имеют потрясающий кредитный рейтинг и всегда окупаются, так что вы на самом деле ничего не теряете. деньги / джоули в долгосрочной перспективе.

Итак, вам вообще не нужно говорить об этом с точки зрения математики. Фактически, если вы понимаете, что реактивная мощность — это просто скорость накопления и высвобождения энергии, измеряемая в джоулях в секунду или ваттах, как и все остальное, связанное с мощностью, , тогда поведение и математика должны иметь логический смысл, потому что это в конечном итоге то, что вы моделируете с помощью указанной математики.

Теперь можно задаться вопросом, почему реактивная мощность вообще имеет значение, если она в среднем равна нулю.

Давайте быстро поговорим о коэффициенте мощности. Коэффициент мощности — это, конечно, отношение реальной мощности к полной. Это может показаться довольно странным или бессмысленным иметь отношение. Я имею в виду, кого это волнует? Кажущаяся мощность на самом деле не теряется, зачем ее вообще измерять?

Проблема в том, что этот накопитель энергии никогда (за исключением, возможно, сверхпроводников) полностью эффективен. Электроны должны переместиться на отрицательную пластину конденсатора, в то время как такое же количество электронов отталкивается от положительной пластины. Подвижный заряд — текущий. Проводники (опять же, за исключением случая сверхпроводимости) всегда имеют некоторое сопротивление, поэтому возникают потери. В контексте переменного тока, где накопление энергии будет иметь огромное влияние в этом отношении, вы получите электроны, входящие и выходящие снова и снова, бесполезно сохраняя энергию без всякой причины. Таким образом, даже несмотря на то, что энергия возвращается в цепь, вы все равно испытываете потери в виде протекающего тока, но без выполнения какой-либо работы. На самом деле идея тока и фазы напряжения — это просто способ посмотреть, как реактивное сопротивление эффективно снижает напряжение, но потому, что оно накапливает энергию или поддерживает напряжение (или вместо этого увеличивает его для поддержания тока), высвобождая энергию.

Никогда не забывайте эту важную концепцию, что все это, в конечном счете, просто разные абстрактные способы взглянуть на или моделировать один настоящий физический процесс, происходящий, который на самом деле очень прост по своей сути. Хранение энергии, и что есть два разных поля, с помощью которых она может храниться. Из этой концепции можно вывести все остальное.

Истинная, реактивная и полная мощность | Коэффициент мощности

Реактивная мощность

Мы знаем, что реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, рассеивают нулевую мощность, но тот факт, что они понижают напряжение и потребляют ток, создает обманчивое впечатление, что они на самом деле рассеивают мощность.

Это «фантомное питание» называется реактивной мощностью , и оно измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивная мощность (ВАР), а не в ваттах.

Математическим символом реактивной мощности является (к сожалению) заглавная буква Q.

Истинная сила

Фактическое количество мощности, используемой или рассеиваемой в цепи, называется истинной мощностью и измеряется в ваттах (как всегда, обозначается заглавной буквой P).

Полная мощность

Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется кажущейся мощностью , и она является произведением напряжения и тока цепи без учета фазового угла.

Полная мощность измеряется в единицах Вольт-Ампер (ВА) и обозначается заглавной буквой S.

Расчет реактивной, истинной или полной мощности

Как правило, истинная мощность является функцией рассеивающих элементов схемы, обычно сопротивления (R). Реактивная мощность является функцией реактивного сопротивления цепи (X).

Полная мощность — это функция полного импеданса цепи (Z). Поскольку для расчета мощности мы имеем дело со скалярными величинами, любые комплексные начальные величины, такие как напряжение, ток и импеданс, должны быть представлены их полярными величинами , а не действительными или мнимыми прямоугольными составляющими.

Например, если я вычисляю истинную мощность по току и сопротивлению, я должен использовать полярную величину тока, а не просто «реальную» или «мнимую» часть тока.

Если я вычисляю полную мощность по напряжению и импедансу, обе эти ранее комплексные величины должны быть уменьшены до их полярных величин для скалярной арифметики.

Уравнения, использующие скалярные величины

Существует несколько уравнений мощности, связывающих три типа мощности с сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом (все с использованием скалярных величин):

Обратите внимание, что для расчета истинной и реактивной мощности используются два уравнения каждое.

Для расчета полной мощности доступны три уравнения, P = IE используется для только для этой цели.

Изучите следующие схемы и посмотрите, как эти три типа мощности взаимосвязаны: чисто резистивная нагрузка, чисто реактивная нагрузка и резистивная / реактивная нагрузка.

Только резистивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто резистивной нагрузки.

Только реактивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для чисто реактивной нагрузки.

Активная / реактивная нагрузка

Истинная мощность, реактивная мощность и полная мощность для резистивной / реактивной нагрузки.

Треугольник власти

Эти три типа мощности — истинная, реактивная и полная — связаны друг с другом в тригонометрической форме. Мы называем это треугольником мощности : (рисунок ниже).

Треугольник мощности, связывающий полную мощность с реальной мощностью и реактивной мощностью.

Используя законы тригонометрии, мы можем найти длину любой стороны (количество любого типа мощности), учитывая длины двух других сторон или длину одной стороны и угол.

ОБЗОР:

  • Мощность, рассеиваемая нагрузкой, обозначается как истинная мощность . Истинная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).
  • Мощность, просто поглощаемая и возвращаемая нагрузкой из-за ее реактивных свойств, обозначается как реактивной мощности . Реактивная мощность обозначается буквой Q и измеряется в вольт-амперных реактивных единицах (ВАР).
  • Полная мощность в цепи переменного тока, как рассеиваемая, так и поглощенная / возвращаемая, обозначается как полная мощность . Полная мощность обозначается буквой S и измеряется в вольт-амперах (ВА).
  • Эти три типа власти тригонометрически связаны друг с другом. В прямоугольном треугольнике P = смежная длина, Q = противоположная длина и S = ​​длина гипотенузы.Противоположный угол равен фазовому углу импеданса цепи (Z).

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Разница между активной и реактивной мощностью (активной и реактивной)

Наиболее важное различие между активной и реактивной мощностью состоит в том, что активная мощность — это реальная мощность, которая используется в цепи, в то время как реактивная мощность колеблется между нагрузкой и источником.

Прежде чем сравнивать активную и реактивную мощность, я хочу объяснить активную и реактивную мощность. Итак, давайте посмотрим на введение активной, реактивной мощности.

Активная мощность:

Активная мощность также называется фактической мощностью, активной мощностью или рабочей мощностью. Это сила, которая фактически приводит оборудование в действие и выполняет полезную работу. Он измеряется в киловаттах (кВт) или МВт.

Реактивная мощность:

Реактивная мощность — это мощность, необходимая магнитному оборудованию (трансформатору, двигателю и реле) для создания намагничивающего потока. Он течет вперед и назад, что означает, что он движется в обоих направлениях контура.

Реактивная энергия вызывает перегрузку в линиях, трансформаторах и генераторах, не обеспечивая полезной работы. Однако это записывается в счет, поэтому может значительно увеличить общую сумму к оплате. Реактивная мощность измеряется в киловольт-амперах реактивной мощности (кВАр) или в МВАр.

Давайте посмотрим на треугольник мощности, чтобы понять взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью.

На изображении вы можете видеть, что комплексная мощность — это векторная сумма активной и реактивной мощности.Полная мощность — это величина комплексной мощности. давайте посмотрим на терминологию, которая была использована На изображении

  • P => Активная мощность
  • Q => Реактивная мощность
  • S => Комплексная мощность
  • | S | => Полная мощность
  • φ => Фаза напряжения относительно тока

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

  • Активная мощность P = V x I cosϕ = V I cosϕ
  • Реактивная мощность Pr или Q = V x I sinϕ = V I sinϕ
  • Комплексная мощность S = P + jQ
  • Полная мощность = | S | = √P² + Q²

Теперь я думаю, что мы можем увидеть разницу между активной и реактивной мощностью с помощью диаграммы.

Основа для сравнения

Активная мощность

Реактивная мощность

Определение Активная мощность — это активная мощность, рассеиваемая в цепи. Мощность, которая движется вперед и назад между нагрузкой и источником такого типа мощности, известна как реактивная мощность
Формула P = V x I cosϕ = V I cosϕ Q = V x I sinϕ = V I sinϕ
Измерительный блок Вт, кВт, МВт ВАр, кВАр, МВАр
Представлен -P Q
Причины Вырабатывает тепло в нагревателе, зажигает лампы и крутящий момент в двигателе. Измеряет коэффициент мощности цепи.
Измерительный прибор Ваттметр VAR-метр

Рекомендуемый пост

О Amlendra

Я инженер-программист встраиваемых систем и корпоративный инструктор. В настоящее время я работаю старшим инженером-программистом в крупнейшей консалтинговой компании. Имею опыт работы с различными микроконтроллерами (stm32, LPC, PIC AVR и 8051), драйверами (USB и виртуальный com-порт), POS-устройством (VeriFone) и платежным шлюзом (глобальные и первые данные).

Что такое реактивная мощность? — Определение из Техопедии

Другой способ объяснить это состоит в том, что реактивная мощность — это результирующая мощность в ваттах цепи переменного тока, когда форма волны тока не совпадает по фазе с формой волны напряжения, обычно на 90 градусов, если нагрузка является чисто реактивной, и является результатом емкостных или индуктивных нагрузок.

Фактическая работа выполняется только тогда, когда ток находится в фазе с напряжением, например, в резистивных нагрузках. Пример — включение лампы накаливания; в реактивной нагрузке энергия течет к нагрузке половину времени, тогда как в другой половине мощность течет от нее, что создает иллюзию, что нагрузка не рассеивает и не потребляет мощность.

Три вида мощности

Реактивная мощность — это один из трех типов мощности, присутствующих в нагруженных цепях.

Истинная мощность

Фактическая мощность в ваттах, рассеиваемая схемой

Реактивная мощность

Рассеиваемая мощность от индуктивных и емкостных нагрузок, измеренная в вольт-амперах реактивной (ВАр)

Полная мощность

измерения реактивной и истинной мощности в вольт-амперах (ВА)

Реактивная мощность также называется «фантомной мощностью», потому что неясно, куда она идет.Общеизвестно, что реактивные нагрузки, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, на самом деле не рассеивают мощность в том смысле, что она не используется для их питания, но измерение напряжения и тока вокруг них указывает на то, что они падают напряжение и потребляют ток.

Мощность, рассеиваемая при этом падении напряжения и потребляемом токе, представляет собой тепло или ненужную энергию и не выполняется как фактическая работа; поэтому инженеры искали способы уменьшить это. Из-за этого фантомного питания проводники и генераторы должны иметь соответствующие номиналы и размеры, чтобы выдерживать общий ток, включая потери, а не только ток, который выполняет фактическую работу.

Маятник часов

Некоторые эксперты в области энергетики говорят о реактивной мощности как о части движения конденсатора, которое напоминает движение маятника часов от зенита до надира. По этой аналогии, когда маятник качается вверх, переменный ток подает активную мощность на устройство назначения. По мере того, как маятник движется вниз, реактивная мощность возвращается в сеть для поглощения.

В таких определениях эксперты сказали бы, что реактивная энергия — это энергия, циркулирующая взад и вперед между источником и нагрузкой, в частности, что реактивная мощность «исчезает» обратно к источнику.В некотором смысле это связано с задержкой между током и напряжением. Помимо конденсаторов, статические компенсаторы VAr и синхронные конденсаторы могут использоваться для управления реактивной мощностью в системе.

Главное — разместить оборудование реактивного тока рядом с силовыми нагрузками. Это уменьшает количество реактивного тока, который система доставки должна переносить на определенное расстояние.

Реактивная мощность в сети

Чтобы справиться с реалиями переменного тока и изменения путей передачи энергии, проектировщики обязательно принимают меры по контролю напряжения.Эксперты в области энергетики отмечают, что даже изменение напряжения на 5% в данной системе может вызвать отключение электроэнергии и другие проблемы.

С этой целью многие элементы электрической системы, такие как трансформаторы, могут переключаться с передачи на поглощение реактивной мощности по фазам. Но те, кто близок к отрасли, подчеркивают, что это станет еще более важным, когда мы переведем части американской электросети на возобновляемые источники энергии.

Реактивная мощность и возобновляемые источники энергии

Реактивная мощность также очень важна в контексте наших меняющихся энергосистем.

По многим важным причинам возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, заменяют традиционные источники энергии, такие как уголь и природный газ. Но это может иметь разветвления для электросети в целом.

«Всплеск возобновляемых источников энергии в сети без достаточной вращающейся массы может вызвать серьезные проблемы: отключение электроэнергии в определенных областях, чтобы привести спрос в соответствие с предложением; и крупные электростанции отключаются от сети, чтобы предотвратить их перегрузку », — пишет Арчи Робб из Renewable Energy World, описывая принцип« инерции сети »и то, как это применимо к управлению реактивной мощностью в системе, которая переходит на возобновляемые источники энергии. строить.

Поскольку возобновляемые источники энергии по-разному доставляют энергию в сеть, возрастет потребность в микроуправлении активной и реактивной мощностью соответственно.

Как реактивная мощность помогает поддерживать работоспособность системы

Реактивная мощность

Мы всегда на практике снижаем реактивную мощность для повышения эффективности системы. Это приемлемо на некотором уровне, если система является чисто резистивной или емкостной, это вызывает некоторые проблемы в электрической системе. Системы переменного тока питают или потребляют два вида мощности: активную и реактивную.

Как реактивная мощность помогает поддерживать работоспособность системы (на фото: Панель коррекции коэффициента мощности среднего напряжения; кредит: tepco-group.com)

Реальная мощность выполняет полезную работу, а реактивная мощность поддерживает напряжение, которое необходимо контролировать для обеспечения надежности системы. Реактивная мощность оказывает огромное влияние на безопасность энергосистем, поскольку влияет на напряжения во всей системе.

Найдите важное обсуждение, касающееся важности реактивной мощности и того, как полезно поддерживать напряжение в системе.

ОБЩИЕ ТЕМЫ:

Потребность в реактивной мощности

  • Контроль напряжения в системе электроснабжения важен для правильной работы силового оборудования, чтобы предотвратить такие повреждения, как перегрев генераторов и двигателей, снизить потери при передаче и сохранить работоспособность системы, чтобы выдерживать и предотвращать падение напряжения. В общем, уменьшение реактивной мощности вызывает падение напряжения, а увеличение вызывает повышение напряжения. Падение напряжения происходит, когда система пытается обслуживать гораздо большую нагрузку, чем может выдержать напряжение.
    .
  • Когда подает реактивную мощность, понижает напряжение, по мере падения напряжения ток должен увеличиваться для поддержания подаваемой мощности, в результате чего система потребляет больше реактивной мощности, и напряжение падает дальше. Если ток увеличивается слишком сильно, линии передачи отключаются, вызывая перегрузку других линий и потенциально вызывая каскадные отказы.
    .
  • Если напряжение упадет слишком низко, некоторые генераторы отключатся автоматически, чтобы защитить себя. Коллапс напряжения происходит, когда увеличение нагрузки или уменьшение мощности генерирующих или передающих мощностей вызывает падение напряжения, что вызывает дальнейшее снижение реактивной мощности от заряда конденсаторов и линии, и, тем не менее, дальнейшее снижение напряжения. Если снижение напряжения продолжается, это вызовет срабатывание дополнительных элементов, что приведет к дальнейшему снижению напряжения и потере нагрузки. Результатом всего этого прогрессивного и неконтролируемого падения напряжения является то, что система не может обеспечить реактивную мощность, необходимую для удовлетворения требований реактивной мощности.

Важность присутствующей реактивной мощности

  • Управление напряжением и управление реактивной мощностью — это два аспекта одной деятельности, которые поддерживают надежность и облегчают коммерческие транзакции в сетях передачи.
    .
  • В системе переменного тока (AC) напряжение регулируется путем управления производством и потреблением реактивной мощности. Есть три причины, по которым необходимо управлять реактивной мощностью и управляющим напряжением.
    .
  • Во-первых, оборудование потребителя и энергосистемы рассчитано на работу в диапазоне напряжений, обычно в пределах ± 5% от номинального напряжения. При низких напряжениях многие типы оборудования плохо работают; лампочки обеспечивают меньшее освещение, асинхронные двигатели могут перегреться и выйти из строя, а некоторое электронное оборудование не будет работать при.Высокое напряжение может повредить оборудование и сократить срок его службы.
    .
  • Во-вторых, реактивная мощность потребляет ресурсы передачи и генерации. Чтобы максимизировать количество реальной мощности, которая может быть передана через перегруженный интерфейс передачи, потоки реактивной мощности должны быть минимизированы. Точно так же производство реактивной мощности может ограничить реальную мощность генератора.
    .
  • В-третьих, перемещение реактивной мощности в системе передачи приводит к потерям реальной мощности. Чтобы восполнить эти потери, необходимо обеспечить как мощность, так и энергию.
    .
  • Контроль напряжения усложняется двумя дополнительными факторами.
    .
  • Во-первых, сама система передачи является нелинейным потребителем реактивной мощности в зависимости от загрузки системы. При очень небольшой нагрузке система генерирует реактивную мощность, которую необходимо поглотить, тогда как при большой нагрузке система потребляет большое количество реактивной мощности, которую необходимо заменить. Требования к реактивной мощности системы также зависят от конфигурации генерации и передачи.
    .
  • Следовательно, требования к реактивности системы меняются во времени по мере изменения уровней нагрузки и моделей нагрузки и генерации. Система объемного энергоснабжения состоит из множества единиц оборудования, любое из которых может выйти из строя в любой момент. Таким образом, система спроектирована таким образом, чтобы выдерживать потерю любого отдельного оборудования и продолжать работу, не затрагивая клиентов. То есть система разработана, чтобы противостоять единственной непредвиденной ситуации. Взятые вместе, эти два фактора приводят к динамической потребности в реактивной мощности.Потеря генератора или основной линии электропередачи может иметь комбинированный эффект, заключающийся в уменьшении реактивного питания и, в то же время, перенастройке потоков, так что система потребляет дополнительную реактивную мощность.
    .
  • По крайней мере, часть реактивного источника питания должна быть способна быстро реагировать на изменение потребности в реактивной мощности и поддерживать приемлемые напряжения во всей системе. Таким образом, подобно тому, как электрическая система требует резервов реальной мощности для реагирования на непредвиденные обстоятельства, она также должна поддерживать резервы реактивной мощности.
    .
  • Нагрузки также могут быть как действительными, так и реактивными. Реактивная часть нагрузки может обслуживаться от системы передачи. Реактивные нагрузки вызывают большее падение напряжения и реактивные потери в системе передачи, чем реальные нагрузки аналогичного размера (MVA).
    .
  • Вертикально интегрированные коммунальные предприятия часто включают плату за предоставление реактивной мощности нагрузкам в свои тарифы. При реструктуризации наблюдается тенденция к ограничению нагрузок работой при почти нулевом потреблении реактивной мощности (1.0 коэффициент мощности). Предложение системного оператора ограничивает нагрузки коэффициентами мощности от 0,97 (поглощаемая реактивная мощность) до 0,99 с опережением. Это помогло бы поддерживать надежность системы и избежать проблем рыночной власти, когда компания могла бы использовать свои линии электропередачи для ограничения конкуренции за производство электроэнергии и повышения цен.

Назначение реактивной мощности

  • Синхронные генераторы, SVC и различные типы другого оборудования DER (распределенного энергоресурса) используются для поддержания напряжения во всей системе передачи.Подача реактивной мощности в систему повышает напряжение, а поглощение реактивной мощности снижает напряжение.
    .
  • Требования к поддержанию напряжения зависят от расположения и величины выходных сигналов генератора и нагрузок потребителей, а также от конфигурации системы передачи DER.
    .
  • Эти требования могут существенно различаться от места к месту и могут быстро меняться по мере изменения места и величины генерации и нагрузки. При очень низких уровнях нагрузки системы линии передачи действуют как конденсаторы и повышают напряжение.Однако при высоких уровнях нагрузки линии передачи поглощают реактивную мощность и тем самым снижают напряжение. Большая часть оборудования системы передачи (например, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы с переключением ответвлений) статична, но может переключаться в ответ на изменения требований к поддержке напряжения
    .
  • При управлении реактивной мощностью и напряжением работа системы преследует три цели.
    .
  • Во-первых, он должен поддерживать соответствующее напряжение во всей системе передачи и распределения как для текущих, так и для непредвиденных условий.
    .
  • Во-вторых, он направлен на минимизацию перегрузки потоков реальной мощности.
    .
  • В-третьих, он стремится минимизировать потери реальной мощности.
    .
  • Однако механизмы, которые системные операторы используют для приобретения и развертывания ресурсов реактивной мощности, меняются. Эти механизмы должны быть справедливыми по отношению ко всем сторонам, а также эффективными. Кроме того, они должны быть явно справедливыми.

Что такое реактивная мощность?

  • В то время как активная мощность — это энергия, подаваемая для запуска двигателя, обогрева дома или освещения электрической лампочки, реактивная мощность обеспечивает важную функцию регулирования напряжения.
  • Если напряжение в системе недостаточно высокое, активная мощность не может быть подана.
  • Реактивная мощность используется для обеспечения уровней напряжения, необходимых для выполнения активной работы активной мощности.
  • Реактивная мощность необходима для передачи активной мощности по системе передачи и распределения потребителю.

Зачем нам реактивная мощность?

  • Реактивная мощность (ВАР) требуется для поддержания напряжения для передачи активной мощности (ватт) по линиям передачи.
  • Двигательные нагрузки и другие нагрузки требуют реактивной мощности для преобразования потока электронов в полезную работу.
  • Когда реактивной мощности недостаточно, напряжение падает, и невозможно передать мощность, требуемую нагрузкой, по линиям.

Реактивная мощность является побочным продуктом систем переменного тока (AC)

  • Трансформаторам, линиям передачи и двигателям требуется реактивная мощность
  • Трансформаторы и линии передачи вносят индуктивность, а также сопротивление:
    1. Оба противостоят протеканию тока
    2. Необходимо поднять напряжение выше, чтобы протолкнуть мощность через индуктивность линий
    3. Если не вводится емкость для компенсации индуктивности
  • Чем дальше передается мощность, тем выше напряжение необходимо поднять.
  • Электродвигатели должны быть реактивными. мощность для создания магнитных полей для их работы

Как контролируются напряжения?

  • Напряжения контролируются путем обеспечения достаточного запаса регулирования реактивной мощности для «модуляции» и потребности в питании посредством:
    1. Компенсация шунтирующего конденсатора и реактора
    2. Динамическая компенсация
    3. Правильный график напряжения генерации.
  • Напряжения контролируются путем прогнозирования и корректировки потребности в реактивной мощности от нагрузок

Напряжение должно поддерживаться в пределах допустимых уровней

  • В нормальных условиях системы, как при пиковой, так и при непиковой нагрузке, напряжения должны поддерживаться в пределах 95 % и 105% от номинала.
  • Низкое напряжение может привести к сбоям в работе оборудования:
    1. Двигатель остановится, перегреется или повредит
    2. Реактивная мощность на выходе конденсаторов будет экспоненциально снижаться
    3. Генераторы могут отключиться.
  • Условия высокого напряжения могут:
    1. Повредить основное оборудование — нарушение изоляции
    2. Автоматическое отключение основного передающего оборудования

Напряжение и реактивная мощность

  • Напряжение и реактивная мощность должны регулироваться и контролироваться должным образом:
    1. Обеспечьте надлежащее качество обслуживания
    2. Поддерживайте надлежащую стабильность энергосистемы.

Реактивная мощность и коэффициент мощности

  • Реактивная мощность присутствует, когда напряжение и ток не совпадают по фазе:
    1. Один сигнал опережает другой
    2. Фазовый угол не равен 0o
    3. Коэффициент мощности меньше единицы
  • Измеряется в реактивных вольт-амперах (ВАр)
  • Производится, когда форма волны тока опережает форму волны напряжения (опережающий коэффициент мощности)
  • И наоборот, потребляется, когда форма кривой тока отстает от напряжения (запаздывающий коэффициент мощности)

Ограничения реактивной мощности

  • Реактивная мощность не распространяется очень далеко.
  • Обычно необходимо производить его близко к месту, где это необходимо
  • Поставщик / источник, расположенный близко к месту потребности, находится в гораздо лучшем положении для обеспечения реактивной мощности по сравнению с источником, расположенным далеко от места потребности
  • Источники реактивной мощности тесно связаны со способностью выдавать реальную или активную мощность.

Реактивная мощность привела к отсутствию электроснабжения в стране-А отключение электроэнергии

Треугольник мощности

  • Качество подачи электроэнергии можно оценить по ряду параметров.Однако наиболее важным всегда будет наличие электроэнергии, а также количество и продолжительность прерываний.
    .
  • Если в розетке нет напряжения, никому не будет дела до гармоник, провалов или скачков напряжения.
    .
  • Длительное прерывание с большим размахом — отключение электроэнергии обычно приводит к катастрофическим потерям. Сложно представить, что во всей стране нет электроснабжения.
    .
  • На самом деле такое уже происходило неоднократно.Одна из причин, приводящих к отключению электроэнергии, — это выходящая из-под контроля реактивная мощность.
    .
  • Когда потребление электроэнергии велико, потребность в индуктивной реактивной мощности обычно увеличивается в той же пропорции. В этот момент линии передачи (которые хорошо загружены) вводят дополнительную индуктивную реактивную мощность.
    .
  • Локальные источники емкостной реактивной мощности становятся недостаточными. Необходимо доставлять больше реактивной мощности от генераторов на электростанциях.
    .
  • Может случиться так, что они уже полностью загружены, и реактивную мощность придется доставлять из более отдаленных мест или из-за границы. Передача реактивной мощности приведет к большей нагрузке на линии, что, в свою очередь, приведет к увеличению реактивной мощности. Напряжение на стороне потребителя будет снижаться дальше. Местное управление напряжением с помощью автотрансформаторов приведет к увеличению тока (для получения той же мощности), что, в свою очередь, увеличит падение напряжения в линиях. В один момент этот процесс может пойти лавинообразно, снижая напряжение до нуля.В то же время большинство генераторов на электростанциях отключатся из-за недопустимо низкого напряжения, что, конечно же, ухудшит ситуацию.
    .
  • В континентальной Европе большая часть электростанций основана на тепловых и паровых турбинах. Если энергоблок на такой электростанции останавливается и остывает, ему требуется время и электроэнергия, чтобы снова начать работу. Если другие электростанции также отключены — отключение будет постоянным.
    .
  • Недостаточная реактивная мощность, приводящая к падению напряжения, была причинным фактором крупных отключений электроэнергии во всем мире.Коллапс напряжения произошел в Соединенных Штатах во время отключения электроэнергии 2 июля 1996 г. и 10 августа 1996 г. на Западном побережье.
    .
  • Хотя 14 августа 2003 г. отключение электроэнергии в США и Канаде не было связано с падением напряжения, как этот термин традиционно используется инженерами энергосистем, в итоговом отчете целевой группы говорилось, что «Недостаточная реактивная мощность была проблемой в системе. отключение электроэнергии » и отчет также« переоценка динамики реактивного выхода системы генерации »как общий фактор среди крупных отключений в США.
    .
  • Спрос на реактивную мощность был необычно высоким из-за большого объема потоковых передач на большие расстояния, проходящих через Огайо в районы, включая Канаду, чем было необходимо для импорта электроэнергии для удовлетворения местного спроса. Но запас реактивной мощности был низким, потому что некоторые станции не работали и, возможно, потому, что другие станции не производили ее в достаточном количестве.

Проблемы с реактивной мощностью

  • Хотя реактивная мощность необходима для работы многих электрических устройств, она может оказывать вредное воздействие на ваши приборы и другие моторизованные нагрузки, а также на вашу электрическую инфраструктуру.Поскольку ток, протекающий через вашу электрическую систему, превышает ток, необходимый для выполнения требуемой работы, избыточная мощность рассеивается в виде тепла, поскольку реактивный ток течет через резистивные компоненты, такие как провода, переключатели и трансформаторы. Помните, что всякий раз, когда расходуется энергия, вы платите. Не имеет значения, в виде тепла или полезной работы расходуется энергия.
    .
  • Мы можем определить, сколько реактивной мощности потребляют ваши электрические устройства, измерив их коэффициент мощности, соотношение между реальной и реальной мощностью.Коэффициент мощности 1 (то есть 100%) в идеале означает, что вся электрическая мощность используется для реальной работы. Дома обычно имеют общий коэффициент мощности в диапазоне от 70% до 85%, в зависимости от того, какие приборы могут работать. Более новые дома с новейшими энергоэффективными приборами могут иметь общий коэффициент мощности 90-х годов.
    .
  • Типичный счетчик электроэнергии для жилых помещений считывает только фактическую мощность, то есть то, что вы получили бы при коэффициенте мощности 100%. Хотя большинство электроэнергетических компаний не взимают плату за реактивную мощность с жилых домов напрямую, распространено заблуждение, что коррекция реактивной мощности не имеет экономической выгоды.Для начала электрические компании корректируют коэффициент мощности вокруг промышленных комплексов, или они потребуют от нарушившего правила потребителя сделать это за его счет, или они будут взимать больше за реактивную мощность. Очевидно, что электрические компании выигрывают от коррекции коэффициента мощности, поскольку линии электропередачи, по которым проходит дополнительный (реактивный) ток в промышленно развитые районы, стоят им денег. Многие люди упускают из виду преимущества, которые коррекция коэффициента мощности может предложить для типичного дома по сравнению с экономией и другими преимуществами, которые могут ожидать предприятия с большими индуктивными нагрузками.
    .
  • Самое главное, что вы платите за реактивную мощность в виде потерь энергии, создаваемых реактивным током, протекающим в вашем доме. Эти потери имеют вид тепла и не могут быть возвращены в сеть. Следовательно, вы платите. Чем меньше киловатт расходуется в доме за счет рассеивания тепла или нет, тем ниже счет за электричество. Поскольку коррекция коэффициента мощности снижает потери энергии, вы экономите.
    .
  • Как указывалось ранее, электрические компании корректируют коэффициент мощности вокруг промышленных комплексов, или они потребуют сделать это у нарушившего правила, или они будут взимать плату за реактивную мощность.Их не беспокоит обслуживание жилых домов, потому что влияние на их распределительную сеть не такое серьезное, как в промышленно развитых регионах. Однако верно то, что коррекция коэффициента мощности помогает электроэнергетической компании за счет снижения спроса на электроэнергию, тем самым позволяя им удовлетворять потребности в обслуживании в других местах. Но кого это волнует? Коррекция коэффициента мощности снижает ваши счета за электроэнергию за счет уменьшения количества израсходованных киловатт, и без нее ваш счет за электроэнергию будет гарантированно выше.
    .
  • Мы сталкивались с этим с другими электрическими компаниями, и нам удалось убедить каждую из них оформить опровержение.Электроэнергетические компании действительно сильно различаются, и многие не проявляют интереса к отклонению от своей стандартной маркетинговой стратегии, признавая проверенные энергосберегающие продукты. Имейте в виду, что продвижение РЕАЛЬНОЙ экономии энергии для всех своих клиентов разрушит их прибыль.
    .
  • Коррекция коэффициента мощности не приведет к увеличению счета за электроэнергию и не нанесет вреда вашим электрическим устройствам. Эта технология уже много лет успешно применяется в промышленности. При правильном размере коррекция коэффициента мощности повысит электрический КПД и долговечность индуктивных нагрузок.Коррекция коэффициента мощности может иметь неблагоприятные побочные эффекты (например, гармоники) на чувствительном промышленном оборудовании, если с ней не будут работать знающие и опытные специалисты. Коррекция коэффициента мощности в жилых домах ограничена мощностью электрической панели (макс. 200 А) и не чрезмерно компенсирует индуктивные нагрузки в домах. Повышение эффективности электрических систем снижает потребность в энергии и ее воздействие на окружающую среду.

Глубокое влияние реактивной мощности на различные элементы энергосистемы:

Генерация

  • Основная функция генератора электроэнергии — преобразовывать топливо (или другой энергетический ресурс) в электроэнергию.Почти все генераторы * также имеют значительный контроль над напряжением на клеммах и выходной реактивной мощностью.
    .
  • Плата за использование этого ресурса является особым упором на управление напряжением от службы генерации. Способность генератора обеспечивать реактивную поддержку зависит от его выработки реальной мощности. Как и у большинства электрического оборудования, генераторы ограничены своей пропускной способностью по току. При напряжении, близком к номинальному, эта способность становится пределом в МВА для якоря генератора, а не ограничением в МВт.
    .
  • Производство реактивной мощности связано с увеличением магнитного поля для повышения напряжения на клеммах генератора. Увеличение магнитного поля требует увеличения тока во вращающейся обмотке возбуждения. Поглощение реактивной мощности ограничивается структурой магнитного потока в статоре, что приводит к чрезмерному нагреву железа на конце статора, что является пределом нагрева сердечника.
    .
  • Синхронизирующий крутящий момент также снижается при поглощении большого количества реактивной мощности, что также может ограничивать возможности генератора, чтобы снизить вероятность потери синхронизма с системой.
    .
  • Первичный двигатель генератора (например, паровая турбина) обычно проектируется с меньшей мощностью, чем электрический генератор, что приводит к ограничению первичного двигателя. Разработчики понимают, что большую часть времени генератор будет вырабатывать реактивную мощность и поддерживать напряжение в системе. Наличие первичного двигателя, способного выдавать всю механическую мощность, которую генератор может преобразовать в электричество, когда он не производит и не поглощает реактивную мощность, приведет к недоиспользованию первичного двигателя.
    .
  • Для создания или поглощения дополнительных VAR сверх этих пределов потребовалось бы снижение реальной выходной мощности устройства. Управление реактивной мощностью и напряжением на клеммах генератора обеспечивается регулировкой постоянного тока во вращающемся поле генератора. Управление может быть автоматическим, непрерывным и быстрым.
    .
  • Собственные характеристики генератора помогают поддерживать напряжение в системе. При любой данной настройке поля генератор имеет определенное напряжение на клеммах, которое он пытается удерживать.Если напряжение в системе падает, генератор подает в энергосистему реактивную мощность, стремясь повысить напряжение в системе. Если напряжение в системе возрастает, реактивная мощность на выходе генератора упадет, и в конечном итоге реактивная мощность будет поступать в генератор, стремясь к снижению напряжения системы. Регулятор напряжения усиливает это поведение, направляя ток возбуждения в соответствующем направлении для получения желаемого напряжения системы.

Синхронные конденсаторы

  • Каждая синхронная машина (двигатель или генератор) с управляемым полем имеет характеристики реактивной мощности, описанные выше.
    .
  • Синхронные двигатели иногда используются для обеспечения динамической поддержки напряжением энергосистемы, поскольку они обеспечивают механическую мощность для своей нагрузки. Некоторые турбины внутреннего сгорания и гидроагрегаты спроектированы таким образом, чтобы генератор мог работать без механического источника энергии просто для обеспечения реактивной мощности энергосистемы, когда выработка реальной энергии недоступна или не требуется.
    .
  • Синхронные машины, которые предназначены исключительно для обеспечения реактивной поддержки, называются синхронными конденсаторами.
    .
  • Синхронные конденсаторы обладают всеми преимуществами генераторов по быстродействию и управляемости без необходимости строительства остальной части электростанции (например, оборудования для перекачки топлива и котлов). Поскольку это вращающиеся машины с движущимися частями и вспомогательными системами, они могут потребовать значительно большего обслуживания, чем статические альтернативы. Они также потребляют активную мощность, равную примерно 3% от номинальной реактивной мощности машины.

Конденсаторы и катушки индуктивности

  • Конденсаторы и катушки индуктивности (иногда называемые реакторами) — это пассивные устройства, которые генерируют или поглощают реактивную мощность.Они достигают этого без значительных потерь реальной мощности или эксплуатационных расходов. Выход конденсаторов и катушек индуктивности пропорционален квадрату напряжения. Таким образом, конденсаторная батарея (или катушка индуктивности) с номиналом 100 МВАр будет производить (или поглощать) только 90 МВАр, когда напряжение падает до 0,95 о.е., но она будет производить (или поглощать) 110 МВАр, когда напряжение повышается до 1,05 о.е. Это соотношение полезно, когда для удержания напряжения используются катушки индуктивности.
    .
  • Катушка индуктивности поглощает больше при максимальном напряжении и при наибольшей потребности в устройстве.Эта связь неудачна для более распространенного случая, когда конденсаторы используются для поддержания напряжения. В крайнем случае напряжение падает, и конденсаторы вносят меньший вклад, что приводит к дальнейшему снижению напряжения и еще меньшей поддержке со стороны конденсаторов; в конечном итоге происходит падение напряжения и отключение питания.
    .
  • Катушки индуктивности — это дискретные устройства, предназначенные для поглощения определенного количества реактивной мощности при определенном напряжении. Они могут быть включены или выключены, но не имеют переменного управления.
    .
  • Конденсаторные батареи состоят из отдельных емкостей конденсатора, обычно на 200 кВАр или меньше каждая. Банки подключаются последовательно и параллельно для получения желаемого напряжения конденсаторной батареи и номинальной емкости. Как и катушки индуктивности, конденсаторные батареи представляют собой дискретные устройства, но они часто имеют несколько ступеней для обеспечения ограниченного количества регулируемых параметров, что делает их недостатком по сравнению с синхронным двигателем.

Статические компенсаторы VAR (SVC)

  • SVC сочетает в себе обычные конденсаторы и катушки индуктивности с возможностью быстрого переключения.Переключение происходит во временном интервале субцикла (т.е. менее чем за 1/60 секунды), обеспечивая непрерывный диапазон управления. Диапазон может быть изменен от поглощения до выработки реактивной мощности. Следовательно, элементы управления могут быть разработаны для обеспечения очень быстрой и эффективной поддержки реактивной мощности и управления напряжением. Поскольку в SVC используются конденсаторы, их реактивная способность снижается так же, как и падение напряжения. Они также не способны выдерживать кратковременную перегрузку генераторов и синхронных конденсаторов.Для приложений SVC обычно требуются фильтры гармоник, чтобы уменьшить количество гармоник, вводимых в энергосистему.

Статические синхронные компенсаторы (STATCOM)

  • STATCOM — это твердотельное шунтирующее устройство, которое генерирует или поглощает реактивную мощность и является одним из членов семейства устройств, известных как гибкая система передачи переменного тока (FACTS).
  • STATCOM похож на SVC по скорости отклика, возможностям управления и использованию силовой электроники. Однако вместо того, чтобы использовать обычные конденсаторы и катушки индуктивности в сочетании с быстродействующими переключателями, STATCOM использует силовую электронику для синтеза выходной реактивной мощности.Следовательно, производительность обычно симметрична, обеспечивая столько же производительности, сколько и поглощение.
  • Твердотельный характер STATCOM означает, что, как и в SVC, средства управления могут быть разработаны для обеспечения очень быстрого и эффективного управления напряжением. Несмотря на отсутствие кратковременной перегрузочной способности генераторов и синхронных конденсаторов, емкость STATCOM не страдает так серьезно, как SVC и конденсаторы, от пониженного напряжения.
  • STATCOM

  • ограничены по току, поэтому их способность MVAR линейно реагирует на напряжение, в отличие от отношения квадрата напряжения SVC и конденсаторов.Этот атрибут значительно увеличивает полезность STATCOM для предотвращения падения напряжения.

Распределенная генерация

  • Распределение ресурсов генерации по энергосистеме может иметь положительный эффект, если у генерации есть способность поставлять реактивную мощность. Без этой возможности контролировать выходную реактивную мощность производительность системы передачи и распределения может ухудшиться. Индукционные генераторы были привлекательным выбором для небольшой, подключенной к сети генерации, в первую очередь потому, что они относительно недороги.Они не требуют синхронизации и обладают механическими характеристиками, которые подходят для некоторых приложений (например, ветра). Они также поглощают реактивную мощность, а не генерируют ее, и не поддаются контролю. Если выходная мощность генератора колеблется (как ветер), реактивная нагрузка генератора также колеблется, что усугубляет проблемы управления напряжением для системы передачи. Индукционные генераторы можно компенсировать статическими конденсаторами, но эта стратегия не решает проблему флуктуаций и не обеспечивает управляемую поддержку напряжения.Многие ресурсы распределенной генерации теперь подключаются к сети через твердотельную силовую электронику, что позволяет изменять скорость первичного двигателя независимо от частоты энергосистемы. Что касается ветра, то использование твердотельной электроники может улучшить захват энергии.
    .
  • Для микротурбин, работающих на газе, оборудование силовой электроники позволяет им работать на очень высоких скоростях. Фотоэлектрические устройства генерируют постоянный ток и требуют инверторов для подключения к энергосистеме. Устройства накопления энергии (например,(например, батареи, маховики и сверхпроводящие магнитные накопители энергии) также часто бывают распределенными и требуют, чтобы твердотельные инверторы взаимодействовали с сетью. Это более широкое использование твердотельного интерфейса между устройствами и энергосистемой дает дополнительное преимущество, обеспечивая полный контроль реактивной мощности, аналогичный таковому у STATCOM.
    .
  • Фактически, большинству устройств не обязательно обеспечивать активную мощность, чтобы был доступен полный диапазон реактивного управления. Первичный двигатель поколения, e.грамм. турбина, может выйти из строя, пока реактивный компонент полностью исправен. Это технологическое развитие (твердотельная силовая электроника) превратило потенциальную проблему в преимущество, позволив распределенным ресурсам внести свой вклад в управление напряжением.

Передающая сторона

  • Неизбежным следствием работы нагрузки является наличие реактивной мощности, связанной с фазовым сдвигом между напряжением и током.
    .
  • Некоторая часть этой мощности компенсируется на стороне потребителя, а остальная часть загружает сеть.Контракты на поставку не требуют, чтобы cosφ был равен единице. Реактивная мощность также используется владельцем линии электропередачи для управления напряжением.
    .
  • Реактивная составляющая тока добавляет к току нагрузки и увеличивает падение напряжения на сетевых сопротивлениях. Регулируя поток реактивной мощности, оператор изменяет падение напряжения в линиях и, таким образом, напряжение в точке подключения потребителя. Напряжение на стороне потребителя зависит от всего, что происходит на пути от генератора до нагрузки потребителя.Все узлы, точки подключения других линий передачи, распределительные станции и другое оборудование вносят свой вклад в поток реактивной мощности.
    .
  • Сама линия передачи также является источником реактивной мощности. Линия, открытая на другом конце (без нагрузки), похожа на конденсатор и является источником емкостной (опережающей) реактивной мощности. Продольные индуктивности без тока не намагничиваются и не вносят никаких реактивных составляющих.
    .
  • С другой стороны, когда линия проводит большой ток, преобладает вклад продольных индуктивностей, и сама линия становится источником индуктивной (отстающей) реактивной мощности.Для каждой строки может быть вычислено характеристическое значение потока мощности Sk .
    .
  • Если передаваемая мощность выше Sk, линия будет вводить дополнительную индуктивную реактивную мощность, а если она ниже Sk, линия будет вводить емкостную реактивную мощность. Значение Sk зависит от напряжения: для линии 400 кВ составляет около 32% от номинальной мощности передачи, для линии 220 кВ — около 28%, а для линии 110 кВ — около 22%. Процент будет меняться в зависимости от параметров строительства.
    .
  • Реактивная мощность, вносимая самими линиями, действительно мешает оператору системы передачи. Ночью, когда спрос невелик, необходимо подключать параллельные реакторы для потребления дополнительной емкостной реактивной мощности линий. Иногда возникает необходимость отключить малонагруженную линию (что определенно влияет на надежность системы). В часы пик не только нагрузки потребителей вызывают большие падения напряжения, но и индуктивная реактивная мощность линий увеличивает общий поток мощности и вызывает дальнейшие падения напряжения.
    .
  • Регулирование напряжения и реактивной мощности имеет некоторые ограничения. Большая часть реактивной мощности вырабатывается в агрегатах электростанции. Генераторы могут обеспечивать плавно регулируемую опережающую и запаздывающую реактивную мощность без каких-либо затрат на топливо.
    .
  • Однако реактивная мощность занимает генерирующую мощность и снижает выработку активной мощности. Кроме того, не стоит передавать реактивную мощность на большие расстояния (из-за потерь активной мощности). Контроль, обеспечиваемый «в пути» в линии передачи, узлах связи, распределительной станции и других точках, требует установки конденсаторов или \ и реакторов.
    .
  • Часто используются с системой переключения ответвлений трансформатора. Диапазон регулирования напряжения зависит от их размера. Управление может состоять, например, в повышении напряжения трансформатора и последующем уменьшении его за счет протекания реактивных токов.
    .
  • Если напряжение трансформатора достигает максимального значения и все конденсаторы находятся в рабочем состоянии, то дальнейшее повышение напряжения на стороне потребителя невозможно. С другой стороны, когда требуется снижение, предел устанавливается максимальной реактивной мощностью реакторов и самым низким ответвлением трансформатора.

Практика планирования и оценки напряжения и реактивной мощности

(1) Основные принципы:
  • Реактивная мощность не может передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за чрезмерных потерь реактивной мощности.
  • Источник реактивной мощности должен располагаться в непосредственной близости от места его потребления.
  • Необходима достаточная поддержка статического и динамического напряжения для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне.
  • Должны быть доступны достаточные резервы реактивной мощности для постоянного регулирования напряжения
(2) Ключевые последствия:
  • Должны быть установлены и поддерживаться измерения, чтобы фиксировать фактическое реактивное потребление в различных точках.
  • Планировщики передачи и распределения должны заранее определить требуемый тип и место реактивной коррекции.
  • Устройства реактивной мощности должны обслуживаться и функционировать должным образом, чтобы обеспечить правильную величину компенсации реактивной мощности.
  • Реактивные нагрузки распределения должны быть полностью скомпенсированы, прежде чем будет рассматриваться компенсация реактивной мощности передачи.
(3) Передача реактивной мощности
  • Реактивная мощность не может эффективно передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за высоких потерь I2X
  • Реактивная мощность должна располагаться в непосредственной близости от места ее потребления.
(4) Поддержка статического и динамического напряжения
  • Тип требуемой компенсации реактивной мощности зависит от времени, необходимого для восстановления напряжения.
  • Статическая компенсация идеально подходит для секундных и минутных ответов. (Конденсаторы, реакторы, переключатели).
  • Динамическая компенсация идеально подходит для мгновенного отклика. (конденсаторы, генераторы)
  • Для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне необходим надлежащий баланс статического и динамического напряжения.
(5) Реактивные резервы при различных условиях эксплуатации
  • В идеале конденсаторы системы, реакторы и конденсаторы должны работать для обеспечения нормальной реактивной нагрузки.
  • По мере увеличения нагрузки или в случае возникновения непредвиденных обстоятельств следует включать дополнительные конденсаторы или снимать реакторы для поддержания приемлемого напряжения в системе.
  • Реактивная способность генераторов должна быть в основном зарезервирована на случай непредвиденных обстоятельств в системе сверхвысокого напряжения или для поддержки напряжений в экстремальных условиях эксплуатации системы.
  • Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы, если желаемое напряжение недостижимо из-за резервов реактивной мощности.
(6) Координация напряжения
  • Реактивные источники должны быть скоординированы, чтобы обеспечить поддержание адекватного напряжения повсюду в соединенной системе во всех возможных состояниях системы.
  • Поддержание приемлемых напряжений в системе включает в себя координацию источников и приемников, которые включают:
    1. Графики напряжения на заводе
    2. Настройки отводов трансформатора
    3. Настройки реактивного устройства
    4. Схемы отключения нагрузки.
  • Последствия несогласованных операций будут включать:
    1. Повышенные потери реактивной мощности
    2. Снижение реактивного запаса, доступного для непредвиденных обстоятельств и условий экстремальной легкой нагрузки
    3. Чрезмерное переключение шунтирующих конденсаторов или реакторов
    4. Повышенная вероятность условий падения напряжения .
(7) График напряжения
  • Каждой электростанции требуется поддерживать определенное напряжение на системной шине, к которой она подключена.
  • Назначенный график позволит генерирующей установке работать в обычном режиме:
    1. В середине диапазона реактивной способности при нормальных условиях
    2. В верхней части диапазона реактивной способности во время непредвиденных обстоятельств
    3. «Недостаточное возбуждение» или поглощение реактивной мощности в условиях экстремальных легких нагрузок.
(8) Настройки ответвлений трансформатора
  • Отводы трансформатора должны быть согласованы друг с другом и с графиками напряжения ближайшей генерирующей станции.
  • Отводы трансформатора должны быть выбраны таким образом, чтобы вторичные напряжения оставались ниже пределов оборудования в условиях небольшой нагрузки.
(9) Настройки реактивного устройства
  • Конденсаторы в низковольтных сетях должны быть настроены так, чтобы они включались, чтобы поддерживать напряжение во время пиковых и чрезвычайных ситуаций. И
  • «Выкл.», Когда больше не требуются поддерживающие уровни напряжения.
(10) Схемы отключения нагрузки
  • Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы как «крайнее средство» для поддержания приемлемого напряжения.
(11) Контроль напряжения и реактивной мощности
  • Требуется координационная работа всех дисциплин по передаче и распределению.
  • Передача требует:
    1. Прогнозировать реактивную потребность и требуемый запас запаса
    2. Спланировать, спроектировать и установить требуемый тип и местоположение реактивной коррекции
    3. Поддерживать реактивные устройства для надлежащей компенсации
    4. Поддерживать счетчики для обеспечения точности данных
    5. При необходимости порекомендуйте правильную схему сброса нагрузки.
  • Распределение необходимо:
    1. Полностью компенсировать распределительные нагрузки до того, как будет учтена компенсация реактивной мощности передачи
    2. Поддерживать реактивные устройства для надлежащей компенсации
    3. Поддерживать счетчики для обеспечения точных данных
    4. Установить и протестировать схемы автоматического отключения нагрузки при пониженном напряжении

Ссылки:

  1. Samir Aganoviş,
  2. Zoran Gajiş,
  3. Grzegorz Blajszczak- Варшава, Польша,
  4. Gianfranco Chicco
  5. Robert P.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *