Реактивная мощность это: Реактивная мощность кратко и понятно: что такое, формулы

Активная и реактивная мощность — потребители электрической энергии на то и потребители, чтобы эту энергию потреблять. Потребителя интересует та энергия, потребление которой идет ему на пользу, эту энергию можно назвать полезной, но в электротехнике ее принято называть активной. Это энергия, которая идет на нагрев помещений, готовку пищи, выработку холода, и превращаемая в механическую энергию (работа электродрелей, перфораторов, электронасосов и пр.).

Кроме активной электроэнергии существует еще и реактивная. Это та часть полной энергии, которая не расходуется на полезную работу. Как понятно из вышесказанного, полная мощность – это активная и реактивная мощность в целом.

В понятиях активная и реактивная мощность сталкиваются противоречивые интересы потребителей электрической энергии и ее поставщиков. Потребителю выгодно платить только за потребленную им полезную электроэнергию, поставщику выгодно получать оплату за сумму активной и реактивной электроэнергии. Можно ли совместить эти кажущиеся противоречивыми требования? Да, если свести количество реактивной электроэнергии к нулю. Рассмотрим, возможно ли подобное, и насколько можно приблизиться к идеалу.

Активная и реактивная мощность

Активная мощность

Существуют потребители электроэнергии, у которых полная и активная мощности совпадают. Это потребители, у которых нагрузка представлена активными сопротивлениями (резисторами). Среди бытовых электроприборов примерами подобной нагрузки являются лампы накаливания, электроплиты, жарочные шкафы и духовки, обогреватели, утюги, паяльники и пр.

Указанная у этих приборов в паспорте, одновременно является активная и реактивная мощность . Это тот случай, когда мощность нагрузки можно определить по известной из школьного курса физики формуле, перемножив ток нагрузки на напряжение в сети. Ток измеряется в амперах (А), напряжение в вольтах (В), мощность в ваттах (Вт). Конфорка электрической плиты в сети с напряжением 220 В при токе в 4,5 А потребляет мощность 4,5 х 220 = 990 (Вт).

Реактивная мощность

Иногда, проходя по улице, можно увидеть, что стекла балконов покрыты изнутри блестящей тонкой пленкой. Эта пленка изъята из бракованных электрических конденсаторов, устанавливаемых с определенными целями на питающих мощных потребителей электрической энергии распределительных подстанциях. Конденсатор – типичный потребитель реактивной мощности. В отличие от потребителей активной мощности, где главным элементом конструкции является некий проводящий электричество материал (вольфрамовый проводник в лампах накаливания, нихромовая спираль в электроплитке и т.п.). В конденсаторе главный элемент – не проводящий электрический ток диэлектрик (тонкая полимерная пленка или пропитанная маслом бумага).

Реактивная емкостная мощность

Красивые блестящие пленки, что вы видели на балконе – это обкладки конденсатора из токопроводящего тонкого материала. Конденсатор замечателен тем, что он может накапливать электрическую энергию, а затем отдавать ее – своеобразный такой аккумулятор. Если включить конденсатор в сеть постоянного тока, он зарядится кратковременным импульсом тока, а затем ток через него протекать не будет. Вернуть конденсатор в исходное состояние можно, отключив его от источника напряжения и подключив к его обкладкам нагрузку. Некоторое время через нагрузку будет течь электрический ток, и идеальный конденсатор отдает в нагрузку ровно столько электрической энергии, сколько он получил при зарядке. Подключенная к выводам конденсатора лампочка может на короткое время вспыхнуть, электрический резистор нагреется, а неосторожного человека может «тряхнуть» или даже убить при достаточном напряжении на выводах и запасенном количестве электричества.

Интересная картина получается при подключении конденсатора к источнику переменного электрического напряжения. Поскольку у источника переменного напряжения постоянно меняются полярность и мгновенное значение напряжения (в домашней электросети по закону, близкому к синусоидальному). Конденсатор будет непрерывно заряжаться и разряжаться, через него будет непрерывно протекать переменный ток. Но этот ток не будет совпадать по фазе с напряжением источника переменного напряжения, а будет опережать его на 90°, т.е. на четверть периода.

Это приведет к тому, что суммарно половину периода переменного напряжения конденсатор потребляет энергию из сети, а половину периода отдает, при этом суммарная потребляемая активная электрическая мощность равна нулю. Но, поскольку через конденсатор течет значительный ток, который может быть измерен амперметром, принято говорить, что конденсатор – потребитель реактивной электрической мощности.

Вычисляется реактивная мощность как произведение тока на напряжение, но единица измерения уже не ватт, а вольт-ампер реактивный (ВАр). Так, через подключенный к сети 220 В частотой 50 Гц электрический конденсатор емкостью 4 мкФ течет ток порядка 0,3 А. Это означает, что конденсатор потребляет 0,3 х 220 = 66 (ВАр) реактивной мощности – сравнимо с мощностью средней лампы накаливания, но конденсатор, в отличие от лампы, при этом не светится и не нагревается.

Реактивная индуктивная мощность

Если в конденсаторе ток опережает напряжение, то существуют ли потребители, где ток отстает от напряжения? Да, и такие потребители, в отличие от емкостных потребителей, называются индуктивными, оставаясь при этом потребителями реактивной энергии. Типичная индуктивная электрическая нагрузка – катушка с определенным количеством витков хорошо проводящего провода, намотанного на замкнутый сердечник из специального магнитного материала.

На практике хорошим приближением чисто индуктивной нагрузки является работающий без нагрузки трансформатор (или стабилизатор напряжения с автотрансформатором). Хорошо сконструированный трансформатор на холостом ходу потребляет очень мало активной мощности, потребляя мощность в основном реактивную.

Реальные потребители электрической энергии и полная электрическая мощность

Из рассмотрения особенностей емкостной и индуктивной нагрузки возникает интересный вопрос – что произойдет, если емкостную и индуктивную нагрузку включить одновременно и параллельно. Ввиду их противоположной реакции на приложенное напряжение, эти две реакции начнут компенсировать друг друга. Суммарная нагрузка окажется только емкостной или индуктивной, и в некотором идеальном случае удастся добиться полной компенсации. Выглядеть это будет парадоксально – подключенные амперметры зафиксируют значительные (и равные!) токи через конденсатор и катушку индуктивности, и полное отсутствие тока в объединяющих их общей цепи. Описанная картина несколько нарушается лишь тем, что не существует идеальных конденсаторов и катушек индуктивности, но подобная идеализация помогает понять суть происходящих процессов.

Вернемся к реальным потребителям электрической энергии. В быту мы пользуемся в основном потребителями чисто активной мощности (примеры приведены выше), и смешанной активно-индуктивной. Это электродрели, перфораторы, электродвигатели холодильников, стиральных машин и прочей бытовой техники. Также к ним относятся электрические трансформаторы источников питания бытовой радиоэлектронной аппаратуры и стабилизаторов напряжения. В случае подобной смешанной нагрузки, помимо активной (полезной) мощности, нагрузка потребляет еще и реактивную мощность, в итоге полная мощность отказывается больше активной мощности. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), и всегда представляет собой произведение тока в нагрузке на напряжение на нагрузке.

Таинственный «косинус фи»

Отношение активной мощности к полной называется в электротехнике «косинусом фи». Обозначается cos φ. Это отношение называется также и коэффициентом мощности. Нетрудно видеть, что для случая чисто активной нагрузки, где полная мощность совпадает с активной, cos φ = 1. Для случаев чисто емкостной или индуктивной нагрузок, где нулю равна активная мощность, cos φ = 0.

В случае смешанной нагрузки значение коэффициента мощности заключается в пределах от 0 до 1. Для бытовой техники обычно в диапазоне 0,5-0,9. В среднем можно считать его равным 0,7, более точное значение указывается в паспорте электроприбора.

За что платим?

И, наконец, самый интересный вопрос – за какой вид энергии платит потребитель. Исходя из того, что реактивная составляющая суммарной энергии не приносит потребителю никакой пользы, при этом долю периода реактивная энергия потребляется, а долю отдается, платить за реактивную мощность незачем. Но бес, как известно, кроется в деталях. Поскольку смешанная нагрузка увеличивает ток в сети, возникают проблемы на электростанциях, где электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами, а именно: индуктивная нагрузка «развозбуждает» генератор, и приведение его в прежнее состояние обходится в затраты уже реальной активной мощности на его «довозбуждение».

Таким образом, заставить потребителя платить за потребляемую реактивную индуктивную мощность вполне справедливо. Это побуждает потребителя компенсировать реактивную составляющую своей нагрузки, а, поскольку эта составляющая в основном индуктивная, компенсация заключается в подключении конденсаторов наперед рассчитанной емкости.

Потребитель находит возможность платить меньше

Если потребителем оплачивается отдельно потребляемая активная и реактивная мощность. Он готов идти на дополнительные затраты и устанавливать на своем предприятии батареи конденсаторов, включаемые строго по графику в зависимости от средней статистики потребления электроэнергии по часам суток.

Существует также возможность установки на предприятии специальных устройств (компенсаторов реактивной мощности), подключающих конденсаторы автоматически в зависимости от величины и характера потребляемой в данный момент мощности. Эти компенсаторы позволяют поднять значение коэффициента мощности с 0,6 до 0,97, т.е. практически до единицы.

Принято также, что если соотношение потребленной реактивной энергии и общей не превышает 0,15, то корпоративный потребитель от оплаты за реактивную энергию освобождается.

Что же касается индивидуальных потребителей, то, ввиду сравнительно невысокой потребляемой ими мощности, разделять счета на оплату потребляемой электроэнергии на активную и реактивную не принято. Бытовые однофазные счетчики электрической энергии учитывают лишь активную мощность электрической нагрузки, за нее и выставляется счет на оплату. Т.е. в настоящее время даже не существует технической возможности выставить индивидуальному потребителю счет за потребленную реактивную мощность.

Особых стимулов компенсировать индуктивную составляющую нагрузки у потребителя нет, да это и сложно осуществить технически. Постоянно подключенные конденсаторы при отключении индуктивной нагрузки будут бесполезно нагружать подводящую электропроводку. За электросчетчиком (перед счетчиком тоже, но за то потребитель не платит), что вызовет потребление активной мощности с соответствующим увеличением счета на оплату, а автоматические компенсаторы дороги и вряд ли оправдают затраты на их приобретение.

Другое дело, что производитель иногда устанавливает компенсационные конденсаторы на входе потребителей с индуктивной составляющей нагрузки. Эти конденсаторы, при правильном их подборе, несколько снизят потери энергии в подводящих проводах, при этом несколько повысив напряжение на подключенном электроприборе за счет уменьшения падения напряжения на подводящих проводах.

Но, что самое главное, компенсация реактивной энергии у каждого потребителя, от квартиры до огромного предприятия, снизит токи во всех линиях электропитания, от электростанции до квартирного щитка. За счет реактивной составляющей полного тока, что уменьшит потери энергии в линиях и повысит коэффициент полезного действия электросистем.

Похожие темы:

Реактивная мощность: от возникновения к практике

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

Возникновение реактивная мощность

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

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

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

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

Графики напряжения, тока, мощности

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

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

Реактивная мощность и конденсаторы

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

Анализ цепей графическим методом

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

Треугольник сопротивлений и коэффициент мощности

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

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

Формулы реактивных составляющих

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

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

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

Практическое истолкование коэффициента мощности

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

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

Коэффициент мощности

Величина энергии, запасаемой полем, определяется размером индуктивности или емкости. Прочитаете в любом учебнике физики для ВУЗов (Курс физики Жданова и Маранджяна, т. 2, стр. 234), точнее – пропорциональна квадрату величины. Теория реактивной мощности предполагает: некая энергия запасается каждый период паразитной индуктивностью, емкостью, потом уходит во внешнюю цепь. Получается своеобразная циркуляция внутри колебательного контура. Сильно нагреваются соединительные провода, если индуктивность находится слишком далеко от ёмкости.

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

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

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

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

Что предлагают под видом экономии электроэнергии

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

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

Перспективы дальнейшего изучения реактивной энергии, как явления

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

Полезна ли реактивная мощность? Важность реактивной мощности

Что такое реактивная мощность и почему она полезна?

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

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

Что такое реактивная мощность?

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

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

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

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

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

Q = VI sin ϕ

Q = P tan ϕ

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

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

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

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

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

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

Цель этой статьи – дать нормальное утверждение, что достаточное количество реактивной мощности необходимо для работы многих электрических устройств, а также сети энергосистемы, и которое обеспечивается источниками реактивной энергии именно там, где она потребляется. ,

Источники и приемники реактивной мощности

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

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

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

Компенсация конденсаторов серии

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

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

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

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

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

Важность реактивной мощности

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

1. Управление напряжением

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Для удовлетворения потребности в реактивной мощности

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

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

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

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

3. для уменьшения отключения электроэнергии

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

4. для создания магнитного потока

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

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

.

Основы реактивной мощности и компенсационного решения

Почему нам не нравится реактивная мощность

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

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

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

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

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

Рисунок 1 – Состав общей мощности передающей сети

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

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

Решение с компенсацией //

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

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

Потери при передаче и потребление энергии уменьшаются, и дорогостоящие расширения становятся ненужными, поскольку одно и то же оборудование может использоваться для передачи более активной мощности благодаря компенсации реактивной мощности.

Определение мощности конденсатора

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

Q _c = P · (загар φ ₁ – загар φ ₂ )

Компенсация

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

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

Оценка реактивной мощности

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

Q _c = 0,5 · P

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

Q _c = 0,1-0,2 · P

Расчет реактивной мощности

(на основании счета за электроэнергию)

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

tan φ = реактивная работа / активная работа

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

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

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

Q _c = Q ₁ – Q ₂ = P · F

В этом случае F = tan φ1 – tan φ2

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

Таблица 1 – Коэффициенты преобразования F для регулировки фазового угла

3 основных вида компенсации //

Конденсаторы

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

Одиночная компенсация

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

Рисунок 4 – Одиночная компенсация

Разовая компенсация экономически выгодна для:

• Крупные индивидуальные потребители электроэнергии
• Постоянный спрос на электроэнергию
• Долгое время ВКЛ

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

Групповое вознаграждение

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

Рисунок 5 – Групповая компенсация

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

Центральная компенсация

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

Рисунок 6 – Центральная компенсация

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

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

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

Список литературы //

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

,

активной, реактивной и полной мощности

Требуемое электропитание в электрической цепи зависит от

• активной мощности – потребляемой мощности реального электрического сопротивления в цепи
• реактивной мощности – мнимой индуктивной и емкостной потребляемой мощности в цепи

Требуемый источник питания называется полной мощностью и представляет собой комплексное значение, которое может быть выражено в соотношении пифагорейского треугольника, как показано на рисунке ниже.

Кажущаяся мощность – S

Кажущаяся мощность – это мощность, подаваемая в электрическую цепь – как правило, от поставщика питания в сеть – для покрытия реального и реактивного потребления энергии в нагрузках.

Кажущаяся мощность может быть рассчитана как

S = (Q ² + P ² ) ^1/2 (1)

, где

S = полная мощность в цепи ( вольт-ампер, ВА)

Q = потребляемая реактивная мощность в нагрузке (вольт-ампер реактивная, ВАР)

P = потребляемая активная мощность в нагрузке (Вт, Вт)

Видимая мощность измеряется в вольт-амперах (ВА) – напряжение системы переменного тока, умноженное на текущий ток.Кажущаяся мощность является комплексным значением и векторной суммой активной и реактивной мощности, как показано на рисунке выше.

Однофазный ток

S = UI (2a)

, где

U = электрический потенциал (В)

I = ток (A)

Трехфазный ток

S = 3 ^1/2 UI

= 1.732 U I (2b)

Активная мощность – P

Активная – или реальная или истинная – мощность выполняет фактическую работу в нагрузке. Активная мощность измеряется в Вт (Вт) и представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением.

Однофазный ток

P = UI cos φ

= UI PF (3a)

, где

φ = фазовый угол между электрическим потенциалом (напряжением) и током

PF = cos φ

= коэффициент мощности

Трехфазный ток

P = 3 ^1/2 UI cos φ

= 1.732 U I PF (3b)

Постоянный ток

P = U I (3c)

Реактивная мощность – Q

Реактивная мощность – это мнимая или сложная мощность в емкостной или индуктивной нагрузке. Реактивная мощность представляет собой обмен энергией между источником питания и реактивными нагрузками, при котором полезная мощность не увеличивается и не теряется. Чистая средняя реактивная мощность равна нулю. Реактивная мощность накапливается и разряжается асинхронными двигателями, трансформаторами, соленоидами и конденсаторами.

Реактивная мощность должна быть сведена к минимуму, поскольку она увеличивает общий ток, протекающий в электрической цепи, не оказывая никакой нагрузки на нагрузку. Увеличенные реактивные токи обеспечивают только невосстановимые потери мощности из-за сопротивления линии электропередачи.

Увеличение реактивной и полной мощности уменьшит коэффициент мощности – PF .

Реактивная индуктивная мощность измеряется в вольт-амперных реактивных (VAR).

Однофазный ток

Q = UI sin φ

= UI PF (4a)

, где

φ = фазовый угол

Трехфазный ток

Q = 3 ^1/2 UI sin φ

= 1.732 UI PF (4b)

.

Реактивная мощность – Continental Control Systems, LLC

Обзор

Реактивная мощность ( Q ) – это термин, обозначающий воображаемую (нереальную) мощность от индуктивных нагрузок, таких как двигатели или емкостные нагрузки (реже). Обычно измеряется в единицах VAR (вольт-ампер). Иногда реактивная мощность указывается в единицах ватт; это не совсем правильно, но не все устройства или программное обеспечение предлагают единицы VAR. Если реактивная мощность указывается в ваттах, преобразование из ватт в VAR происходит один к одному.Реактивная мощность НЕ включена в измерения реальной или активной мощности и энергии счетчиков WattNode. Измерители WattNode, которые сообщают о реактивной мощности, измеряют «основную реактивную мощность», которая не включает реактивные гармоники.

• Положительная реактивная мощность вызвана индуктивными нагрузками, такими как двигатели и трансформаторы (особенно при низких нагрузках).
• Отрицательная реактивная мощность вызвана емкостными нагрузками. Это может включать в себя осветительные балласты, приводы с регулируемой скоростью для двигателей, компьютерное оборудование и инверторы (особенно в режиме ожидания).

Примечание: некоторые производители используют соглашение об обратном знаке и рассматривают отрицательную реактивную мощность как индуктивную.

См. Также

Определения

«… в научном сообществе нет единого мнения о концепции реактивной мощности в несинусоидальных условиях. Фактически, при наличии гармоник в напряжениях и / или токах традиционное определение реактивной мощности больше не имеет смысла. ”- Антонио Каталиотти, IEEE Transactions On Power Delivery, vol.23, нет. 3 июля 2008 г.

Существует множество конкурирующих определений реактивной мощности, включая следующие (названные в честь оригинальных авторов):

• Budeanu
• Fryze
• Кастерс и Мур
• Пастух и Закихани
• Шарон / Чарнецкий
• IEEE рабочая группа
• (из статьи в Википедии о вольт-амперной реактивности) VAR являются произведением среднеквадратичного напряжения и тока или кажущейся мощности, умноженной на синус фазового угла между напряжением и током.

Реактивная мощность различных нагрузок

• Двигатель (без VSD): реактивная мощность будет положительной и будет варьироваться от примерно такой же, как реальная мощность для полностью загруженного двигателя, до нескольких раз реальной мощности для слабо нагруженного двигателя. Коэффициент мощности асинхронного двигателя варьируется в зависимости от нагрузки:

Моторная нагрузка,%	Коэффициент мощности
0	0.17
25	0,55
50	0,73
75	0,80
100	0,85

• Двигатель (с VSD): Реактивная мощность будет небольшой и, как правило, отрицательной. Коэффициент мощности смещения обычно составляет 0,9 или выше.
• Люминесцентные лампы : коэффициент мощности старых приборов с магнитными балластами может варьироваться от 0.От 38 до 0,58. Современные электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,98.
• Газоразрядные лампы : с магнитными балластами может иметь диапазон от 0,4 до 0,6, а электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,95.
• Лампы накаливания : реактивная мощность составляет примерно –10% от реальной мощности, в результате чего коэффициент мощности составляет около 0,995. Мы считаем, что это происходит из-за нагрева и охлаждения нити во время цикла переменного тока.
• Лампы накаливания с диммером: Реактивная мощность изменяется от нуля до положительного реактивного значения, почти равного реальной мощности.Коэффициент мощности варьируется от около 1,0 до 0,74.

---

Ключевые слова: кВАр

,