Активная и реактивная нагрузка простым языком. Активная и реактивная мощность в электрических сетях: основные понятия и различия

Что такое активная и реактивная мощность в электрических цепях. Как они рассчитываются и измеряются. Чем отличаются активная и реактивная мощность. Какое влияние оказывает реактивная мощность на работу электрооборудования.

Активная и реактивная мощность: базовые определения

В электрических цепях переменного тока различают два основных вида мощности:

• Активная мощность — это реальная мощность, которая преобразуется в полезную работу (нагрев, освещение, механическая энергия и т.д.). Измеряется в ваттах (Вт).
• Реактивная мощность — мощность, которая циркулирует между источником и нагрузкой, не совершая полезной работы. Измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Активная мощность потребляется нагрузкой и преобразуется в другие виды энергии. Реактивная мощность нужна для создания магнитных и электрических полей в устройствах, но при этом не выполняет полезной работы.

Расчет активной и реактивной мощности

Как рассчитываются активная и реактивная мощность в цепи переменного тока?

• Активная мощность: P = U * I * cos φ
• Реактивная мощность: Q = U * I * sin φ

Где:

• U — напряжение
• I — ток
• φ — угол сдвига фаз между напряжением и током

Cos φ называется коэффициентом мощности и показывает, какая часть полной мощности преобразуется в полезную работу. Чем ближе cos φ к единице, тем эффективнее работает электроустановка.

Основные различия активной и реактивной мощности

Какие ключевые отличия между активной и реактивной мощностью?

• Активная мощность выполняет полезную работу, реактивная — нет
• Активная измеряется в ваттах, реактивная — в вольт-амперах реактивных
• Активная необходима всем электроприемникам, реактивная — только некоторым
• Активная всегда потребляется нагрузкой, реактивная может как потребляться, так и генерироваться
• Активная учитывается счетчиками электроэнергии, реактивная — обычно нет

Влияние реактивной мощности на работу электрооборудования

Какое воздействие оказывает реактивная мощность на электрические сети и оборудование?

• Увеличивает потери электроэнергии в проводах и трансформаторах
• Снижает пропускную способность линий электропередачи
• Вызывает дополнительные падения напряжения
• Уменьшает коэффициент мощности электроустановок
• Создает дополнительную нагрузку на генераторы электростанций

Поэтому важно стремиться к снижению потребления реактивной мощности и ее компенсации с помощью специальных устройств.

Измерение активной и реактивной мощности

Какими приборами измеряются активная и реактивная мощность?

• Активная мощность измеряется ваттметрами
• Реактивная мощность измеряется варметрами
• Полная мощность измеряется вольтамперметрами

Современные цифровые многофункциональные измерительные приборы позволяют определять все виды мощности одновременно. Для точного учета электроэнергии используются специальные счетчики активной и реактивной энергии.

Компенсация реактивной мощности

Как можно уменьшить потребление реактивной мощности из сети?

• Установка конденсаторных батарей
• Применение синхронных компенсаторов и двигателей
• Использование активных фильтров высших гармоник
• Замена недогруженных асинхронных двигателей
• Отключение силовых трансформаторов на время малых нагрузок

Компенсация реактивной мощности позволяет повысить коэффициент мощности, снизить потери и улучшить качество электроэнергии в сети.

Влияние активной и реактивной мощности на энергосистему

Как активная и реактивная мощность влияют на работу энергосистемы в целом?

• Активная мощность определяет производительность генераторов электростанций
• Реактивная мощность влияет на уровни напряжения в сети
• Баланс активной мощности обеспечивает стабильность частоты
• Баланс реактивной мощности поддерживает требуемые уровни напряжения
• Избыток реактивной мощности приводит к повышению напряжения
• Недостаток реактивной мощности вызывает снижение напряжения

Поэтому для надежной работы энергосистемы необходимо поддерживать баланс как активной, так и реактивной мощности.

Активная мощность в бытовых электроприборах

Какие бытовые приборы потребляют в основном активную мощность?

• Лампы накаливания
• Электрические плиты и духовки
• Электрочайники и кофеварки
• Утюги и фены
• Электрообогреватели

Эти устройства преобразуют электроэнергию в тепло или свет, поэтому потребляют преимущественно активную мощность. Их коэффициент мощности близок к единице.

Реактивная мощность в бытовых электроприборах

Какие бытовые приборы потребляют значительную реактивную мощность?

• Холодильники и морозильные камеры
• Стиральные и посудомоечные машины
• Кондиционеры и вентиляторы
• Пылесосы
• Люминесцентные и светодиодные лампы с электронными балластами

Эти устройства содержат электродвигатели или электронные блоки питания, которые создают сдвиг фаз между током и напряжением, приводящий к потреблению реактивной мощности.

Мгновенная и средняя мощность

Чем отличается мгновенная мощность от средней в цепях переменного тока?

• Мгновенная мощность постоянно меняется в течение периода
• Средняя мощность остается постоянной величиной
• Мгновенная может быть как положительной, так и отрицательной
• Средняя всегда положительна для активной мощности
• Мгновенная описывает процессы в каждый момент времени
• Средняя характеризует общий энергетический эффект

В практических расчетах обычно используют среднюю мощность, так как она определяет полезный эффект за период. Мгновенная мощность важна при анализе быстропротекающих процессов.

Коэффициент мощности в электрических сетях

Что показывает коэффициент мощности и почему важно поддерживать его высокое значение?

• Характеризует эффективность использования электроэнергии
• Показывает соотношение активной и полной мощности
• Определяет дополнительные потери в сетях
• Влияет на пропускную способность линий
• Учитывается при расчете платы за электроэнергию

Низкий коэффициент мощности приводит к увеличению потерь, перегрузке оборудования и снижению качества электроэнергии. Поэтому энергоснабжающие организации стимулируют потребителей поддерживать высокий коэффициент мощности.

Влияние гармоник на активную и реактивную мощность

Как высшие гармоники тока и напряжения влияют на активную и реактивную мощность в электрической сети?

• Увеличивают полную мощность и потери в сети
• Создают дополнительную реактивную мощность искажений
• Снижают коэффициент мощности
• Вызывают погрешности измерения мощности
• Приводят к повышенному нагреву оборудования

Наличие высших гармоник усложняет расчет и измерение активной и реактивной мощности. Для их учета применяются специальные методики и приборы, позволяющие определять мощность искажений.

Активная и реактивная мощность. Что это такое?!

Дело в том, что нагрузки, которые подключаются потребителями к электросети , делятся на активные и реактивные.

Активные нагрузки не генерируют реактивную мощность, а полностью поглощают энергию. Это к примеру, лампочки накаливания, электронагревательные тэны, спирали.

Реактивные нагрузки способны не только потреблять энергию, но и часть энергии возвращать обратно в сеть.

Делятся реактивные нагрузки на ёмкостные и индуктивные. К таки видам нагрузок относятся электродвигатели, трансформаторы, дроссели, конденсаторы. Чем же опасен реактивный ток в сети. Чем выше реактивный ток, создаваемый конкретной нагрузкой, тем хуже КПД этой нагрузки, поскольку она не способна потребить весь объём электроэнергии (она не согласована в резонанс), и часть энергии возвращается в электросеть, нагревая проводку за счёт роста реактивного тока, увеличивает уровень электромагнитных помех. Одним словом, энергия тратится впустую, а оплачивать её нужно.  Выпускаются измерительные приборы, к примеру вот такие, как фазометр Д301 , для контроля и настройки согласованности нагрузки с сетью переменного тока. Прибор показывает величину реактивного тока, ёмкостного или индуктивного характера. Если нагрузка правильно скомпенсирована по реактивности, то она становится практически активной, и прибор покажет единицу. Компенсация индуктивных нагрузок производится ёмкостями, а ёмкостных нагрузок индуктивностями. Многие специалисты считают, что в жилом секторе (квартиры, частные дома), компенсировать реактивную энергию не имеет смысла, по той причине, что электросчётчики учитывают только активную электроэнергию. В итоге за реактивную потребитель не платит. Да это так, потребитель оплачивает за активную электроэнергию согласно показаниям прибора учёта, НО! , давайте посмотрим, как всё происходит на самом деле, и, что же насчитывает счётчик активной энергии.Для эксперимента возьмём обычный бытовой холодильник. Хочу сказать, что мне лично не попадалось ни одного холодильника, который бы не имел реактивности, и потреблял как активная нагрузка. Измеренная прибором индуктивная реактивность компрессора, импортного холодильника SAMSUNG, составила 0,8. Это говорит о том, что примерно 20% мощности холодильник генерирует впустую, а потребляет реально от сети около 80% электроэнергии, именно полезной, которая идёт на охлаждение. То есть, говоря народным языком, холодильник взял 100% энергии из электросети, 80% использовал на охлаждение, а 20% вернул обратно в сеть. Но ведь холодильнику нужно охладить свои камеры до строго определённой температуры, установленной в настройках, и он это делает, но продолжительность работы без отключения, у него уже увеличивается на те же 20% потерянной энергии. Что же произойдёт с 20% реактивной энергии. Она будет циркулировать от потребителя к источнику и обратно, нагревая на своём пути провода, превращаясь в бесполезное тепло, создавая бесполезные электромагнитные поля в окружающем пространстве, которые как помеха будут влиять на другие устройства. В итоге, без компенсации реактивной мощности холодильник будет потреблять из сети больше активной электроэнергии, а прибор учёта, будет её подсчитывать. Сразу возникает вопрос, а как же устранить эту реактивность у компрессора холодильника, и сделать его активным близко к 100%. Оказывается совсем не сложно, достаточно параллельно точкам питания компрессора, установить конденсатор, подобрав точно его ёмкость по показаниям прибора. Выход показаний прибора ближе к единице, укажет, что нагрузка стала чисто активной и имеет кпд близкий к 100%. 

Расчет и компенсация реактивной мощности.

admin 06.03.2021 Расчет и компенсация реактивной мощности.2021-03-06T16:40:11+03:00 Советы и рекомендации

Доброго времени суток. Сегодня, в рубрике «Советы и рекомендации» — Расчет и компенсация реактивной мощности.

Возможно, Вас заинтересует – «Простой выпрямитель».

Прежде чем говорить о реактивной мощности, давайте разберемся, что такое электрическая мощность? Говоря простым языком, мощность — это работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. Измеряется она в ваттах (Вт или W).

Расчет и компенсация реактивной мощности.

Расчет реактивной мощности.

Если с постоянным током при определении мощности проблем нет, то с переменным начинают твориться чудеса. По отношению к резистивным нагрузкам (нагревательные элементы, лампы накаливания) переменный электроток ведет себя также как и постоянный. Но когда в цепи появляются индуктивные (трансформаторы, дроссели, электродвигатели) и емкостные (конденсаторы) электронагрузки  – возникают паразитные токи, не только не участвующие в полезной работе, но и создающие ей помехи. В индуктивностях ток начинает отставать от напряжения, а в емкостях наоборот – опережает. Это называется сдвигом фаз, угол которых принято обозначать символом ϕ.

В итоге, мощность разделяется на активную и реактивную. Первая участвует в работе, а реактивная или ничего не делает или мешает. Зависимость угла сдвига фаз принято выражать через cos ϕ.

COS φ = Р/S

Где Р – активная мощность, S – реактивная. Это отношение называется коэффициентом мощности (Pf) и может варьироваться от 0 до 1. И чем эта величина ближе к единице, тем меньше реактивная мощность, а значит выше КПД.

Также читайте – «Время-токовые характеристики автоматов».

Опираясь на то, что S находится в зависимости от угла ϕ, мы имеем возможность сделать ее расчет по формуле:

Q = U*I*sinφ.

Где Q– реактивная составляющая, единицей измерения является вар или квар.

А по формуле:

P = U*I*cosφ — производят расчет активной составляющей.

Расчет и компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной составляющей.

Поскольку реактивная энергия оказывает влияние на работу электрооборудования, имеющего индуктивные и емкостные электропотребители, для них применяются специальные компенсирующие устройства. Схема действия компенсации основана на способностях емкостных и индуктивных нагрузок сдвигать фазы в противоположные направления. Ввиду того, что основную часть реактивной энергии создают индуктивности, для ее компенсации используют конденсаторы большой емкости, присоединяемые параллельно нагрузке. Казалось бы что вопрос решен. Но на практике, на производстве с большим процентом электродвигателей не все так гладко. Электромоторы на конвейерах и другом оборудовании не включаются все сразу, а работают по своему алгоритму. В иные моменты одновременно могут находиться в работе как большое, так и минимальное количество электропотребителей этого типа. А перекомпесация не менее вредна  недокомпенсации.

Это интересно – «Защита электрооборудования от перенапряжения».

И поэтому, подключением конденсаторных блоков управляет контроллер на микропроцессоре, измеряющий реактивную энергию в каждый момент времени. И в зависимости от потребности, выбирает и присоединяет к потребителям определенное количество конденсаторов.

Автоматическая установка компенсации реактивной энергии УКРМ.

Компенсация реактивной энергии в быту.

  Современные квартиры напичканы всевозможным электрическим оборудованием разной мощности. Основная часть приборов большого энергопотребления, это активные потребители с cosφ = 1. (электрочайник, утюг, нагревательный элемент стиральной машины, электродуховка…). Но есть и домашние помощники с реактивной нагрузкой (СВЧ печь, двигатель стиральной машины, блендеры, кухонные комбайны, холодильник…). Но их электропотребление настолько мало (кроме СВЧ печи, работающей по полчаса – час в сутки), что устраивать компенсацию нет смысла.

Вас может заинтересовать – «Расчет и выбор сечения кабеля».

Однако, если у Вас свой дом, с мастерской, оборудованной станками с асинхронными электродвигателями, стоит задуматься о компенсации реактивной мощности.

Стоит ли покупать рекламируемые устройства компенсации.Рекламируемые бытовые компенсаторы реактивной энергии.

Интернет и телевидение пестрит рекламируемыми устройствами компенсации реактивной мощности. Такими как Saving box, Smart Boy, EkoEnerji, Electricity Energy Electric Power Saver. Стоит ли покупать эти чудо-приборы? Ответ однозначный – НЕТ! Вышеназванные устройства ни в коей мере неспособны компенсировать реактивную мощность даже самых неэнергоемких потребителей. Все эти мини и микро компенсаторы – полный развод на деньги.

Разница между активной и реактивной мощностью

Основное существенное различие между активной и реактивной мощностью заключается в том, что активная мощность — это фактическая мощность, которая рассеивается в цепи, тогда как реактивная мощность — это мощность, которая течет только между источником и нагрузками. Давайте подробно рассмотрим разницу между активной и реактивной мощностью в этой статье.

Определение активной мощности:

Фактическое количество мощности, рассеиваемой или выполняющей полезную работу в цепи, называется активной мощностью или истинной мощностью. Он измеряется в ваттах, практически он должен измеряться в кВт и МВт в энергосистеме.

Определение реактивной мощности: 

Среднее значение второго члена в полученном выше выражении равно нулю, поэтому мощность, вносимая этими членами, равна нулю. Компонент, который пропорционален VI sin, называется реактивной мощностью и определяется как Q. 

Разница между активной и реактивной мощностью: 

• Активная мощность — это реальная мощность, потребляемая нагрузкой, тогда как реактивная мощность — это бесполезная мощность.
• Активная мощность является реальной мощностью и измеряется в ваттах, а реактивная мощность измеряется в вар.
• Активная мощность есть произведение напряжения, тока и косинуса угла между ними, с другой стороны, реактивная мощность есть произведение напряжения и тока и синуса угла между ними.
• Активная мощность представлена ​​в виде заглавной буквы «P», а реактивная мощность представлена ​​в виде Q.
• Ваттметр измеряет активную мощность, а вар-метр используется для измерения полной мощности.
• Крутящий момент, который развивается в двигателе, тепло, рассеиваемое в нагревателе, и свет, излучаемый лампами, все это производится из-за активной мощности. Реактивная мощность определяет коэффициент мощности цепи.
• Активная мощность должна рассчитываться по формуле P = V*I*COS∅ , а реактивная мощность — по формуле Q = V*I*SIN∅.

Дополнительная информация:

Основное существенное различие между активной и реактивной мощностью заключается в том, что активная мощность — это фактическая мощность, которая рассеивается в цепи, тогда как реактивная мощность — это мощность, которая течет только между источником и нагрузками. Давайте подробно рассмотрим разницу между активной и реактивной мощностью в этой статье.

Определение активной мощности:

Фактическое количество мощности, рассеиваемой или выполняющей полезную работу в цепи, называется активной мощностью или истинной мощностью. Он измеряется в ваттах, практически он должен измеряться в кВт и МВт в энергосистеме.

Определение реактивной мощности: 

Среднее значение второго члена в полученном выше выражении равно нулю, поэтому мощность, вносимая этими членами, равна нулю. Компонент, который пропорционален VI sin, называется реактивной мощностью и определяется как Q. 

Разница между активной и реактивной мощностью: 
• Активная мощность — это реальная мощность, потребляемая нагрузкой, тогда как реактивная мощность — это бесполезная мощность.
• Активная мощность является реальной мощностью и измеряется в ваттах, а реактивная мощность измеряется в вар.
• Активная мощность есть произведение напряжения, тока и косинуса угла между ними, с другой стороны, реактивная мощность есть произведение напряжения и тока и синуса угла между ними.
• Активная мощность представлена ​​в виде заглавной буквы «P», а реактивная мощность представлена ​​в виде Q.
• Ваттметр измеряет активную мощность, а вар-метр используется для измерения полной мощности.
• Крутящий момент, который развивается в двигателе, тепло, рассеиваемое в нагревателе, и свет, излучаемый лампами, все это производится из-за активной мощности. Реактивная мощность определяет коэффициент мощности цепи.
• Активная мощность должна рассчитываться по формуле P = V*I*COS∅ , а реактивная мощность — по формуле Q = V*I*SIN∅.

Дополнительная информация:

анализ цепей — Является ли реактивная мощность периодической по своей природе? Какова точная разница между активной мощностью, средней мощностью и реальной мощностью?

Я буду говорить об идеальных случаях, когда гармоники отсутствуют, как я полагаю, вы говорите, учитывая ваше происхождение.

Являются ли реальная мощность, активная мощность и средняя мощность одним и тем же?

Активная мощность равна реальной мощности. И любая мощность равна мгновенный по своей природе, т. е. в любой момент времени имеет значение. Усреднение мгновенной мощности приводит к среднему значению , и это среднее значение, как и мгновенное значение, может исходить от любой мощности.

Следовательно: активная мощность == реальная мощность, и они относятся к конкретному типу мощности, а среднее значение представляет собой математическое среднее, выполненное для любой величины. Отсутствие усреднения означает мгновенное.

мы не видим в учебниках упоминаний этой высокочастотной составляющей в реальной/активной мощности.

Конечно, да, так как это часть самой природы умножения: есть два синуса, умноженных, что дает тригонометрический эквивалент \$\cos(2\omega)\$. Но среднее значение является фиксированным, неколеблющимся значением.

Они прямо говорят, что [???] и прямо дают только среднее значение как реальная/активная/средняя мощность.

Кажется, вы пропустили несколько слов, но даже в этом случае та часть, где «они» дают только средние значения, является той частью, где только они имеют значение для счетчика или анализа потока нагрузки. Помните, что счетчик выполняет усреднение по времени. В результате в конце выходит фиксированное число.

Упомянутая здесь реактивная мощность всегда имеет здесь только высокочастотную составляющую

Вы вводите себя в заблуждение, не продолжая вывод:

$$\begin{align} p(t)&=\dfrac{V_pI_p}{2}\{[1-\cos(2\omega t)]\cos(\theta)+\sin(2\omega t)\sin(\theta)\ } \тег{1} \\ &=\dfrac{V_pI_p}{2}[\cos(\theta)-\cos(2\omega t)\cos(\theta)+\sin(2\omega t)\sin(\theta)] \\ &=\dfrac{V_pI_p}{2}[\cos(\theta)-\cos(2\omega t+\theta)] \tag{2} \\ & = \ qquad {\ bar p (t)} \ qquad + \ qquad {\ тильда p (t)} \ tag {3} \end{выравнивание}$$

Теперь вы можете видеть, что есть фиксированное значение, \$\cos(\theta)\$, и колеблющееся значение с удвоенной частотой, что естественно происходит при умножении двух синусов. Фиксированное значение — это не что иное, как среднее значение. Поскольку косинус является четной функцией, среднее значение никогда не бывает отрицательным, а колебательная часть никогда не превышает удвоенной амплитуды.

В случае энергосистем, если мы говорим о реактивной мощности, мы просто говорим о требованиях пиковой реактивной нагрузки и определяем их количественно для потоков нагрузки 92}\$. А S рассчитывается на основе среднеквадратичных значений напряжения и тока. Это означает, что независимо от того, какое смещение существует, значения RMS будут делиться на \$\sqrt2\$, а их умножение всегда будет равно половине пиковых значений. Мгновенные значения будут иметь частоту, вдвое превышающую основную частоту, а ее пики никогда не превышают более чем в два раза \$\bar S\$. Например, если V=3 и I=2, S=3 и пик никогда не будет выше или ниже ±6. Здесь показано для угла, изменяющегося от 0 (синий) до π/[2,3,4,6 (красный)]):

, а в случае реальной мощности в энергосистеме мы будем говорить только о среднем значении требований реальной мощности нагрузки и исходя из потока нагрузки?

Поток нагрузки предполагает поведение во времени, поэтому мгновенные значения здесь не имеют смысла.