Активная и реактивная мощность это. Активная и реактивная мощность в электрических сетях: ключевые понятия и различия

Что такое активная и реактивная мощность в электрических сетях. Как они влияют на работу электрооборудования. В чем заключаются основные различия между активной и реактивной мощностью. Каковы способы компенсации реактивной мощности на производстве и в быту.

Что такое активная и реактивная мощность в электрических цепях

В электрических сетях переменного тока существуют два основных вида мощности:

• Активная мощность (P) — та часть полной мощности, которая превращается в полезную работу (нагрев, освещение, механическое движение и т.д.). Измеряется в ваттах (Вт).
• Реактивная мощность (Q) — мощность, затрачиваемая на создание электромагнитных полей в электрооборудовании. Не совершает полезной работы. Измеряется в вольт-амперах реактивных (вар).

Полная мощность (S) представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощностей:

S = √(P² + Q²)

Соотношение между активной и полной мощностью называется коэффициентом мощности (cos φ):

cos φ = P / S

Основные источники активной и реактивной мощности

Активную мощность потребляют все электроприемники. Основные источники реактивной мощности:

• Асинхронные двигатели (60-65% общего потребления)
• Трансформаторы (20-25%)
• Электропечи
• Сварочное оборудование
• Преобразовательные установки
• Воздушные линии электропередачи

Чем опасна избыточная реактивная мощность в сети

Избыточная реактивная мощность приводит к ряду негативных последствий:

• Увеличение потерь электроэнергии в сетях
• Снижение пропускной способности линий и трансформаторов
• Ухудшение качества напряжения у потребителей
• Необходимость увеличения мощности генераторов
• Дополнительный нагрев оборудования

Поэтому важно поддерживать оптимальный баланс между активной и реактивной мощностью в электрических сетях.

Способы компенсации реактивной мощности на производстве

Для снижения потребления реактивной мощности на предприятиях применяются следующие методы:

• Установка конденсаторных батарей
• Использование синхронных двигателей в режиме перевозбуждения
• Применение синхронных компенсаторов
• Использование статических тиристорных компенсаторов
• Замена недогруженных трансформаторов и асинхронных двигателей

Выбор способа компенсации зависит от характера нагрузки, режима работы предприятия и экономической целесообразности.

Особенности компенсации реактивной мощности в быту

В бытовых электросетях компенсация реактивной мощности обычно экономически нецелесообразна по следующим причинам:

• Энергосбытовые компании не ведут учет реактивной мощности для бытовых потребителей
• Бытовые приборы имеют относительно небольшую мощность
• Нагрузка в быту непостоянна и часто меняется
• Для бытовых приборов обычно не указывается коэффициент мощности

Поэтому установка компенсирующих устройств в квартирах и частных домах чаще всего не приносит ощутимой экономии.

Сравнение компенсации реактивной мощности в промышленности и быту

Основные отличия в подходах к компенсации реактивной мощности:

Параметр	Промышленность	Бытовые потребители
Учет реактивной мощности	Ведется энергосбытовыми компаниями	Не ведется
Экономический эффект	Значительный	Минимальный или отсутствует
Мощность нагрузок	Большая	Относительно небольшая
Постоянство нагрузки	Относительно постоянная	Часто меняется
Расчеты при проектировании	Сложные, учитывают множество факторов	Обычно не проводятся

Влияние активной и реактивной мощности на работу электрооборудования

Активная и реактивная мощности по-разному влияют на функционирование электрических устройств:

• Активная мощность определяет полезную работу оборудования (нагрев, освещение, механическое движение)
• Реактивная мощность необходима для создания магнитных полей в двигателях и трансформаторах
• Избыток реактивной мощности приводит к дополнительному нагреву проводников
• Недостаток реактивной мощности может вызвать нарушения в работе оборудования

Оптимальное соотношение активной и реактивной мощности обеспечивает наиболее эффективную и надежную работу электрооборудования.

Методы измерения активной и реактивной мощности

Для измерения активной и реактивной мощности используются следующие приборы и методы:

• Ваттметры — для измерения активной мощности
• Варметры — для измерения реактивной мощности
• Многофункциональные измерительные приборы
• Метод трех вольтметров или трех амперметров
• Метод двух ваттметров

Выбор метода измерения зависит от типа электрической сети, требуемой точности и доступного оборудования.

Активная и реактивная мощности — Студопедия

Часть полной мощности, которую удалось передать в нагрузку за период переменного тока, называется активной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между ними (cos φ ).

Мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение, называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между ними (sin φ).

Таким образом, реактивная мощность является величиной характеризующей нагрузку. Она измеряется в вольт амперах реактивных (вар, var). На практике чаще встречается понятие косинус фи, как величины характеризующей качество электроустановке с точки зрения экономии электроэнергии. Действительно, чем выше cos φ , тем больше энергии, подаваемой от источника, попадает в нагрузку. Значит можно использовать менее мощный источник и меньше энергии пропадает зря.

Реактивная мощность относится к техническим потерям в электросетях согласно Приказу Минпромэнерго РФ № 267 от 04.10.2005.

При нормальных рабочих условиях все потребители электрической энергии, чей режим сопровождается постоянным возникновением электромагнитных полей (электродвигатели, оборудование сварки, люминесцентные лампы и многое др.) нагружают сеть как активной, так и реактивной составляющими полной потребляемой мощности. Эта реактивная составляющая мощности (далее реактивная мощность) необходима для работы оборудования содержащего значительные индуктивности и в то же время может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка на сеть.

При значительном потреблении реактивной мощности напряжение в сети понижается. В дефицитных по активной мощности энергосистемах уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Недостаточная для выполнения баланса активная мощность передается в такие системы из соседних энергосистем, в которых имеется избыток генерируемой мощности.

Обычно энергосистемы дефицитные по активной мощности, дефицитны и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не передавать из соседних энергосистем, а генерировать в компенсирующих устройствах, установленных в данной энергосистеме. В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности, которые можно установить на подстанциях электрической сети.

Понятия активной, полной и реактивной мощностей — Студопедия

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

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

(5. 1)

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

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

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

газа и т. п.

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

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

.

(5.2)

Единица измерения полной мощности S = UI – ВА.

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 5.1. Треугольник мощностей

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

∆Р_ном= Q²_номR /U²_ном ,

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

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

Таблица 5.1

Зависимости коэффициента перегрузки по реактивной мощности

синхронных двигателей

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

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

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

Рис. 5.2. Быстродействующие источники реактивной мощности

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

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

Реактивная мощность в быту и на производстве. В чем разница?

Все больше появляется устройств и приборов «позволяющих экономить» электрическую энергию в домашних условиях путем компенсации реактивной составляющей сети. Менеджеры по продажам очень много и интересно рассказывают об этих устройствах, их экономичности, дешевизне, возможности очень сильно сэкономить на счете за электроэнергию. Действительно ли это так? Давайте попробуем разобраться.

Реактивная мощность на производстве

Прочитав про компенсацию реактивной мощности промышленными гигантами, как много они экономят при установке компенсирующих устройств, многие начинают думать, что поставив подобный компенсатор у себя дома они тоже будут экономить большие суммы. Но не все знают, что энергокомпании ведут учет реактивной мощности крупных потребителей и за потребление или генерацию реактивной мощности им придется платить и не малые деньги. Поэтому установив компенсирующее устройство и приблизив свой cosφ к единице они не будут платить за реактивную составляющую и таким образом осуществляется экономия. Также при уменьшении реактивной составляющей уменьшается результирующий ток, что в свою очередь снижает затраты на электрооборудование.

Также компенсаторы, устанавливаемые на предприятиях, имеют свою систему управления, которая контролирует работу установки компенсации и наличие реактивной составляющей.

Реактивная мощность в доме

Вопреки рассказам менеджеров по продажам многие специалисты не верят в такие приборы компенсации в бытовых условиях, квартире, даче, гараже. И их выводы не безосновательны. Это связано в первую очередь с тем, что энергокомпании не ведут учет реактивной мощности, потребляемой бытовыми потребителями. То есть вам не нужно платить за реактивную мощность.

Также в быту очень редко используют очень мощные устройства, которые потребляют большие токи, чтоб с помощью компенсатора значительно снизить ток. Довольно большим недостатком является также довольно большая периодичность изменения нагрузки (включение отключение), а также в паспортах бытовых аппаратов не указывается cosφ, что делает очень затруднительным расчет реактивной составляющей.

Давайте рассмотрим маленький пример: пусть в холодильнике будет установлен электродвигатель с такими параметрами – U_н =220 В,I_н =2,5 А,  cosφ =0,9. Рассчитаем его полную мощность S=UI=220*2,5 =550 ВА, теперь активную мощность Р = UI cosφ = 220*2,5*0,9 = 495 Вт. Теперь можем определить реактивную мощность  , которая примерно в два раза меньше активной для этого двигателя.

Теоретически мы можем сконструировать компенсирующее устройство и обратить 240 ВАр в ноль. Да, можем, но что произойдет если холодильник выключится? Правильно, эти 240 ВАр будут уже генерироваться самим компенсатором и отдаваться в сеть. Во  избежание этой ситуации необходимо отключить компенсатор от сети. Вручную такие действия производить каждый раз бесперспективно, а создание автоматической системы включения и отключения этого прибора значительно его удорожит, а экономии от него не будет никакой.

Сравнение компенсаций реактивной мощности в быту и на производстве

На предприятиях при выборе компенсирующих устройств производятся тщательные расчеты реактивной составляющей, проводят исследования гармонических составляющих сети, а также производится экономический расчет целесообразности компенсации. Над такими проектами могут работать целые научно-исследовательские институты.

Поверив менеджерам и купив устройство, которое якобы «за счет компенсации реактивной мощности» снизит потребляемую вами электроэнергию — вы просто выбросите деньги на ветер. Воткнув такое устройство в свою сеть дома без предварительных расчетов и знаний принципа работы именно вашего компенсатора вы рискуете не компенсировать реактивную мощность, а генерировать ее, что не есть хорошо, так как вместо понижения суммарного тока вашей цепи, вы его увеличите.

Посмотреть про компенсацию реактивной мощности вы можете здесь:

и здесь:

Реактивная мощность — что это?

Реактивная мощность

Что такое реактивная мощность?

Для начала рассмотрим понятие электрической мощности. В широком смысле слова, этот термин означает работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электрической энергии, понятие мощности немного откорректируем: под электрической мощностью будем понимать физическую величину, реально характеризующую скорость генерации тока или количество переданной либо потреблённой электроэнергии в единицу времени.

Понятно, что работа электричества в единицу времени определяется электрической мощностью, измеряемой в ваттах. Мгновенную мощность на участке цепи находят по формуле: P = U×I, где U и I – мгновенные значения показателей параметров напряжения и силы тока на данном участке.

Строго говоря, приведённая выше формула справедлива только для постоянного тока. Однако, в цепях синусоидального тока формула работает лишь тогда, когда нагрузка потребителей чисто активная. При резистивной нагрузке вся электрическая энергия расходуется на выполнение полезной работы. Примерами активных нагрузок являются резистивные приборы, такие как кипятильник или лампа накаливания.

При наличии в электрической цепи ёмкостных или индуктивных нагрузок, появляются паразитные токи, не участвующие в выполнении полезной работы. Мощность этих токов называют реактивной.

На индуктивных и ёмкостных нагрузках часть электроэнергии рассеивается в виде тепла, а часть препятствует выполнению полезной работы.

К устройствам с индуктивными нагрузками относятся:

• электромоторы;
• дроссели;
• трансформаторы;
• электромагнитные реле и другие устройства, содержащие обмотки.

Ёмкостными сопротивлениями обладают конденсаторы.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.

Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению.

При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.

Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно запомнить:

• резистор потребляет исключительно активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
• катушки индуктивности провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают её в виде магнитных полей;
• Ёмкостные элементы (конденсаторы) являются причиной появления реактивных сопротивлений.

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.

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. 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.Угол меж проекциями важен. Величина называется коэффициентом мощности. Что означает на практике? Перед ответом на вопрос рассмотрим понятие треугольника сопротивлений.

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную мощность и её составляющие в виде векторов. Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющей присвоим символы P и Q, соответственно. Поскольку вектор S является суммой составляющих тока, то, по правилу сложения векторов, образуется треугольник мощностей.

 Коэффициент мощности

Применяя теорему Пифагора, вычислим модуль вектора S:

Отсюда можно найти реактивную составляющую:

Реактивная составляющая

Выше мы уже упоминали, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выражать через cos φ. По определению cos φ = P/S. Данную величину называют коэффициентом мощности и обозначают Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить эффективность работы тока. Данная величина находится в промежутке от 0 до 1.

Если угол сдвига фаз принимает нулевое значение, то cos φ = 1, а это значит что P = S, то есть полная мощность состоит только из активной мощности, а реактивность отсутствует. При сдвиге фаз на угол π/2 , cos φ = 0, откуда следует, что в цепи господствуют только реактивные токи (на практике такая ситуация не возникает).

Из этого можно сделать вывод: чем ближе к 1 коэффициент Pf , тем эффективнее используется ток. Например, для синхронных генераторов приемлемым считается коэффициент от 0,75 до 0,85.

Формулы

Поскольку реактивная мощность зависит от угла φ, то для её вычисления применяется формула: Q = UI×sin φ. Единицей измерения реактивной составляющей является вар или кратная ей величина  – квар.

Активную составляющую находят по формуле: P = U*I×cosφ. Тогда

Зная коэффициент Pf  (cos φ), мы можем рассчитать номинальную мощность потребителя тока по его номинальному напряжению, умноженному на значение силы потребляемого тока.

Полная мощность

По сложившейся практике потребители оплачивают не полезную мощность, которая непосредственно используется в хозяйстве, а полную, которую отпускает предприятие-поставщик. Различают эти показатели по единицам измерения – полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), а полезная – в киловаттах. Активная и реактивная электроэнергия используется всеми запитанными от сети электроприборами.

Понятие реактивной электроэнергии

Этот вид электроэнергии присущ цепям, в составе которых имеются реактивные элементы. Реактивная электроэнергия — это часть полной поступаемой мощности, которая не расходуется на полезную работу.

В электроцепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока реактивная составляющая возникает только в том случае, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка. В таком случае наблюдается несоответствие фазы тока с фазой напряжения. Данный сдвиг фаз между напряжением и током обозначается символом «φ».

При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается отставание фазы, при емкостной – ее опережение. Поэтому потребителю приходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагревания устройств и приборов в процессе эксплуатации.

Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах индуктивных катушек и конденсаторов. Из-за них в цепи в течение некоторого времени происходит накопление электроэнергии. После этого запасенная энергия поступает обратно в цепь. К приборам, в составе потребляемой мощности которых имеется реактивная составляющая электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различная бытовая техника. Эта величина рассчитывается с учетом особого коэффициента мощности, который обозначается как cos φ.

Активная электроэнергия

Активная составляющая полной мощности совершает полезную работу и преобразовывается в те виды энергии, которые нужны потребителю. У части бытовых и промышленных электроприборов в расчетах активная и полная мощность совпадают. Среди таких устройств – электроплиты, лампы накаливания, электропечи, обогреватели, утюги и гладильные прессы и прочее.

Если в паспорте указана активная мощность 1 кВт, то полная мощность такого прибора будет составлять 1 кВА.

Расчет реактивной электроэнергии

Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,9; точное значение этого параметра можно узнать из паспорта электроприбора. Полная мощность должна быть определена как частное от деления активной мощности на коэффициент.

Например, если в паспорте электрической дрели указана мощность в 600 Вт и значение 0,6, тогда потребляемая устройством полная мощность будет равна 600/06, то есть 1000 ВА. При отсутствии паспортов для вычисления полной мощности прибора коэффициент можно брать равным 0,7.

Поскольку одной из основных задач действующих систем электроснабжения является доставка полезной мощности конечному потребителю, реактивные потери электроэнергии считаются негативным фактором, и возрастание этого показателя ставит под сомнение эффективность электроцепи в целом. Баланс активной и реактивной мощности в цепи может быть наглядно представлен в виде этого забавного рисунка:

Мощность активная, реактивная и полная

Перечисленные понятия рассматривают с учетом особенностей нагрузки. Активная мощность потребляется обычным проводником. При увеличении силы тока энергия расходуется на повышение температуры (ТЭН чайника) или световое излучение (нить лампы накаливания).

Индуктивная нагрузка и конденсатор потребляют реактивную мощность. Энергия в этих вариантах преобразуется в магнитное (электрическое) поле, соответственно. Суммарная величина – полная мощность.

Различия

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Вам это будет интересно  Особенности единиц измерения кВТ и кВА

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания.

Смысл реактивной нагрузки

Любая реактивная нагрузка создает временной сдвиг между фазами тока и напряжения. Эту величину измеряют в градусах. Наиболее наглядным является векторное представление электрических параметров. Если подключить индуктивность, напряжение будет опережать ток. Угол между ними обозначают в формулах буквой «ϕ» («Фи» греч.).

Временные и векторные диаграммы показывают, как изменяются основные параметры при подключении индуктивных (емкостных) элементов

На картинке показано, что при подключении емкостной нагрузки вектора «меняются» местами. В идеальных условиях сдвиг между векторами равен 90°. В действительности следует учитывать влияние электрического сопротивления цепи, несовершенство конструкций. С учетом особенностей элементов следует напомнить, что в индуктивности (емкости) при сохранении параметров источника питания плавно изменяется ток (напряжение), соответственно.

Почему в сети напряжение переменное

Для объяснения настоящей ситуации надо сделать краткий экскурс в историю. Электричество известно человеку сотни (по некоторым данным, тысячи лет). Однако действительно массовое использование этой энергии началось сравнительно недавно – в конце 19 века. Именно тогда (1879 г.) Эдисон запатентовал первый функциональный прибор, который помогал решать проблемы освещения. Для питания лампочек он стал монтировать сети постоянного тока.

Через десять лет Тесла создал генераторы переменного тока. После ожесточенной конкурентной борьбы именно его способ передачи энергии на расстояния одержал победу. Этот результат был обеспечен скорее рыночными методами, чем внимательным сравнением потребительских характеристик.

К сведению. Метрополитен Нью-Йорка до сих пор функционирует с подключением к сети постоянного тока.

Источники

• https://www.asutpp.ru/reaktivnaya-moschnost.html
• https://VashTehnik.ru/enciklopediya/reaktivnaya-moshhnost.html
• https://FB.ru/article/191380/chto-takoe-aktivnaya-i-reaktivnaya-elektroenergiya
• https://amperof.ru/teoriya/reaktivnaya-moshhnost.html
• https://rusenergetics.ru/ustroistvo/reaktivnaya-moschnost

Что такое активная, реактивная и полная мощность нагрузки стабилизатора?

В отличии от вычисления мощности при постоянном токе, формулы для вычисления мощности в цепях переменного тока достаточно сложны. В общем случае электрическая мощность в этом случае имеет интегральные зависимости.

Для определения полной мощности нагрузки необходимо вычислить активную и реактивную мощность. Полная мощность определяется как векторное сложение этих величин.

Активная мощность — это полезная часть мощности, та часть, которая определяет прямое преобразования электрической энергии в другие необходимые виды энергии. Для каждого электрического прибора вид преобразования энергии свой: в электрической лампочке электроэнергия преобразуется в свет и тепло, в утюге электроэнергия преобразуется в тепло, в электродвигателе электроэнергия преобразуется в механическую энергию. Фактически, активная мощность определяет скорость полезного потребления энергии.

Реактивная мощность — мощность определяемая электромагнитными полями, образующимися в процессе работы приборов. Реактивная мощность, как правило, является «вредной» или «паразитной». Реактивная мощность определяется характером нагрузки. Для такого прибора как лампочка она равна нулю, в процессе горения лампы электромагнитные поля практически не образуются. В процессе работы электродвигателя реактивная мощность может достигать больших значений. Понятие реактивной мощности тесно связано с понятием «пусковые токи».

При выборе стабилизатора напряжения необходимо определять полную мощность потребителей. Самый точный способ — найти значение полной мощности прибора в его паспорте. Если такой возможности нет, то для определения полной мощности приборов с большими «пусковыми токами» принято использовать повышающий коэффициент «4».

Следует также учитывать, что номинальная мощность стабилизатора напряжения может указываться разными производителями стабилизаторов и ИБП в различных диапазонах входных параметров тока. Китайские производители часто завышают реальную мощность устройства в два и более раз.

Особое внимание при выборе подходящего стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания следует обратить на возможность использования стабилизатора при реактивной нагрузке. Часто производители указывают, что номинальная мощность стабилизатора или ИБП указана без учета реактивной нагрузки. В паспортных данных стабилизаторов и источников питания можно найти фразу «устройство не может использоваться для реактивной нагрузки».

Для работы с приборами, имеющими большую реактивную мощность мы рекомендуем использовать специальные стабилизаторы напряжения и ИБП компании «Бастион». Эти приборы характеризуются большой перегрузочной мощностью и хорошей защитой от помех в сети по нагрузке.

Подробные ответы вы можете найти в следующих статьях:

Сравнение реальных мощностей стабилизаторов напряжения разных марок

Сравнение стабилизаторов напряжения Ресанта, APC, Voltron, Калибри, Teplocom

Стабилизаторы напряжения для котлов отопления

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Стабилизатор напряжения для холодильника

Стабилизаторы напряжения для насосов

Стабилизатор напряжения для кондиционера и сплит-системы

Что такое активная, реактивная и полная мощность нагрузки стабилизатора?

В отличии от вычисления мощности при постоянном токе, формулы для вычисления мощности в цепях переменного тока достаточно сложны. В общем случае электрическая мощность в этом случае имеет интегральные зависимости.

Для определения полной мощности нагрузки необходимо вычислить активную и реактивную мощность. Полная мощность определяется как векторное сложение этих величин.

Активная мощность — это полезная часть мощности, та часть, которая определяет прямое преобразования электрической энергии в другие необходимые виды энергии. Для каждого электрического прибора вид преобразования энергии свой: в электрической лампочке электроэнергия преобразуется в свет и тепло, в утюге электроэнергия преобразуется в тепло, в электродвигателе электроэнергия преобразуется в механическую энергию. Фактически, активная мощность определяет скорость полезного потребления энергии.

Реактивная мощность — мощность определяемая электромагнитными полями, образующимися в процессе работы приборов. Реактивная мощность, как правило, является «вредной» или «паразитной». Реактивная мощность определяется характером нагрузки. Для такого прибора как лампочка она равна нулю, в процессе горения лампы электромагнитные поля практически не образуются. В процессе работы электродвигателя реактивная мощность может достигать больших значений. Понятие реактивной мощности тесно связано с понятием «пусковые токи».

При выборе стабилизатора напряжения необходимо определять полную мощность потребителей. Самый точный способ — найти значение полной мощности прибора в его паспорте. Если такой возможности нет, то для определения полной мощности приборов с большими «пусковыми токами» принято использовать повышающий коэффициент «4».

Следует также учитывать, что номинальная мощность стабилизатора напряжения может указываться разными производителями стабилизаторов и ИБП в различных диапазонах входных параметров тока. Китайские производители часто завышают реальную мощность устройства в два и более раз.

Особое внимание при выборе подходящего стабилизатора напряжения или источника бесперебойного питания следует обратить на возможность использования стабилизатора при реактивной нагрузке. Часто производители указывают, что номинальная мощность стабилизатора или ИБП указана без учета реактивной нагрузки. В паспортных данных стабилизаторов и источников питания можно найти фразу «устройство не может использоваться для реактивной нагрузки».

Для работы с приборами, имеющими большую реактивную мощность мы рекомендуем использовать специальные стабилизаторы напряжения и ИБП компании «Бастион». Эти приборы характеризуются большой перегрузочной мощностью и хорошей защитой от помех в сети по нагрузке.

Подробные ответы вы можете найти в следующих статьях:

Сравнение реальных мощностей стабилизаторов напряжения разных марок

Сравнение стабилизаторов напряжения Ресанта, APC, Voltron, Калибри, Teplocom

Стабилизаторы напряжения для котлов отопления

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Стабилизатор напряжения для холодильника

Стабилизаторы напряжения для насосов

Стабилизатор напряжения для кондиционера и сплит-системы

Контроль и качество активной и реактивной мощности

• Ресурс исследования
• Исследовать
  • Искусство и гуманитарные науки
  • Бизнес
  • Инженерная технология
  • Иностранный язык
  • История
  • Математика
  • Наука
  • Социальная наука

  Лучшие подкатегории

  • Продвинутая математика
  • Алгебра
  • Базовая математика
  • Исчисление
  • Геометрия
  • Линейная алгебра
  • Предалгебра
  • Предварительный расчет
  • Статистика и вероятность
  • Тригонометрия
  • другое →

  Лучшие подкатегории

  • Астрономия
  • Астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • Науки о Земле
  • Наука об окружающей среде
  • Науки о здоровье
  • Physics

Реактивное и упреждающее управление проблемами — BMC Blogs

Управление проблемами в ИТ редко обсуждается, но определенно практикуется ежедневно — разными способами, некоторые из которых успешны.Чаще всего управление проблемами выглядит как группа системных администраторов, спорящих о том, кто виноват в последнем эпизоде ​​спада в масштабах всей компании.

Однако, если все сделано правильно, управление проблемами может катапультировать ИТ-подразделение из противопожарной позиции в такое, которое предлагает клиническую направленность на улучшение и инновации — именно ту ценность и рентабельность инвестиций, которые ваша компания ожидает от ИТ. Фактически, то, как ИТ-специалисты выявляют, решают и устраняют проблемы, играет важную роль в том, как это подразделение рассматривается другими бизнес-подразделениями и компанией в целом.Atlassian сообщил, что высокопроизводительные ИТ-команды почти в 2,5 раза чаще практикуют упреждающее управление проблемами, вместо того, чтобы ждать, чтобы потушить пожар.

В этой статье мы рассмотрим управление проблемами и сравним реактивный и проактивный подходы.

Что такое управление проблемами в ИТ?

Мы уже знаем из ITIL, что любая проблема является основной причиной одного или нескольких инцидентов. Таким образом, управление проблемами относится к тому, как вы управляете жизненным циклом проблем.ИТ-специалисты могут подойти к управлению проблемами двумя способами: реактивным или проактивным.

• Реактивное управление проблемами занимается решением проблем в ответ на один или несколько инцидентов.
• Упреждающее управление проблемами занимается выявлением и решением проблем и известных ошибок до того, как снова могут произойти связанные с ними инциденты.

Оба подхода являются ключевыми для обеспечения целостного и всестороннего решения основных проблем, которые негативно влияют на ИТ-услуги, но именно реактивный подход обычно является первым портом обращения для большинства групп поддержки.Уравновешивание двух подходов должно быть укоренившимся в вашей организации и должно быть одним из императивов руководства.

Определение реактивного управления проблемами

Реагирующее управление проблемами запускается сразу после инцидента, который считается заслуживающим расследования первопричины, такого как один крупный инцидент или серия инцидентов, которые являются значительными в совокупности. Он дополняет управление инцидентами, фокусируясь на основной причине инцидента, чтобы предотвратить его повторение и при необходимости выявляя обходные пути.Реагирующее управление проблемами учитывает все сопутствующие причины, включая причины, которые способствовали продолжительности и влиянию инцидентов, а также те, которые привели к возникновению инцидентов.

Техника роения — это сильный подход к реактивному управлению проблемами: разные подразделения собираются вместе, чтобы изучить инцидент, затем провести мозговой штурм и определить источник и потенциальные первопричины. Возьмем, к примеру, аварийное приложение. Управление инцидентами будет перезапускать службы, которые остановили или перезагружают последнюю версию, в то время как управление реактивными проблемами будет исследовать источник сбоя, анализируя журналы или получая информацию от разработчика или поставщика.Проблема будет регистрироваться как прямая ссылка на инцидент, а обходные пути, определенные при разрешении инцидента, будут задокументированы вместе с ней. Если для исправления требуется патч, для окончательного решения проблемы будет использован процесс управления изменениями.

Другие методы реактивного управления проблемами включают хронологический анализ, метод Кепнера и Трегое, 5-почему и локализацию неисправностей.

Одним из основных недостатков реактивного управления проблемами является его защитный характер, мало чем отличающийся от закрытия ворот после того, как лошадь заперлась.Во-вторых, технические команды обычно вынуждены искать первопричину инцидента вместо того, чтобы сосредоточиться на как можно более быстром восстановлении обслуживания. Однако преимущества реактивного управления проблемами ясно видны заинтересованным сторонам, если доказано, что исправление, будь то постоянное или временное, предотвратит повторение или уменьшит воздействие, если инцидент возникнет снова.

Понимание упреждающего управления проблемами

Проактивное управление проблемами основано на постоянном улучшении.Триггер — это не результат активного инцидента, а результат выявленных рисков для обслуживания. Эти риски могут включать предупреждения, ошибки или потенциальные нарушения пороговых значений, которые указывают на потенциальные проблемные области. По сути, упреждающие действия по управлению проблемами представляют собой постоянные действия, направленные на повышение общей доступности и удовлетворенности конечных пользователей ИТ-услугами. Основные методы упреждающего управления проблемами включают анализ тенденций, оценку рисков и сопоставление схожести.

Давайте использовать тот же пример, что и выше, для демонстрации упреждающего управления проблемами. Блок мониторинга обнаруживает ошибки в приложении — они не вызывают простоев, но могут указывать на проблемные области.

Системным администраторам требуется время, чтобы задокументировать ошибки и изучить возможные причины. Это может указывать на то, что ошибки возникают всякий раз, когда приложение обращается к определенной базе данных, маршрутизируясь через определенные интерфейсы. Системный администратор может передать эту проблему сетевым администраторам и администраторам базы данных, которые затем могут определить точную проблему и закрыть затронутые интерфейсы, устраняя ошибки.В зависимости от ситуации администраторы могут перенастроить порты или заменить затронутые компоненты, чтобы навсегда устранить проблему, прежде чем она станет серьезной.

Самым очевидным преимуществом упреждающего управления проблемами является значительное уменьшение количества критических инцидентов. ИТ-команда никогда не сможет предотвратить все инциденты, поэтому реагирующее управление проблемами — это то, с чем придется иметь дело всем командам. Однако проактивное управление проблемами — отличительная черта действительно зрелого ИТ-подразделения.

Внедрение метрик, измеряющих упреждающее управление проблемами, и вознаграждение за них с точки зрения инноваций послужит стимулом для ИТ-специалистов, чтобы сосредоточиться на таких возможностях. Интересно, что упреждающее управление проблемами может иметь отрицательный побочный эффект, по крайней мере, с точки зрения ИТ-маркетинга: компания может не в полной мере оценить проблему, которая была решена, поскольку она никогда не вызывала проблемы.

Эти сообщения являются моими собственными и не обязательно отражают позицию, стратегию или мнение BMC.

Обнаружили ошибку или есть предложение? Сообщите нам об этом по электронной почте [email protected].

Понимание основ реактивной мощности

Реактивная мощность непонятна для не инженеров и важна при проектировании электрических систем, особенно на уровне распределения. Хотя понимание реактивной мощности требует знания интегрального исчисления, основные интуитивные представления могут быть поняты без строгого математического исследования. По мере того, как системы распределения становятся более сложными с распределенными энергоресурсами и требуют автоматизации, участники отрасли нуждаются в общем понимании значения «мнимой мощности» для эффективности и стабильности системы.

Реактивная мощность — это бесполезная и необходимая электроэнергия

Электрические Мощность (P, в ваттах) состоит из напряжения, (В, в вольтах) и тока, (I, в амперах). Формула P = V × I. Хорошая аналогия для описания зависимости между напряжением и током — это вода, текущая по реке. Течение — это скорость воды, а напряжение — это наклон реки. Когда становится круче, река ведет себя странно. Скорость течения остается прежней, однако вода становится плотнее, и в результате поток становится тяжелее.Способность потока толкать вас вниз по реке — скорость течения, умноженная на плотность воды (напряжение), — это сила реки.

Кажущаяся мощность реки — если ее просто измерить — включает как поступательное движение, так и нисходящее давление на русло реки. Хотя поступательное движение полезно для выполнения работы (например, для запуска небольшой гидротурбины), давление на русло реки служит только для поддержки потока. В этом разница между активной мощностью (P, в ваттах) и реактивной мощностью (VAr, в мнимых ваттах).Отношение реактивной мощности к полной мощности (активная мощность ² + реактивная мощность ² ) ^1/2 называется коэффициентом мощности . Рассмотрим пример лошади, тянущей железнодорожный вагон.

Пример коэффициента мощности: лошадь и дрезина

Источник: Consolidated Edison

Как показано на изображении выше, изобразите лошадь, которая тянет железнодорожный вагон со стороны пути. Хотя лошадь привязана по диагонали, вагон может двигаться только по рельсам.Сила натяжения веревки — это кажущаяся мощность; только часть этой мощности составляет «рабочая» (реальная) мощность, которая тянет вагон вперед. Из-за угла тяги лошади часть затрачиваемой энергии тратится впустую в виде «нерабочей» (реактивной) мощности. По мере увеличения этого угла соотношение между реальной мощностью и реактивной мощностью уменьшается до тех пор, пока лошадь не отъедет от путей, не двигая вагон вообще. Это соотношение часто рассчитывается как коэффициент мощности: активная мощность, деленная на полную мощность (активная + реактивная).

Огромные отключения электроэнергии в результате сбоев реактивной мощности

Реактивная мощность важна для потока мощности, потому что она помогает регулировать напряжение. Возвращаясь к аналогии с рекой, без русла, которое можно было бы оттолкнуть для поступательного движения, не могло быть потока воды. Увеличение реактивной мощности можно охарактеризовать как увеличение крутизны русла при одновременном «выдавливании» воды вперед. Это «сжатие» увеличивает плотность воды и позволяет ей двигаться дальше. Точно так же реактивная мощность имеет решающее значение в линиях электропередачи для увеличения напряжения на входе и «сжатия» потока на выходе.

Выработка реактивной мощности, иногда называемая мнимой мощностью , требует мощности электростанции, но не приносит прямой экономической ценности — представьте лошадь, тянущую вагон по диагонали. Для интегрированных монопольных коммунальных предприятий использование электростанций для выработки реактивной мощности компенсируется за счет тарифной базы. Для коммерческих генераторов реактивная мощность отнимается от мощности электростанции, которая вместо этого может производить реальную мощность. Таким образом, реактивная мощность должна компенсироваться в качестве вспомогательной услуги.

14 июля 2003 г. произошло историческое отключение электроэнергии на северо-востоке США и Канады, от которого пострадали около 55 миллионов человек в восьми штатах и ​​одной провинции. Среди причин этого огромного отказа системы серьезный недостаток реактивной мощности был назван важным фактором. В часы, предшествовавшие отключению электроэнергии, спрос на реактивную мощность был особенно высоким из-за больших объемов потоковой передачи на большие расстояния через Огайо в Канаду. В то же время подача реактивной мощности была опасно низкой, отчасти из-за отсутствия стимула для производства реактивной мощности.Сбои реактивной мощности также способствовали отключениям электроэнергии на Западе (1996 г.) и во Франции (1978 г.).

Реактивная мощность возникает в результате задержки между током и напряжением

В цепи постоянного тока мощность имеет постоянную интенсивность и может течь только в одном направлении. С другой стороны, ток и напряжение в цепях переменного тока (AC) быстро колеблются, и кажется, что мощность течет во всех направлениях. Скорость колебаний обозначается как частота , а задержка между двумя «частотами» — их фазовый угол .Фазовый угол важен как в одном месте, так и между двумя точками. Например, задержка частоты напряжения между начальной и конечной точками провода создает поток мощности . Важным фактором в цепях переменного тока является задержка между колебаниями напряжения и тока в любой отдельной точке. Когда ток и напряжение в одной точке точно совпадают в фазе друг с другом, таким образом, имея точно такую ​​же синхронизацию, вся мощность, возникающая в результате потока, составляет реальной мощности .По мере того как задержка между током и напряжением увеличивается, увеличивается и величина реактивной мощности — лошадь все больше отдаляется от вагона. Реактивная мощность присутствует, когда ток либо «отстает», либо «опережает» напряжение.

Фазы тока, напряжения и мощности в системе переменного тока

Источник: Отчет MIT Electric Grid of the Future

Препятствия для потоков мощности в линии электропередачи называются импедансом . Эти импедансы могут быть сопротивлением или реактивным сопротивлением. Сопротивление — это трение электронов с атомами внутри электрических проводников, которое одинаково влияет как на ток, так и на напряжение, преобразуя небольшое количество энергии в отходящее тепло. Реактивное сопротивление может относиться к электрическим полям или магнитным полям. Электрические поля , влияющие на напряжение, создаются, когда две электрически заряженные металлические пластины помещаются близко друг к другу, не касаясь друг друга. Эти конденсаторы , создают напряжение без протекания тока, таким образом эффективно сохраняя и задерживая колебания напряжения относительно тока. Магнитные поля , с другой стороны, заставляют ток совершать «обход» относительно напряжения. Сами электрические линии постоянно накапливают и извлекают переменный ток в магнитном поле, которое вращается вокруг провода. « Inductors » — это специально разработанные катушки с проволокой, которые предназначены для хранения тока в магнитных полях. Некоторые приборы, такие как электродвигатели и холодильники, обладают индуктивными свойствами.

Когда ток отстает от напряжения, в цепи присутствует положительная реактивная мощность .Наиболее важной причиной положительной реактивной мощности является реактивное сопротивление самих линий электропередач. На всем протяжении линии часть тока проходит «в обход» спиралевидного магнитного поля вокруг линии. Трансформаторы, в которых используются индукторы, также подают положительную реактивную мощность в линии. На границе сети индуктивные приборы, такие как электродвигатели и холодильники, также вносят положительную реактивную мощность.

Поскольку более высокая реактивная мощность соответствует более высокому напряжению, слишком большая положительная реактивная мощность в одной части сети может вызвать резкое падение напряжения.Чтобы компенсировать реактивное сопротивление линий электропередач, трансформаторов и индуктивных устройств, необходимо обеспечить достаточную подачу отрицательной реактивной мощности. Эта услуга может предоставляться электростанциями, хотя и за счет реальной выработки электроэнергии и ограничена пропускной способностью передачи. В качестве альтернативы, отрицательная реактивная мощность , , может использоваться ниже по потоку для улучшения потока мощности. Например, конденсаторы, расположенные ниже по потоку рядом с трансформаторами и индуктивными нагрузками, могут использоваться для уменьшения падений напряжения там, где это наиболее необходимо.Некоторые электрические устройства, такие как интеллектуальные инверторы, также могут локально стабилизировать реактивную мощность.

Регулировка реактивной мощности в системе распределения электроэнергии

Хотя реактивная мощность важна для стабильности напряжения при передаче, слишком большая положительная реактивная мощность в системе распределения влияет на энергоэффективность. Возвращаясь к примеру с лошадью и железнодорожным вагоном, увеличение угла тяги снижает количество реальной мощности, прикладываемой к железнодорожному вагону. В 2011 году компания Consolidated Edison в Нью-Йорке ввела плату за реактивную мощность, чтобы наказать крупных потребителей электроэнергии с неэффективным индукционным оборудованием.Коммунальное предприятие рекомендует крупным клиентам устанавливать конденсаторы рядом с индуктивными нагрузками, циклически повторять работу индуктивного оборудования и модернизировать свои предприятия более эффективным оборудованием, чтобы поддерживать коэффициент мощности выше 95%.

Реактивная мощность — задержка между напряжением и током в заданной точке — подвержена ограничениям передачи. В результате часто необходимо производить реактивную мощность вблизи того места, где это необходимо. Кроме того, некоторым приборам, например электродвигателям, необходима отрицательная реактивная мощность для правильной работы своих магнитов.Таким образом, подача реактивной мощности на месте намного эффективнее, чем получение ее издалека. Именно здесь распределенные энергоресурсы могут принести значительные выгоды для регулирования реактивной мощности.

Согласно SDG & E, интеллектуальные инверторы могут эффективно регулировать реактивную мощность с небольшими дополнительными затратами. В январе 2014 года Комиссия по коммунальным предприятиям Калифорнии выпустила технический отчет, в котором рекомендуются стандарты возможностей интеллектуальных инверторов. PJM также выступила с убедительными заявлениями в поддержку интеллектуальных инверторов для регулирования реактивной мощности.Согласно документам рабочей группы IEEE 1547, «результаты […] моделирования показывают, что реальный и реактивный противоток не является существенной проблемой и что не требуется вносить никаких существенных изменений в работу фидера на высоких уровнях [умного] проникновение инвертора ».