Что такое активная и реактивная электроэнергия: Активная и реактивная электроэнергия

Что такое активная и реактивная электроэнергия на счетчике

С одной стороны, работу тока можно легко посчитать, зная силу тока, напряжение и сопротивление нагрузки. До боли знакомые формулы из курса школьной физики выглядят так.

Рис. 1. Формулы

 

И здесь нет ни слова про реактивную составляющую.

С другой стороны, ряд физических процессов на самом деле накладывают свои особенности на эти расчёты. Речь идёт о реактивной энергии. Проблемы с пониманием реактивных процессов приходят вместе со счетами за электроэнергию в крупных предприятиях, ведь в бытовых сетях мы платим только за активную энергию (размеры потребления реактивной энергии настолько малы, что ими просто пренебрегают).

 

Определения

Чтобы понять суть физических процессов начнём с определений.

Активная электроэнергия – это полностью преобразуемая энергия, поступающая в цепь от источника питания. Преобразование может происходить в тепло или в другой вид энергии, но суть остаётся одна – принятая энергия не возвращается обратно в источник.

Пример работы активной энергии: ток, проходя через элемент сопротивления, часть энергии преобразует в нагрев. Эта совершённая работа тока и является активной.

Реактивная электроэнергия – это энергия, возвращаемая обратно источнику тока. То есть ранее полученный и учтённый счётчиком ток, не совершив работы, возвращается. Помимо прочего ток совершает скачок (на короткое время нагрузка сильно возрастает).

Тут без примеров сложно понять процесс.

Самый наглядный – работа конденсатора. Сам по себе конденсатор не преобразует электроэнергию в полезную работу, он её накапливает и отдаёт. Конечно, если часть энергии всё-таки уходит на нагрев элемента, то её можно считать активной. Реактивная же выглядит так:

1.При питании ёмкости переменным напряжением, вместе с увеличением U растёт и заряд конденсатора.

2.В момент начала падения напряжения (второй четвертьпериод на синусоиде) напряжение на конденсаторе оказывается выше, чем у источника. И поэтому конденсатор начинает разряжаться, отдавая энергию обратно в цепь питания (ток течёт в обратном направлении).

3.В следующих двух четвертьпериодах ситуация полностью повторяется, то только напряжение меняется на противоположное.

Ввиду того, что сам конденсатор работы не совершает, принимаемое напряжение достигает своего максимального амплитудного значения (то есть в √2=1,414 раза больше действующего 220В, или 220·1,414=311В).

При работе с индуктивными элементами (катушки, трансформаторы, электродвигатели и т.п.) ситуация аналогична. График показателей можно увидеть на изображении ниже.

Рис. 2. Графики показателей

 

Ввиду того, что современные бытовые приборы состоят из множества разных элементов с «реактивным» эффектом питания и без него, то реактивный ток, протекая в обратном направлении, совершает вполне реальную работу по нагреву активных элементов. Таким образом, реактивная мощность цепи – по сути выражается в побочных потерях и скачках напряжения.

Очень сложно отделить один показатель мощности от другого при расчётах. А система качественного и эффективного учёта стоит дорого, что, собственно, и привело к отказу от измерения объёма потребления реактивных токов в быту.

В крупных коммерческих объектах наоборот, объем потребления реактивной энергии намного больше (из-за обилия силовой техники, снабжаемой мощными электродвигателями, трансформаторами и другими элементами, порождающими реактивный ток), поэтому для них вводится раздельный учёт.

 

Как считается активная и реактивная электроэнергия

Большинство производителей счётчиков электроэнергии для предприятий реализуют простой алгоритм.

Q=(S² — P²)^1/2

Здесь из полной мощности S отнимается активная мощность P (в облегчённом для понимания виде).

Таким образом, производителю не обязательно организовывать полностью раздельный учёт.

 

Что такое cosϕ (косинус фи)

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

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

Вычисляется он по формуле.

cosϕ = P_акт/P_полн

Где полная мощность – это сумма активной и реактивной.

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

Такой же коэффициент указывается на шильдиках электроинструмента, оснащённого двигателями. В этом случае cosϕ используется для оценки пиковой потребляемой мощности. Например, номинальная мощность прибора составляет 600 Вт, а cosϕ = 0,7 (средний показатель для подавляющего большинства электроинструмента), тогда пиковая мощность, необходимая для старта электродвигателя будет считаться как Pномин / cosϕ, = 600 Вт / 0,7 = 857 ВА (реактивная мощность выражается в вольт-амперах).

 

Применение компенсаторов реактивной мощности

Чтобы стимулировать потребителей эксплуатировать электросеть без реактивной нагрузки, поставщики электроэнергии вводят дополнительный оплачиваемый тариф на реактивную мощность, но оплату взимают только если среднемесячное потребление превысит определённый коэффициент, например, при соотношении полной и активной мощностей составит свыше 0,9, счёт на оплату реактивной мощности не выставляется.

Для того, чтобы снизить расходы, предприятия ставят специальное оборудование – компенсаторы. Они могут быть двух видов (в соответствии с принципом работы):

• Ёмкостные;
• Индуктивные.

Автор: RadioRadar

Реактивная энергия в электросети. Учет реактивной энергии

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

Остаточная энергия: что это такое?

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

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

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

Влияние индуктивного сопротивления на создание магнитного поля

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

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

Для чего необходима реактивная энергия?

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

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

Проблемы при выработке реактивной мощности

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

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

В чём разница между активной и реактивной энергией?

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

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

Чем измеряют потребление энергии?

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

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

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

Различая счетчиков по способу включения

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

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

Различая счетчиков по способу оплаты

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

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

Учет полной мощности

Учет полезной энергии направлен на определение:

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

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

Где проводят контроль оставшейся энергии?

Счетчик реактивной энергии устанавливают:

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

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

Как сэкономить на потреблении электричества?

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

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

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

Рациональное использование электроэнергии

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

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

Чем выгодна компенсация мощности?

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

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

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

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

Преимущества конденсаторных установок

Применение конденсаторных установок имеет следующие положительные стороны:

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

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

Какие виды компенсации существуют?

В процессе применения конденсаторных установок выделяют следующие виды подавляемой мощности:

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

Рассмотрим подробнее каждую из них.

Индивидуальная мощность

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

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

Групповая мощность

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

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

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

Централизованная мощность

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

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

Какие проблемы решают конденсаторные установки

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

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

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

Подведём итоги

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

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

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

Понятия активной, полной и реактивной мощностей — Студопедия

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

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

(5.1)

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

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

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

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

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

.

(5.2)

Единица измерения полной мощности S = UI – ВА.

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

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

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

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

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

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

Коэффициент мощности и коэффициент реактивной мощности.

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

Рис. 5.1. Треугольник мощностей

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

Основным нормативным показателем, характе­ризующим реактивную мощность, ранее был коэффициент мощности cosφ. На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92–0,95. Однако выбор соотношения

P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения реактивной мощности. Например, при изменении коэффициента мощности от 0,95 до 0,94 реактивная мощность изменяется на 10 %, а при изменении этого же коэффициента от 0,99 до 0,98 приращение реактивной мощности составляет уже 42 %. При расчетах удобнее оперировать соотношением tgφ = Q/P, которое называют коэффициентом реактивной мощности.

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

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

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

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

Угол между векторами мощностей Р и S соответствует углу φ между векторами активной составляющей тока I_а и полного тока

I, который, в свою очередь, представляет собой векторную сумму активного тока I_а, находящегося в фазе с напряжением, и реактивного тока I_р, находящегося под углом 90° к нему. Это расположение токов является расчетным приемом, связанным с разложением на активную и реактивную мощности, которое можно считать естественным.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Р_ном = Q²_номR /U²_ном ,

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

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

Таблица 5.1

Зависимости коэффициента перегрузки по реактивной мощности синхронных двигателей

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

Синхронные компенсаторы.

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

Статические тиристорные компенсирующие устройства. 

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

Рис. 5.2. Быстродействующие источники реактивной мощности

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

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

Реактивная электроэнергия — оплата

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

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

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

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

Законодательство на первый взгляд здесь на стороне сетевой организации.

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

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

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

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

В правилах розничных рынков электроэнергии указано, что:

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

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

Всё просто.

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

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

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

Что это — активная и реактивная электроэнергия?

Расчет электрической энергии, используемой бытовым или промышленным электротехническим прибором, производится обычно с учетом полной мощности электрического тока, проходящего через измеряемую электрическую цепь. При этом выделяются два показателя, отражающие затраты полной мощности при обслуживании потребителя. Эти показатели называются активная и реактивная энергия. Полная мощность представляет собой сумму этих двух показателей. О том, что такое активная и реактивная электроэнергия и как проверить сумму начисленных оплат, попытаемся рассказать в этой статье.

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.

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.

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.

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:

Значение коэффициента при учете потерь

Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии – а значит конечному потребителю потребляемая электрическая энергия обойдется немного дешевле. Для того чтобы повысить значение этого коэффициента, в электротехнике используются различные приемы компенсации нецелевых потерь электроэнергии. Компенсирующие устройства представляют собой генераторы опережающего тока, сглаживающие угол сдвига фаз между током и напряжением. Для этой же цели иногда используются батареи конденсаторов. Они подключаются параллельно к рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.

Расчет стоимости электроэнергии для частных клиентов

Для индивидуального пользования активная и реактивная электроэнергия в счетах не разделяется – в масштабах потребления доля реактивной энергии невелика. Поэтому частные клиенты при потреблении мощности до 63 А оплачивают один счет, в котором вся потребляемая электроэнергия считается активной. Дополнительные потери в цепи на реактивную электроэнергию отдельно не выделяются и не оплачиваются.

Учет реактивной электроэнергии для предприятий

Другое дело – предприятия и организации. В производственных помещениях и промышленных цехах установлено огромное число электрооборудования, и в общей поступаемой электроэнергии имеется значительная часть энергии реактивной, которая необходима для работы блоков питания и электродвигателей. Активная и реактивная электроэнергия, поставляемая предприятиям и организациям, нуждается в четком разделении и ином способе оплаты за нее. Основанием для регуляции отношений предприятия-поставщика электроэнергии и конечных потребителей в этом случае выступает типовой договор. Согласно правилам, установленным в этом документе, организации, потребляющие электроэнергию свыше 63 А, нуждаются в особом устройстве, предоставляющем показания реактивной энергии для учета и оплаты.
Сетевое предприятие устанавливает счетчик реактивной электроэнергии и начисляет оплату согласно его показаниям.

Коэффициент реактивной энергии

Как говорилось ранее, активная и реактивная электроэнергия в счетах на оплату выделяются отдельными строками. Если соотношение объемов реактивной и потребленной электроэнергии не превышает установленной нормы, то плата за реактивную энергию не начисляется. Коэффициент соотношения бывает прописан по-разному, его среднее значение составляет 0,15. При превышении данного порогового значения предприятию-потребителю рекомендуют установить компенсаторные устройства.

Реактивная энергия в многоквартирных домах

Типичным потребителем электроэнергии является многоквартирный дом с главным предохранителем, потребляющий электроэнергию свыше 63 А. Если в таком доме имеются исключительно жилые помещения, плата за реактивную электроэнергию не взимается. Таким образом, жильцы многоквартирного дома видят в начислениях оплату только за полную электроэнергию, поставленную в дом предприятием-поставщиком. Та же норма касается жилищных кооперативов.

Частные случаи учета реактивной мощности

Бывают случаи, когда в многоэтажном здании имеются и коммерческие организации, и квартиры. Поставка электроэнергии в такие дома регулируется отдельными Актами. Например, разделением могут служить размеры полезной площади. Если в многоквартирном доме коммерческие организации занимают менее половины полезной площади, то оплата за реактивную энергию не начисляется. Если пороговый процент был превышен, то возникают обязательства оплаты за реактивную электроэнергию.

В ряде случаев жилые дома не освобождаются от оплаты за реактивную энергию. Например, если в доме установлены пункты подключения лифтов для квартир, начисление за использование реактивной электроэнергии происходит отдельно, лишь для этого оборудования. Владельцы квартир по-прежнему оплачивают лишь активную электроэнергию.

Понимание сущности активной и реактивной энергии дает возможность грамотно рассчитать экономический эффект от установки различных компенсационных устройств, снижающих потери от реактивной нагрузки. Согласно статистике, такие устройства позволяют поднимать значение cos φ от 0.6 до 0.97. Тем самым автоматические компенсаторные устройства помогают сэкономить до трети предоставляемой потребителю электроэнергии. Значительное уменьшение тепловых потерь увеличивает срок эксплуатации приборов и механизмов на производственных участках и снижает себестоимость готовой продукции.

Что такое реактивная мощность?

В настоящее время взаимоотношения энергоснабжающих организаций и потребителей электроэнергии рассматриваются широким кругом лиц неэнергетического образования (коммерческие менеджеры, юристы и другие специалисты). Использование понятия реактивная мощность (реактивная энергия) в практике денежных расчетов между поставщиками и потребителями электроэнергии и наличие отдельных счетчиков активной и реактивной энергии вызывает у многих представление о поставке потребителям двух видов продукции. Это не так. По электрической сети не передаются электроны разного цвета — красные активной энергии и голубые реактивной. Так что же такое реактивная мощность и реактивная энергия?

Рассмотрим в самом простом виде свойства переменного тока. Переменный ток называют так не в том смысле, что его значение изменяется в процессе потребления энергии. Оно может оставаться и постоянным. Под переменным током в узком смысле понимают периодический ток, мгновенные значения которого в течение каждого небольшого периода (для переменного тока частоты 50 Гц это 1/50 доля секунды) проходят цикл изменения от минимального до максимального значения, и наоборот. Графически этот цикл отображается синусоидой. Переменным в этом смысле является и напряжение. В целом же для цепей, в которых и напряжение, и ток циклически изменяются, используется термин «цепи переменного тока».

В цепях переменного тока существует много элементов, которые разделены воздушными промежутками — обмотки высокого и низкого напряжения трансформаторов или статор и ротор вращающейся машины (двигателя и генератора) не имеют электрической связи между собой. Тем не менее электрическая энергия передается через это воздушное пространство, являющееся фактически непроводящим ток диэлектриком. Это происходит в связи с возникновением под действием переменного тока переменного магнитного поля в индуктивности, а под действием переменного напряжения — переменного электрического поля в емкости (в комбинации — электромагнитного поля). Полям, как известно, воздух не преграда. Переменное магнитное поле, образуемое одной из разделенных обмоток, постоянно пересекает своими магнитными линиями витки другой обмотки, наводя в ней электродвижущую силу. Ее величина такова, что вся мощность первичной обмотки переходит на вторичную обмотку. В конденсаторе те же самые функции осуществляет электрическое поле.

Магнитное и электрическое поля существуют вокруг любого проводника, который находится под напряжением и по которому идет ток. Теоретически можно передать мощность по воздуху с одной из параллельно проложенных линий на другую. Правда, чтобы передать существенную мощность, линии должны быть длиной в сотни тысяч километров. Для переброски через воздушные промежутки большой мощности в устройстве приемлемого размера нужно сильное магнитное поле, сконцентрированное в небольшом пространстве. Это достигается обматыванием вокруг металлического сердечника (ярма) многочисленных витков, расположенных близко друг к другу, и применением для изготовления сердечников специальной стали, обеспечивающей большую взаимоиндукцию.

Электромагнитная энергия непосредственно преобразуется в тепловую, механическую, химическую и другие виды полезной работы в элементах, обладающих активным сопротивлением, обозначаемым R. В элементах, представляющих собой индуктивность L и емкость С, электромагнитная энергия на половине периода запасается, а на второй половине периода возвращается в источник. При этом синусоида тока, создающего магнитное поле, всегда на четверть периода (90 эл. градусов) отстает от синусоиды напряжения, а синусоида тока, создающего электрическое поле, опережает.

Сопротивления таких элементов связаны с индуктивностью и емкостью и частотой f соотношениями: X_L = 2πfL и X_С = 1/2πfС. Из этих соотношений видно, что эти сопротивления существуют только в цепях переменного тока, а в цепях постоянного тока (f = 0) X_L превращается в 0 (короткое замыкание), а X_С — в бесконечность (разрыв цепи). В связи с возвратным характером их действия эти сопротивления называют реактивными, а ток, обусловленный обменной электромагнитной энергией, — реактивным током. Так как реактивный ток сдвинут относительно активного на 90°, то естественно, что полный ток определяется как корень квадратный из суммы квадратов активного и реактивного тока.

Прохождение через сеть «сдвинутого» тока можно сравнить с продвижением людей через проход, пропускная способность которого составляет, например, 10 человек одновременно. При этом в восьми рядах люди все время идут в одном направлении, а в двух рядах одни и те же люди то идут, то возвращаются. В результате число людей, перешедших на другую сторону, следует считать исходя из пропускной способности восемь человек, а проход все время загружен десятью рядами. Аналогична ситуация и с пропускной способностью электрической сети. Разница лишь в том, что активная и реактивная составляющие тока складываются не арифметически, а в квадрате, поэтому реактивная составляющая в меньшей степени занимает сечение. Для полноты сравнения можно считать, что два ряда людей ходят боком и потому занимают меньше места.

Полупериоды запасания и возврата электромагнитной энергии индуктивностью и емкостью сдвинуты на 180° (у первой ток сдвинут на -90°, а у второй на +90°), то есть они находятся в противофазе. Поэтому при наличии рядом сопротивлений X_L = X_С обменная часть электромагнитной энергии не возвращается в источник, а эти элементы постоянно обмениваются ею между собой. Уже должна возникнуть мысль, а не поставить ли у потребителя электроэнергии, в сетях которого полно индуктивностей, емкость? И пусть они обмениваются между собой этой частью электромагнитной энергии, разгрузив от нее сеть и предоставив ей возможность передавать только ту часть электромагнитной энергии, которая преобразуется в полезную работу? Эта операция и называется компенсацией реактивной мощности (КРМ).

Реактивная энергия не выполняет никакой работы в том смысле, что она не может, как активная энергия, превращаться в тепловую или механическую энергию. Так как в физике понятия энергии и работы тождественны, то, строго говоря, словосочетание «реактивная энергия» физически бессмысленно. Тем не менее, применение на практике этого условного понятия удобно. Раз уж возникает дополнительный ток, названный реактивным, то его произведение на напряжение вроде бы по-другому как мощностью не назовешь, а интегрирование мощности по времени формально называется энергией. Более того, сдвинув на 90° обмотку электрического счетчика, можно заставить его считать произведение на напряжение только тока, сдвинутого на 90°, — появляется наглядное подтверждение существования реактивной энергии (счетчик ведь показывает!).

Реактивный ток не только отнимает у активного тока часть пропускной способности сети, но и на его прохождение по проводам затрачивается определенная часть активной энергии, так как потери мощности ΔР = 3I²R, где I — полный ток. Счетчик активной энергии (по большому счету только ее и можно назвать энергией, поэтому он называется просто счетчик электроэнергии) покажет одно и то же значение и при наличии, и при отсутствии реактивной составляющей тока. Поэтому только по его показаниям нельзя правильно оценить режимы линий передачи электроэнергии (в приведенном выше примере счетчик будет показывать движение восьми рядов, полностью игнорируя два двигающихся туда и обратно). Для оценки же режима сети необходимо знать обе составляющие. Активная и реактивная составляющие полного тока по-разному влияют на напряжение в точках потребления энергии. Потери напряжения от передачи активной составляющей тока в подавляющей степени определяются сопротивлением R, а реактивной — сопротивлением X_L. В элементах линий электропередачи обычно X_L >> R, поэтому прохождение по сети реактивного тока приводит к гораздо большему снижению напряжения, чем активного тока той же величины.

Итак, в сети переменного тока нет ничего, кроме циклически изменяющихся мгновенных значений тока и напряжения, циклы которых сдвинуты относительно друг друга на некоторую часть периода. При графическом изображении их в виде векторов говорят, что они сдвинуты на некоторый угол φ. Поэтому анекдотический ответ студента на экзамене, что три провода нужны потому, что по первому передается напряжение, по второму ток, а по третьему cos φ, можно считать более близким к истине, чем представление о поставке потребителям двух видов продукции.

Источник: Ю. С. Железко. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии.

Видео о реактивной мощности:

Помощь студентам

формула, как определить — Asutpp

Мощностные характеристики установки или сети являются основными для большинства известных электрических приборов. Активная мощность (проходящая, потребляема) характеризует часть полной мощности, которая передается за определенный период частоты переменного тока.

Определение

Активная и реактивная мощность может быть только у переменного тока, т. к. характеристики сети (силы тока и напряжения) у постоянного всегда равны. Единица измерений активной мощности  Ватт, в то время, как реактивной – реактивный вольтампер и килоВАР (кВАР). Стоит отметить, что как полная, так и активная характеристики могут измеряться в кВт и кВА, это зависит от параметров конкретного устройства и сети. В промышленных цепях чаще всего измеряется в килоВаттах.

Соотношение энергий

Электротехника используется активную составляющую в качестве измерения передачи энергии отдельными электрическими приборами. Рассмотрим, сколько мощности потребляют некоторые из них:

Прибор	Мощность бытовых приборов, Вт/час
Зарядное устройство	2
Люминесцентная лампа ДРЛ	От 50
Акустическая система	30
Электрический чайник	1500
Стиральной машины	2500
Полуавтоматический инвертор	3500
Мойка высокого давления	3500

 

Исходя из всего, сказанного выше, активная мощность – это положительная характеристика конкретной электрической цепи, которая является одним из основных параметров для выбора электрических приборов и контроля расхода электричества.

Генерация активной составляющей

Обозначение реактивной составляющей:

Это  номинальная величина, которая характеризует нагрузки в электрических устройствах при помощи колебаний ЭМП и потери при работе прибора. Иными словами, передаваемая энергия переходит на определенный реактивный преобразователь (это конденсатор, диодный мост и т. д.) и проявляется только в том случае, если система включает в себя эту составляющую.

Расчет

Для выяснения показателя активной мощности, необходимо знать полную мощность, для её вычисления используется следующая формула:

S = U \ I, где U – это напряжение сети, а I – это сила тока сети.

Этот же расчет выполняется при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном подключении. Схема имеет следующий вид:

Схема симметричной нагрузки

Расчет активной мощности учитывает угол сдвига фаз или коэффициент (cos φ), тогда:

S = U * I * cos φ.

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть как положительной, так и отрицательной. Это зависит от того, какие характеристики имеет cos φ. Если у синусоидального тока угол сдвига фаз находится в пределах от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительная, если от 0 до -90 – то отрицательная. Правило действительно только для синхронного (синусоидального) тока (применяемого для работы асинхронного двигателя, станочного оборудования).

Также одной из характерных особенностей этой характеристики является то, что в трехфазной цепи (к примеру, трансформатора или генератора), на выходе активный показатель полностью вырабатывается.

Расчет трехфазной сети

Максимальная и активная обозначается P, реактивная мощность – Q.

Из-за того, что реактивная обуславливается движением и энергией магнитного поля, её формула (с учетом угла сдвига фаз) имеет следующий вид:

Q_L = U_LI = I²x_L

Для несинусоидального тока очень сложно подобрать стандартные параметры сети. Для определения нужных характеристик с целью вычисления активной и реактивной мощности используются различные измерительные устройства. Это вольтметр, амперметр и прочие. Исходя от уровня нагрузки, подбирается нужная формула.

Из-за того, что реактивная и активная характеристики связаны с полной мощностью, их соотношение (баланс) имеет следующий вид:

S = √P² + Q², и все это равняется U*I .

Но если ток проходит непосредственно по реактивному сопротивлению. То потерь в сети не возникает. Это обуславливает индуктивная индуктивная составляющая – С и сопротивление – L. Эти показатели рассчитываются по формулам:

Сопротивление индуктивности: x_L = ωL = 2πfL,

Сопротивление емкости: хc = 1/(ωC) = 1/(2πfC).

Для определения соотношения активной и реактивной мощности используется специальный коэффициент. Это очень важный параметр, по которому можно определить, какая часть энергии используется не по назначению или «теряется» при работе устройства.

При наличии в сети активной реактивной составляющей обязательно должен рассчитываться коэффициент мощности. Эта величина не имеет единиц измерения, она характеризует конкретного потребителя тока, если электрическая система содержит реактивные элементы. С помощью этого показателя становится понятным, в каком направлении и как сдвигается энергия относительно напряжения сети. Для этого понадобится диаграмма треугольников напряжений:

Диаграмма треугольников напряжений

К примеру, при наличии конденсатора формула коэффициента имеет следующий вид:

cos φ = r/z = P/S

Для получения максимально точных результатов рекомендуется не округлять полученные данные.

Компенсация

Учитывая, что при резонансе токов реактивная мощность равняется 0:

Q = QL — QC = ULI – UCI

Для того чтобы улучшить качество работы определенного устройства применяются специальные приборы, минимизирующие воздействие потерь на сеть. В частности, это ИБП. В данном приборе не нуждаются электрические потребители со встроенным аккумулятором (к примеру, ноутбуки или портативные устройства), но для большинства остальных источник бесперебойного питания является необходимым.

При установке такого источника можно не только установить негативные последствия потерь, но и уменьшить траты на оплату электричества. Специалисты доказали, что в среднем, ИБП поможет экономить от 20 % до 50 %. Почему это происходит:

1. Значительно уменьшается нагрузка силовых трансформаторов;
2. Провода меньше нагреваются, это не только положительно влияет на их работу, но и повышает безопасность;
3. У сигнальных и радиоустройств уменьшаются помехи;
4. На порядок уменьшаются гармоники в электрической сети.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсирующие конденсаторы. Они подходят для бытового использования, доступны и продаются в каждом электротехническом магазине. Для расчета планируемой и полученной экономии можно использовать все вышеперечисленные формулы.

Разница между активной и реактивной мощностью (со сравнительной таблицей)

Наиболее существенное различие между активной и реактивной мощностью состоит в том, что активная мощность — это фактическая мощность, которая рассеивается в цепи. В то время как реактивная мощность — это бесполезная мощность, которая течет только между источником и нагрузкой. Другие различия между активной и реактивной мощностью поясняются ниже в сравнительной таблице.

Активная, полная и активная мощность индуцируется в цепи только тогда, когда их ток отстает от приложенного напряжения на угол Φ.Прямоугольный треугольник, показанный ниже, показывает соотношение между активной, реактивной и полной мощностью.

Где, S — полная мощность
Q — реактивная мощность
P — Активная мощность

Таблица сравнения

Основа для сравнения	Активная мощность	Реактивная мощность
Определение	Активная мощность — это реальная мощность, которая рассеивается в цепи.	Мощность, которая движется назад и образует пену между нагрузкой и источником такого типа мощности, известна как реактивная мощность
Формула
Измерительный блок	Ватт	VAR
Представлено	P	Q
Причины	Вырабатывает тепло в нагревателе, светится в лампах и вызывает крутящий момент в двигателе.	Измеряет коэффициент мощности цепи.
Измерительный прибор	Ваттметр	VAR-метр

Определение активной мощности

Мощность, которая рассеивается или выполняет полезную работу в цепи, известна как активная мощность. Он измеряется в ваттах или мегаваттах. Активная мощность обозначается заглавным алфавитом P. Среднее значение мощности в цепи дается выражением.

Активная мощность формирует цепь и нагрузку.

Определение реактивной мощности

Реактивная мощность перемещается между источником и нагрузкой цепи. Эта мощность не выполняет с нагрузкой никакой полезной работы. Q представляет собой реактивную мощность и измеряется в ВАр. Реактивная мощность сохраняется в цепи и разряжается асинхронным двигателем, трансформатором или соленоидами.

Ключевые различия между активной и реактивной мощностью

• Активная мощность — это реальная мощность, потребляемая нагрузкой.А реактивная мощность — это бесполезная мощность.
• Активная мощность — это произведение напряжения, тока и косинуса угла между ними. В то время как реактивная мощность — это произведение напряжения и тока и синуса угла между ними.
• Активная мощность — это активная мощность, измеряемая в ваттах. Пока реактивная мощность измеряется в ВАР.
• Буква P представляет активную мощность, а Q — реактивную мощность.
• Крутящий момент, развиваемый в двигателе, тепло, рассеиваемое нагревателем, и свет, излучаемый лампами, — все это из-за активной мощности.Реактивная мощность определяет коэффициент мощности схемы.
• Ваттметр измеряет активную мощность, а VAR-метр используется для измерения полной мощности.

Заключение

Активная мощность выполняет полезную работу в цепи. И реактивная мощность просто течет в цепи, не выполняя никакой полезной работы.

.

Разница между активной и реактивной мощностью

Основная разница между активной и реактивной мощностью

Основное различие между активной и реактивной мощностью состоит в том, что активная мощность — это фактическая или реальная мощность, которая используется в цепи, в то время как реактивная мощность отражается взад и вперед между загрузкой и источником, что теоретически бесполезно.

Следующий треугольник мощности показывает соотношение между активной, реактивной и полной мощностью. Все эти мощности индуцируются только в цепях переменного тока, когда ток опережает или отстает от напряжения i.е. существует разность фаз (фазовый угол (Φ) между напряжением и током.

Что такое активная мощность?

Мощность, которая действительно используется и потребляется для полезных работ в цепи переменного или постоянного тока, известна как Активная мощность. Ее также называют истинной мощностью, реальной мощностью, полезной мощностью или полной мощностью в ваттах. Обозначается буквой «P» и измеряется в ваттах, кВт или МВт. Среднее значение активной мощности можно рассчитать по следующим формулам

Формулы для активной мощности

• P = V x I … (цепи постоянного тока)
• P = V x I x Cosθ … (однофазные цепи переменного тока)
• P = √3 x В _L x I _L x Cosθ … (трехфазные цепи переменного тока)
• кВт = √ (кВА ² — кВАр ² )

Связанное сообщение: Разница между аналогом и d Цифровой мультиметр

Что такое реактивная мощность

Мощность, которая движется и возвращается (колеблется назад и вперед) между источником и нагрузкой в ​​цепи, известна как реактивная мощность.Его также называют бесполезной мощностью или мощностью без ватта. Реактивная мощность обозначается буквой «Q» и измеряется в ВАР (вольт-ампер реактивной мощности), кВАр или МВАр.

Реактивная мощность тоже полезна, т. Е. Помогает создавать магнитное и электрическое поле и накапливать в цепях и разряжать трансформаторы, соленоиды, асинхронные двигатели и т. Д.

Формулы для реактивной мощности

• Q = V x I x Sinθ
• VAR = √ (VA ² — P ² )
• kVAR3 √ (

  0 кВАр =

  0 кВАр = 955 2 900 кВА — кВт ² )

• Реактивная мощность = √ (Полная мощность ² — Истинная мощность ² )

Разница между сообщениями Конденсатор и суперконденсатор

Сравнение активной и реактивной мощности.

В следующей таблице показаны основные различия между активной и реактивной мощностями.

кВт

Характеристики	Активная мощность	Реактивная мощность
Определение	Цепь True или Реальная или рассеиваемая мощность Фактическая мощность Активная мощность , которая фактически используется или потребляется.	Мощность, которая непрерывно колеблется между источником и нагрузкой, известна как Реактивная мощность .(Также известен как бесполезный или Вт без Мощность)
Обозначается	P	Q
Единицы	Вт, МВт, МВт, МВт, кВт, мВт,
Формулы	P = V x I (цепи постоянного тока) P = V x I x Cosθ (однофазные цепи переменного тока) P = √3 x В L x I L x Cosθ (трехфазные цепи переменного тока) P = 3 x В Ph x I x Cosθ P = √ (S 2 — Q 2 ) или P = √ (VA — VAR 2 ) или	Q = V x I x Sinθ Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 — 2 — мощность 2 ) VAR = √ (VA 2 — P 2 ) kVAR = √ (00040002 — кВт 2 )
Измерительный прибор	Ваттметр	ВАр-метр
Роль в цепях постоянного тока	Активная мощность i равна реактивной мощности.е. в цепях постоянного тока нет VAr. Существует только активная мощность.	В цепях постоянного тока отсутствует реактивная мощность из-за нулевого фазового угла (Φ) между током и напряжением.
Роль в цепях переменного тока	Активная мощность важна для производства тепла и использования электрического и магнитного поля, создаваемого реактивной мощностью.	Реактивная мощность играет важную роль в цепях переменного тока для создания магнитных и электрических полей.
Поведение в чисто резистивной цепи	Вся мощность в цепи рассеивается резисторами, что составляет активную мощность	Нет реактивной мощности в чисто резистивной цепи.
Поведение в чистой емкостной цепи	Активная мощность равна нулю (0), то есть вся мощность поочередно поглощается от источника переменного тока и непрерывно возвращается обратно.	Ведущие вариации. В цепи чисто емкостной нагрузки напряжение и ток не совпадают по фазе на 90 ° друг с другом (ток опережает напряжение на 90 ° (другими словами, напряжение отстает на 90 ° от тока). Т.е. опережающая реактивная мощность.
Поведение в чисто индуктивной цепи	Активная мощность равна нулю (0) P = VI Cos φ Когда: Cos (90 °) = 0 Мощность P = VI (0) = 0 Тогда общая активная мощность = 0 Вт.	Отстающие Вар. В чисто индуктивной или реактивной схеме нагрузки напряжение и ток не совпадают по фазе на 90 ° друг с другом (ток отстает на 90 ° от напряжения (другими словами, напряжение опережает на 90 ° от тока). Т.е. опережающая реактивная мощность.
Приложения	Активная мощность используется для выработки тепла, света, крутящего момента и т. Д. В электрических приборах и машинах.	Реактивная мощность также полезна, которая используется для измерения коэффициента мощности и генерации магнитного потока, электрического потока, электрического и магнитное поле в двигателях, трансформаторах, балластах, оборудовании индукционного нагрева и т. д.

Похожие сообщения:

.

Как реактивная мощность помогает поддерживать работоспособность системы

Реактивная мощность

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

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

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

Найдите важные обсуждения, касающиеся важности реактивной мощности и того, как полезно поддерживать напряжение в системе в нормальном состоянии.

ОСНОВНЫЕ ТЕМЫ:

Потребность в реактивной мощности

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

Важность присутствия реактивной мощности

• Управление напряжением и управление реактивной мощностью — это два аспекта одной деятельности, которые поддерживают надежность и облегчают коммерческие транзакции в сетях передачи.
  .
• В системе питания переменного тока (AC) напряжение регулируется путем управления производством и потреблением реактивной мощности.Есть три причины, по которым необходимо управлять реактивной мощностью и управляющим напряжением.
  .
• Во-первых, оборудование потребителя и энергосистемы рассчитано на работу в диапазоне напряжений, обычно в пределах ± 5% от номинального напряжения. При низких напряжениях многие типы оборудования плохо работают; лампочки обеспечивают меньшее освещение, асинхронные двигатели могут перегреться и выйти из строя, а некоторое электронное оборудование не будет работать при. Высокое напряжение может повредить оборудование и сократить срок его службы.
  .
• Во-вторых, реактивная мощность потребляет ресурсы передачи и генерации. Чтобы максимизировать количество реальной мощности, которая может быть передана через перегруженный интерфейс передачи, потоки реактивной мощности должны быть минимизированы. Точно так же производство реактивной мощности может ограничить реальную мощность генератора.
  .
• В-третьих, при перемещении реактивной мощности в системе передачи возникают потери реальной мощности. Чтобы восполнить эти потери, необходимо обеспечить как мощность, так и энергию.
  .
• Контроль напряжения осложняется двумя дополнительными факторами.
  .
• Во-первых, сама система передачи является нелинейным потребителем реактивной мощности, зависящей от загрузки системы. При очень небольшой нагрузке система генерирует реактивную мощность, которую необходимо поглотить, тогда как при большой нагрузке система потребляет большое количество реактивной мощности, которую необходимо заменить. Требования к реактивной мощности системы также зависят от конфигурации генерации и передачи.
  .
• Следовательно, требования к реактивности системы меняются во времени по мере изменения уровней нагрузки и моделей нагрузки и генерации.Система объемного энергоснабжения состоит из множества единиц оборудования, любое из которых может выйти из строя в любой момент. Таким образом, система спроектирована таким образом, чтобы выдерживать выход из строя любого отдельного оборудования и продолжать работу, не затрагивая клиентов. То есть система рассчитана на то, чтобы противостоять единственному непредвиденному обстоятельству. Взятые вместе, эти два фактора приводят к динамической потребности в реактивной мощности. Потеря генератора или основной линии электропередачи может иметь комбинированный эффект, заключающийся в уменьшении реактивной подачи и, в то же время, перенастройке потоков, так что система потребляет дополнительную реактивную мощность.
  .
• По крайней мере, часть реактивного источника питания должна быть способна быстро реагировать на изменение требований реактивной мощности и поддерживать приемлемые напряжения во всей системе. Таким образом, как электрическая система требует резервов реальной мощности для реагирования на непредвиденные обстоятельства, так и она должна поддерживать резервы реактивной мощности.
  .
• Нагрузки также могут быть как действительными, так и реактивными. Реактивная часть нагрузки может обслуживаться от системы передачи. Реактивные нагрузки несут большее падение напряжения и реактивные потери в системе передачи, чем реальные нагрузки аналогичного размера (MVA).
  .
• Вертикально интегрированные коммунальные предприятия часто включают в свои тарифы плату за предоставление реактивной мощности нагрузкам. При реструктуризации наблюдается тенденция к ограничению нагрузок работой при почти нулевом потреблении реактивной мощности (коэффициент мощности 1,0). Предложение системного оператора ограничивает нагрузки коэффициентами мощности от 0,97 (поглощаемая реактивная мощность) до 0,99 с опережением. Это поможет поддерживать надежность системы и избежать проблем рыночной власти, когда компания может использовать свои линии электропередачи для ограничения конкуренции за производство электроэнергии и повышения цен.

Назначение реактивной мощности

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

Что такое реактивная мощность?

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

Зачем нам реактивная мощность?

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

Реактивная мощность является побочным продуктом систем переменного тока (AC)

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

Как контролируются напряжения?

• Напряжения контролируются путем обеспечения достаточного запаса регулирования реактивной мощности для «модуляции» и потребностей в питании посредством:
  1. Компенсация шунтирующего конденсатора и реактора
  2. Динамическая компенсация
  3. Правильный график напряжения генерации.
• Напряжениями управляют, прогнозируя и корректируя потребляемую реактивную мощность от нагрузок

Напряжение должно поддерживаться в пределах допустимых уровней

• В нормальных условиях системы, как при пиковых, так и при непиковых нагрузках, напряжения должны поддерживаться в пределах 95 % и 105% от номинала.
• Низкое напряжение может привести к сбоям в работе оборудования:
  1. Двигатель остановится, перегреется или повредит
  2. Реактивная мощность на выходе конденсаторов будет экспоненциально снижена
  3. Генерирующие блоки могут отключиться.
• Условия высокого напряжения могут:
  1. Повреждение основного оборудования — нарушение изоляции
  2. Автоматическое отключение основного передающего оборудования

Напряжение и реактивная мощность

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

Реактивная мощность и коэффициент мощности

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

Ограничения реактивной мощности

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

Реактивная мощность привела к отсутствию электроснабжения в стране-А

Треугольник мощности

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

Проблемы реактивной мощности

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

Глубокое влияние реактивной мощности в различных элементах энергосистемы:

Генерация

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

Синхронные конденсаторы

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

Конденсаторы и катушки индуктивности

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

Статические компенсаторы VAR (SVC)

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

Статические синхронные компенсаторы (STATCOM)

• STATCOM — это твердотельное шунтирующее устройство, которое генерирует или поглощает реактивную мощность и является одним из членов семейства устройств, известных как гибкая система передачи переменного тока (FACTS).
• STATCOM похож на SVC по скорости отклика, возможностям управления и использованию силовой электроники. Однако вместо использования обычных конденсаторов и катушек индуктивности в сочетании с быстродействующими переключателями, STATCOM использует силовую электронику для синтеза выходной реактивной мощности.Следовательно, производительность обычно симметрична, обеспечивая столько же производительности, сколько и поглощение.
• Твердотельный характер STATCOM означает, что, как и в SVC, элементы управления могут быть разработаны для обеспечения очень быстрого и эффективного управления напряжением. Несмотря на отсутствие кратковременной перегрузочной способности генераторов и синхронных конденсаторов, емкость STATCOM не страдает так серьезно, как SVC и конденсаторы, от пониженного напряжения.
• STATCOM ограничены по току, поэтому их способность MVAR линейно реагирует на напряжение, в отличие от отношения квадрата напряжения SVC и конденсаторов.Этот атрибут значительно увеличивает полезность STATCOM для предотвращения падения напряжения.

Распределенная генерация

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

Передающая сторона

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

Практика планирования и оценки напряжения и реактивной мощности

(1) Основные принципы:

• Реактивная мощность не может передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за чрезмерных потерь реактивной мощности.
• Источник реактивной мощности должен располагаться в непосредственной близости от места его потребления.
• Необходима достаточная поддержка статического и динамического напряжения для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне.
• Должны быть доступны достаточные резервы реактивной мощности для постоянного регулирования напряжения.

(2) Ключевые последствия:

• Для регистрации фактического реактивного потребления в различных точках необходимо проводить измерения и поддерживать их в рабочем состоянии.
• Планировщики передачи и распределения должны заранее определить требуемый тип и место реактивной коррекции.
• Устройства реактивной мощности должны обслуживаться и функционировать должным образом, чтобы обеспечить правильную величину компенсации реактивной мощности.
• Реактивные нагрузки распределения должны быть полностью скомпенсированы, прежде чем будет рассматриваться компенсация реактивной мощности передачи.

(3) Передача реактивной мощности

• Реактивная мощность не может эффективно передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за высоких потерь I2X.
• Реактивная мощность должна располагаться в непосредственной близости от места ее потребления.

(4) Поддержка статического и динамического напряжения

• Тип требуемой компенсации реактивной мощности зависит от времени, необходимого для восстановления напряжения.
• Статическая компенсация идеальна для секундных и минутных ответов. (Конденсаторы, реакторы, переключатели).
• Динамическая компенсация идеальна для мгновенного отклика. (конденсаторы, генераторы)
• Для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне необходим правильный баланс статического и динамического напряжения.

(5) Реактивные резервы при различных условиях эксплуатации

• В идеале, конденсаторы системы, реакторы и конденсаторы должны работать для обеспечения нормальной реактивной нагрузки.
• По мере увеличения нагрузки или после непредвиденных обстоятельств следует включать дополнительные конденсаторы или снимать реакторы для поддержания приемлемого напряжения в системе.
• Реактивная способность генераторов должна быть в основном зарезервирована на случай непредвиденных обстоятельств в системе сверхвысокого напряжения или для поддержки напряжений в экстремальных условиях эксплуатации системы.
• Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы, если желаемое напряжение недостижимо из-за резервов реактивной мощности.

(6) Координация напряжения

• Реактивные источники должны быть скоординированы, чтобы гарантировать, что соответствующие напряжения поддерживаются повсюду в соединенной системе во всех возможных состояниях системы.
• Поддержание приемлемого напряжения системы включает в себя координацию источников и приемников, которые включают:
  1. Графики напряжения завода
  2. Настройки отводов трансформатора
  3. Настройки реактивного устройства
  4. Схемы отключения нагрузки.
• Последствия несогласованных операций могут включать:
  1. Повышенные потери реактивной мощности
  2. Снижение реактивного запаса для непредвиденных обстоятельств и условий экстремальной легкой нагрузки
  3. Чрезмерное переключение шунтирующих конденсаторов или реакторов
  4. Повышенная вероятность условий падения напряжения .

(7) График напряжения

• Каждой электростанции требуется поддерживать определенное напряжение на системной шине, к которой она подключена.
• Назначенный график позволит генерирующей установке работать в обычном режиме:
  1. В середине диапазона реактивной способности в нормальных условиях
  2. В верхней части диапазона реактивной способности во время непредвиденных обстоятельств
  3. «Недостаточное возбуждение» или поглощение реактивной мощности в условиях экстремальных легких нагрузок.

(8) Настройки ответвлений трансформатора

• Отводы трансформатора должны быть согласованы друг с другом и с графиками напряжения ближайшей генерирующей станции.
• Отводы трансформатора следует выбирать таким образом, чтобы вторичные напряжения оставались ниже пределов оборудования в условиях небольшой нагрузки.

(9) Настройки реактивного устройства

• Конденсаторы в низковольтных сетях должны быть настроены на включение для поддержания напряжения во время пикового и аварийного состояния. И
• «Выкл.», Когда больше не требуются поддерживающие уровни напряжения.

(10) Схемы отключения нагрузки

• Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы в качестве «крайней меры» для поддержания приемлемого напряжения.

(11) Контроль напряжения и реактивной мощности

• Требуется координационная работа всех дисциплин по передаче и распределению.
• Передача требует:
  1. Прогнозировать реактивный спрос и требуемый запас запаса
  2. Спланировать, спроектировать и установить требуемый тип и место корректировки реактивной энергии
  3. Поддерживать реактивные устройства для надлежащей компенсации
  4. Поддерживать счетчики для обеспечения точности данных
  5. При необходимости порекомендуйте правильную схему сброса нагрузки.
• Распределению необходимо:
  1. Полностью компенсировать распределительные нагрузки до того, как будет учтена компенсация реактивной мощности передачи
  2. Поддержание реактивных устройств для надлежащей компенсации
  3. Обслуживание счетчиков для обеспечения точности данных
  4. Установить и протестировать схемы автоматического отключения нагрузки при пониженном напряжении

Ссылки:

1. Samir Aganoviş,
2. Zoran Gajiş,
3. Grzegorz Blajszczak- Варшава, Польша,
4. Gianfranco Chicco
5. Robert P.O’Connell-Williams Power Company
6. Harry L. Terhune-American Transmission Company,
7. Абрахам Ломи, Фернандо Альварадо, Благой Борисов, Лоуренс Д. Кирш
8. Роберт Томас,
9. НАЦИОНАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ OAK RIDGE

Связанные с EEP’s контент с рекламными ссылками

.

Разница между активными и пассивными компонентами

Активные и пассивные компоненты различаются по различным факторам, таким как природа источника, его функции, коэффициент усиления мощности, управление потоком тока. Различные примеры составляющей, природы энергии, требований внешнего сопротивления. Разница между Активным и Пассивными компонентами приведена ниже в виде таблицы.

Сравнительная таблица

ОСНОВА	АКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ	ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Природа источника	Активные компоненты подают мощность или энергию в цепь.	Пассивные элементы используют мощность или энергию в цепи.
Примеры	Диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные схемы и т. Д.	Резистор, конденсатор, индуктор и т. Д.
Функция компонента	Устройства, вырабатывающие энергию в виде напряжения или тока.	Устройства, накапливающие энергию в виде напряжения или тока.
Power Gain	Они способны обеспечивать прирост мощности.	Они не могут обеспечить прирост мощности.
Протекание тока	Активные компоненты могут контролировать протекание тока.	Пассивные компоненты не могут контролировать прохождение тока.
Требование внешнего источника	Им требуется внешний источник для операций.	Им не требуется внешний источник для операций.
Природа энергии	Активные компоненты являются донорами энергии.	Пассивные компоненты являются акцепторами энергии.

В этой статье объясняются различия между активным и пассивным компонентами с учетом различных моментов. Активные компоненты — это элементы или устройства, которые могут обеспечивать или передавать энергию в цепь. Пассивные компоненты — это устройства, которые не требуют внешнего источника для работы и способны накапливать энергию в форме напряжения или тока в цепи.

Различия между активными и пассивными компонентами заключаются в следующем: —

• Активные компоненты — это те, кто выдает или вырабатывает энергию или мощность в виде напряжения или тока. Пассивные компоненты — это те, кто использует или хранит энергию в виде напряжения или тока.
• Примеры активных компонентов: диоды, транзисторы, тиристоры, интегральные схемы и т. Д. Подобными примерами пассивных компонентов являются резистор, конденсатор и катушка индуктивности.
• Активные компоненты могут обеспечивать усиление по мощности , тогда как пассивные компоненты не способны обеспечивать усиление по мощности.
• Активные компоненты могут управлять потоком тока , но пассивные компоненты не могут управлять потоком тока.
• Активные компоненты являются донорами энергии, а пассивные компоненты — акцепторами энергии.
• Активный компонент требует внешнего источника для работы, тогда как пассивным компонентам не требуется внешний источник для операций.

.