Что такое активная и реактивная мощность в электрических цепях. Как они взаимосвязаны. Какие устройства потребляют активную и реактивную мощность. Почему важно учитывать оба вида мощности.

Понятие активной и реактивной мощности в электротехнике

В электрических цепях переменного тока различают два основных вида мощности — активную и реактивную. Активная мощность характеризует ту часть электрической энергии, которая преобразуется в полезную работу или тепло. Реактивная мощность связана с созданием электромагнитных полей и не совершает полезной работы.

Основные характеристики активной мощности:

• Измеряется в ваттах (Вт)
• Преобразуется в полезную работу или тепло
• Потребляется активными элементами цепи (резисторами)
• Оплачивается потребителями электроэнергии

Ключевые особенности реактивной мощности:

• Измеряется в вольт-амперах реактивных (ВАр)
• Не совершает полезной работы
• Циркулирует между источником и реактивными элементами (катушками, конденсаторами)
• Создает дополнительную нагрузку на электросети

Активная мощность и ее потребители

Активная мощность преобразуется в полезную работу или тепло в электроприборах. Какие устройства потребляют в основном активную мощность?

• Лампы накаливания
• Электрические плиты
• Обогреватели
• Утюги
• Электрочайники

В этих приборах электрическая энергия преобразуется в тепло или свет. Мощность таких потребителей измеряется в ваттах и оплачивается по счетчику активной энергии.

Реактивная мощность и ее особенности

Реактивная мощность не совершает полезной работы, но необходима для создания электромагнитных полей в некоторых устройствах. Каковы основные особенности реактивной мощности?

• Циркулирует между источником и нагрузкой
• Создает дополнительную нагрузку на провода и трансформаторы
• Не учитывается обычными счетчиками электроэнергии
• Может компенсироваться специальными устройствами

Реактивная мощность важна для работы многих электроприборов, но ее избыток приводит к дополнительным потерям в сетях.

Потребители реактивной мощности

Какие устройства потребляют значительную реактивную мощность?

• Электродвигатели
• Трансформаторы
• Люминесцентные и газоразрядные лампы
• Сварочные аппараты
• Индукционные печи

В этих приборах для создания электромагнитных полей требуется реактивная мощность. При этом часть энергии циркулирует между источником и нагрузкой, создавая дополнительные потери.

Соотношение активной и реактивной мощности

Как связаны между собой активная и реактивная составляющие полной мощности?

• Полная мощность S = √(P² + Q²), где P — активная, Q — реактивная мощность
• Коэффициент мощности cosφ = P/S характеризует долю активной мощности
• При cosφ = 1 вся мощность активная, при cosφ = 0 — реактивная
• Для большинства бытовых потребителей cosφ = 0,7-0,9

Чем ближе коэффициент мощности к единице, тем эффективнее используется электроэнергия. Поэтому стремятся уменьшить потребление реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности

Почему важно компенсировать избыточную реактивную мощность в электрических сетях?

• Снижаются потери электроэнергии
• Уменьшается нагрузка на провода и трансформаторы
• Повышается пропускная способность сетей
• Улучшается качество электроэнергии
• Снижаются расходы на электроснабжение

Для компенсации применяют конденсаторные установки, синхронные компенсаторы и другие устройства, вырабатывающие реактивную мощность.

Учет и оплата электроэнергии

Как учитывается потребление активной и реактивной энергии?

• Бытовые потребители оплачивают только активную энергию
• Промышленные предприятия платят и за активную, и за реактивную энергию
• Для учета применяют специальные счетчики реактивной энергии
• Тарифы на реактивную энергию стимулируют ее компенсацию

Учет реактивной энергии позволяет более справедливо распределять затраты на содержание электрических сетей между потребителями.

Заключение

Понимание особенностей активной и реактивной мощности важно для эффективного использования электроэнергии. Активная мощность совершает полезную работу, а реактивная необходима для создания электромагнитных полей. Правильный учет обеих составляющих и компенсация избыточной реактивной мощности позволяют снизить потери в сетях и затраты на электроснабжение.

Что такое 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.

fb.ru

Реактивная составляющая — ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Реактивная составляющая — ток

Cтраница 1

Реактивная составляющая тока / р / sin 6 определяет реактивную мощность QCT [ Уф 7 sin 8 / ф / р, которую называют намагничивающей мощностью.  [1]

Реактивная составляющая тока меняет знак вместе с изменением знака угла ср.  [3]

Реактивная составляющая тока для ветви с г и С также получается отрицательной.  [4]

Реактивная составляющая тока создает продольный магнитный поток, который и является потоком возбуждения машины.  [5]

Реактивная составляющая тока — составляющая, которая в отличие от активной составляющей тока не выделяет энергии в цепи. Это связано с тем, что ток в чисто реактивном сопротивлении сдвинут по фазе на четверть периода по отношению к напряжению, тогда как в чисто активном сопротивлении они совпадают по фазе. В течение той четверти периода, когда напряжение и ток совпадают по знаку и произведение их положительно ( на рис. от до t2), энергия поступает из источника в реактивное сопротивление.  [6]

Реактивная составляющая тока — составляющая, которая в отличие от активной составляющей тока не выделяет энергии в цепи.  [7]

Реактивная составляющая тока — составляющая, которая в отличие от активной составляющей тока не выделяет энергии в цепи. Это связано с тем, что ток в чисто реактивном сопротивлении сдвинут по фазе на четверть периода по отношению к напряжению, тогда как в чисто активном сопротивлении они совпадают по фазе.  [8]

Реактивная составляющая тока / к уменьшает поток Фп2, а активная — смещает его по фазе относительно МДС Fa. Так как поток Фщ не охватывает короткозамкнутый виток, угол YI имеет сравнительно небольшую величину ( 4 — 9) — примерно такую же, как угол сдвига фаз между потоком трансформатора и МДС первичной обмотки в режиме холостого хода.  [10]

С — реактивная составляющая тока, зависящая от емкости диэлектрика; 1Х — полный ток; U — напряжение.  [12]

Было указано, что реактивная составляющая тока первичной обмотки зависит от напряжения сети и индуктивного сопротивления первичной обмотки.  [13]

Выше было указано, что реактивная составляющая тока первичной обмотки зависит от напряжения сети и индуктивного сопротивления первичной обмотки.  [14]

Режим возбуждения СЭМ, при котором реактивная составляющая тока / а равна нулю, называется, режимом полного, или нормального, возбуждения. Такой режим, называется режимом перевозбуждения и используется для компенсации cos t в электрических сетях. Если ток возбуждения / меньше нормального, то / о содержит реактивную составляющую, отстающую на 90 от вектора Ос, что соответствует потреблению машиной реактивной мощности.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Активная и реактивная составляющие тока в асинхронном двигателе

Рис.11.1 Механическая (зависимость от M) и электромеханическая (зависимость от I) характеристики асинхронного двигателя

Уменьшение момента после достижения критического скольжения (Рис.11.1 точка

В, соответствует максимальному, критическому моменту при критическом скольжении) объясняется тем, что в создании момента асинхронного двигателя участвует только активная составляющая тока.Активная составляющая тока при уменьшении скорости уменьшается и доходит до минимального значения при остановке ротора .

А реактивная составляющая тока ротора при неподвижном роторе имеет максимальное значение, за счёт того, что индуктивное сопротивление ротора имеетмаксимальное значение

при ,, то есть,когда ротор неподвижен (зачение частоты тока ротораравно частоте тока статора: ).

В однородном магнитном поле на проводник с током действует электромагнитная сила

.

Эта формула справедлива, когда магнитное поле и проводник длинойс токомдвижутся в пространстве с одинаковой скоростью и взаимно неподвижны.

Рассмотрим появление активной и реактивной составляющей тока в асинхронном двигателе[гер 343] .

Если прямолинейный проводник с синусоидальным током

находится в пульсирующем с той же частотоймагнитном поле статора с индукцией

и углом сдвига фаз вектора магнитной индукции и вектора тока равным углу _, тогда электромагнитная сила, действующая на проводник с токомдлиной, находящемся в магнитном поле с индукциейпериодически изменяется с двойной частотой:

Постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силы :

Постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силызависитот временного сдвига по фазе (от угол) синусоидальных токаи магнитной индукции, а также зависит отдействующих значений

и.

У электрических переменного тока машин, имеющих большую массу ротора на частоте тока 50 Гц за один полупериод изменения силыприращение импульса ротора имеет очень малое значение по сравнению с импульсом при установившейся номинальной скорости. Поэтому при рассмотрении установившихся режимов работы электропривода составляющейможно пренебречь и учитывать только постоянную составляющую силыпрямопропорциональную.

В случае асинхронного двигателя, в обмотке ротора вращающееся магнитное поле статора наводит электродвижущюю силу Э.Д.С. и под действием Э.Д.С.по проводникам ротора протекает синусоидальный ток.

Мгновенное значение Э.Д.С. обмотки ротора асинхронного двигателя пропорционально магнитной индукции, длине проводника и скорости относительного перемещения проводника и магнитного поля .

В электрических машинах переменного тока Э.Д.С. обмотки ротора совпадает по фазе с магнитной индукцией поля статора. Поэтому угол сдвига фаз между Э.Д.С.и током обмотки ротораравен углу, углу сдвига фаз магнитной индукции и тока.

Следовательно, в формуле произведение определяет значение проекции векторана вектор, другими словами является активной составляющей тока ротора.

Из вышеизложенного следует, что постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силы , действующая на проводник с синусоидальным током, находящимся в пульсирующем с той же частотоймагнитном поле статора асинхронного двигателя,пропорциональна активной составляющей тока ротора =

= .

Моментасинхронного двигателя, как и любой электрической машины,пропорционален магнитному потоку Ф и активной составляющей тока. Активная составляющая тока ротора пропорциональна косинусу угла, углу между вектором Э.Д.С. ротора и вектором тока ротора [чил 80].

где : конструктивная постояннаяасинхронного двигателя;

угол сдвига фаз между Э.Д.С. () и током обмотки ротора.

Непропорциональность между моментом асинхронного двигателя и током при пуске (пусковой момент меньше максимального момента несмотря на то, что пусковой токе достигает максимального значения рис.11.1) объясняется значительным снижением магнитного потока двигателя, а также уменьшением коэффициента мощности цепи ротора при пуске, за счёт максимального значения индуктивного сопротивления ротора[чил 80].

При изменении нагрузки на валу двигателя [гер392] от нуля до номинальной значения скольжения постепенно увеличиваются до значения . При этом сохраняется неравенство

<< и= ,

т.е. активная составляющая тока ротора пропорциональна скольжению при значениях скольжения меньших0.05 (при ) [гер393].

При увеличении нагрузки скольжение так же возрастает и растёт ЭДС ротора =, а также растёт ток роторав соответствии с , асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. А с ростомуменьшается (причём на рабочем участке механической характеристикиуменьшается очень мало, рис.11.1 участокDB), асимптотически стремясь к нулю при скольжении, стремящемся к бесконечности .

Магнитный поток двигателя также уменьшается при возрастании тока из-за падения напряжения на сопротивлениях обмотки статора [чил81]. Все эти процессы и обуславливают отсутствие пропорциональности между током и моментом двигателя.

А реактивная составляющая тока ротора

с двойной частотой и ротор, имея большую инерцию не успевает проворачиваться два раза при частоте 50Гц. Двойная частота 100Гц. Если бы ротор был тонким проводником он бы успевал проворачиваться [гер344]. Поэтому при анализе установившихся режимов нужно учитывать толькопостоянную (средную) составляющую электромагнитной силы .

studfiles.net

Активная составляющая тока — Радио Вики

Материал из РадиоВики — энциклопедии радио и электроники

Активная составляющая тока — составляющая переменного тока, обусловливающая потребление энергии в цепи. Когда цепь переменного тока обладает реактивным сопротивлением, ток в цепи сдвинут по фазе относительно напряжения на ее зажимах. В этом случае ток может быть разложен на две составляющие — активную, совпадающую по фазе с напряжением на зажимах цепи, и реактивную, сдвинутую по фазе па угол относительно напряжения (знак + или — зависит от характера реактивной нагрузки). Мощность, потребляемая в цепи, пропорциональна , где — угол сдвига фаз между током и напряжением. Для А. с. т. , для реактивной . Поэтому мощность , потребляемая в цепи, определяется только величиной А. с. т.

Полный ток в цепи выражается через его активную и реактивную составляющие, как в этом можно убедиться, например, с помощью векторных диаграмм (см.), следующим образом:

(это выражение справедливо как для амплитудных, так и для действующих значений). Поэтому величина А. с. т. всегда меньше полного тока в цепи, но тем ближе к нему, чем меньше реактивная составляющая, т. е. чем меньше сдвиг фаз между током и напряжением.

radiowiki.ru

Активная и реактивная мощность. За что платим и работа

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

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

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

Активная и реактивная мощность

Активная мощность

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

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

Реактивная мощность

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

Реактивная емкостная мощность

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

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

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

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

Реактивная индуктивная мощность

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

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

Реальные потребители электрической энергии и полная электрическая мощность

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

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

Таинственный «косинус фи»

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

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

За что платим?

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

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

Потребитель находит возможность платить меньше

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

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

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

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

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

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

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

Похожие темы:

electrosam.ru

Что такое активная и реактивная электроэнергия, мощность

Специфика сети переменного тока приводит к тому, что в фиксированный момент времени синусоиды напряжения и тока на приемнике совпадают только в случае так называемой активной нагрузки, полностью переводящей ток в тепло или механическую работу. Практически это всевозможные электронагревательные приборы, лампы накаливания, в каком-то приближении электродвигатели и электромагниты под нагрузкой и звуковоспроизводящая аппаратура. Ситуация полностью меняется, если нагрузка, не создающая механической работы, обладает большой индуктивностью при малом сопротивлении. Это характерный случай электродвигателя или трансформатора на холостом ходу. Подключение подобного потребителя к источнику постоянного тока привело бы к короткому замыканию, здесь же ничего особенного с сетью не случится, но мгновенный ток будет отставать от мгновенного напряжения примерно на четверть периода. В случае же чисто емкостной нагрузки (если в розетку вставить конденсатор), ток на нем будет, наоборот, на ту же четверть периода опережать напряжение. Реактивные токи Практически такое несовпадение тока и напряжения, не производя на приемнике полезной работы, создает в проводах дополнительные, или, как принято их называть, реактивные токи, которые в особо неблагоприятных случаях могут привести к разрушительным последствиям. При меньшей величине это явление все равно требует расходовать излишний металл на более толстую проводку, повышать мощность питающих генераторов и трансформаторов электроэнергии. Поэтому экономически оправдано устранять в сети реактивную мощность всеми возможными способами. При этом следует учитывать суммарную реактивную мощность всей сети, при том, что отдельные элементы могут обладать значительными значениями реактивной мощности. Реактивная электроэнергия С количественной стороны влияние реактивной электроэнергии на работу сети оценивается косинусом угла потерь, который равен отношению активной мощности к полной. Полная мощность считается как векторная величина, которая зависит от сдвига фаз между током и напряжением на всех элементах сети. В отличие от активной мощности, которую, как и механическую измеряют в ваттах, полную мощность измеряют в вольт-амперах, так как эта величина присутствует только в электрической цепи. Таким образом, чем ближе косинус угла потерь к единице, тем полнее используется сечение проводов и мощность, вырабатываемая генератором. Основные пути снижения реактивной мощности – взаимная компенсация сдвигов фаз, создаваемых индуктивными и емкостными приемниками и использование приемников с малым углом потерь.

electric-220.ru

О природе реактивной энергии / Habr

Для следующих двух четвертьпериодов вышеописанная история повторяется с тем лишь различием, что токи заряда и разряда емкости потекут в противоположных направлениях.

В случае включения вместо конденсатора катушки индуктивности, суть процесса не изменится.

В этом и состоит главный фокус реактивной энергии — в момент ‘прилива’ мы заполняем свои цистерны, в момент отлива же, мы сливаем их содержимое обратно. Как можно заметить из этой простой аналогии, мы просто туда-сюда переливаем жидкость (или ток в электроцепях). Если же мы соблазнимся слить хоть немного жидкости ‘налево’ (включить последовательно с реактивным конденсатором активный резистор), то мы станем брать ‘несколько больше’ чем возвращать, а это ‘несколько больше’ уже является активной энергией по определению (ведь мы эту часть не возвращаем обратно, не так ли?), за которую как известно, приходится платить.

Или иной пример: предположим, что мы берем у кредитора некоторую сумму денег взаймы и сразу же возвращаем ему взятый только что кредит. Если мы отдадим ровно столько, сколько взяли (чистая реактивность) — мы придем к исходному состоянию и никто никому не будет ничего должен. В случае же, если мы потратим часть кредита на какую ни будь покупку и вернем то, что осталось от кредита после совершения покупки (добавим в цепь активную нагрузку и часть энергии уйдет из системы) — мы будем все еще должны. Эта потраченная часть является активной составляющей взятого нами кредита.

Теперь у вас может возникнуть один весьма резонный вопрос — если все так просто, и для того чтобы энергия считалась реактивной, ее просто нужно полностью вернуть обратно источнику, почему предприятия вынуждены платить за потребляемую (и полностью возвращаемую) реактивную энергию?

Все дело в том, что в случае чисто реактивной нагрузки, момент максимально потребляемого тока (реактивного) приходится на момент минимального значения напряжения, и наоборот, в момент максимума напряжения на клеммах нагрузки, протекающий через нее ток равен нулю.

Протекающий реактивный ток греет питающие проводники — но это активные потери, вызванные протеканием реактивного тока по проводникам с ограниченной проводимостью, что эквивалентно последовательно включенным с реактивной нагрузкой активным резистором. Так же, поскольку в момент максимума реактивного тока напряжение на полюсах реактивного элемента переходит через ноль, активная мощность подводимая к нему в этот момент (произведение тока и напряжения) равна нулю. Вывод — реактивный ток вызывает нагрев проводов, не совершая при этом никакой полезной работы. Следует заметить, что эти потери так-же является активными и будут засчитываться бытовым счетчиком активной энергии.

Большие предприятия сопсобны генерировать достаточно большие реактивные токи, которые отрицательно сказываются на функционировании энергосистемы. По этой причине, для них проводится учет как активной, так и реактивной составляющей потребленной энергии. Для уменьшения генерации реактивных токов (вызывающих вполне реальные активные потери), на предприятиях размещают установки компенсации реактивной мощности.

habr.com