Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 

Сайт электрика

Электрик Инфо » Начинающим электрикам

Что такое реактивная мощность и как с ней бороться?

реактивная мощностьФизика процесса и практика применения установок компенсации реактивной мощности

Чтобы разобраться с понятием реактивной мощности, вспомним сначала, что такое электрическая мощность. Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость генерации, передачи или потребления электрической энергии в единицу времени.

Чем больше мощность, тем большую работу может совершить электроустановка в единицу времени. Измеряется мощность в ваттах (произведение Вольт х Ампер). Мгновенная мощность – это произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-то участке электрической цепи.

Физика процесса

В цепях постоянного тока значение мгновенной и средней мощности за какой-то промежуток времени совпадают, а понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока так происходит только в том случае, если нагрузка чисто активная. Это, например, электронагреватель или лампа накаливания. При такой нагрузке в цепи переменного тока фаза напряжения и фаза тока совпадают и вся мощность передается в нагрузку.

Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели), то ток отстает по фазе от напряжения, если нагрузка емкостная (различные электронные устройства), то ток по фазе опережает напряжение. Поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе (реактивная нагрузка), то в нагрузку (потребителю) передается только часть мощности (полной мощности), которая могла бы быть передана в нагрузку, если бы сдвиг фаз был равен нулю (активная нагрузка).

Активная и реактивная мощности

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

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

Таким образом, реактивная мощность является величиной характеризующей нагрузку. Она измеряется в вольт амперах реактивных (вар, var). На практике чаще встречается понятие косинус фи, как величины характеризующей качество электроустановке с точки зрения экономии электроэнергии.

реактивная мощность

Действительно, чем выше cos φ, тем больше энергии, подаваемой от источника, попадает в нагрузку. Значит можно использовать менее мощный источник и меньше энергии пропадает зря.

Способы компенсации реактивной мощности

Способы компенсации реактивной мощности Из сказанного выше вытекает, если нагрузка индуктивная, то следует компенсировать ее с помощью емкостей (конденсаторов) и наоборот емкостную нагрузку компенсируют с помощью индуктивностей (дросселей и реакторов). Это помогает увеличить косинус фи (cos φ) до приемлемых значений 0.7-0.9. Этот процесс называется компенсацией реактивной мощности.

Экономический эффект от компенсации реактивной мощности

Экономический эффект от внедрения установок компенсации реактивной мощности может быть очень большим. По статистике он составляет от 12 до 50% от оплаты электроэнергии в различных регионах России. Установка компенсации реактивной мощности окупается не более чем за год.

Для проектируемых объектов внедрение конденсаторной установки на этапе разработки позволяет экономить на стоимости кабельных линий за счет снижения их сечения. Автоматическая конденсаторная установка, например, может поднять cos φ с 0.6 до 0.97.

Выводы

Способы компенсации реактивной мощности Итак, установки по компенсации реактивной мощности приносят ощутимые финансовые выгоды. Они также позволяют дольше сохранять оборудование в рабочем состоянии.

Вот несколько причин, по которым это происходит.

1. Уменьшение нагрузки на силовые трансформаторы, увеличение в связи с этим срока их службы.

2. Уменьшение нагрузки на провода и кабели, возможность использования кабелей меньшего сечения.

3. Улучшение качества электроэнергии у электроприемников.

4. Ликвидация возможности штрафов за снижение cos φ.

5. Уменьшение уровня высших гармоник в сети.

6. Снижение уровня потребления электроэнергии.

Смотрите также:

Для чего нужна компенсация реактивной мощности?

Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива, увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках, увеличивается падение напряжения в сетях.

Устройства компенсации реактивной мощности

Как повысить коэффициент мощности без использования компенсирующих конденсаторов

Как определить экономию электрической энергии при увеличении коэффициента мощности


Сейчас самое время поделиться статьей и добавить ее в закладки!


Тематические разделы: Электрик Инфо » Начинающим электрикам

Другие статьи:

  • Существует ли реактивная электроэнергия?
  • Возможности компенсации реактивной энергии в быту с помощью Saving Box
  • Семь способов борьбы с потерями в воздушных электрических сетях
  • Механические и электрические характеристики асинхронных электродвигателей
  • Как передается электроэнергия потребителям по сети 0,4 кВ
  • Приборы для экономии электроэнергии: миф или реальность?


  •  
      Комментарии:

    #1 написал: Константин | [цитировать]

     
     

    Коэффициент мощности называется отношение активной мощности (ватт, киловатт) к кажущейся мощности (вольт-ампер, киловольт-ампер). Коэффициент мощности в общем случае всегда меньше единицы. Только при чисто активной нагрузке (освещение, нагревательные устройства) он равен единице. Величина коэффициента мощности определяет ту долю кажущейся (полной) мощности генератора или трансформатора, которую они могут отдать электроприемнику в виде активной мощности.

      Комментарии:

    #2 написал: Виктор Гаврилов | [цитировать]

     
     

    Спасибо большое, действительно доступная к пониманию информация.

      Комментарии:

    #3 написал: Андрей | [цитировать]

     
     

    Вот только в статье забыли добавить, что бОльшая часть реактивной мощности возвращается обратно в электросистему! Если объяснять на пальцах, ток идет по проводу В ОБЕ стороны одновременно при рассогласоваиях - от генератора к нагрузке и от нагрузки (она возвращает энергию) к генератору. И естественно такое возможно только при ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ. И потребитель ОПЛАЧИВАЕТ энергию, которую он фактически не использовал! Поэтому некоторые вещи (типа снижения уровня потребления) происходят только виртуально из-за идиотского принципа, что счетчик считает проходящую энергию, а КУДА она идет по барабану. Компенсация вещь конечно нужная, но по большей части энергокомпаниям. Ну если подумать логически - как внесение ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО элемента с потерями в цепь может повысить её КПД???? А вот как метод борьбы с гармониками и проседаниями (превышениями) напряжения в линии он эффективен, т.к. согласует генератор и нагрузку. Естественно можно использовать более тонкие провода (при теоретическом cos=0 ток в проводе удвоится, т.к. будет по проводу течь в обоих направлениях одинаковый ОДНОВРЕМЕННО). Нагрузка на приборы контроля и распеределения тоже уменьшится из-за этого же. Да и генераторы с трансформаторами обратных токов не любят. И эти процессы происходят при ЛЮБОМ изменении нагрузки (если она не чисто активная, что вообще говоря реально не бывает, даже обычная лампочка индуктивность мизерную имеет). В 70х годах в США из-за ОТКЛЮЧЕНИЯ завода сразу от линии вынесло под сотню распределительных трансформаторов в нескольких штатах...

      Комментарии:

    #4 написал: Александр Молоков | [цитировать]

     
     

    Андрей, бытовые счетчики являются "счетчиками активновной электроэнергии". Со всеми отсюда вытекающими. Реактивную энергию они не учитывают.

      Комментарии:

    #5 написал: MaksimovM | [цитировать]

     
     

    Андрей, во-первых, завод всегда питается от нескольких линий электропередач. И если даже полностью обесточится завод, что в принципе невозможно, так как всегда есть несколько независимых источников энергоснабжения, то это не может послужить причиной обесточения распределительных подстанций. Завод работает - нагрузка есть на подстанциях, завод отключился – нагрузка снизилась на некоторое значение. Это не аварийный режим для энергосистемы. Может только наоборот – завод обесточится в следствии обесточения нескольких подстанций.

    Косинус фи (коэффициент мощности) – это отношение активной мощности к полной потребляемой мощности. Он в принципе не может быть равным нулю. Все трансформаторы, расположенные на подстанциях, рассчитанные на определенную мощность, причем эта мощность полная, то есть – с учетом активной и реактивной составляющей. Потребляемая электрическая мощность, хоть активная, хоть реактивная всегда идет в одном направлении. Мощность может иметь различное направление на транзитных линиях подстанций, в данном случае, в зависимости от состояния того или иного участка энергосистемы, активная и реактивная мощность может иметь разное направление (потребление или отдача электрической энергии).

      Комментарии:

    #6 написал: ВАВ | [цитировать]

     
     

    Дорогие друзья (автор статьи и комментирущие), не во всем с Вами согласен, но не буду это обсуждать. Хочу изложить свое видение физики процесса. Вообще в природе, такового вида энергии (мощности), как "Реактивная", конечно же не существует. Но существует понятие: Реактивная энергия (мощность). Этим понятием характеризуют явление, которое происходит в электрических цепях переменного тока.  Суть явления проста. В индуктивных и емкостных элементах создаются (возникают) магнитные и электрические поля. В цепях переменного тока эти поля естественно также переменные. На создание этих полей затрачивается энергия. Так например при протекании тока в индуктивности возникает магнитное поле. Причем при возрастании тока на создание этого поля расходуется энергия из электрической сети (т.е от генератора),  а при снижении тока, запасенная в индуктивности, энергия магнитного поля возвращается в сеть. Очевидно, что за каждый период магнитное поле дважды  возрастает от нуля до максимума и и дважды снижается в обратном направлении. Аналогичное явление происходит в емкости. Только в емкости колебаются электрические поля и происходит это синхронно с изменением напряжения. Фазы колебаний электрических полей в емкости и магнитных в индуктивности всегда находятся в противофазе. Аналогичные явления происходят и в механических системах: например при сжатии пружины затрачивается энергия, а при разжатии запасенная потенциальная энергия освобождается (чем не емкость?) или например чтобы разогнать воду до установившейся скорости   в замкнутой водопроводной ситеме потребуется некоторое время работы насоса, если после этого насос отключить то циркуляция воды продолжиться некоторое время по инерции за счет запасенной кинетической энергии (это аналог индуктивности).

    Заключение: Реактивная энергия не является каким то особым видом энергии, это электрическая энергия, которая в цепях переменного тока периодически потребляется и отдается реактивными элементами. 

    PS. - Реактивную энергию (мощность) можно измерить, значить она существует. 

      Комментарии:

    #7 написал: VladZarechniy | [цитировать]

     
     

    Единственное с чем согласен с автором, так это то что так это что вокруг понятия "реактивная энергия" немало легенд... В отместку видимо автор выдвинул ещё и свою...Путано...противоречиво...изобилие всяких: "'энергия приходит, энергия уходит..." Итог вообще получился шокирующий, истина перевёрнута с ног на ноги: "Вывод — реактивный ток вызывает нагрев проводов, не совершая при этом никакой полезной работы"  Господин, дорогой! нагрев это уже работа!!! Мнение моё, тут людям с техническим образованием без векторной диаграммы синхронного генератора под нагрузкой  не склеить описание процесса грамотно, а людям интересующимся могу предложить простой вариант, без затей. 

    Итак о реактивной энергии. 99% электричества напряжением 220 вольт и более вырабатывается синхронными генераторами. Электроприборами в быту и работе мы используем разные, большинство из них "греют воздух", выделяют теплоту в той или иной степени...Пощупайте телевизор, монитор компьютера, о кухонной электропечи я уже не говорю, везде чувствуется тепло. Это всё потребители активной мощности в электросети синхронного генератора. Активная мощность генератора это безвозвратные потери вырабатываемой энергии на тепло в проводах и приборах. Для синхронного генератора передача активной энергии сопровождается механическим сопротивлением на приводном валу. Если бы Вы, уважаемый читатель вращали генератор вручную, Вы бы сразу же почувствовали повышенное сопротивление Вашим усилиям и означало бы это одно, кто-то в вашу сеть включил дополнительное число нагревателей, т.е повысилась активная нагрузка. Если в качестве привода генератора у вас дизель, будьте уверены, расход топлива возрастает молниеносно, т.к именно активная нагрузка потребляет ваше топливо. С реактивной энергией иначе...Скажу я вам, невероятно, но некоторые потребители электроэнергии сами являются источниками электроэнергии, пусть на очень короткое мгновение, но являются. А если учесть что переменный ток промышленной частоты изменяет своё направление 50 раз в секунду, то такие (реактивные) потребители 50 раз в секунду передают свою энергию сети. Знаете как в жизни, если кто-то что-то добавляет к оригиналу своё без последствий это не остаётся. Так и здесь, при условии, что реактивных потребителей много, или они достаточно мощные, то синхронный генератор развозбуждается. Возвращаясь к нашей прежней аналогии где в качестве привода Вы использовали свою мышечную силу, можно будет заметить, что несмотря на то что Вы не изменили ни ритма вращая генератор, ни не почувствовали прилива сопротивления на валу, лампочки в вашей сети вдруг погасли. Парадокс, тратим топливо, вращаем генератор с номинальной частотой, а напряжения в сети нет... Уважаемый читатель, выключи в такой сети реактивные потребители и всё восстановится.  Не вдаваясь в теорию развозбуждение происходит когда магнитные поля внутри генератора, поле системы возбуждения  вращающейся вместе с валом  и поле неподвижной обмотки соединённой с сетью поворачиваются встречно друг другу, тем самым ослабляю друг друга. Генерация электроэнергии при понижении магнитного поля внутри генератора уменьшается. Техника ушла далеко в перёд, и современные генераторы оснащены автоматическими регуляторами возбуждения, и когда реактивные потребители "провалят" напряжение в сети, регулятор сразу же повысит ток возбуждения генератора, магнитный поток восстановится до нормы и напряжение в сети восстановится  Понятно, что ток возбуждения имеет и активную составляющую, так что извольте добавить и топливо в дизеле.. В любом случае, реактивная нагрузка негативно влияет на работу электросети, особенно в момент подключения реактивного потребителя к сети, например, асинхронного электродвигателя...При значительной мощности последнего всё может закончится плачевно, аварией. В заключение, могу добавить для пытливого и продвинутого  оппонента, что, есть и реактивные потребители с полезными свойствами. Это всё те что обладают электроёмкостью...Включи такие устройства  в сеть и уже электрокомпания должна вам)). В чистом виде это конденсаторы. Они тоже отдают электроэнергию 50 раз в секунду, но при этом магнитный поток генератора наоборот увеличивается, так что регулятор может даже понизить ток возбуждения, экономя затраты.  Почему мы раньше об этом не оговорились...а зачем...Дорогой читатель обойди свой дом и поищи  емкостной реактивный потребитель ...не найдешь...Разве только раскурочишь  телевизор или стиральную машину...но пользы от этого понятно не будет....<</p>

      Комментарии:

    #8 написал: евгений | [цитировать]

     
     

    Ну как бы 50 гц это изменение направления тока 100 раз в сек это еще на 1 курсе проходили... Так что все грамотные.

      Комментарии:

    #9 написал: Александр | [цитировать]

     
     

    Евгений, на первом курсе семинарии или Института физкультуры? Не позорились бы! Имеющий мозг да усвоил еще классе этак в 7-8-м, что герц - это полный период колебания в секунду! Т.е. при синусоидальной форме сигнала частотой 50 Гц знак меняется на противоположный 50 раз в секунду, а вот полуволн будет уже 100! Почитаешь тут-оторопь берет: электротехника стала нынче как языческая вера: сплошь мракобесие и ересь...

    Добавление комментария
    Имя:*
    E-Mail:
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, обзоры электротехнических новинок, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Copyright © 2008-2016 electrik.info
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
    Перепечатка материалов сайта запрещена.

    Полезное

    Светодиодные лампы и светильники IEK