Что такое реактивная мощность: Что такое реактивная мощность и её компенсация

Что такое реактивная мощность и её компенсация

17.08.2017

Что такое реактивная мощность и что с ней делать.

Асинхронные двигатели, трансформаторы, газоразрядные и люминесцентные лампы, индукционные и дуговые печи и т.д. в силу своих физических свойств вместе с активной энергией потребляют из сети также и реактивную энергию, которая необходима для создания электромагнитного поля. В отличие от активной энергии, реактивная не преобразуется в другие виды – механическую или тепловую – и не выполняет полезной работы, однако вызывает потери при ее передаче. На Рис.1 изображены направления протекания тока при работе с реактивными нагрузками.

Рис.1. Полная мощность.

Наличие в сети реактивной мощности (Q, Вар) характеризуется коэффициентом мощности (PF, cos ф) и является соотношением активной (P, Вт) к полной (S, ВА). Ниже можно увидеть зависимость полной мощности от ее составляющих как на векторной диаграмме, так и на более житейском уровне – бокале пива, где пиво является активной составляющей, а пена – реактивной. Никто же не хочет иметь бокал только с пеной?

Рис.2. Треугольник мощностей. Расчет коэффициента мощности.

При низких значениях коэффициента мощности в сети будет возникать ряд нежелательных явлений, которые могут привести к существенному уменьшению срока службы оборудования. Рекомендуется иметь cos ф не менее 0,9 (например, в Чехии за cos ф менее 0,95 штрафуют). Для этого разработан ряд мероприятий по регулированию баланса реактивной мощности в сети – компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности (КРМ).

Следует понимать, что реактивная мощность бывает двух характеров – индуктивная и емкостная. Нас интересует компенсация только первого типа, т.к. второй встречается редко. В нашем случае – сетях с индуктивной нагрузкой – для увеличения cos ф требуется устанавливать компенсационные конденсаторы. Но как это сделать?

Выбор способа компенсации предполагает определение места установки конденсаторов (зачастую в составе конденсаторной установки (далее КУ)). Существует три основных варианта:

• Индивидуальная компенсация

Размещение конденсаторов у устройств с низким cos ф и включение одновременно с последними.

• Групповая компенсация

Размещение конденсаторов у группы устройств (например, пожарных насосов).

• Централизованная компенсация

Предусматривает установку КУ на главном распределительном щите. Если предыдущие варианты могли быть как регулируемыми, так и нет, то этот, как правило, регулируемый.

Рис.3. Способы компенсации.

При правильном подборе КУ мероприятия по компенсации реактивной мощности позволяют:

• существенно уменьшить нагрузку на трансформаторах, а следовательно уменьшить их нагрев и увеличить срок службы

• при включении КУ в расчет при проектировании новых объектов, существенно уменьшить сечение проводников

• при включении КУ в уже существующие сети, разгрузить их, повышая пропускную способность без реконструкции

• снизить расходы на электроэнергию за счет снижения потери в проводниках

• повысить стабильность напряжения (все) и качество электроэнергии (при использовании ФКУ)

Где мы можем сэкономить видно невооруженным глазом, но для начала придется и потратиться.

Во-первых, необходимо заказать проект, который следует доверить проверенной организации. Которая в свою очередь проведет ряд измерений или сделает расчеты для новых объектов и исходя из них даст рекомендации по способу компенсации, типу КУ и их параметрам.

Во-вторых, следует выбрать организацию-сборщика, которая соберет, установит и настроит наши КУ.

Что может входить в состав КУ?

Рассмотрим максимально возможную комплектацию конденсаторной установки:

1. Вводное устройство – автоматический выключатель, разъединитель предохранительный или выключатель нагрузки (при наличии еще одного вводного устройства, например, в ГРЩ).

2. Защитные устройства ступеней – большинство производителей (например, ZEZ Silko) рекомендуют использовать плавкие вставки с характеристикой gG (см. таблицу ниже), но нередко можно встретить и защиту автоматическими выключателями.

3. Коммутационное устройство (для статической компенсации НН) – контактор с токоограничевающей приставкой (контакты предварительного включения с сопротивлениями). Важно выбрать качественного производителя, т.к. через контактор при включении ступени проходят огромные токи (до 200Iе), обусловленные зарядом конденсатора, например,

   Benedict-Jager или Eaton (Moeller).

4. Антирезонансные дроссели (реакторы) – используются для защиты от перегрузки токами конденсаторов при наличии в сети высших гармоник.

5. Компенсационные конденсаторы – главный компонент всей установки – емкостной элемент. Читать подробнее о применении, конструкции и монтаже низковольтных цилиндрических компенсационных конденсаторов в предыдущей статье.

6. Регулятор реактивной мощности – своего рода анализатор сети с функцией управления ступенями. В зависимости от модели разные регуляторы кроме основных параметров (U, I, P, cos ф, количество подключенных ступеней) контролируют и ряд дополнительных (нелинейные искажения, температура и т.д). Также могу быть и дополнительные функции, например, коммуникация или автонастройка.

* Рассмотрена только основная комплектация без оболочек и микроклимата, защиты вторичных цепей.

Номинальный ток 3-фазного конденсатора [A]	3-фазн. компенсационная мощность при 400 V [kvar]	Рекомендуемое сечение Cu проводников [mm2]	Номинальный ток предохранителя [A]
2,9	2	2,5	8
3,6	2,5	2,5	8
4,5	3,15	2,5	10
5,8	4	2,5	10
7,2	5	2,5	16
9	6,25	2,5	16
11,5	8	4	20
14,4	10	4	25
18,1	12,5	6	32
21,7	15	6	40
28,8	20	10	50
36,1	25	10	63
43,4	30	16	80
50,5	35	16	100
57,7	40	25	100
72,2	50	25	125
86,6	60	35	160
115,5	80	70	200
144,3	100	95	250

Таблица 1. Подбор предохранителей и проводников.

В заключение хочется напомнить, что неверно спроектированные, собранные и настроенные компенсационные установки или из материалов сомнительного происхождения имеют обыкновение громко выходить из строя.

Коммерческое предложение действительно на 08.08.2021 г.

Реактивная мощность

Реактивная мощность представляет собой часть полной мощности, которая не производит работы, но необходима для создания электромагнитных полей в сердечниках магнитопроводов. Ее величина определяется конструктивными особенностями двигателей (оборудования), их режимами работы и характеризуется коэффициентом мощности – PF. В отечественной практике показателем реактивной мощности является значение cos (φ) и требования к нему находится в пределах 0,75 — 0,85 для нормального режима работы асинхронных двигателей, самого распространенного вида электрических машин в современной промышленности. Режимы работы электрических сетей предприятий могут значительно отличаться от этих значений. В таких случаях соотношение активных и реактивных мощностей могут измениться в худшую сторону, т.е. потребление реактивной мощности от поставщиков электроэнергии может увеличиться. Это приводит к дополнительным потерям в проводниках, вследствие увеличения тока, отклонения напряжения сети от номинального значения. В результате таких изменений параметров сети ухудшаются режимы работы как технологического (основного), так и энергетического (вспомогательного) оборудования – трансформаторов подстанций, кабелей (ускоренное старение изоляции).

Представим себе асинхронный электромотор, который работает на холостом ходу, едва не входя в синхронизм. В этом случае обмотка возбуждения имеет максимальную реактивную мощность, так как в короткозамкнутых витках ротора (беличьей клетке) практически не наводятся вихревые токи. С точки зрения источника питания эта конструкция представляет собой огромную индуктивную катушку с сотнями метров провода. На неё подается напряжение, которое не в состоянии создать электрический ток в таком количестве проводов, он, в свою очередь, и должен производить работу. В результате напряжение есть, а тока почти нет. Но этому двигателю и не нужно много энергии он работает вхолостую, преодолевая только сопротивление подшипников и вязкость воздуха. В данном случае нет синхронного воздействия на потребителя тока и напряжения.

На рисунке 1 изображен треугольник мощностей. P – активная мощность, Q – реактивная мощность, S – полная мощность, φ – сдвиг фаз между током и напряжением. Из треугольника мощностей видно, что при компенсации реактивной мощности будет снижаться и полная мощность потребляемая из сети.

Рисунок 1.

Конденсаторная установка для компенсации реактивной мощности

Как осуществляется компенсация реактивной мощности. Параллельно индуктивной нагрузке устанавливается емкостная. Напряжение не в силах быстро протолкнуть электрический ток через сотни метров проводов в статоре мотора. Но ток не будет из-за этого отставать от напряжения, он будет в это время заполнять (заряжать) батарею конденсаторов, включенную параллельно с мотором. И источник энергии не почувствует препятствия для протекания тока. Ток и напряжение для источника энергии будут работать синфазно.

Поэтому для разгрузки электрических сетей промышленных предприятий необходима компенсация реактивной мощности, т. е. оборудование, потребляющее реактивную мощность, должно быть оснащено соответствующими установками. Подключение установок компенсации реактивной мощности (КРМ, УКРМ) должно осуществляться как можно ближе к оборудованию потребителей с целью уменьшения влияния реактивных токов на силовые линии связи (кабельные и воздушные).

Реактивная мощность — это… Что такое Реактивная мощность?

Электри́ческая мо́щность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мгновенная электрическая мощность

Мгновенная электрическая мощность P (t), выделяющаяся на элементе электрической цепи — произведение мгновенных значений напряжения U (t) и силы тока I (t) на этом элементе:

Если элемент цепи — резистор c электрическим сопротивлением R, то

Мощность постоянного тока

Так как значения силы тока и напряжения постоянны и равны мгновенным значениям в любой момент времени, то среднюю мощность можно вычислить по формулам:

Мощность переменного тока

Активная мощность

Среднее за период Т значение мгновенной мощности называется активной мощностью: . В цепях однофазного синусоидального тока , где U и I — действующие значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением . Единица активной мощности — ватт (W, Вт). Для СВЧ электромагнитного сигнала, в линиях передачи, аналогом активной мощности является мощность, поглощаемая нагрузкой.

Реактивная мощность

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: Q = UI sin φ. Единица реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (var, вар). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: . Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери (на покрытие которых расходуется энергия на электростанциях) и потери напряжения (ухудшающие условия регулирования напряжения). В некоторых электрических установках реактивная мощность может быть значительно больше активной. Это приводит к появлению больших реактивных токов и вызывает перегрузку источников тока. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности. Для СВЧ электромагнитного сигнала, в линиях передачи, аналогом реактивной мощности является мощность, отраженная от нагрузки.

Необходимо отметить, что величина sinφ для значений φ от 0 до плюс 90 ° является положительной величиной. Величина sinφ для значений φ от 0 до минус 90 ° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sinφ реактивная мощность может быть отрицательной величиной. Но отрицательное значение мощности нагрузки характеризует нагрузку как генератор энергии. Активное, индуктивное, емкостное сопротивление не могут быть источниками постоянной энергии. Модуль величины Q = UI sinφ приблизительно описывает реальные процессы преобразования энергии в магнитных полях индуктивностей и в электрических полях емкостей. Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения. Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sinφ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.

Полная мощность

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока в цепи I и напряжения U на её зажимах: S = U×I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: , где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0). Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (VA, ВА).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Измерения

Литература

• Бессонов Л. А. — Теоретические основы электротехники: Электрические цепи — М.: Высш. школа, 1978

Ссылки

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

Реактивная мощность — это… Что такое Реактивная мощность?

Реактивная мощность

        величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи переменного тока (См. Переменный ток). Р. м. Q равна произведению действующих значений напряжения U и тока /, умноженному на синус угла сдвига фаз (См. Сдвиг фаз) φ между ними: Q = UI sinφ. Измеряется в Варах. Р. м. связана с полной мощностью (См. Полная мощность) S и активной мощностью (См. Активная мощность) Р соотношением: Мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности (см. Компенсирующие устройства).

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

• Реактивная лампа
• Реактивная сила

Смотреть что такое «Реактивная мощность» в других словарях:

• реактивная мощность — Величина, равная при синусоидальных электрическом токе и электрическом напряжении произведению действующего значения напряжения на действующее значение тока и на синус сдвига фаз между напряжением и током двухполюсника. [ГОСТ Р 52002 2003]… …   Справочник технического переводчика

• РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — электр. мощность в цепи переменного тока, расходуемая на поддержание вызываемых переменным током периодических изменений: 1) магнитного поля при наличии в цепи индуктивности; 2) заряда конденсаторов при наличии конденсаторов и проводов (напр.… …   Технический железнодорожный словарь

• РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q =… …   Большой Энциклопедический словарь

• РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ — величина, характеризующая скорость обмена энергией между генератором переменного тока и магнитным (млн. электрическим) полем цепи, создаваемым электротехническими устройствами (индуктивностью и ёмкостью). Р. м. возникает в цепи при наличии сдвига …   Большая политехническая энциклопедия

• Реактивная мощность — Электрическая мощность физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии. Содержание 1 Мгновенная электрическая мощность 2 Мощность постоянного тока …   Википедия

• реактивная мощность — 3.1.5 реактивная мощность (вар): Реактивная мощность сигналов синусоидальной формы какой либо отдельной частоты в однофазной цепи, определяемая как произведение среднеквадратических значений тока и напряжения и синуса фазового угла между ними.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Menamoji kompleksinės galios dalis, skaičiuojama pagal formulę Q² = S² – P²; čia Q – reaktyvioji galia, S – pilnutinė galia, P – aktyvioji galia. Matavimo vienetas –… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. reactive power; wattless power vok. Blindleistung, f; wattlose Leistung, f rus. безваттная мощность, f; реактивная мощность, f pranc. puissance déwatée, f; puissance réactive, f …   Fizikos terminų žodynas

• реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Для синусоидального тока равна произведению действующих тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними:… …   Энциклопедический словарь

• реактивная мощность — reaktyvioji galia statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. reactive power vok. Blindleistung, f; wattlose Leistung, f rus. реактивная мощность, f pranc. puissance réactive, f …   Automatikos terminų žodynas

Реактивная мощность, использование и компенсация

Еже ли ток в цепи соответствует напряжению, то это называется активной мощностью, а если ток по фазе отстает либо же опережает напряжение, это называется реактивной мощностью, которая не производит полезной работы. К примеру, если в цепи постоянного тока за какой-то промежуток времени значение средней и мгновенной мощности совпадают, то отсутствует такое понятие, как реактивная мощность. Другими словами, та мощность, которая не передалась в нагрузку, таким образом, привела к потерям на излучение, а также нагрев и есть реактивная мощность. Из этого следует, что реактивная мощность, это такая величина, которая характеризует нагрузку и измеряется она в реактивных вольт-амперах (var, вар).

Компенсация и экономия реактивной мощности

Огромным экономическим эффектом будет внедрение установок компенсирующих реактивную мощность, а по данным статистов, она составляет 12–15% от выплаты за электроэнергию в разных Российских регионах. Окупается такая установка в течение года, а что касается проектированных объектов, то эксплуатирование такой конденсаторной установки дает возможность сэкономить на стоимости кабельных линий.

Причины компенсации и экономии

1. Нагрузка на силовые трансформаторы значительно уменьшается, тем самым увеличивается их срок службы.

2. За счет уменьшения нагрузки на кабеля и проводку возможно использование кабелей с меньшим сечением.

3. У электроприемников улучшается качество электроэнергии.

4. Гасится риск штрафов за снижение cos &#966;.

5. В сети уменьшается уровень гармоник.

6. Снижение потребления уровня электроэнергии.

Интересное видео о реактивной мощности электродвигателей:

Выводы

При использовании установки компенсирующей реактивную мощность, можно ощутить значительные финансовые выгоды. Они также способствуют на долгое время сохранить ваше оборудование в рабочем состоянии. Размещать данную установку рекомендуется около распределительного щита, тем самым присоединение их к электросети намного упрощается.

Активная и реактивная мощность генератора

Потребители, приобретая ДГУ, зачастую не задумываются о многих технических характеристиках оборудования. Касается это и такого понятия, как коэффициент мощности генератора. Параметр является важным, поскольку самым серьезным образом влияет на подачу электроэнергии.

Что представляет собой мощность генератора?

Электроприборы, подключенные к генератору, потребляют активную и реактивную мощность, которые в сумме образуют общую мощность.

1. Активная мощность используется для работы всех приборов. Ее называют «полезной».
2. Реактивная мощность, называемая «пустой», возникает вследствие особенности оборудования и законов физики. Мощность циркулирует между источником электроснабжения и подключенными потребителями.

Каждый генератор имеет свой коэффициент мощности, демонстрирующий количество активной мощности от полной. При выборе ДГУ для собственных нужд важно обратить внимание на этот параметр, убедившись в том, что оборудование справится с возложенными на него задачами.

Оптимальным коэффициентом мощности можно считать показатель 0.8. Это значит, что электроприборы получают 80% активной мощности от 100% общей мощности, вырабатываемой генератором.

Что такое компенсация реактивной мощности?

Чрезмерное большое количество реактивной мощности ухудшает работу всей электросети. Так, генератор потребляет слишком много топлива, быстро изнашивается и в электросети требуется задействовать провода с увеличенным сечением.

Закажите дизельный генератор в ООО «ЭК Прометей» оформив заявку онлайн или позвонив по контактному телефону:

+7(812) 748-27-22

Для снижения реактивной мощности используется компенсация. Она может быть нескольких видов:

• Индивидуальная. В данном случае задействуются конденсаторные установки для определенных потребителей.
• Групповая. Применение общей конденсаторной установки позволяет компенсировать реактивную мощность сразу для нескольких приборов.
• Централизованная. Это наиболее удобный способ компенсации, применяемый для широкого диапазона изменений мощности.

Главное преимущество компенсации реактивной мощности в том, что таким образом удается значительно сократить расходы топлива. Также это позволяет снизить нагрузку на оборудование.

Способ компенсации мощности в электросети следует подбирать грамотно. В некоторых случаях может потребоваться комплексное решение, включающее улучшение тока при помощи фильтров гармоник.

Особенно важная компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях. Она необходима для эффективного использования существующего электроснабжения.

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

Что такое реактивная мощность? — Определение из Техопедии

Что означает реактивная мощность?

В системах электросетей реактивная мощность — это мощность, которая течет обратно от пункта назначения к сети в сценарии переменного тока.

В системе постоянного тока напряжение и нагрузка статичны, и, проще говоря, направление энергии «одностороннее», но в переменном токе есть разные фазы, связанные с элементами системы, такими как конденсаторы. и индукторы.

Реактивная мощность заставляет энергию возвращаться в сеть во время пассивных фаз.

Реактивная мощность также известна как фантомное питание.

Techopedia объясняет реактивную мощность

Другой способ объяснить это состоит в том, что реактивная мощность — это результирующая мощность в ваттах цепи переменного тока, когда форма волны тока не совпадает по фазе с формой волны напряжения, обычно на 90 градусов, если нагрузка является чисто реактивной, и является результатом емкостных или индуктивных нагрузок.

Фактическая работа выполняется только тогда, когда ток находится в фазе с напряжением, например, в резистивных нагрузках. Пример — включение лампы накаливания; в реактивной нагрузке энергия течет к нагрузке половину времени, тогда как в другой половине мощность течет от нее, что создает иллюзию, что нагрузка не рассеивает и не потребляет мощность.

Три вида мощности

Реактивная мощность — это один из трех типов мощности, присутствующих в нагруженных цепях.

Истинная мощность

Фактическая мощность в ваттах, рассеиваемая схемой

Реактивная мощность

Рассеиваемая мощность от индуктивных и емкостных нагрузок, измеренная в вольт-амперах, реактивная (VAR)

Полная мощность

Комбинация измерения реактивной и истинной мощности в вольт-амперах (ВА)

Реактивная мощность также называется «фантомной мощностью», потому что неясно, куда она идет.Общеизвестно, что реактивные нагрузки, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, на самом деле не рассеивают мощность в том смысле, что она не используется для их питания, но измерение напряжения и тока вокруг них указывает на то, что они падают напряжение и потребляют ток.

Мощность, рассеиваемая при этом падении напряжения и потребляемом токе, находится в форме тепла или ненужной энергии и не выполняется как фактическая работа; поэтому инженеры искали способы уменьшить это. Из-за этого фантомного питания проводники и генераторы должны иметь соответствующий номинал и размер, чтобы выдерживать полный ток, включая потери, а не только ток, который выполняет фактическую работу.

Маятник часов

Некоторые эксперты в области энергетики говорят о реактивной мощности как части движения конденсатора, которое напоминает движение маятника часов от зенита до надира. По этой аналогии, когда маятник качается вверх, переменный ток подает активную мощность на устройство назначения. По мере того, как маятник движется вниз, реактивная мощность возвращается в сеть для поглощения.

В таких определениях эксперты сказали бы, что реактивная энергия — это энергия, циркулирующая взад и вперед между источником и нагрузкой, в частности, эта реактивная мощность «исчезает» обратно к источнику.В некотором смысле это связано с задержкой между током и напряжением. Помимо конденсаторов, статические компенсаторы VAr и синхронные конденсаторы могут использоваться для управления реактивной мощностью в системе.

Ключевым моментом является размещение оборудования реактивного тока рядом с силовыми нагрузками. Это уменьшает количество реактивного тока, который система доставки должна переносить на определенное расстояние.

Реактивная мощность в сети

Чтобы справиться с реалиями переменного тока и изменения путей передачи энергии, проектировщики обязательно принимают меры по контролю напряжения.Эксперты в области энергетики отмечают, что даже изменение напряжения на 5% в данной системе может вызвать отключение электроэнергии и другие проблемы.

С этой целью многие элементы электрической системы, такие как трансформаторы, могут переключаться с подачи на поглощение реактивной мощности по фазам. Но те, кто близок к отрасли, подчеркивают, что это станет еще более важным, когда мы переведем части американской электросети на возобновляемые источники энергии.

Реактивная мощность и возобновляемые источники

Реактивная мощность также очень важна в контексте меняющихся энергосистем.

По многим важным причинам возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, заменяют традиционные источники энергии, такие как уголь и природный газ. Но это может иметь разветвления для электросети в целом.

«Всплеск возобновляемых источников энергии в сети без достаточной вращающейся массы может вызвать серьезные проблемы: отключение электроэнергии в определенных областях, чтобы привести спрос в соответствие с предложением; и отключение крупных электростанций от сети, чтобы предотвратить их перегрузку », — пишет Арчи Робб из Renewable Energy World, описывая принцип« инерции сети »и то, как это применимо к управлению реактивной мощностью в системе, которая переходит на возобновляемые источники энергии. строить.

Поскольку возобновляемые источники энергии поставляют энергию в сеть по-разному, возникнет потребность в микроуправлении активной и реактивной мощностью соответственно.

Что такое реактивная мощность? — Определение из Техопедии

Что означает реактивная мощность?

В системах электросетей реактивная мощность — это мощность, которая течет обратно от пункта назначения к сети в сценарии переменного тока.

В системе постоянного тока напряжение и нагрузка статичны, и, проще говоря, направление энергии «одностороннее», но в переменном токе есть разные фазы, связанные с элементами системы, такими как конденсаторы. и индукторы.

Реактивная мощность заставляет энергию возвращаться в сеть во время пассивных фаз.

Реактивная мощность также известна как фантомное питание.

Techopedia объясняет реактивную мощность

Другой способ объяснить это состоит в том, что реактивная мощность — это результирующая мощность в ваттах цепи переменного тока, когда форма волны тока не совпадает по фазе с формой волны напряжения, обычно на 90 градусов, если нагрузка является чисто реактивной, и является результатом емкостных или индуктивных нагрузок.

Фактическая работа выполняется только тогда, когда ток находится в фазе с напряжением, например, в резистивных нагрузках. Пример — включение лампы накаливания; в реактивной нагрузке энергия течет к нагрузке половину времени, тогда как в другой половине мощность течет от нее, что создает иллюзию, что нагрузка не рассеивает и не потребляет мощность.

Три вида мощности

Реактивная мощность — это один из трех типов мощности, присутствующих в нагруженных цепях.

Истинная мощность

Фактическая мощность в ваттах, рассеиваемая схемой

Реактивная мощность

Рассеиваемая мощность от индуктивных и емкостных нагрузок, измеренная в вольт-амперах, реактивная (VAR)

Полная мощность

Комбинация измерения реактивной и истинной мощности в вольт-амперах (ВА)

Реактивная мощность также называется «фантомной мощностью», потому что неясно, куда она идет.Общеизвестно, что реактивные нагрузки, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, на самом деле не рассеивают мощность в том смысле, что она не используется для их питания, но измерение напряжения и тока вокруг них указывает на то, что они падают напряжение и потребляют ток.

Мощность, рассеиваемая при этом падении напряжения и потребляемом токе, находится в форме тепла или ненужной энергии и не выполняется как фактическая работа; поэтому инженеры искали способы уменьшить это. Из-за этого фантомного питания проводники и генераторы должны иметь соответствующий номинал и размер, чтобы выдерживать полный ток, включая потери, а не только ток, который выполняет фактическую работу.

Маятник часов

Некоторые эксперты в области энергетики говорят о реактивной мощности как части движения конденсатора, которое напоминает движение маятника часов от зенита до надира. По этой аналогии, когда маятник качается вверх, переменный ток подает активную мощность на устройство назначения. По мере того, как маятник движется вниз, реактивная мощность возвращается в сеть для поглощения.

В таких определениях эксперты сказали бы, что реактивная энергия — это энергия, циркулирующая взад и вперед между источником и нагрузкой, в частности, эта реактивная мощность «исчезает» обратно к источнику.В некотором смысле это связано с задержкой между током и напряжением. Помимо конденсаторов, статические компенсаторы VAr и синхронные конденсаторы могут использоваться для управления реактивной мощностью в системе.

Ключевым моментом является размещение оборудования реактивного тока рядом с силовыми нагрузками. Это уменьшает количество реактивного тока, который система доставки должна переносить на определенное расстояние.

Реактивная мощность в сети

Чтобы справиться с реалиями переменного тока и изменения путей передачи энергии, проектировщики обязательно принимают меры по контролю напряжения.Эксперты в области энергетики отмечают, что даже изменение напряжения на 5% в данной системе может вызвать отключение электроэнергии и другие проблемы.

С этой целью многие элементы электрической системы, такие как трансформаторы, могут переключаться с подачи на поглощение реактивной мощности по фазам. Но те, кто близок к отрасли, подчеркивают, что это станет еще более важным, когда мы переведем части американской электросети на возобновляемые источники энергии.

Реактивная мощность и возобновляемые источники

Реактивная мощность также очень важна в контексте меняющихся энергосистем.

По многим важным причинам возобновляемые источники энергии, такие как солнце и ветер, заменяют традиционные источники энергии, такие как уголь и природный газ. Но это может иметь разветвления для электросети в целом.

«Всплеск возобновляемых источников энергии в сети без достаточной вращающейся массы может вызвать серьезные проблемы: отключение электроэнергии в определенных областях, чтобы привести спрос в соответствие с предложением; и отключение крупных электростанций от сети, чтобы предотвратить их перегрузку », — пишет Арчи Робб из Renewable Energy World, описывая принцип« инерции сети »и то, как это применимо к управлению реактивной мощностью в системе, которая переходит на возобновляемые источники энергии. строить.

Поскольку возобновляемые источники энергии поставляют энергию в сеть по-разному, возникнет потребность в микроуправлении активной и реактивной мощностью соответственно.

Что такое реактивная мощность и почему это важно? | Дракс | Drax

Откройте для себя бесшумную силу, которая «качает» электричество по сети

Электроэнергия, которая включает лампочки и заряжает телефоны , называется «активной мощностью». Однако для эффективного, экономичного и безопасного перемещения активной мощности по стране требуется нечто, называемое «реактивной мощностью».

Электроэнергия для насоса

Реактивная мощность вырабатывается крупными электростанциями таким же образом, как и активная мощность, но подается в систему немного по-другому.

Далеко не уедет. Так сеть региональных распределителей реактивной мощности обслуживает локальных территорий на кв.

Электростанции — не единственный источник реактивной мощности. Электронные устройства, такие как ноутбуки и телевизоры, также вырабатывают и возвращают небольшие количества реактивной мощности обратно в сеть.Это может увеличить количество реактивной мощности в сети, поэтому электростанции должны поглощать избыток.

Это потому, что, хотя реактивная мощность важна, более важно иметь правильную величину в сети. Если их слишком много, линии электропередач могут оказаться перегруженными, что приведет к нестабильности в сети. Слишком мало — снижает эффективность.

Управление реактивной мощностью обеспечивает подачу активной мощности в нужные места. Но это также означает контроль напряжения в сети.

Как контроль напряжения сдерживает волатильность

По всей Великобритании вся электроэнергия в национальной сети должна работать при одинаковом напряжении (400 кВ или 275 кВ). Отклонение всего на 5% в любую сторону может привести к повреждению оборудования или крупномасштабным отключениям электроэнергии.

National Grid ESO, системный оператор, контролирует и управляет общенациональным уровнем напряжения, чтобы гарантировать, что он остается в безопасных пределах, и это зависит от управления реактивной мощностью.

Ян Фой, руководитель вспомогательных служб Drax, объясняет: «Когда кабели« слабо загружены », например, ночью, когда спрос на электроэнергию ниже, они начинают излучать реактивную мощность, вызывая повышение напряжения».

мощность — Что такое реактивная энергия?

В электроэнергетике переменного тока реактивная энергия — это электрическая энергия, которая хранится, а не преобразуется в какую-либо другую форму энергии и, таким образом, «используется» или «потребляется». Реактивная мощность — это скорость передачи реактивной энергии от одного элемента накопителя к другому.

На схеме ниже показана типичная передача мощности от электрической сети к точке использования. Источник напряжения подается пользователю и считается идеальным однофазным источником переменного напряжения. Нагрузку можно представить в виде резистора, включенного параллельно катушке индуктивности. Напряжение источника — это напряжение на обоих компонентах нагрузки.

Ток резистора синфазен с напряжением источника. Форма волны мгновенной мощности резистора представляет собой произведение тока резистора, умноженного на напряжение источника.Эти минимальные точки на этой кривой лежат на оси X. Мощность всегда положительная, что указывает на то, что вся мощность передается от источника к резистору. Площадь под кривой представляет собой энергию, полученную резистором и рассеиваемую в виде тепла.

Ток индуктора отстает от напряжения источника на 90 градусов. Произведение напряжения источника и тока катушки индуктивности представляет собой синусоидальную волну, которая имеет положительные и отрицательные значения, среднее значение которых равно нулю. Поскольку это не является реальной мощностью, это называется «вольт-амперным, реактивным» или «VAR».«Есть равные площади выше и ниже кривой, показывающей энергию, полученную от источника и возвращенную к источнику. Это реактивная энергия.

Показанная как идеальная схема, средняя и чистая передача реактивной энергии равны нулю. Однако есть реальная энергия, которая постоянно движется вперед и назад. В идеальной системе реактивная энергия генерируется при подключении нагрузки, передается взад и вперед, пока нагрузка подключена, и возвращается к источнику при выключении нагрузки.На самом деле примерно 7% энергии теряется при каждой передаче между нагрузкой и генератором. Компания установит конденсаторные накопители на местных подстанциях или даже на опорах линий электропередачи. Используя свою структуру тарифов, коммунальные предприятия поощряют крупных пользователей поставлять свои собственные конденсаторы.

Общий вольт-ампер (ВА) — это сумма мощности (ватт) и реактивного вольт-ампера (ВАР). Это показано как синусоида, которая опускается ниже нулевой оси.

Данные цепи для выше

Напряжение питания: 240 В среднекв., 339.4 Впик

Ток резистора: 200 А (282,8 пиков)

Ток индуктора: 150 А (212,1 пк)

Ток питания: 250 Ампер (353,8 пика)

Мощность: 48 кВт (96 пик-пик)

Реактивная мощность: 36 кВАр (72 пик-пик)

Полная мощность: 60 кВА (120 пик-пик)

нет передачи полезной энергии из-за реактивной составляющей импеданса нагрузки.

Нет чистой энергии, но это только потому, что энергия передается в обоих направлениях.

… реактивная энергия и соответствующие счетчики … какую энергию фактически показывают эти счетчики?

Они считывают скорость передачи энергии туда и обратно.

Если это «реактивная энергия», что они имеют в виду?

См. Выше.

… Почему они так определяют?

VAR называются VAR, чтобы отличить энергию, которая передается туда и обратно, от энергии, которая «потребляется». Энергия, которая «потребляется», имеет гораздо более высокую стоимость, чем энергия, которая просто передается туда и обратно, но у VAR все же есть стоимость.

Коммунальные приборы

Единица измерения, которую мы использовали для выставления счетов за электроэнергию, — киловатт-час. Это площадь под кривой мощности, интегрированной в течение расчетного цикла. Для выработки ископаемого топлива энергия, измеренная счетчиком киловатт-часов, равна содержанию энергии во входящем топливе плюс потери, понесенные при производстве, передаче и распределении энергии. Большинство этих потерь прямо пропорциональны произведенной энергии.

Коммунальные предприятия также могут измерять киловар-часы.Это площадь под кривой var, интегрированной за цикл выставления счетов без учета направления потока энергии. Хотя чистая переданная реактивная энергия равна нулю, потери, возникающие при передаче и распределении переменных, прямо пропорциональны общему количеству переданных переменных. Также существуют связанные капитальные затраты на оборудование для генерации, передачи и распределения, которые пропорциональны общему количеству переданных вар.

Используемые формулы выставления счетов и измеренные количества определяются отдельными коммунальными предприятиями.Основы в целом схожи, но используются различные конкретные методы.

Список литературы

Основная информация представлена ​​аналогичным образом в учебниках по цепям переменного тока. Вот несколько ссылок, относящихся к электроэнергетике:

Edison Electric Institute, Справочник по учету электроэнергии

Майкл Бирден, Общие сведения о потоках мощности и соглашениях об именах в Приложения для двунаправленного измерения

Что конкретно такое реактивная мощность?

Поскольку я не знаю, что вы знаете, я объясню несколько связанных понятий, связанных с однофазным синусоидальным электричеством.

Короткий ответ: мнимая часть мощности возникает из-за сдвига фаз между напряжением и током. Если они синфазны, мнимая часть равна нулю. Если они сдвинуты по фазе на 90 градусов, действительная часть равна нулю. Между этими двумя углами будет получен промежуточный результат. Итак, почему?

Первое понятие — коэффициент мощности. Когда источник подает напряжение на нагрузку, ток, потребляемый нагрузкой, будет синусоидальным (при условии, что это линейная нагрузка … например, катушка индуктивности, конденсатор, резистор или их комбинация), но может не совпадать по фазе с напряжением.Если нагрузка представляет собой резистор, то ток находится в фазе с напряжением, что означает, что пик тока и пик напряжения происходят в один и тот же момент, а коэффициент мощности равен 1,0.

Вот как это выглядит. Обратите внимание, что напряжение и ток всегда имеют один и тот же знак. Таким образом, произведение I (t) * V (t) всегда положительно, что означает, что мощность подается на нагрузку в течение всего цикла (за исключением одного момента при пересечении нуля).

Если нагрузка не является резистивной по своей природе, то это идентично утверждению, что нагрузка РЕАКТИВНА, или что коэффициент мощности меньше 1, или что нагрузка содержит конденсаторы и / или катушки индуктивности.Все разные способы сказать одно и то же.

Но, если напряжение и ток не совпадают по фазе, это означает, что существует часть каждого цикла синусоидального напряжения, когда энергия доставляется к источнику от нагрузки (другими словами, в обратном направлении). Это еще один способ сказать, что нагрузка накапливает часть переданной ей энергии и возвращает ее источнику во время других частей цикла. Каждый раз, когда знак формы волны напряжения противоположен знаку формы волны тока, поток энергии идет в отрицательном направлении от нагрузки к источнику.Вот как это выглядит. Заштрихованная область между красными вертикальными линиями показывает противоположные знаки и обратный поток энергии.

Средняя мощность, подаваемая на нагрузку, может быть получена путем интегрирования мгновенной мощности за полный цикл и деления на один период. Но люди уже разработали краткий ответ, что это IRMS * VRMS * PF, где PF — коэффициент мощности, который является косинусом разности фаз между током и напряжением. И это только реальная часть сложной мощности.

Думаю, воображаемую часть можно рассматривать как энергию, которая не потребляется нагрузкой. Когда фазовый угол между напряжением и током составляет 90 градусов, знаки напряжения и тока противоположны в половине случаев, что означает, что энергия течет вперед и назад, но не потребляется. Это тот случай, когда нагрузка является чисто реактивной (катушка индуктивности или конденсатор) или мощность является чисто мнимой, а не реальной. Это выглядит так:

Импеданс

— что это означает для реактивной мощности, которая должна быть доставлена ​​/ потреблена?

Чтобы ответить на вопрос: Реальная мощность потребляется цепью.Реактивная мощность передается между цепью и источником.

Реальная мощность в Вт (П) — это полезная мощность. Что-то, что мы можем выйти из строя. Тепло, свет, механическая сила. Мощность, потребляемая резисторами или двигателями.

Полная мощность в ВА (S) — это мощность, которую источник вводит в цепь. Полное влияние схемы на источник.

Таким образом, коэффициент мощности — это своего рода КПД схемы pf = P / S. Чем ближе он к 1, тем лучше.

Реактивная мощность в VAR (вольт-ампер, реактивная) (Q) — это мощность, которая циркулирует между источником и нагрузкой.Энергия, которая хранится в конденсаторах или катушках индуктивности. Но это нужно. Например, индуктивная реактивная мощность в электродвигателях формирует магнитные поля, вращающие двигатель. Без него двигатель не работал бы, поэтому опасно считать, что он потрачен впустую, но это вроде как.

Конденсаторы и катушки индуктивности реактивные. Они хранят энергию в своих полях (электрическом и магнитном). Для 1/4 формы волны переменного тока мощность потребляется реактивным устройством по мере формирования поля. Но в следующей четверти волны электрическое или магнитное поле схлопывается, и энергия возвращается к источнику.То же самое для последних двух кварталов, но с противоположной полярностью.

Чтобы увидеть это в анимации, см. Цепи переменного тока серии. Он показывает все 6 последовательных цепей (R, L, C, RL, RC и RLC). Включите мгновенное питание. Когда p положительно, источник обеспечивает питание. Когда p отрицательно, на источник подается питание.

Для R потребляется мощность. Для L или C мощность течет между источником и устройством. Для RL или RC эти два отношения объединены. Резистор потребляет, а реактивное устройство сохраняет / отправляет энергию источнику.

Истинное преимущество заключается в том, что в цепи включены индуктор И конденсатор. Опережающая емкостная реактивная мощность противоположна по полярности отстающей индуктивной реактивной мощности. Конденсатор подает питание на катушку индуктивности, уменьшая реактивную мощность, которую должен обеспечить источник. Основа для коррекции коэффициента мощности.

Выберите RLC в справочнике. Обратите внимание, что напряжение источника \ $ V_S \ $ (гипотенозное) формируется из \ $ V_R \ $ и \ $ V_L — V_C \ $. Это меньше, чем если бы образовано из \ $ V_R \ $ и \ $ V_L \ $

Если конденсатор обеспечивает всю мощность катушки индуктивности, нагрузка становится резистивной и P = S и pf = 1.Треугольник власти исчезнет. Требуемый ток источника меньше, что означает, что кабели и защита цепи могут быть меньше. Внутри двигателя существует неисправленный треугольник мощности с дополнительным током, исходящим от конденсатора.

В ссылке показаны последовательные цепи, но любой C будет подавать питание на любой L в цепи переменного тока, уменьшая полную мощность, которую должен обеспечивать источник.

---

Редактировать…

Возьмем пример. P = двигатель мощностью 1 кВт при отставании 0,707 пФ с источником 120 В.

До коррекции коэффициента мощности: \ $ Q_L = 1 кВАр \ $ и \ $ S_1 = 1,42 кВА \ $ (пунктирная линия) \ $ Θ_1 = отставание на 45 ° \ $, как в I, отставание \ $ V_S \ $ на 45 °. \ $ I_1 = 11,8А \

$

Увеличьте коэффициент мощности до 0,95, добавив конденсатор параллельно нагрузке.

После коррекции фактора: P и \ $ Q_L \ $ все еще существуют. Конденсатор добавляет \ $ Q_C = 671VAR \ $. Это уменьшает реактивную мощность, которую должен обеспечивать источник, поэтому чистая реактивная мощность составляет \ $ Q_T = 329VAR \ $. \ $ S_2 = 1,053 кВА \ $ и \ $ I_2 = 8,8 А \ $ A 25.Экономия тока 8%. В треугольнике мощности существует все, кроме \ $ S_1 \ $.

Конденсатор подает 671 ВАр опережающей реактивной мощности к отстающей реактивной мощности двигателя, снижая чистую реактивную мощность до 329 ВАр. Конденсатор действует как источник для индуктора (катушек двигателя).

Электрическое поле заряда конденсатора. По мере разряда электрического поля формируются магнитные поля катушек. Когда магнитные поля разрушаются, конденсатор заряжается. Повторить. Мощность передается между конденсатором и катушкой индуктивности.

Идеально, когда \ $ Q_L = Q_C \ $. Треугольник мощности исчезнет. \ $ S_2 = P = 1кВА \ $ и \ $ I_2 = 8.33A \

$

Понимание основ реактивной мощности

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

Реактивная мощность — это бесполезная и необходимая электроэнергия

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

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

Пример коэффициента мощности: лошадь и дрезина

Источник: Consolidated Edison

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

Огромные отключения электроэнергии в результате сбоев реактивной мощности

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

Производство реактивной мощности, иногда называемой мнимой мощностью , требует мощности электростанции, не принося при этом прямой экономической ценности — представьте лошадь, тянущую вагон по диагонали. Для интегрированных монопольных коммунальных предприятий использование электростанций для выработки реактивной мощности компенсируется тарифной базой. Для коммерческих генераторов реактивная мощность отнимается от мощности электростанции, которая вместо этого может производить реальную мощность. Таким образом, реактивная мощность должна компенсироваться в качестве вспомогательной услуги.

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

Реактивная мощность возникает в результате задержки между током и напряжением

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

Фазы тока, напряжения и мощности в системе переменного тока

Источник: MIT Electric Grid of the Future Report

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

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

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

Регулирование реактивной мощности в системе распределения электроэнергии

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

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

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