Чем отличается активная мощность от реактивной

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.

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).

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.

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.

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.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Активная, реактивная, неактивная и полная мощность электрического тока

Активная, реактивная, неактивная и полная мощность электрического тока

Мощность
Мощность определяется работой, совершаемой в одну секунду (характеризует насколько быстро совершается работа).
Электрическая мощность есть расход электрической энергии в одну секунду.
Электрическая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.
Протекание тока в электрической цепи сопровождается потреблением электроэнергии от источников, скорость потребления энергии характеризуется мощностью.
Работой электрического тока называют превращение его энергии в какую-либо другую энергию, например в тепловую, световую, механическую. Работоспособность тока оценивается по его мощности, обозначаемой буквой P, в международной системе W.
Мгновенная мощность — произведение мгновенных значений напряжения U и силы тока I на участке электрической цепи.
P=U*I
В большинстве случаев речь идет о некой усредненной мощности, которая получается интегрированием (похоже на вычисление площади) мгновенной мощности в течение периода.
Чаще всего речь идет о мощности потребляемой устройством, а для источников энергии указывается их выходная мощность — мощность которую они могут отдать потребителю (нагрузке).

Активная мощность
Активная мощность — среднее значение мгновенной мощности за период.
Мощность цепи имеющей только активные сопротивления (нагрузку) называется активной мощностью.
Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную-только ту которая не вернется в источник).
Активная мощность характеризует необратимый (безвозвратный) расход энергии тока.

Необратимый расход энергии (активная мощность) может уйти как на потери (нагрев проводов и изоляторов), так и на пользу: полезный нагрев, преобразование в другие виды энергии (совершение работы), излучение радиопередатчика, передача в другую цепь и т.п.
При однофазном синусоидальном токе и напряжении (тот ток, который мы можем получить дома из электрической розетки, подключив к ней лампу накаливания):
P=U*I*cos &#966, где &#966 — угол сдвига фаз между током и напряжением, cos &#966 — коэффициент мощности — показывает какую долю полной мощности составляет активная мощность.
Единица активной мощности — Вт (ватт); международное W.

В цепях постоянного тока значение мгновенной и средней мощности за промежуток времени совпадают, понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока так происходит, если нагрузка чисто активная (электронагреватель, утюг, лампа накаливания). При такой нагрузке напряжения и фаза тока совпадают и почти вся мощность передается в нагрузку.

Реактивная мощность (Q)
Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду. Она характеризует реактивную энергию — энергию не расходующуюся безвозвратно, а лишь временно запасающуюся в магнитном поле. Реактивная мощность характеризует энергию, совершающую колебания между источником и реактивным (индуктивным и/или емкостным) участком цепи без ее преобразования.
Измеряется вольт-амперами реактивными (вар или международное: var).

Q=U*I*sin &#966, где &#966 — угол сдвига фаз между током и напряжением,

Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, электромагниты), ток отстает по фазе от напряжения, если нагрузка емкостная (различные электронные устройства — конденсатор как накопитель энергии в импульсном блоке питания), 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).

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 &#966 ).

Несмотря на то, что реактивная энергия переносится от источника к реактивной нагрузке и обратно (дважды за период, каждую четверть периода меняя направление), реактивный ток вызывает дополнительные потери энергии в активном сопротивлении проводов, соответственно энергии от источника берется больше, чем возвращается (потери не вернутся обратно в источник), следовательно генератор (трансформатор, источник бесперебойного питания и т.п.) следует брать большей мощности, а провода большего сечения.
В радиотехнике реактивная мощность может быть полезной (например колебательные контура).

Крупные предприятия генерируют большие реактивные токи, которые отрицательно сказываются на функционировании энергосистемы. По этой причине, для них проводится учет как активной, так и реактивной составляющей мощности. Для уменьшения генерации реактивных токов на предприятиях применяют установки компенсации реактивной мощности.

Неактивная мощность (пассивная мощность, N) — это мощность нелинейных искажений тока, равная корню квадратному из разности квадратов полной и активной мощностей в цепи переменного тока.
В цепи с синусоидальным напряжением неактивная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов реактивной мощности и мощностей высших гармоник тока.
При отсутствии высших гармоник неактивная мощность равна модулю реактивной мощности.
Под мощностью гармоники тока понимается произведение действующего значения силы тока данной гармоники на действующее значение напряжения.
Наличие нелинейных искажений тока в цепи означает нарушение пропорциональности между мгновенными значениями напряжения и силы тока, вызванное нелинейностью нагрузки, например когда нагрузка имеет импульсный характер.
При нелинейной нагрузке увеличивается кажущаяся (полная) мощность в цепи за счёт мощности нелинейных искажений тока, которая не принимает участия в совершении работы.
Мощность нелинейных искажений не является активной и включает в себя как реактивную мощность, так и мощность прочих искажений тока.
Неактивная мощность состоит из составляющих (например мощность искажения)
Данная физическая величина имеет размерность мощности, поэтому в качестве единицы измерения неактивной мощности можно использовать В∙А (вольт-ампер) или вар (вольт-ампер реактивный).

Полная мощность
Полная мощность (S) равна напряжению умноженному на ток, соответственно измеряется в Вольт-амперах (ВА, или международное VA).
При линейной нагрузке полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной мощности.
При нелинейной нагрузке (например импульсные блоки питания без корректора коэффициента мощности) полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощности.

Практической единицей измерения электрической энергии является киловатт-час (кВт*ч), т.е. работа совершаемая при неизменной мощности (1 кВт) в течение 1 часа. Внесистемная единица измерения количества произведенной или потреблённой энергии, а также выполненной работы. Используется преимущественно для измерения потребления электроэнергии в быту и производстве, для измерения выработки электроэнергии в электроэнергетике.

Счетчик в квартире считает активную мощность.

Электросчетчик активной и реактивной энергии ЦЭ6812Э

На предприятиях промышленности и электроэнергетики актуальной является проблема одновременного учета активной и реактивной электроэнергии. Для этих целей применяются как раздельные электросчетчики активной и реактивной энергии, так и совмещенные — электросчетчики. Концерн «Энергомера» производит широкую номенклатуру трехфазных электросчетчиков для учета активной энергии класса точности 0,2-2,0 прямого и трансформаторного включения, однотарифных и многотарифных, а также трехфазный однотарифный электросчетчик ЦЭ6811 для учета реактивной энергии. Есть в арсенале Концерна и трехфазный многотарифный многофункциональный совмещенный активно-реактивный электросчетчик ЦЭ6850.

Однако в последнее время потребители все чаще проявляют интерес к недорогим однотарифным совмещенным электросчетчикам. Некоторые фирмы решают эту проблему путем размещения в одном корпусе фактически двух электросчетчиков — активного и реактивного. В этом случае электронный блок электросчетчика отличается большим количеством комплектующих элементов и, как правило, имеет низкую надежность. С целью решения данной проблемы во втором квартале 2003 года Концерн приступает к серийному выпуску нового трехфазного микропроцессорного активно-реактивного электросчетчика ЦЭ6812Э.

Принцип действия электросчетчика ЦЭ6812Э основан на измерении мгновенных значений токов и напряжений с помощью шестиканального АЦП и вычисления активной, полной и реактивной мощностей. Реактивная мощность вычисляется по формуле:

где Q — реактивная мощность;
S — полная мощность;
Р — активная мощность.

Однотарифный электросчетчик ЦЭ6812 предназначен для совмещенного учета активной и реактивной электроэнергии в трехфазных четырехпроводных цепях переменного тока, непосредственно, или через измерительные трансформаторы, автономно или в составе информационно измерительных систем в качестве датчика приращения мощности. измеряет активную энергию в одном направлении, а также емкостную и индуктивную составляющие реактивной энергии. В данной модели электросчетчика в качестве счетного устройства используется ЖКИ. Информация отображается на ЖКИ поочередно за три кадра (активная, индуктивная, емкостная) со временем индикации каждого по 8 секунд. При измерении реактивной энергии ее характер анализируется по каждой фазе отдельно и учитывается в своем сумматоре. Например, если по двум фазам характер нагрузки индуктивный, а по одной емкостной, то накопление энергии будет вестись одновременно на два сумматора.
Данный электросчетчик отличается технологическим запасом по классу точности, высокой чувствительностью, малым энергопотреблением и невысокой стоимостью.

Возможные исполнения электросчетчика представлены в таблице.

Электросчетчики ЦЭ6812Э сертифицированы и внесены в Госреестр средств измерений России, а их производство аттестовано на соответствие международному стандарту качества ИСО 9001.

Базовые сведения об активной и реактивной электроэнергии (мощности)

Что означают эти понятия и для чего они нужны

Довольно часто многие клиенты просят пояснить понятия активной и реактивной электроэнергии. Используя термины АКТИВНАЯ и РЕАКТИВНАЯ, более корректно их сочетать со словом мощность, хотя ряд изданий использует «электроэнергия» в качестве второго слова в словосочетании. Предлагаем разобраться в данной ситуации.
Обратимся к основам электротехники, описанным в книге Бессонова Л. А. «Теоретические основы электротехники» — М: Высшая школа, 1984:

Нет активной электроэнергии. Есть активная мощность.
Нет реактивной электроэнергии. Есть реактивная мощность.

Активная — это нагревание резисторов.
Реактивная — колебание тока и напряжения в ёмкостях и индуктивностях.

Как правило, потребители (нагревательные приборы, лампы накаливания и т.д.) используют только активную мощность, поэтому её должно быть больше. Тем не менее, есть приборы и с реактивной мощностью (двигатели, печки и т.д.). Поэтому на производстве, как правило, применяются электросчетчики, учитывающие как активную, так и реактивную составляющую полной мощности, напр. электросчетчики Энергомера СЕ302 S33 543 380V 5(10)A.

Другими словами, если в цепи ток совпадает с напряжением, то это так называемая АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ ( не электроэнергия, такого понятия нет) . Если ток по фазе опережает напряжение либо отстает от него — это РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ и она не производит полезную работу.
Косинус угла разности фаз тока и напряжения и есть этот непонятный для потребителей косинус фи. Чем он меньше, тем больше разность фаз между током и напряжением и тем меньше будет произведено полезной работы электрическим током. Чем ближе он к единице, тем больше доля полезной, активной мощности. А бороться с бесполезными индуктивными токами обычно пытаются, включая в схему дополнительный конденсатор.Так что берите клещи, измеряйте реактивку, если меньше 0,9, ставьте кондёры подходящего номинала и будет вам счастье! Ибо уменьшая реактив, вы уменьшаете и актив, это факт. Электрочётчик это тоже покажет.

Понятие активной мощности можно объяснить, используя простейшую аналогию. Рассмотрим строительную тачку, показанную на рисунке.

Для того, чтобы сдвинуть тачку с места, очевидно, что необходимо применить силу к ручке. (направить силу на ручку).

Но сила применима в прямом направлении только когда мы поднимем тачку. В противном случае возникает препятствие для движения в виде подножки (подставки) тачки.

Активная энергия – это то, что является результатом активной работы, т.е.продвижения тачки в прямом направлении. Следовательно, активная энергия – это только усилие, прикладываемое к тачке, чтобы заставить ее двигаться и таким образом выполнять реальную, то бишь, полезную работу.

Реактивной энергией можно считать ту, которая помогает держать тачку поднятой.

Полная мощность (поднятия (активная мощность) плюс толкания (реактивная мощность)) — то, что в итоге применяется к ручке тачки.

Счетчик реактивной энергии — это скорее всего, прибор неизвестный нашим обычным (домашним) потребителям, которые повсеместно используют для расчетов с энергопоставляющей компанией счетчики активной энергии. Домашний пользователь, таким образом, находится в удобном положении — платит только за полезную энергию и не должен интересоваться какой коэффициент мощности в его установке.

А вот промышленные потребители — в отличие от первой группы — обязаны, на основании подписанных договоров и часто под угрозой финансовых штрафов, поддерживать коэффициент мощности на должном уровне. Коэффициент tgφ глубоко укоренился в энергетическом законодательстве и его определяют как результат отношения реактивной мощности к активной мощности в данный расчетный период. Если вернуться на некоторое время к треугольнику мощности в синусоидальных системах, то мы заметим, что тангенс угла сдвига фаз между током и напряжением равен отношению реактивной мощности Q к активной мощности P. Таким образом, критерий удержания tgφ ниже 0,4 не означает ничего другого, как только определение, что максимальный уровень подсчитанной реактивной энергии не может быть выше, чем 0,4 от значения полученной активной энергии. Любое потребление реактивной энергии выше договоренности подлежит дополнительной оплате.

Дополнительно о реактивной мощности можно почитать в наших статьях здесь и здесь

Чем отличается активная мощность от реактивной

7.7. РЕАКТИВНАЯ И ПОЛНАЯ МОЩНОСТЬ

Для более полного описания энергетических процессов в цепях синусоидального тока, предназначенных для передачи энергии, вводятся понятия реактивной Q и полной S мощностей:

Q = UI sinφ = I 2 Х = U 2 B; S = UI = I 2 z = U 2 y.

Реактивная мощность Q измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), полная мощность S — в вольт-амперах (В·А).

Активная, реактивная и полная мощности связаны друг с другом соотношениями:

P = S cosφ; Q = S sinφ; .

Из приведенных соотношений следует, что индуктивная цепь потребляет реактивную мощность: при отставании тока от напряжения φ > 0 и Q > 0. При емкостном характере цепи, наоборот, φ Q S определяет амплитуду колебаний мгновенной мощности p ( t ) (см. рис. 7.7 ). Активную, реактивную и полную мощности можно непосредственно определить по комплексным напряжению и току на участке цепи.

Рассмотрим комплексную мощность — произведение комплексного напряжения на сопряженную величину комплексного тока :

Таким образом, вещественная часть комплексной мощности равна активной мощности, а мнимая часть — реактивной мощности на рассматриваемом участке цепи.

Из полученных соотношений также следует:

= P + jQ = I 2 (R + jX) = I 2 Z; S* = P-jQ = U 2 (G — jB) = U 2 Y,

откуда Y = S * /U 2 .

При расчетах энергетических сетей, когда требуется обеспечить заданное потребление мощности в нагрузках, подключенных к узлам сети, исходными при расчете являются не проводимости этих нагрузок Y н , а потребляемые ими комплексные мощности S н . Поэтому система узловых уравнений, составленная для расчета режима в такой сети, является нелинейной: элементы матрицы узловых проводимостей Y н = S * н / U 2 н зависят от искомых узловых напряжений на нагрузках U н . Это существенно усложняет расчет и требует применения методов решения нелинейных задач, рассматриваемых в лекции 28 .

Баланс мощностей в цепи синусоидального тока. Условие баланса мощностей, вырабатываемых источниками любой сложной электрической цепи, и мощностей, потребляемых приемниками (см. п. 6.6 ), выполняется и для мгновенных мощностей при синусоидальном токе:

или .

Поскольку это условие имеет место для любого момента времени, то оно должно соблюдаться отдельно как для средних за период составляющих мгновенной мощности — активных мощностей приемников и источников

.

так и для переменных составляющих мгновенной мощности, равных при ψ i = 0 . Рассматривая последние в момент времени w t = p /4, когда cos(2 w t + φ k )= – sinφ k , приходим к заключению, что из баланса пульсирующих составляющих вытекает условие баланса реактивных мощностей, генерируемых элементами цепи:

.

Входящие в левую часть равенства слагаемые, отвечающие емкостным элементам, будут отрицательными, так как для них φ k Приемники Источники

Что такое 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:

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.

23 марта 2016

Поделитесь ссылкой со своими друзьями:

ТСКБ-Гранит

Энергосбережение , Энергоаудит , Энергетический паспорт , Программа энергоэффективности , Тепловизионное обследование , Электролаборатория

тел. +7 (495) 589-96-11
+7 (498) 720-93-43

• Главная
• Услуги
• Лицензии
• О нас
• Контакты
• Задать вопрос
• Вакансии
• Личный кабинет

Передвижная электротехническая лаборатория

• Заказать измерение
• Молниезащита и заземляющие устройства

Отопительное оборудование

Электротехническое оборудование

Энергоаудит

• Заказать энергоаудит
• Действующее законодательство
• Стандарты и правила НП Энергоаудит
• Опросный лист на энергоаудит
• Реестр энергопаспортов
• Cтоимость энергоаудита
• Расчет сметы

Программа энергосбережения

Энергосбережение

• Освещение
• Отопление и ГВС
• Презентация
• Смешанные нагрузки
• Тепловизионная съёмка
• Частотные преобразователи
• Электродвигатели
• Цены

Библиотека

• Водоснабжение
• Освещение
• Отопление
• Тепловые насосы
• Электроснабжение
• Энергосбережение

Реактивная мощность

Как известно, генератор переменного тока вырабатывает два вида электрической энергии — активную и реактивную. Активная энергия расходуется в электрических печах, лампах, электрических машинах и иных потребителях, переходя в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую. Реактивная же энергия не расходуется потребителями и возвращается по питающей линии к генератору. Это влечет рост тока, протекающего по ЭС, и соответственно требует увеличения площади их сечения.

Компенсация реактивной мощности

В электрических цепях, содержащих комбинированные сопротивления (нагрузку), в частности, активную (лампы накаливания, электронагреватель и др.) и индуктивную (электродвигатели, распределительные трансформаторы, сварочное оборудование, люминесцентные лампы и др.) составляющие, общую мощность, забираемую от сети, можно выразить следующей векторной диаграммой:

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени (см. рис.), когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно). Соответствующую мощность называют реактивной.

Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами, называется коэффициентом (фактором) мощности.

Активная энергия преобразуется в полезную – механическую, тепловую и др. энергии. Реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, однако она необходима для создания электромагнитного поля, наличие которого является необходимым условием для работы электродвигателей и трансформаторов. Потребление реактивной мощности от энергоснабжающей организации нецелесообразно, так как приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей (снижение пропускной способности), а так же повышению активных потерь и падению напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети). Поэтому реактивную мощность необходимо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности (КРМ), основными элементами которых являются конденсаторы.

Установки КРМ – электроприемники с емкостным током, которые при работе формируют опережающую реактивную мощность (ток по фазе опережает напряжение) для компенсации отстающей реактивной мощности, генерируемой индуктивной нагрузкой.

Реактивная мощность Q пропорциональна реактивному току, протекающему через индуктивный элемент:
Q = U x IL,
где IL – реактивный (индуктивный) ток, U – напряжение сети. Таким образом, полный ток, питающий нагрузку, складывается из активной и индуктивной составляющих:
I = IR + IL.
Для снижения доли реактивного тока в системе «генератор-нагрузка» параллельно нагрузке подключают компенсаторы (установки КРМ). Реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами – индуктивными обмотками нагрузки и компенсатором. Такая компенсация реактивной мощности (снижение индуктивного тока в системе «генератор-нагрузка») позволяет, в частности, передать в нагрузку большую активную мощность при той же номинальной полной мощности генератора.

Для чего необходима компенсация реактивной мощности?

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором), не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания.
Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (ф) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: cos(ф) = P/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Пример: при cos(ф) = 1 для передачи 500 KW в сети переменного тока 400 V необходим ток значением 722 А. Для передачи той же активной мощности при коэффициенте cos(ф) = 0,6 значение тока повышается до 1203 А.

Соответственно все оборудование питания сети, передачи и распределения энергии должны быть рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, в результате больших нагрузок срок эксплуатации этого оборудования может соответственно снизиться.
Дальнейшим фактором повышения затрат является возникающая из-за повышенного значения общего тока теплоотдача в кабелях и других распределительных устройствах, в трансформаторах и генераторах.
Возьмем, к примеру, в нашем выше приведенном случае при cos(ф) = 1 мощность потерь равную 10 KW. При cos(ф) = 0,6 она повышается на 180 % и составляет уже 28 KW.
Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитным фактором, неблагоприятным для сети в целом. В результате этого:

• возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
• снижается пропускная способность распределительной сети;
• отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Все сказанное выше является основной причиной того, что предприятия электроснабжения требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети.
Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности – важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения предприятия. Эту функцию выполняют устройства компенсации реактивной мощности (КРМ-конденсаторные установки), основными элементами которых являются конденсаторы.

Правильная компенсация реактивной мощности позволяет:

• снизить общие расходы на электроэнергию;
• уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;
• снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию;
• снизить влияние высших гармоник;
• подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
• добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях она позволяет:

• исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
• снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;
• увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;
• обеспечить получение информации о параметрах и состоянии сети,

а во вновь создаваемых сетях — уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

Где необходима компенсация реактивной мощности

Одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок промышленных предприятий является компенсация реактивной мощности с одновременным повышением качества электроэнергии непосредственно в сетях предприятий. Чем ниже коэффициент мощности cos(ф) при одной и той же активной нагрузке электроприемников, тем больше потери мощности и падение напряжения в элементах систем электроснабжения. Поэтому следует всегда стремиться к получению наибольшего значения коэффициента мощности.
Для решения этой задачи применяются компенсирующие устройства, называемые установками компенсации реактивной мощности (КРМ), основными элементами которых являются конденсаторы. Применение установок КРМ позволяет исключить оплату за потребление из сети и генерацию в сеть реактивной мощности, при этом суммы платежа за потребляемую энергию, определяемые тарифами энергосистемы, значительно сокращаются.
Применение установок КРМ эффективно на предприятиях, где используются станки, компрессоры, насосы, сварочные трансформаторы, электропечи, электролизные установки и прочие потребители энергии с резкопеременной нагрузкой, то есть на производствах металлургической, горнодобывающей, пищевой промышленности, в машиностроении, деревообработке и производстве стройматериалов – то есть везде, где из-за специфики производственных и технологических процессов значение cos(ф) колеблется от 0,5 до 0,8.

Применение установок компенсации реактивной мощности КРМ необходимо на предприятих, использующих:

Асинхронные двигатели (cos(ф)

0.7);
Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ф)

0.5);
Выпрямительные электролизные установки (cos(ф)

0.6);
Электродуговые печи (cos(ф)

0.6);
Индукционные печи (cos(ф)

0.2-0.6);
Водяные насосы (cos(ф)

0.8);
Компрессоры (cos(ф)

0.7);
Машины, станки (cos(ф)

0.5);
Сварочные трансформаторы (cos(ф)

0.4);
Лампы дневного света (cos(ф)

Снижение величины полной мощности при компенсации реактивной мощности:

Снижение величины полной мощности при компенсации до cos(ф) = 0,95