Для чего нужна компенсация реактивной мощности?
Наибольшую нагрузку промышленным электрическим сетям дают асинхронные электродвигатели и трансформаторы.
Результатом индуктивной нагрузки становится реактивная мощность, не дающая никакого нужного действия, она лишь приводит к генерированию электромагнитных полей и увеличивает нагрузку на электрические цепи.
Чтобы устранить возможные негативные последствия такого воздействия, требуется компенсация реактивной мощности. Ведущими ее потребителями являются асинхронные электромоторы и малонагруженные трансформаторы.
Для чего нужно ее компенсировать?
Активная и реактивная мощность параллельно учитываются поставщиком электроэнергии, и отсутствие компенсации приводит к значительному увеличению счетов за электричество. Компенсация безваттной или реактивной мощности необходима сразу по нескольким причинам:
- Ее наличие способствует ухудшению показателей работы электросети. Электростанции перегружаются, что приводит к увеличенному расходу топлива и напрасным потерям.
- Она приводит к существенному повышению нагрузки на линии электропередач, в результате приходится использовать силовые кабели с большим размером сечения. Это провоцирует повышенные затраты на обустройство и поддержание работоспособности ЛЭП.
- Компенсатор реактивной мощности значительно сокращает энергозатраты предприятия, что дает возможность снизить себестоимость готовой продукции.
Аудит энергосбережения на предприятии помогает выявить избыточный расход, чтобы подобрать наиболее эффективный метод компенсации.
Что дают компенсаторные установки?
Установка компенсации реактивной мощности помогает решить сразу несколько задач:
- Сокращение общих трат электрической энергии для повышения рентабельности работы предприятия.
- Снижение нагрузки на подводящие линии, трансформаторные устройства и другие компоненты электросети. В результате увеличивается срок их безаварийной эксплуатации.
- Понижение тепловых потерь тока, снижение сетевых помех, устранение асимметрии фаз.
- Наращивание пропускной способности системы электроснабжения, что дает возможность подключать дополнительные потребители без дорогостоящей модернизации энергосети.
Таким образом, установки реактивной мощности компенсируют ее, предотвращая избыточную нагрузку и сводя к минимуму напрасные потери электроэнергии. Компенсация может быть индивидуальной для каждого потребителя тока, групповой для нескольких приборов или централизованной, при которой группа конденсаторов устанавливается в распределительный шкаф.
Помощь при выборе компенсаторных установок
АО «Электроинтер» помогает выбрать подходящие установки компенсации реактивной мощности для асинхронных электродвигателей и другого электрооборудования. Предоставляются подробные консультации по выбору электротехники, а также по проведению необходимых расчетов.
Источник: http://electrointer.ru/stati/dlja-chego-nuzhna-kompensacija-reaktivnoj-moshhnosti/
Теория реактивной мощности
Теория реактивной мощности
Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности, потребляемой нагрузкой, составляющей, которая формирует электромагнитные поля и обеспечивает вращающий момент двигателя. Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер.
В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резистивный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения. Если нагрузка имеет индуктивный характер (двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы), ток опережает напряжение.
Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой:
- Iа — активный ток
- Iри — реактивный ток индуктивного характера
К этим токам привязаны мощности потребляемые двигателем.
- Р – активная мощность привязана к Iа (по всем гармоникам суммарно)
- Q – реактивная мощность привязана к Iри (по всем гармоникам суммарно)
- A – полная мощность потребляемая двигателем. (по всем гармоникам суммарно)
Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную мощность, имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.
Параметр определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (φ)
Cos (φ) = P1гарм / A1гарм
где:
- P1гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц
- A1гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц
где:
A = √P² + Q²
Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий сos (φ) несет следующие проблемы:
- Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности);
- Высокие перепады напряжения в электрических линиях (например 330370 В, вместо 380 В);
- Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.
Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность двигателей.
Потребители реактивной мощности
Потребителями реактивной мощности, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи (трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии которые по принципу своего действия используют магнитное поле (асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.). До 80-85% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминисцентное освещение и т.п.
Трансформатор как потребитель реактивной мощности. Трансформатор является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от электростанции до потребителя. В зависимости от расстояния между электростанцией и потребителем и от схемы передачи электроэнергии число ступеней трансформации лежит в пределах от двух до шести.
Поэтому установленная трансформаторная мощность обычно в несколько раз превышает суммарную мощность генераторов энергосистемы. Каждый трансформатор сам является потребителем реактивной мощности.
Реактивная мощность необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую.
Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 60-65% всей реактивной мощности нагрузок энергосистемы. По принципу действия асинхронный двигатель подобен трансформатору. Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя – статора передаётся во вторичную – ротор посредствам магнитного поля.
Индукционные печи как потребители реактивной мощности. К крупным электроприемникам, требующим для своего действия большой реактивной мощности, прежде всего, относятся индукционные печи промышленной частоты для плавки металлов. По существу эти печи представляют собой мощные, но не совершенные с точки зрения трансформаторостроения трансформаторы, вторичной обмоткой которых является металл (садка), расплавляемый индуктированными в нём токами.
Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей, также относятся к крупным потребителям реактивной мощности. Выпрямительные установки нашли широкое применение в промышленности и на транспорте.
Так, установки большей мощности с ртутными преобразователями используются для питания электроизоляционных ванн, например при производстве алюминия, каустической соды и др.
Железнодорожный транспорт в нашей стране почти полностью электрифицирован, причём значительная часть железных дорог использует постоянный ток преобразовательных установок.
Компенсация реактивной мощности в электрических сетях
С другой стороны, элементы распределительной сети (линии электропередачи, повышающие и понижающие трансформаторы) в силу особенностей конструктивного исполнения имеют продольное индуктивное сопротивление.
Поэтому, даже для нагрузки потребляющей только активную мощность, в начале распределительной сети будет иметь место индуктивная составляющая – реактивная мощность.
Величина этой реактивной мощности зависит от индуктивного сопротивления распределительной сети и полностью расходуется на потери в элементах этой распределительной сети.
Действительно, для простейшей схемы:
- Р – активная мощность в центре питания,
- Рн – активная мощность на шинах потребителя,
- R – активное сопротивление распределительной сети,
- Q – реактивная мощность в центре питания,
- Qн – реактивная мощность на шинах потребителя.
- U – напряжение в центре питания,
- Uн – напряжение на шинах потребителя,
- Х – индуктивное сопротивление распределительной сети.
В результате, независимо от характера нагрузки, по распределительной сети от источника питания будет передаваться реактивная мощность Q. При двигательном характере нагрузки ситуация ухудшается – значения мощности в центре питания увеличивается и становится равными:
Р = Рн + ( Рн² + Qн² ) * R / Uн²;
Q = Qн + ( Рн² + Qн² ) * X / Uн².
Передаваемая от источника питания к потребителю реактивная мощность имеет следующие недостатки:
- В распределительной сети возникают дополнительные потери активной мощности – потери при транспорте электрической энергии:
δР = ( Рн² + Qн² ) * R ,
часть которых (а иногда и значительную) составляют потери от транспорта реактивной мощности.
- Величина напряжения у потребителя, а, следовательно, и качество электрической энергии, снижается:
Uн = U – ( P * R + Q * X ) / U.
- Увеличивается распределительной сети током, что лишает потребителя возможности перспективного развития.
Таким образом, транспортировка реактивной мощности по распределительным сетям от центров питания к потребителям превращается в сложную технико-экономическую проблему, затрагивающую как вопросы экономичности так и вопросы надежности систем электроснабжения.
Классическим решением данной проблемы в распределительных сетях является компенсация реактивной мощности у потребителя путём установки у него дополнительных источников реактивной мощности – потребительских статических конденсаторов.
Компенсация реактивной мощности применяется:
- по условию баланса реактивной мощности;
- как важное мероприятие для снижения потерь электрической энергии в сетях;
- для регулирования напряжения.
Источник: https://www.nucon.ru/reactive-power/theory-of-reactive-power.php
Что такое реактивная мощность и её компенсация
17.08.2017
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.
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:
-
Вводное устройство – автоматический выключатель, разъединитель предохранительный или выключатель нагрузки (при наличии еще одного вводного устройства, например, в ГРЩ).
-
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.
-
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).
-
Антирезонансные дроссели (реакторы) – используются для защиты от перегрузки токами конденсаторов при наличии в сети высших гармоник.
-
Компенсационные конденсаторы – главный компонент всей установки – емкостной элемент. о применении, конструкции и монтаже низковольтных цилиндрических компенсационных конденсаторов в предыдущей статье.
-
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.
| 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 22.06.2020 г.
Источник: https://lsys.su/news/articles/chto-takoe-reaktivnaya-moshchnost-i-eye-kompensatsiya.html
Высоковольтные конденсаторные установки
Конденсаторные установки (6 кв. и 10 кв.) компенсации реактивной мощности для сетей высокого напряжения предназначены, для повышения коэффициента компенсации реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий и распределительных сетей напряжением 6 и 10 кВ, частоты 50Гц.
| Номинальная , кВ | 6,3; 10,5 | |
| Номинальная частота, Гц | 50 | |
| Номинальная , квар | от 100 квар и выше (рекомендуем заполнить опросный лист) | |
| Стандартный шаг регулирования, квар | — | 50; 100; 150; 200; 250; 300; 450 возможны другие варианты по требованию Заказчика |
| Варианты регулирования | нерегулируемая / ручное регулирование | автоматическое или ручное |
| Максимальная перегрузка по току, Iном | 1,3 | |
| Максимальная перегрузка по напряжению, Uном | 1,1 | |
| Схема соединения конденсаторов | треугольник | |
| Тип конденсаторов | Однофазные или трёхфазные конденсаторные установки производства РФ или стран Европейского союза. Конденсаторы изготовлены в металлическом корпусе со встроенными разрядными резисторами. Конденсаторы пропитаны экологически безопасной диэлектрической жидкостью и защищены от короткого замыкания предохранителями. | |
| Наличие защиты конденсаторов от токов высших гармоник | установки используются в сетях с гармоническими искажениями согласно ГОСТ 13109-97 | В составе используюттся в соответствии с параметрами электросети заказчика фильтры гармоник на 134; 189 и 210 Гц |
| Варианты исполнения | металлический шкаф окрашенный полиэфирной композицией по RAL7032 с принудительной вентиляцией; блочно-модульный контейнер северного исполнения с утепленной металлической оболочкой, штатно оборудуется освещением, источником энергии 220В, системой отопления и вентиляции, опционально оборудуется системами пожаротушения и сигнализации, воздушным вводом.В обоих исполнениях возможна окраска в корпоративные цвета заказчика с нанесением логотипа компании (требуется ТЗ) | |
| Варианты климатического исполнения | внутреннее У3; наружнее У1; в блочно-модульном контейнере УХЛ1 | |
| Класс защиты | от IP21 до IP54 | |
| Диапазон температур, стандартно | от -40 до + 40 металический шкаф, от -60 до + 40 блочно-модульный контейнер | |
| Габаритные размеры | стандартно в соттветствии с типономиналом или по ТЗ заказчика |
Структура условного обозначения типономинала установок расшифровывается следующим образом:
АУКРМ (УКЛ(П))1 – Х2–ХХХ3–ХХХ4–Х5Х6–К7–ХХХ8Х9
1 – установка конденсаторная регулируемая, УКЛ(П) — нерегулируемая буквы Л и П обозначают с какой стороны расположена вводная ячейка, с левой или с правой;
2 – напряжение, кВ;
3 – мощность, кВАр;
4 – мощность минимальной ступени, кВАр;
5 – наличие постоянной ступени: 1 – есть, 0 – нет;
6 – число автоматических ступеней;
7 – контейнерного исполнения;
8 – вид климатического исполнения;
9 – категория размещения.
Используйте эту схему при заказе конденсаторных установок.
Для целей более точного и максимального соответствия заказанного у нас изделия под потребности вашего предприятия предлагаем Вам заполнить прилагаемый опросный лист — это не займет много времени, а в результате вы получите именно то, что Вам нужно. Опросный лист в формате PDF можно скачать здесь или заполнить электронную форму.
Виды реактивной мощности
Современная промышленность не обходится без силовых электроустановок, любое предприятие использует множество станков, электродвигателей, понижающих трансформаторов, стабилизаторов электрического напряжения. Все эти приборы и установки потребляют определенные мощности от электросетей. Все электропотребители работают с разным КПД, уменьшить энергозатраты возможно с помощью установоки фазного смещения.
Потребляемую мощность можно условно разделить на два вида: это активная и реактивная. Активная (cos ) –это то, из чего складывается КПД электроприбора, расходуется и в полной мере преобразуется в какое то действие: вращение электромоторов, выделение тепла, освещения.
При индуктивной или емкостной нагрузке, ток смещается по фазе относительно напряжения(sin), этот параметр называется реактивной мощностью. Чем меньше смещение, тем больше компенсации реактивной мощности отдается полезной нагрузке.
Реактивная (sin ) – это затраченная энергия на магнитные поля создаваемые устройством и не несущая полезного действия, но она необходима для обеспечения работы прибора (электромоторы, трансформаторы, электромагниты). Для таких потребителей электроэнергии существуют компенсаторы.
Эти приборы позволяют, уравнивая ток и напряжение в фазе отдавать наиболее полнов активную нагрузку, уменьшая потребление электроэнергии устройством и соответственно увеличить экономию. При правильном подборе режима работы, возможно, добиться до 50% экономии электроэнергии.
Для быстрого разряда конденсаторов после их отключения применяются индуктивные или активные разрядные сопротивления, подключенные параллельно к конденсаторной батарее. Без разрядных сопротивлений естественный саморазряд конденсаторные установки до безопасного напряжения 65 В происходит медленно, оставшийся на зажимах отключенной батареи напряжение будет опасным для обслуживающего персонала.
Конденсаторные установки и их применение
Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности (КРМ) широко применяются на промышленных предприятиях и различаются на высоковольтные и низковольтные, а так же на местного назначения и общего. Конденсаторные установки КРМ местного (индивидуального) назначения используются для подключения одного устройства.
Централизованные (общие) установки КРМ подключаются на общем вводе энергосети предприятия. Такие УКРМ выпускаются с автоматической регулировкой, обеспечивая подстройку независимо от потребляемой компенсации реактивной мощности оконечными установками. Шаг подстройки так же возможно задавать вручную, изменяя количество конденсаторных блоков .
Принцип действия
Принцип действия конденсаторных установок КРМ основан на компенсировании конденсаторами «провалов» вольтамперных характеристик относительно полуволны переменного напряжения, а включение в конденсаторную батарею дроссельных контуров, обеспечивает сглаживание и фильтрацию паразитных гармоник.
Такое включение так же исключает резонансное биение индуктивности установки и питающей сети. УКРМ выпускаемые промышленностью обеспечивают питание электроприборов от 0.3 до 0.7 КВ для низковольтных устройств и до 12 КВ для высоковольтных.
Защита по току и пожаробезопасности соответствует установленным требованиям для силового электрооборудования.
Конструкция
УКРМ изготовляются в виде металлических шкафов, оборудуются нишами для расположения конденсаторных батарей. Обеспечивается замена или дополнение блоков конденсаторов установки на выдвижных консолях. Предусмотрена вентиляция пассивная или принудительная.
Так же внимание уделено защите от несанкционированного доступа и от поражения электрическим током. Для обслуживания и регламентных работ в некоторых типах шкафов устанавливается электрическая подсветка.
Все электрошкафы предусматривают расположение токовых автоматов или блока предохранителей для защиты от короткого замыкания.
Источник: http://www.kondensator.su/kondensatornye-ustanovki/krm-reactive-power-compensation.html
Зачем нужна компенсация реактивной мощности: схемы, видео — Asutpp
Слишком высокая или как еще её называют, реактивная энергия и мощность, способствуют значительному ухудшению работы электрических сетей и систем. Мы предлагаем рассмотреть в нашей статье как производится автоматическая компенсация реактивной мощности (крм) и перекомпенсация в сетях на предприятиях, в квартире и в быту.
Зачем нужна компенсация реактивной мощности
Чем больше требуется энергии — тем выше становится уровень потребления топлива. И это не всегда оправдано. Компенсация мощности, т.е, её правильный расчет, поможет сэкономить в промышленных распределительных электросетях на производстве до 50 % затрачиваемого топлива, а в некоторых случаях и больше.
Нужно понимать, что тем больше ресурсов затрачено на производство, тем выше будет цена конечного продукта. При возможности снизить стоимость изготовления товара, производитель либо предприниматель, сможет снизить его цену, чем привлечь потенциальных клиентов и потребителей.
Как наглядный пример – пара диаграмм ниже. Эти векторы визуально передают полный эффект от работы установки.
Диаграмма до работы установкиДиаграмма после работы установки
Кроме этого, мы также избавляемся от потерь в электросетях, от чего эффект следующий:
- напряжение ровное, без перепадов;
- увеличивается долговечность проводов (abb – авв, аку) и индукционной обмотки в жилых помещениях и на заводе;
- значительная экономия на работе домашних трансформаторов и выпрямителей тока;
- проведенная компенсация мощности и реактивной энергии значительно продлит время работы мощных устройств (асинхронный двигатель трехфазный и однофазный).
- значительное снижение электрических затрат.
Общая схема преобразователя
Теория и практика
Чаще всего реактивная энергия и мощность потребляется при использовании трехфазного асинхронного двигателя, здесь и нужна компенсация сильнее всего. Согласно последним данным: 40 % — потребляют двигатели (от 10 кв), 30 – трансформаторы, 10 – преобразователи и выпрямители, 8% — расход освещения
Для того чтобы этот показатель уменьшить, используются конденсаторные устройства или установки. Но существует огромное количество подтипов этих электроприборов. Какие бывают конденсаторные установки и как они работают?
Что такое компенсация реактивной мощности и для чего она нужна?
Для того чтобы производилась компенсация энергии и реактивной мощности конденсаторными батареями и синхронными двигателями, понадобится установка энергосбережения.
Чаще всего используют подобные устройства с реле, хотя вместо него может быть установлен контактор либо тиристор. Дома используются релейные приборы дуговой компенсации.
Но если проводится компенсация реактивной энергии и мощности на заводах, у трансформаторов (там, где несимметричная нагрузка), то намного целесообразнее применять тиристорные устройства.
В отдельных случаях возможно использование комбинированных устройств, это приборы, которые одновременно работают и через линейный преобразователь, и через реле.
Чем поможет использование установок:
- подстанция снизит скачки напряжения;
- электрические сети станут более безопасными для работы электрических приборов, исчезнут проблемы компенсации электричеста и мощности у холодильных установок и сварочных аппаратов;
- кроме этого, они очень просты в установке и эксплуатации.
Как установить конденсаторные устройства
Предварительно понадобится схема работы электросети, и документы от ПУЭ, по которым и проводится решение о компенсации энергии и реактивной мощности ДСП. Далее необходим экономический расчет:
- сумма потребления энергии всеми приборами (это печи, цод, автоматические машины, холодильные установки и прочее);
- сумма поступления тока в сеть;
- вычисление потерь в цепях до поступления энергии к приборам, и после этого поступления;
- частотный анализ.
Далее нужно сгенерировать часть мощности сразу на месте её поступления в сеть при помощи генератора. Это называется централизованная компенсация. Она может проводится также при помощи установки cos, electric, schneider, tg.
Но существует также индивидуальная однофазная компенсация реактивной энергии и мощности (либо поперечная), её цена намного ниже. В этом случае производится установка упорядоченных регулирующих устройств (конденсаторов), непосредственно у каждого потребителя питания. Это оптимальный выход, если регулируется трехфазный двигатель или электропривод. Но у этого типа компенсации есть существенный недостаток – она не регулируется, и поэтому называется еще и нерегулируемой или нелинейной.
Статические компенсаторы или тиристоры работают при помощи взаимоиндукции. В этом случае переключение производят при помощи двух или более тиристоров. Самый простой и безопасный метод, но его существенным недостатком является то, что гармоники генерируются вручную, что значительно усложняет процесс монтажа.
Продольная компенсация
Продольная компенсация производится методом варистора или разрядника.
Продольная компенсация реактивной мощности
Сам процесс происходит из-за наличия резонанса, который образуется из-за направления индуктивных зарядов друг другу на встречу. Данная технология и теория компенсации мощности применяется для реактивных и тяговых двигателей, сталеплавильной или станочной техники Гармоники, к примеру, и именуется еще искусственная.
Техническая сторона компенсации
Существует огромное количество производителей и типов установок конденсаторных установок:
- тиристорные;
- регуляторы на ферросплавном материале (Чехия);
- резисторные (производятся в Петербурге);
- низковольтные;
- реакторы детюнинг (Германия);
- модульные – самые новые и дорогостоящие на данный момент приборы;
- контакторы (Украина).
Их стоимость разнится в зависимости от организации, для боле точной и исчерпывающей информации посетите форум, где обсуждается компенсаций реактивной мощности.
Источник: https://www.asutpp.ru/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti.html
Активная, реактивная и полная (кажущаяся) мощности
Активная мощность (P)
Другими словами активную мощность можно назвать: фактическая, настоящая, полезная, реальная мощность. В цепи постоянного тока мощность, питающая нагрузку постоянного тока, определяется как простое произведение напряжения на нагрузке и протекающего тока, то есть
P = U I
потому что в цепи постоянного тока нет понятия фазового угла между током и напряжением. Другими словами, в цепи постоянного тока нет никакого коэффициента мощности.
Но при синусоидальных сигналах, то есть в цепях переменного тока, ситуация сложнее из-за наличия разности фаз между током и напряжением. Поэтому среднее значение мощности (активная мощность), которая в действительности питает нагрузку, определяется как:
P = U I Cosθ
В цепи переменного тока, если она чисто активная (резистивная), формула для мощности та же самая, что и для постоянного тока: P = U I.
Формулы для активной мощности
P = U I — в цепях постоянного тока
P = U I cosθ — в однофазных цепях переменного тока
P = √3 UL IL cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока
P = 3 UPh IPh cosθ
P = √ (S2 – Q2) или
P =√ (ВА2 – вар2) или
Активная мощность = √ (Полная мощность2 – Реактивная мощность2) или
кВт = √ (кВА2 – квар2)
Реактивная мощность (Q)
Также её мощно было бы назвать бесполезной или безваттной мощностью.
Мощность, которая постоянно перетекает туда и обратно между источником и нагрузкой, известна как реактивная (Q).
Реактивной называется мощность, которая потребляется и затем возвращается нагрузкой из-за её реактивных свойств. Единицей измерения активной мощности является ватт, 1 Вт = 1 В х 1 А. Энергия реактивной мощности сначала накапливается, а затем высвобождается в виде магнитного поля или электрического поля в случае, соответственно, индуктивности или конденсатора.
Реактивная мощность определяется, как
Q = U I sinθ
и может быть положительной (+Ue) для индуктивной нагрузки и отрицательной (-Ue) для емкостной нагрузки.
Единицей измерения реактивной мощности является вольт-ампер реактивный (вар): 1 вар = 1 В х 1 А. Проще говоря, единица реактивной мощности определяет величину магнитного или электрического поля, произведённого 1 В х 1 А.
Формулы для реактивной мощности
Q = U I sinθ
Реактивная мощность = √ (Полная мощность2 – Активная мощность2)
вар =√ (ВА2 – P2)
квар = √ (кВА2 – кВт2)
Полная мощность (S)
Полная мощность – это произведение напряжения и тока при игнорировании фазового угла между ними. Вся мощность в сети переменного тока (рассеиваемая и поглощаемая/возвращаемая) является полной.
Комбинация реактивной и активной мощностей называется полной мощностью. Произведение действующего значения напряжения на действующее значение тока в цепи переменного тока называется полной мощностью.
Она является произведением значений напряжения и тока без учёта фазового угла. Единицей измерения полной мощности (S) является ВА, 1 ВА = 1 В х 1 А. Если цепь чисто активная, полная мощность равна активной мощности, а в индуктивной или ёмкостной схеме (при наличии реактивного сопротивления) полная мощность больше активной мощности.
Формула для полной мощности
Источник: https://khomovelectro.ru/articles/aktivnaya-reaktivnaya-i-polnaya-kazhushchayasya-moshchnosti.html
Влияние реактивной мощности на энергоресурсоэффективность
За последние годы характер потребления электроэнергии сильно изменился. Это обусловлено увеличением мощности нелинейных потребителей, а также опережающим ростом потребления реактивной мощности по отношению к активной вследствие уменьшения загрузки силовых трансформаторов. Это является характерной чертой современной электроэнергетики, отрицательно влияющей на качество и потери электроэнергии.
Поэтому основная задача оптимизации электропотребления, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации системы электроснабжения, состоит в том, чтобы наиболее полно обеспечить компенсацию реактивной мощности в сети.
Основные негативные последствия, вызванные ростом потребления реактивной мощности:
- Общее снижение уровней напряжения в распределительных сетях, на шинах потребителей и снижение качества электрической энергии;
- Увеличение потерь активной мощности в элементах электрической сети;
- Дополнительная линий электропередач и силовых трансформаторов потоками реактивной мощности, которые увеличивают токовую нагрузку электросети, снижают резерв пропускной способности и устойчивость сети;
- Значительное увеличение потребности в источниках реактивной мощности в энергосистеме.
| Первопричины и вызываемые ими помехи в сети | Колебания напряжения в сети | Несимметрия напряжения в сети | Высшие гармоники | Промежуточные гармоники |
| Мощные регуляторы напряжения | × | |||
| Генераторы электроэнергии (ветровые станции, фотоэлектрические установки) | × | × | ||
| Медицинские электроприводы (рентгеновские станции, магнитные диагностические аппараты) | × | |||
| Эксцентриковые приводы (пилорамы) | × | × | ||
| Частотные преобразователи (преобразователи числа фаз, несинхронные преобразователи тока) | × | × | ||
| Газоразрядные лампы (мощные осветительные установки) | × | |||
| Пульсирующая нагрузка (напр. от терморегуляторов) | × | |||
| Выпрямители переменного тока (напр. для питания ж/д. транспорта, для узлов связи) | × | |||
| Мощные потребители (переходные процессы при вкл./выкл.) | × | |||
| Индукционные нагревательные установки | × | |||
| Дуговые сталеплавильные печи | × | |||
| Дуговые сварочные агрегаты | × | |||
| Светомузыкальные установки | × | × | ||
| Среднечастотные индукционные печи | × | |||
| Электродвигатели большой мощности (лифты, вентиляторы, насосы) | × | |||
| Индукционные печи промышленной частоты | × | × | ||
| Вентильные преобразователи | × | |||
| Кузнечные прессы | × | |||
| Агрегаты и блоки резервного питания | × | |||
| Электропечи для производства электродов | × | × | × | |
| Плавильные электропечи | × | |||
| Автоматы контактной сварки | × | × | × |
С чего начать? Мониторинг параметров КЭЭ
Чтобы понять суть процессов, протекающих в конкретной электросети, нужна достоверная техническая информация. Для этого необходимо проводить мониторинг параметров электросети, снимая и фиксируя специальными приборами одновременно несколько десятков характеристик электросети с интервалом в доли секунды (токи, напряжения, активные, реактивные и полные мощности по каждой фазе, СosF, гармонический состав сети и т.д.).
Полученную информацию необходимо обрабатывать, анализировать, и только после этого можно будет с уверенностью сказать, что за процессы протекают в вашей электросети, самое главное, где, каким образом и сколько нужно компенсировать реактивной мощности, чтобы электроэнергия, получаемая от поставщика, имела бы необходимые показатели качества, и расходовалась самым экономичным образом на нужды предприятия, без потерь, а вы бы еще и экономили эту самую электроэнергию.
Отрицательное влияние реактивной мощности на электрическую сеть несоизмеримо больше, чем положительное
Недаром еще во времена заката СССР в конце 80-х годов директивно на всех промышленных предприятиях были установлены конденсаторные батареи. К сожалению, в дальнейшие 90-е годы многие предприятия-потребители электроэнергии отключали имевшиеся у них компенсирующие устройства, а некоторые — вовсе демонтировали, не занимались поддержанием их работоспособности по причине отсутствия финансирования.
Все изменилось после опубликования Приказа Минпромэнерго от 22 февраля 2007 года № 49, утверждающего :
«Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договоры энергоснабжения)» энергосистемам следует начать подготовку к переходу на новый уровень взаимоотношений с потребителями и новую организацию работ по управлению реактивной мощностью.
Многие энергосистемы уже приступили к этой работе, не дожидаясь указания сверху, на особо проблемных участках электрических сетей устанавливая компенсирующие устройства.
Важно, чтобы положительные результаты этой работы в локальных энергосистемах тиражировались на другие регионы.
После выхода в свет новой методики применения скидок и надбавок к тарифам на электроэнергию, которая готовится в недрах Минпромэнерго, потребителю будет дана возможность получить скидку за поддержание требуемого коэффициента реактивной мощности за регулирование реактивной мощности у себя в электросети предприятия в часы max/min нагрузок.
Пути решения. Новые подходы
Сегодня проектировщикам и эксплуатационным службам пром. предприятий следует обращать особое внимание решению проблемы качества электроэнергии.
Все мощные потребители на предприятии должны оснащаться фильтро-компенсирующими устройствами (ФКУ), а потребители с большой единичной мощностью и резко-переменной нагрузкой (дуговые печи с электропечными трансформаторами 100 МВА и выше) — статическими тиристорными компенсаторами (СТК).
Это позволит обеспечить высокую степень стабилизации требуемой реактивной мощности при по-фазном регулировании, а также снизить уровень высших гармоник в сети за счет фильтро-компенсирующих цепей (ФКЦ). Применение СТК даст также дополнительный технологический эффект.
К примеру, их использование в сетях, питающих дуговые сталеплавильные печи (ДСП), поможет повысить стабильность горения дуги и почти на 10% поднять производительность печи. Кроме того, в остальных менее ответственных участках электросети предприятия необходимо устанавливать регулируемые УКМ с электромеханическим переключением ступеней.
В системах промышленного электроснабжения 6-10 кВ устройства компенсации реактивной мощности служат для поддержания напряжения на шинах 6(10) кВ при провалах напряжения, вызванных КЗ в цепях 110(35) кВ. Они ограничивают колебания напряжения на шинах 6(10) кВ, а гармонические составляющие снижаются фильтро-компенсирующими устройствами ФКУ, состоящими из емкостей и реакторов, при этом улучшается и СosF.
На трансформаторных подстанциях рекомендуется применять устройства компенсации реактивной мощности, например такие как управляемые шунтирующие реакторы с вакуумными (элегазовыми) выключателями с повышенным коммутационным ресурсом и устройством синхронной коммутации в сетях до110 кВ включительно.
В электроустановках потребителей 0,4-10 кВ наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение регулируемых конденсаторных установок УКМ непосредственно на шинах РУНН-0,4 кВ трансформаторных подстанций.
Преимущества УКМ перед другими техническими средствами — синхронными компенсаторами и синхронными двигателями, в том, что последние имеют большие потери активной электрической мощности и вращающиеся части, подверженные механическому износу.
В качестве примера снижения электропотребления системы электроснабжения коммунальных однофазных потребителей представляет интерес опыт применения УКРМ в низковольтных городских распределительных сетях при минимальном удалении от потребителей, предприятий, входящих в группу Endesa (Испания). По данным Edeinor S. A.A.
[6], установка конденсаторов суммарной мощностью 37 000 кВАр в 114 000 домовладений района Инфантас северной части Лимы (Перу), повысила средневзвешенный CosF распределительной сети с 0,84 до 0,93, что позволило ежегодно экономить примерно 280 кВт/ч на каждый установленный кВАр реактивной мощности или всего около 19 300 МВт/?ч в год.
Остались вопросы? Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)
Источник: https://epusk.ru/articles/kondensatornye-ustanovki/vliyanie-reaktivnoy-moshchnosti-na-energoresursoeffektivnost/
Зачем нужна компенсация реактивной мощности?
Компенсация реактивной мощности на предприятии позволяет существенно сократить расход электроэнергии, снизить нагрузку на кабельные сети и трансформаторы, продлив тем самым их ресурс.
Где необходимы конденсаторные установки?
Как известно Основные потребители электроэнергии на промышленных предприятиях являются такие индуктивные приемники, как асинхронные электродвигатели, трансформаторы, индукционные установки и т. д. Работа этих приемников связана с потреблением реактивной энергии для создания электромагнитных полей.
Реактивная энергия («паразитная» энергия) не производит полезной работы, а, циркулируя между приемником и источником тока, приводит к дополнительной загрузке линий электропередачи и генераторов и, следовательно, снижает коэффициент мощности сети.
Наличие реактивной мощности является неблагоприятным фактором 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).
Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинус угла (ɸ) между током и напряжением.
КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е.: COS(ɸ)=Р/S.
Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение COS(ɸ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.
Таким образом, применение Конденсаторных установок остро необходимо на предприятиях, использующих:
- Асинхронные двигатели (cos(ɸ) ~0.7)
- Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cos(ɸ) ~0.5)
- Выпрямительные электролизные установки (cos(ɸ) ~0.6)
- Электродуговые печи(cos(ɸ) ~0.6)
- Индукционные печи(cos(ɸ) ~0,2-0.6)
- Водяные насосы(cos(ɸ) ~0.
- Компрессоры(cos(ɸ) ~0.7)
- Машины, станки(cos(ɸ) ~0.5)
- Сварочные трансформаторы(cos(ɸ) ~0.4)
- Лампы дневного света(cos(ɸ) ~0,5-0.
6)
Для повышения коэффициента мощности применяют силовые конденсаторы и конденсаторные установки, являющиеся наиболее выгодными источниками получения реактивной мощности.
Плюсы от внедрения Установок компенсации реактивной мощности:
- Снижение потребления электроэнергии (от 10-20%, а при cos φ (0,5 и менее) потребность в электроэнергии может сократиться более чем на 30%)и как следствие уменьшение платежей (за счет «исключения» реактивной энергии из сети)
- Уменьшение нагрузки (до 30%) элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевается их срок службы
- Увеличение пропускной способности системы электроснабжения потребителя (от 30-40%), что позволит подключить дополнительные мощности без увеличения стоимости сетей.
Увеличение КМ решается подключением к сети конденсаторных батарей, производящих реактивную энергию в количестве, достаточном для компенсации реактивной мощности, возникающей в нагрузке.
Способы компенсации
Наиболее выгодный способ компенсации определяется конкретными условиями данного предприятия, и его выбор производится на основании технико-экономических расчетов и рекомендаций наших специалистов. Как правило, компенсация должна производиться в той же сети (на том же напряжении), к которой подключен потребитель, что обеспечивает минимальные потери.
Какие решения мы предлагаем
Наша Компания предлагает полный спектр услуг:
- Проведение выездных замеров параметров качества электроэнергии.
- Подготовка проекта, подбор необходимого оборудования с экономическим обоснованием его внедрения (с конкретными сроками окупаемости установок и денежной экономии).
- Изготовления оборудования, как серийного исполнения, так и нестандартного (учитывающую специфику конкретного предприятия).
- Проведение шеф монтажных работ, а также гарантийное и после гарантийное обслуживание.
Мы можем предложить как типовые решения, так и спроектировать, изготовить и внедрить на предприятии Заказчика уникальную систему компенсации реактивной мощности, учитывающую специфику конкретного предприятия.
В зависимости от потребности Заказчика установки могут изготавливаться как для внутренней, так и для уличной установки. Кроме этого возможен монтаж установок внутри утепленного блок-контейнера.
Для предприятий с резкопеременной нагрузкой (предприятия с большим количеством подъемно-транспортного оборудования, мощного сварочного оборудования и т.д.) мы предлагаем тиристорные конденсаторные установки, которые обеспечивают переключение ступеней конденсаторов с задержкой не более 20 мс.
| Преимущества использования УКРМ | Сферы применения |
|
|
Источник: http://region-pribor.ru/zachem-nuzhna-kompensaciya-reaktivnoy-moshchnosti
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.
- Активная мощность используется для работы всех приборов. Ее называют «полезной».
- 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:
(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.
Источник: https://prometey-energy.ru/articles/chto-takoe-reaktivnaya-moschnost-generatora.html
Активная и реактивная мощность. За что платим и работа
Активная и реактивная мощность — потребители электрической энергии на то и потребители, чтобы эту энергию потреблять. Потребителя интересует та энергия, потребление которой идет ему на пользу, эту энергию можно назвать полезной, но в электротехнике ее принято называть активной. Это энергия, которая идет на нагрев помещений, готовку пищи, выработку холода, и превращаемая в механическую энергию (работа электродрелей, перфораторов, электронасосов и пр.).
Кроме активной электроэнергии существует еще и реактивная. Это та часть полной энергии, которая не расходуется на полезную работу. Как понятно из вышесказанного, полная мощность – это активная и реактивная мощность в целом.
В понятиях активная и реактивная мощность сталкиваются противоречивые интересы потребителей электрической энергии и ее поставщиков. Потребителю выгодно платить только за потребленную им полезную электроэнергию, поставщику выгодно получать оплату за сумму активной и реактивной электроэнергии. Можно ли совместить эти кажущиеся противоречивыми требования? Да, если свести количество реактивной электроэнергии к нулю. Рассмотрим, возможно ли подобное, и насколько можно приблизиться к идеалу.
Активная мощность
Существуют потребители электроэнергии, у которых полная и активная мощности совпадают. Это потребители, у которых нагрузка представлена активными сопротивлениями (резисторами). Среди бытовых электроприборов примерами подобной нагрузки являются лампы накаливания, электроплиты, жарочные шкафы и духовки, обогреватели, утюги, паяльники и пр.
Указанная у этих приборов в паспорте, одновременно является активная и реактивная мощность . Это тот случай, когда мощность нагрузки можно определить по известной из школьного курса физики формуле, перемножив ток нагрузки на напряжение в сети. Ток измеряется в амперах (А), напряжение в вольтах (В), мощность в ваттах (Вт). Конфорка электрической плиты в сети с напряжением 220 В при токе в 4,5 А потребляет мощность 4,5 х 220 = 990 (Вт).
Реактивная мощность
Иногда, проходя по улице, можно увидеть, что стекла балконов покрыты изнутри блестящей тонкой пленкой. Эта пленка изъята из бракованных электрических конденсаторов, устанавливаемых с определенными целями на питающих мощных потребителей электрической энергии распределительных подстанциях. Конденсатор – типичный потребитель реактивной мощности.
В отличие от потребителей активной мощности, где главным элементом конструкции является некий проводящий электричество материал (вольфрамовый проводник в лампах накаливания, нихромовая спираль в электроплитке и т.п.). В конденсаторе главный элемент – не проводящий электрический ток диэлектрик (тонкая полимерная пленка или пропитанная маслом бумага).
Реактивная емкостная мощность
Красивые блестящие пленки, что вы видели на балконе – это обкладки конденсатора из токопроводящего тонкого материала. Конденсатор замечателен тем, что он может накапливать электрическую энергию, а затем отдавать ее – своеобразный такой аккумулятор. Если включить конденсатор в сеть постоянного тока, он зарядится кратковременным импульсом тока, а затем ток через него протекать не будет.
Вернуть конденсатор в исходное состояние можно, отключив его от источника напряжения и подключив к его обкладкам нагрузку. Некоторое время через нагрузку будет течь электрический ток, и идеальный конденсатор отдает в нагрузку ровно столько электрической энергии, сколько он получил при зарядке.
Подключенная к выводам конденсатора лампочка может на короткое время вспыхнуть, электрический резистор нагреется, а неосторожного человека может «тряхнуть» или даже убить при достаточном напряжении на выводах и запасенном количестве электричества.
Интересная картина получается при подключении конденсатора к источнику переменного электрического напряжения.
Поскольку у источника переменного напряжения постоянно меняются полярность и мгновенное значение напряжения (в домашней электросети по закону, близкому к синусоидальному).
Конденсатор будет непрерывно заряжаться и разряжаться, через него будет непрерывно протекать переменный ток. Но этот ток не будет совпадать по фазе с напряжением источника переменного напряжения, а будет опережать его на 90°, т.е. на четверть периода.
Это приведет к тому, что суммарно половину периода переменного напряжения конденсатор потребляет энергию из сети, а половину периода отдает, при этом суммарная потребляемая активная электрическая мощность равна нулю. Но, поскольку через конденсатор течет значительный ток, который может быть измерен амперметром, принято говорить, что конденсатор – потребитель реактивной электрической мощности
Вычисляется реактивная мощность как произведение тока на напряжение, но единица измерения уже не ватт, а вольт-ампер реактивный (ВАр). Так, через подключенный к сети 220 В частотой 50 Гц электрический конденсатор емкостью 4 мкФ течет ток порядка 0,3 А. Это означает, что конденсатор потребляет 0,3 х 220 = 66 (ВАр) реактивной мощности – сравнимо с мощностью средней лампы накаливания, но конденсатор, в отличие от лампы, при этом не светится и не нагревается.
Реактивная индуктивная мощность
Если в конденсаторе ток опережает напряжение, то существуют ли потребители, где ток отстает от напряжения? Да, и такие потребители, в отличие от емкостных потребителей, называются индуктивными, оставаясь при этом потребителями реактивной энергии. Типичная индуктивная электрическая нагрузка – катушка с определенным количеством витков хорошо проводящего провода, намотанного на замкнутый сердечник из специального магнитного материала.
На практике хорошим приближением чисто индуктивной нагрузки является работающий без нагрузки трансформатор (или стабилизатор напряжения с автотрансформатором). Хорошо сконструированный трансформатор на холостом ходу потребляет очень мало активной мощности, потребляя мощность в основном реактивную.
Реальные потребители электрической энергии и полная электрическая мощность
Из рассмотрения особенностей емкостной и индуктивной нагрузки возникает интересный вопрос – что произойдет, если емкостную и индуктивную нагрузку включить одновременно и параллельно. Ввиду их противоположной реакции на приложенное напряжение, эти две реакции начнут компенсировать друг друга.
Суммарная нагрузка окажется только емкостной или индуктивной, и в некотором идеальном случае удастся добиться полной компенсации. Выглядеть это будет парадоксально – подключенные амперметры зафиксируют значительные (и равные!) токи через конденсатор и катушку индуктивности, и полное отсутствие тока в объединяющих их общей цепи.
Описанная картина несколько нарушается лишь тем, что не существует идеальных конденсаторов и катушек индуктивности, но подобная идеализация помогает понять суть происходящих процессов.
Вернемся к реальным потребителям электрической энергии. В быту мы пользуемся в основном потребителями чисто активной мощности (примеры приведены выше), и смешанной активно-индуктивной. Это электродрели, перфораторы, электродвигатели холодильников, стиральных машин и прочей бытовой техники.
Также к ним относятся электрические трансформаторы источников питания бытовой радиоэлектронной аппаратуры и стабилизаторов напряжения. В случае подобной смешанной нагрузки, помимо активной (полезной) мощности, нагрузка потребляет еще и реактивную мощность, в итоге полная мощность отказывается больше активной мощности.
Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), и всегда представляет собой произведение тока в нагрузке на напряжение на нагрузке.
Таинственный «косинус фи»
Отношение активной мощности к полной называется в электротехнике «косинусом фи». Обозначается cos φ. Это отношение называется также и коэффициентом мощности. Нетрудно видеть, что для случая чисто активной нагрузки, где полная мощность совпадает с активной, cos φ = 1. Для случаев чисто емкостной или индуктивной нагрузок, где нулю равна активная мощность, cos φ = 0.
В случае смешанной нагрузки значение коэффициента мощности заключается в пределах от 0 до 1. Для бытовой техники обычно в диапазоне 0,5-0,9. В среднем можно считать его равным 0,7, более точное значение указывается в паспорте электроприбора.
За что платим?
И, наконец, самый интересный вопрос – за какой вид энергии платит потребитель. Исходя из того, что реактивная составляющая суммарной энергии не приносит потребителю никакой пользы, при этом долю периода реактивная энергия потребляется, а долю отдается, платить за реактивную мощность незачем.
Но бес, как известно, кроется в деталях.
Поскольку смешанная нагрузка увеличивает ток в сети, возникают проблемы на электростанциях, где электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами, а именно: индуктивная нагрузка «развозбуждает» генератор, и приведение его в прежнее состояние обходится в затраты уже реальной активной мощности на его «довозбуждение».
Таким образом, заставить потребителя платить за потребляемую реактивную индуктивную мощность вполне справедливо. Это побуждает потребителя компенсировать реактивную составляющую своей нагрузки, а, поскольку эта составляющая в основном индуктивная, компенсация заключается в подключении конденсаторов наперед рассчитанной емкости.
Потребитель находит возможность платить меньше
Если потребителем оплачивается отдельно потребляемая активная и реактивная мощность. Он готов идти на дополнительные затраты и устанавливать на своем предприятии батареи конденсаторов, включаемые строго по графику в зависимости от средней статистики потребления электроэнергии по часам суток.
Существует также возможность установки на предприятии специальных устройств (компенсаторов реактивной мощности), подключающих конденсаторы автоматически в зависимости от величины и характера потребляемой в данный момент мощности. Эти компенсаторы позволяют поднять значение коэффициента мощности с 0,6 до 0,97, т.е. практически до единицы.
Принято также, что если соотношение потребленной реактивной энергии и общей не превышает 0,15, то корпоративный потребитель от оплаты за реактивную энергию освобождается
Что же касается индивидуальных потребителей, то, ввиду сравнительно невысокой потребляемой ими мощности, разделять счета на оплату потребляемой электроэнергии на активную и реактивную не принято. Бытовые однофазные счетчики электрической энергии учитывают лишь активную мощность электрической нагрузки, за нее и выставляется счет на оплату. Т.е. в настоящее время даже не существует технической возможности выставить индивидуальному потребителю счет за потребленную реактивную мощность.
Особых стимулов компенсировать индуктивную составляющую нагрузки у потребителя нет, да это и сложно осуществить технически. Постоянно подключенные конденсаторы при отключении индуктивной нагрузки будут бесполезно нагружать подводящую электропроводку.
За электросчетчиком (перед счетчиком тоже, но за то потребитель не платит), что вызовет потребление активной мощности с соответствующим увеличением счета на оплату, а автоматические компенсаторы дороги и вряд ли оправдают затраты на их приобретение.
Другое дело, что производитель иногда устанавливает компенсационные конденсаторы на входе потребителей с индуктивной составляющей нагрузки. Эти конденсаторы, при правильном их подборе, несколько снизят потери энергии в подводящих проводах, при этом несколько повысив напряжение на подключенном электроприборе за счет уменьшения падения напряжения на подводящих проводах.
Но, что самое главное, компенсация реактивной энергии у каждого потребителя, от квартиры до огромного предприятия, снизит токи во всех линиях электропитания, от электростанции до квартирного щитка. За счет реактивной составляющей полного тока, что уменьшит потери энергии в линиях и повысит коэффициент полезного действия электросистем.
Похожие темы:
Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/aktivnaia-i-reaktivnaia-moshchnost/
Почему мощность трансформатора измеряют в ква, а не в квт ?
Многим из нас известна основная единица мощности – Ватт (Вт) или чаще используется его производная киловатт (кВт) и вы привыкли, что эта характеристика у электрооборудования указывается именно в них.
Но если взять трансформатор или приборы, в которых он является основным компонентом, например, стабилизаторы напряжения, вы увидите, что мощность там указана в кВА — киловольт-амперах.
Давайте разберемся, что такое кВА, почему именно в этих единицах измерения указывается мощность трансформатора и как она связана с обычными киловаттами.
Я не буду выкладывать здесь определения из учебников и сыпать физическими терминами, объясню коротко, простыми словами, чтобы было понятно любому.
В первую очередь, вы должны знать, что у некоторых электроприборов, работающих от переменного тока, не вся потребляемая мощность тратится на совершение полезной работы — нагрева, освещения, звучания, вращения и т.д.
Всего существует четыре основных типа нагрузок, которые могут подключаться в частности к трансформатору:
Резистивная
Ярким примером резистивной нагрузки является ТЭН, который нагревается при протекании через него электрического тока.
ТЭН — это обычное сопротивление, ему не важно в какую сторону протекает по нему ток, правило одно, чем сила тока больше, тем больше тепла вырабатывается – соответственно вся мощность тратится на это.
Мощность, которая тратится на резистивной нагрузке называется – активной, как раз она то и измеряется в кВт – киловаттах.
Индуктивная
Знакомым всем примером индуктивной нагрузки является электродвигатель, в нём не весь проходящий электрический ток тратится на вращения. Часть расходуется на создание электромагнитного поля в обмотке или теряется в медном проводнике, эта составляющая мощности называется реактивной.
Реактивная мощность не тратится на совершение работы напрямую, но она необходима для функционирования оборудования.
Кстати, индуктивные электрические плиты, которые так хотят заполучить многие домохозяйки, также используют реактивную мощность, в отличии от обычных электроплит, в которых нагреваются ТЭНы, те чисто резистивные.
Ёмкостная
Еще один пример реактивной составляющей мощности содержит ёмкостная нагрузка, это, например, конденсатор. Принцип работы конденсатора – накапливание и передача энергии, соответственно часть мощности тратится именно на это и напрямую не расходуется на работу оборудования.
Практическаи вся окружающая вас электроника и бытовая техника содержит конденсаторы.
Смешанная
Здесь всё просто, смешенная нагрузка сочетает в себе все представленные выше, активную и реактивные составляющие, большинство бытовых приборов именно такие.
Полная мощность электрооборудования, состоит как из активной мощности, так и из реактивной, и измеряется в кВА — киловольт-амперах. Именно она чаще всего указана в характеристиках трансформатора.
Производители трансформаторов не могут знать, какого типа нагрузка к ним будет подключена и где они будут задействованы, поэтому и указывают полную мощность, для смешенной нагрузки.
Так, если нагрузка трансформатора — это ТЭН, то полная мощность будет равна активной, соответственно значение в кВт = кВА, если же нагрузка будет смешенная, включающая реактивную составляющую, то мощность нагрузки должна учитываться полная.
Будьте внимательны, нередко, на электрооборудовании, например, на электроинструменте, мощность прописана в киловаттах, но кроме того указан коэффициент мощности k. В этом случае, вы должны знать простую формулу:
S(полная мощность)=P(активная мощность)/k(коэффициент мощности)
Так, например, если мощность перфоратора P = 2,5кВт, а его коэффициент мощности k = 0,9, то полная мощность перфоратора будет равна S=2,5кВт/0,9=2,8 кВА, именно на столько он будет нагружать сеть.
Теперь, я думаю, вам понятно, почему мощность трансформатора измеряют в кВА, а не в кВт — это позволяет учитывать все виды нагрузок, которые могут подключаться к его вторичной обмотке.
Поэтому, обязательно учитывайте полную мощность указываемую в кВА или коэффициент мощности обордования, перед подключением к трансформатору.
Если же у вас еще остались какие-то вопросы – обязательно оставляйте их в комментариях к статье, кроме того, если есть что добавить, нашли неточности или есть, что возразить – также пишите!
Источник: https://rozetkaonline.ru/poleznie-stati-o-rozetkah-i-vikluchateliah/item/197-pochemu-moshchnost-transformatora-izmeryayut-v-kva-a-ne-v-kvt
