Мы уже говорили выше, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит, и от угла этого сдвига. Удобно выразить эту зависимость в терминах cos φ. По определению cos φ = P/S. Эта величина называется коэффициентом мощности и обозначается Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Что такое реактивная мощность и как она рассчитывается?

Многие потребители электроэнергии не понимают, что часть измеренной электроэнергии расходуется впустую. В зависимости от нагрузки потери могут составлять от 12% до 50%. Однако счетчики электроэнергии учитывают эти потери как полезную работу, которая должна быть оплачена. Причиной завышенной платы за электроэнергию, которая не выполняет полезную работу, является реактивная мощность, присутствующая в сетях переменного тока.

Чтобы понять, за что мы переплачиваем и как компенсировать влияние реактивной мощности на электроустановки, необходимо рассмотреть причину возникновения реактивной составляющей при передаче электроэнергии. Для этого нам необходимо понять физику процесса переменного напряжения.

Что такое реактивная мощность?

Для начала давайте рассмотрим термин "электрическая мощность". В широком смысле этот термин означает работу, совершаемую в единицу времени. Применительно к электричеству понятие мощности несколько изменено: электрическая мощность – это физическая величина, которая фактически описывает скорость генерации тока или количество переданной или потребленной электроэнергии за единицу времени.

Очевидно, что работа электричества в единицу времени определяется электрической мощностью, измеряемой в ваттах. Мгновенная мощность на участке цепи определяется по формуле: P = U×Iгде U и I – мгновенные значения параметров напряжения и тока в данном месте.

Строго говоря, приведенная выше формула справедлива только для постоянного тока. Однако в цепях синусоидального тока формула работает только в том случае, если нагрузка на потребители является чисто активной. В случае резистивной нагрузки вся электрическая энергия используется для совершения полезной работы. Примерами активной нагрузки являются резистивные устройства, такие как кипящий водонагреватель или лампочка.

При наличии емкостной или индуктивной нагрузки в электрической цепи возникают паразитные токи, которые не способствуют совершению полезной работы. Сила этих токов называется пассивным током.

Индуктивные и емкостные нагрузки рассеивают часть электроэнергии в виде тепла и препятствуют совершению полезной работы.

К устройствам с индуктивной нагрузкой относятся

• электродвигатели;
• дроссели;
• трансформаторы;
• электромагнитные реле и другие устройства, содержащие обмотки.

Конденсаторы имеют емкостное сопротивление.

Экзаменационные вопросы

Для студентов всех технических групп Новороссийского колледжа строительства и экономики (НКТЭЭ)

ЗНАКОМСТВО
Меня зовут Елена Викторовна.
Я преподаватель и репетитор Опыт работы 26 лет.

Помогаю ученикам в освоении школьной программы. Готовлю их к сдаче ЕГЭ.

Мы учимся всю жизнь.

И если вы зашли на мой сайт, то у вас ровно одно желание! Желание учиться!

Мой сайт поможет вам

• понять физику
• улучшить свои оценки по физике.
• избавиться от страха перед уроками
• углубленно изучать физику
• подготовиться к экзамену по физике

Физика – это просто, если вы начнете учиться систематически, шаг за шагом! А если вам нужна помощь, обращайтесь к нам!

Занятия проводятся онлайн и очно*. (*очно – только в Новороссийске).

Изучайте физику с удовольствием

Пассивная энергия — Величина, характеризующая нагрузку, создаваемую в электрооборудовании переменной энергией электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока.

Реактивная мощность связана с видимой мощностью и активной мощностью:

Зная активную и кажущуюся мощность, можно определить реактивную мощность из прямоугольного треугольника:

Если рассматривать физически, реактивная мощность – это энергия, затрачиваемая на перемагничивание обмотки сепаратора асинхронного двигателя во время его работы, т.е. КАЖДЫЙ асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность из сети, независимо от крутящего момента на его валу.

Реактивная мощность может быть положительной (если нагрузка активно-индуктивная) или отрицательной (если нагрузка активно-отрицательная). Этот факт подчеркивает, что реактивная мощность не вносит вклад в электрический ток. Отрицательное значение активной мощности нагрузки характеризует нагрузку как генератор энергии. Активные, индуктивные и емкостные нагрузки не могут быть источниками постоянной энергии.

Полная мощность переменного тока:

Активная мощность переменного тока:

S – полная мощность

U – напряжение цепи

Q – реактивная мощность

P – активная мощность

φ – фазовый угол

Отрицательная реактивная мощность: причины

Отрицательная реактивная мощность возникает в электрических цепях, где присутствует индуктивность. Индуктивность вызывает появление конденсаторов, которые накапливают энергию, а затем отдают ее обратно в сеть. Этот процесс называется реактивной мощностью.

Если в сети имеется большое количество обратного тока, это может привести к увеличению реактивной мощности. Это может произойти при определенных типах электрических нагрузок, таких как электродвигатели, трансформаторы или компьютеры.

В результате такого неэффективного использования энергии энергия теряется, а нагрузка на электросеть возрастает, что может привести к перегрузкам и сбоям. Это также может привести к увеличению счетов за электроэнергию, поскольку потери энергии включаются в расчеты реактивной мощности.

Увеличения реактивной мощности можно избежать, используя компенсацию реактивной мощности, которая снижает нагрузку на сеть и позволяет более эффективно использовать энергию.

Влияние отрицательной реактивной мощности на сеть

Отрицательная реактивная мощность вызывает множество проблем в электрической сети. Она может вызвать перегрузку силовых трансформаторов и оборудования, а также пониженное напряжение в электросети.

Кроме того, отрицательная реактивная мощность может вызвать резонанс в электросети, что приводит к искажению синусоидальных форм напряжения и тока, что в свою очередь может негативно сказаться на работе электроприборов и оборудования.

Чтобы избежать негативных последствий отрицательной реактивной мощности, необходимо установить компенсирующие устройства. Компенсаторы реактивной мощности снижают нагрузку на силовые трансформаторы и оборудование и повышают напряжение в электрической сети.

Кроме того, компенсационные устройства способствуют более эффективному использованию электроэнергии, тем самым снижая затраты на электроэнергию и нагрузку на всю электросеть.

Таким образом, отрицательная реактивная мощность может стать причиной серьезных проблем в электросетях, но благодаря использованию устройств компенсации можно избежать негативных последствий этого явления и повысить эффективность работы электросетей.

Расчеты

Для определения коэффициента реактивной мощности необходимо знать полную мощность, которая рассчитывается по следующей формуле:

S = U \ I, где U – напряжение сети, а I – ток сети.

Аналогичный расчет проводится при вычислении уровня передачи энергии катушки при симметричном соединении. Схема выглядит следующим образом:

При расчете активной мощности учитывается фазовый угол или коэффициент (cos φ), а затем:

Очень важным фактором является то, что эта электрическая величина может быть положительной или отрицательной. Это зависит от характеристики cos φ. Если синусоидальный ток имеет фазовый угол от 0 до 90 градусов, то активная мощность положительна, если от 0 до -90, то отрицательна. Это правило применимо только к синхронному (синусоидальному) току (используется для работы асинхронного двигателя, станков).

Одной из особенностей этой характеристики является также то, что в трехфазной цепи (например, трансформатор или генератор) активная величина полностью генерируется на выходе.

Максимальная и активная мощность обозначается P, а реактивная мощность – Q.

Поскольку реактивная мощность определяется движением и энергией магнитного поля, ее формула (с учетом фазового угла) выглядит следующим образом:

Для несинусоидального тока очень трудно определить размеры сети стандартным образом. Для определения правильных характеристик для расчета активной и реактивной мощности используются различные измерительные приборы. К ним относятся вольтметр, амперметр и другие. Исходя из уровня нагрузки, выбирается подходящая формула.

Поскольку реактивные и активные характеристики связаны с кажущейся мощностью, их взаимосвязь (равновесие) выглядит следующим образом:

Компенсация

Учитывая, что при резонансе тока реактивная мощность равна 0:

Q = QL – QC = ULI – UCI

Для повышения эффективности того или иного устройства используются специальные устройства, позволяющие минимизировать влияние потерь на сеть. В частности, это относится к системам ИБП. Для потребителей электроэнергии со встроенным аккумулятором (например, ноутбуков или портативных устройств) в них нет необходимости, но для большинства других источник бесперебойного питания просто необходим.

Установка такого источника не только устраняет негативные последствия потерь, но и снижает стоимость счетов за электроэнергию. Эксперты доказали, что в среднем UPS может помочь сэкономить от 20% до 50%. Почему это происходит:

1. Значительно снижается нагрузка на силовые трансформаторы;
2. Провода меньше нагреваются, что не только положительно сказывается на производительности, но и повышает безопасность;
3. Снижаются помехи для сигнального и радиооборудования;
4. На порядок снижаются гармоники в электрической сети.

В некоторых случаях специалисты используют не полноценные ИБП, а специальные компенсационные конденсаторы. Они подходят для бытового использования и продаются во всех магазинах электротоваров. Все приведенные выше формулы можно использовать для расчета запланированной и достигнутой экономии.

Поделиться в социальных сетях

Оставить комментарий Отменить ответ

© 2022 Информационная служба АГУТП

Информация на этой странице предназначена только для информационных целей. Для проведения электромонтажных работ всегда обращайтесь к квалифицированному специалисту.