Что такое реактивная мощность в электричестве: Реактивная мощность

Содержание

Реактивная мощность

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

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

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


Рисунок 1.

Конденсаторная установка для компенсации реактивной мощности

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

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

Электрическая нагрузка — это нагрузка создаваемая в электрической сети

Электрическая нагрузка — это нагрузка создаваемая в электрической сети включенными для работы в сети электроприемниками, она выражается в единицах тока или мощности. Электроприемники присоединяются к электрическим сетям в одиночку или группами. В состав группы могут входить электроприемники как одинакового, так и различного назначения и режима работы. Режим работы системы электроснабжения одинаковых приемников или их групп зависит от режима работы или сочетаний режимов работы одиночных приемников или их групп.

В процессе работы электроприемников характер нагрузки в сети может оставаться неизменным, изменяться в отдельных или всех фазах, сопровождаться появлением высших гармоник тока или напряжения. В связи с этим нагрузку в сети можно разделить на спокойную симметричную (преобладающее большинство трехфазных электроприемников), резкопеременную, несимметричную и нелинейную.

К специфическим нагрузкам относятся резкопеременная, нелинейная и несимметричная нагрузка.

Резкопеременная нагрузка характеризуется резкими набросами и провалами мощности или тока. Несимметричная нагрузка характеризуется неравномерной загрузкой фаз. Она вызывается однофазными и реже трехфазными приемниками с неравномерной загрузкой фаз. При несимметричной нагрузке в сети возникают токи прямой, обратной и нулевой последовательности. Нелинейная нагрузка создается электроприемниками с нелинейной вольт-амперной характеристикой. При нелинейной нагрузке в сети появляются высшие гармоники тока или напряжения, искажается синусоидальная форма тока или напряжения.

Специфические нагрузки обычно создаются электродуговыми печами, сварочными установками, полупроводниковыми преобразовательными установками.

Эти установки, в основном, принадлежат промышленным предприятиям. Учитывая связь электрических сетей промышленных предприятий и сетей сельскохозяйственного назначения через трансформаторные подстанции, можно считать, что специфические нагрузки промышленных предприятий оказывают влияние и на электрические сети сельскохозяйственного назначения.

Электроприемники сельскохозяйственного назначения по мощности подразделяются на три группы:

1. Большой мощности (больше 50 кВт)

2. Средней мощности (от 1 до 50 кВт)

3. Малой мощности (до 1 кВт).

Некоторые приемники используют для работы постоянный ток и токи повышенной (до 400 Гц) или высокой частоты (до 10 кГц).

Во время работы одни группы приемников могут допускать перерывы в электроснабжении, в то же время перерыв в электроснабжении других недопустим. По надежности и бесперебойности электроснабжения электроприемники делятся на три категории.

К первой категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб (повреждение основного оборудования), расстройство технологического процесса. Эти приемники должны иметь возможность обеспечения электроэнергией не менее чем от двух независимых источников питания. Нарушение их электроснабжения допускается только на время автоматического восстановления электроснабжения от второго источника.

Ко второй категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям рабочих и механизмов.

Электроснабжение приемников второй категории должно обеспечиваться от двух независимых источников питания. Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое для автоматического и оперативного переключения на второй источник.

К третьей категории относятся электроприемники и комплексы электроприемников, не попадающие под определения первой и второй категорий. Электроснабжение их может осуществляться от одного источника питания. Перерыв электроснабжения допускается на время проведения восстановительных работ, но не более одних суток.

Потреблением из сети не только активной, но также и реактивной мощности сопровождается работы подавляющего большинства электроприемников. Преобразуется активная мощность в механическую мощность на валу рабочей машины или теплоту, а на создание магнитных полей в электроприемниках расходуется реактивная мощность. Основными ее потребителями являются трансформаторы, асинхронные двигатели, индукционные печи, в которых отстает ток по фазе напряжения. Характеризуется потребление реактивной мощности коэффициентом мощности сosφ, представляющим отношение активной мощности Р к полной мощности S. Является удобным показателем коэффициент реактивной мощности tgφ, который выражает отношение реактивной мощности Q к активной Р (показывает, происходящее потребление реактивной мощности на единицу активной мощности).

Установки с опережающим током являются источниками реактивной мощности. Их применяют для компенсации реактивной нагрузки с индуктивным характером цепи.

Таким образом, нагрузка в электрической сети представляется активными и реактивными нагрузками.

При возникновении электрической нагрузки в распределительной сети, может возникать нагрев токоведущих частей – проводов, кабелей, коммутационных аппаратов, обмоток электродвигателей и трансформаторов. Чрезмерный их нагрев может привести к преждевременному старению изоляции и ее износу. В связи с этим температура токоведущих частей не должна превышать допустимых значений. Сечение проводов и кабелей, коммутационных аппаратов должно выбираться по допустимому току нагрузки. Для определения допустимого (расчетного) тока нагрузки должна быть определена расчетная мощность нагрузки.

За расчетную нагрузку при проектировании и эксплуатации солнечной электростанции принимается такая неизменная во времени нагрузка Iрсч, которая вызывает максимальный нагрев токоведущих и соседних с ними частей, характеризующийся установившейся температурой. Нагрев не должен превышать допустимого значения. Обычно установившееся тепловое состояние для большинства проводов и кабелей наступает за 30 минут (около трех постоянных времени нагрева – 3Т, т.

е. постоянная времени нагрева Т = 10 мин). В установках с номинальным током нагрузки более 1000 А установившаяся температура достигается за время не менее 60 мин.

Виды электрической мощности в электроэнергетике

Активная мощность – это среднее значение мощности за полный период. Активная мощностью называют полезную мощность, которая расходуется на совершение работы – преобразование электрической энергии в другие виды энергии (механическую, световую, тепловую). Измеряется в Ваттах (Вт).

Максимальная мощность – это величина мощности, обусловленная составом энергопринимающего оборудования и технологическим процессом потребителя, исчисляемая в

Мгновенная мощность – мощность в данный момент времени. В общем случае это скорость потребления энергии. Различают среднюю мощность за определенный промежуток времени и мгновенную мощность в данный момент времени. В электроэнергетике под понятием мощность понимается средняя мощность.

Полная мощность – это геометрическая сумма активной и реактивной мощности (см. Треугольник мощностей). Измеряется в Вольт-Амперах (ВА).

Присоединенная мощность – это совокупная величина номинальной мощности присоединенных к электрической сети (в том числе и опосредованно) трансформаторов и энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии, исчисляемая в МВт.

Расчетная мощность – величина ожидаемой мощности на данном уровне электроснабжения. Данная мощность является важнейшим показателем, поскольку исходя из неё выбирается электрооборудование. Расчетная мощность показывает фактическую величину потребления энергопринимающими устройствами и зависит от конкретного потребителя (многоквартирные дома, различные отрасли производства). Получение величины расчетной мощности представляет собой сложную задачу, в которой должны учитываться различные факторы, такие как сезонность нагрузки, особенности технологии. На основании статистических данных разработаны таблицы коэффициентов использования, по которым величина расчетной мощности находится как произведение установленной мощности на коэффициент использования.

Реактивная мощность – это мощность, которая обусловлена наличием в электрической сети устройств, которые создают магнитное поле (емкости и индуктивности). Интерес представляет не само магнитное поле, а характер прохождения по таким элементам переменного тока, а именно появление фазового сдвига между приложенным напряжением и током в элементах сети, таких как (электродвигатели, трансформаторы, конденсаторы).

Реактивная мощность в сети может быть, как избыточная, так и дефицитная это обусловлено характером установленного оборудования. Избыточная реактивная мощность (преобладает емкостной характер сети) приводит к повышению напряжения сети, в то время как дефицитная (преобладание индуктивного характера сети) к снижению напряжения. Поскольку в распределительных сетях в большинстве случаев индуктивность преобладает над емкостью, т.е. имеется дефицит реактивной мощности, то в сеть искусственно вносятся емкостные элементы, призванные скомпенсировать индуктивный характер сети, как следствие уменьшить фазовый сдвиг между напряжением сети и током, а это значит передать потребителю в большей степени только активную мощность, а реактивную «сгенерировать» на месте. Этот принцип широко используют сетевые компании, обязывающие потребителей устанавливать компенсационные устройства, однако же установка данных устройств нужна в большей степени сетевой компании, а не каждому потребителю в отдельности. Измеряется в Вольт-Амперах реактивных (ВАр).

Трансформаторная мощность – это суммарная мощность трансформаторов энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии исчисляемая в МВт.

Установленная мощность – алгебраическая сумма номинальных мощностей электроустановок потребителя. Наибольшая активная электрическая мощность, с которой электроустановка может длительно работать без перегрузки в соответствии с техническими условиями или паспортом на оборудование.

 Заявленная мощность – это предельная величина потребляемой в текущий период регулирования мощности, определенная соглашением между сетевой организацией и потребителем услуг по передаче электрической энергии, исчисляемая в мегаваттах.

В чем разница между кВт и кВа?

В разделе «Справочная информация» содержатся пояснения о различных терминах, используемых при описании технических характеристик оборудования, которые неподготовленному человеку бывает нелегко понять.

 

Различия «кВА» и «кВт»

Зачастую, в прайсах различных производителей электрическая мощность оборудования указывается не в привычных киловаттах (кВт), а в «загадочных» кВА (киловольт-амперах). Как же понять потребителю сколько «кВА» ему нужно?

Существует понятие активной (измеряется в кВт) и полной мощности (измеряется в кВА).

Полная мощность переменного тока есть произведение действующего значения силы тока в цепи и действующего значения напряжения на её концах. Полную мощность есть смысл назвать «кажущейся»,так как эта мощность может не вся участвовать в совершении работы. Полная мощность — это мощность передаваемая источником, при этом часть её преобразуется в тепло или совершает работу (активная мощность), другая часть передаётся электромагнитным полям цепи — эта составляющая учитывается введением т.н. реактивной мощности.

Полная и активная мощность — разные физические величины, имеющие размерность мощности. Для того, чтобы на маркировках различных электроприборов или в технической документации не требовалось лишний раз указывать, о какой мощности идёт речь, и при этом не спутать эти физические величины, в качестве единицы измерения полной мощности используют вольт-ампер вместо ватта.

Если рассматривать практическое значение полной мощности, то это величина, описывающая нагрузки, реально налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи, генераторные установки…), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

Отношение активной мощности к полной мощности цепи называется коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности (cos фи) есть безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Значения коэффициента мощности:

1.00

идеальный показатель

0.95

хорошее значение

0.90

удовлетворительное значение

0.80

плохое значение

Большинство производителей определяют потребляемую мощность своего оборудования в Ваттах.

В случае, если потребитель не имеет реактивной мощности (нагревательные приборы – такие как чайник, кипятильник, лампа накаливания, ТЭН), информация о коэффициенте мощности неактуальна, в виду того, что он равен единице. То есть в таком случае полная мощность, потребляемая прибором и необходимая для его эксплуатации, равна активной мощности в Ваттах.

P = I*U*Сos (fi) →

P = I*U*1 →

P=I*U

Пример: В паспорте электрического чайника указана потребляемая мощность – 2 кВт. Это значит, что и полная мощность, необходимая для успешного функционирования прибора, составит 2 кВА.

Если же потребителем является прибор, имеющий в своем составе реактивное сопротивление (емкость, индуктивность), в технических данных всегда указывается мощность в Ваттах и значение коэффициента мощности для данного прибора. Это значение определяется параметрами самого прибора, а конкретно – соотношением его активных и реактивных сопротивлений.

Пример: В техническом паспорте перфоратора указана потребляемая мощность – 5 кВт и коэффициент мощности (Сos(fi)) – 0.85. Это значит, что полная мощность, необходимая для его работы, составит

Pполн.= Pакт./Cos(fi)

Pполн.= 5/0.85= 5,89 кВА

При выборе генераторной установки часто возникает резонный вопрос – «Сколько же мощности она все-таки сможет выдать?». Это обусловлено тем, что в характеристиках генераторных установок указывается полная мощность в кВА. Ответом на этот вопрос и служит данная статья.

Пример: Генераторная установка мощностью 100 кВА. Если потребители будут иметь только активное сопротивление, то кВА=кВт. Если также будет присутствовать и реактивная составляющая, то надо учитывать коэффициент мощности нагрузки.

Именно поэтому в характеристиках генераторных установок указывается полная мощность в кВА. А уж как Вы ее будете использовать – решать только Вам.

Формула мощности тока. Фактическая и номинальная мощность

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

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:

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 U L I L cosθ — в трёхфазных цепях переменного тока

P = 3 U Ph I Ph cosθ

P = √ (S 2 – Q 2) или

P =√ (ВА 2 – вар 2) или

Активная мощность = √ (Полная мощность 2 – Реактивная мощность 2) или

кВт = √ (кВА 2 – квар 2)

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

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

Реактивная мощность = √ (Полная мощность 2 – Активная мощность 2)

вар =√ (ВА 2 – P 2)

квар = √ (кВА 2 – кВт 2)

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

Полная мощность = √ (Активная мощность 2 + Реактивная мощность 2)

kUA = √(kW 2 + kUAR 2)

Следует заметить, что:

  • резистор потребляет активную мощность и отдаёт её в форме тепла и света.
  • индуктивность потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме магнитного поля.
  • конденсатор потребляет реактивную мощность и отдаёт её в форме электрического поля.

Определения и формулы

Мощность – это работа, произведенная за единицу времени. 2/r.

Единицу измерения мощности получим, подставив в формулу единицы измерения напряжения и тока:

[P]=1 B∙1 A=1 BA.

Единица измерения электрической мощности, равная 1 ВА, называется ватом (Вт). Название вольт-ампер (ВА) используется в технике переменного тока, но только для измерения полной и реактивной мощности.

Единицы измерения электрической и механической мощности связаны следующими соотношениями:

1 Вт =1/9,81 кГ м/сек ≈1/10 кГ м/сек;

1 кГ м/сек =9,81 Вт ≈10 Вт;

1 л.с. =75 кГ м/сек =736 Вт;

1 кВт =102 кГ м/сек =1,36 л.с.

Если не учитывать неизбежных потерь энергии, то двигатель мощностью 1 кВт может перекачивать каждую секунду 102 л воды на высоту 1 м или 10,2 л воды на высоту 10 м.

Электрическая мощность .

Примеры

1. Нагревательный элемент электрической печи на мощность 500 Вт и напряжение 220 В выполнен из проволоки высокого сопротивления. Рассчитать сопротивление элемента и ток, который через него проходит (рис. 2/10000=48400/10000=4,84 Ом; I=P/U=10000/220=45,45 А.

Рис. 6.

7. Каково напряжение U на зажимах генератора, если при токе 110 А его мощность равна 12 кВт (рис. 7)?

Так как P=U∙I, то U=P/I=12000/110=109 В.

Рис. 7.

8. На схеме на рис. 8 показана работа электромагнитной токовой защиты. При определенном токе электромагнит ЭМ, который удерживается пружиной П, притянет якорь, разомкнет контакт К и разорвет цепь тока. В нашем примере токовая защита разрывает токовую цепь при токе I≥2 А. Сколько ламп по 25 Вт может быть одновременно включено при напряжении сети U=220 В, чтобы ограничитель не сработал?

Рис. 8.

Защита срабатывает при I=2 А, т. е. при мощности P=U∙I=220∙2=440 Вт.

Разделив общую мощность одной лампы, получим: 440/25=17,6.

Одновременно могут гореть 17 ламп.

9. Электрическая печь имеет три нагревательных элемента на мощность 500 Вт и напряжение 220 В, соединенных параллельно. 2/P=48400/75=645,3 Ом.

Ток I=P/U=75/220=0,34 А.

11. Плотина имеет перепад уровней воды h=4 м. Каждую секунду через трубопровод на турбину попадает 51 л воды. Какая механическая мощность превращается в генераторе в электрическую, если не учитывать потерь (рис. 11)?

Рис. 11.

Механическая мощность Pм=Q∙h=51 кГ/сек ∙4 м =204 кГ м/сек.

Отсюда электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

12. Какую мощность должен иметь двигатель насоса, перекачивающего каждую секунду 25,5 л воды с глубины 5 м в резервуар, расположенный на высоте З м? Потери не учитываются (рис. 12).

Рис. 12.

Общая высота подъема воды h=5+3=8 м.

Механическая мощность двигателя Pм=Q∙h=25,5∙8=204 кГ м/сек.

Электрическая мощность Pэ=Pм:102=204:102=2 кВт.

13. получает из водохранилища на одну турбину каждую секунду 4 м3 воды. Разница между уровнями воды в водохранилище и турбине h=20 м. Определить мощность одной турбины без учета потерь (рис. 2/40=1210 Ом.

Сопротивление холодной нити (при 20 °С) определим по формуле rt=r∙(1+α∙∆t),

откуда r=rt/(1+α∙∆t)=1210/(1+0,004∙(2500-20))=1210/10,92=118 Ом.

Через нить лампы в горячем состоянии проходит ток I=P/U=40/220=0,18 А.

Ток при включении равен: I=U/r=220/118=1,86 А.

При включении ток примерно в 10 раз больше, чем ток горячей лампы.

17. Каковы потери напряжения и мощности в медном контактном проводе электрифицированной железной дороги (рис. 16)?

Рис. 16.

Провод имеет сечение 95 мм2. Двигатель электропоезда потребляет ток 300 А на расстоянии 1,5 км от источника тока.

Потеря (падение) напряжения в линии между точками 1 и 2 Uп=I∙rп.

Сопротивление контактного провода rп=(ρ∙l)/S=0,0178∙1500/95=0,281 Ом.

Падение напряжения в контактном проводе Uп=300∙0,281=84,3 В.

Напряжение Uд на зажимах двигателя Д будет на 84,3 В меньше, чем напряжение U на зажимах источника Г.

Падение напряжения в контактном проводе во время движения электропоезда меняется. Чем дальше электропоезд удаляется от источника тока, тем длиннее линия, а значит, больше ее сопротивление и падение напряжения в ней. Ток по рельсам возвращается к заземленному источнику Г. Сопротивление рельсов и земли практически равно нулю.

Мощность электрического тока – скорость выполняемой цепью работы. Простое определение, морока с пониманием. Мощность подразделяется на активную, реактивную. И начинается…

Работа электрического тока, мощность

При движении заряда по проводнику поле выполняет над ним работу. Величина характеризуется напряжением, в отличие от напряженности в свободном пространстве. Заряды двигаются в сторону убывания потенциалов, для поддержания процесса требуется источник энергии. Напряжение численно равно работе поля при перемещении на участке единичного заряда (1 Кл). В ходе взаимодействий электрическая энергия переходит в другие виды. Поэтому необходим ввод универсальной единицы, физической свободно конвертируемой валюты. В организме мерой выступает АТФ, электричестве — работа поля.

Электрическая дуга

На схеме момент превращения энергии отображается в виде источников ЭДС. Если у генераторов направлены в одну сторону, у потребителя – обязательно в другую. Наглядным фактом отражается процесс расхода мощности, отбора у источников энергии. ЭДС несет обратный знак, часто называется противо-ЭДС. Избегайте путать понятие с явлением, возникающим в индуктивностях при выключении питания. Противо-ЭДС означает переход электрической энергии в химическую, механическую, световую.

Потребитель хочет выполнить работу за некоторую единицу времени. Очевидно, газонокосильщик не намерен ждать зимы, надеется управиться к обеду. Мощность источника должна обеспечить заданную скорость выполнения. Работу осуществляет электрический ток, следовательно, понятие также относится. Мощность бывает активной, реактивной, полезной и мощностью потерь. Участки, обозначаемые физическими схемами сопротивлениями, на практике вредны, являются издержками. На резисторах проводников выделяется тепло, эффект Джоуля-Ленца ведет к лишнему расходу мощности. Исключением назовем нагревательные приборы, где явление желательно.

Полезная работа на физических схемах обозначается противо-ЭДС (обычный источник с обратным генератору направлением). Для мощности имеется несколько аналитических выражений. Иногда удобно использовать одно, в других случаях – иное (см. рис.):

Выражения мощности тока

  1. Мощность – скорость выполнения работы.
  2. Мощность равна произведению напряжения на ток.
  3. Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна произведению сопротивления на квадрат тока.
  4. Мощность, затрачиваемая на тепловое действие, равна отношению квадрата напряжения к сопротивлению.

Запасшемуся токовыми клещами проще использовать вторую формулу. Вне зависимости от характера нагрузки посчитаем мощность. Только активную. Мощность определена многими факторами, включая температуру. Под номинальным для прибора значением понимаем, развиваемое в установившемся режиме. Для нагревателей следует применять третью, четвертую формулу. Мощность зависит целиком и полностью от параметров питающей сети. Предназначенные для работы со 110 вольт переменного тока в европейских условиях быстро сгорят.

Трехфазные цепи

Новичкам трехфазные цепи представляются сложными, на деле это более элегантное техническое решение. Даже электричество домом поставляют тремя линиями. Внутри подъезда делят по квартирам. Больше смущает то, что некоторые приборы на три фазы лишены заземления, нулевого провода. Схемы с изолированной нейтралью. Нулевой провод не нужен, ток возвращается источнику по фазным линиям. Разумеется, нагрузка здесь на каждую жилу повышенная. Требования ПУЭ отдельно оговаривают род сети. Для трехфазных схем вводятся следующие понятия, о которых нужно иметь представление, чтобы правильно посчитать мощность:

Трехфазная цепь с изолированной нейтралью

  • Фазным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов и скорость передвижения заряда меж фазой и нейтралью. Понятно, в оговоренном выше случае с полной изоляцией формулы будут недействительны. Поскольку нейтрали нет.
  • Линейным напряжением, током называют, соответственно, разницу потенциалов или скорость перемещения заряда меж любыми двумя фазами. Номера понятны из контекста. Когда говорят о сетях 400 вольт, подразумевают три провода, разница потенциалов с нейтралью равна 230 вольт. Линейное напряжение выше фазного.

Меж напряжением и током существует сдвиг фаз. О чем умалчивает школьная физика. Фазы совпадают, если нагрузка 100% активная (простые резисторы). Иначе появляется сдвиг. В индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов, в емкости — опережает. Простая истина легко запоминается следующим образом (плавно подходим к реактивной мощности). Мнимая часть сопротивления индуктивности составляет jωL, где ω – круговая частота, равная обычной (в Гц), помноженной на 2 числа Пи; j – оператор, обозначающий направление вектора. Теперь пишем закон Ома: U = I R = I jωL.

Из равенства видно: напряжение нужно отложить вверх на 90 градусов при построении диаграммы, ток останется на оси абсцисс (горизонтальная ось Х). Вращение по правилам радиотехники происходит против часовой стрелки. Теперь очевиден факт: ток отстает на 90 градусов. По аналогии проведем сравнение для конденсатора. Сопротивление переменному току в мнимой форме выглядит так: -j/ωL, знак указывает: откладывать напряжение нужно будет вниз, перпендикулярно оси абсцисс. Следовательно, ток опережает по фазе на 90 градусов.

В реальности параллельно с мнимой частью присутствует действительная – называют активным сопротивлением. Проволока катушки представлена резистором, будучи свитой, приобретает индуктивные свойства. Поэтому реальный угол фаз будет не 90 градусов, немного меньше.

А теперь можно переходить к формулам мощности тока трехфазных цепей. Здесь линия формирует сдвиг фаз. Меж напряжением и током, и относительно другой линии. Согласитесь, без заботливо изложенных авторами знания факт нельзя осознать. Меж линиями промышленной трехфазной сети сдвиг 120 градусов (полный оборот – 360 градусов). Обеспечит равномерность вращения поля в двигателях, для рядовых потребителей безразличен. Так удобнее генераторам ГЭС – нагрузка сбалансированная. Сдвиг идет меж линиями, в каждой ток опережает напряжение или отстает:

  1. Если линия симметричная, сдвиги меж любыми фазами по току составляют 120 градусов, формула получается предельно простой. Но! Если нагрузка симметрична. Посмотрим изображение: фаза ф не 120 градусов, характеризует сдвиг меж напряжением и током каждой линии. Предполагается, включили двигатель с тремя равноценными обмотками, получается такой результат. Если нагрузка несимметрична, потрудитесь провести вычисления для каждой линии отдельно, затем сложить результаты воедино для получения общей мощности тока.
  2. Вторая группа формул приведена для трехфазных цепей с изолированной нейтралью. Предполагается, ток одной линии утекает по другой. Нейтраль отсутствует за ненадобностью. Поэтому напряжения берутся не фазные (не от чего отсчитывать), как предыдущей формулой, а линейные. Соответственно, цифры показывают, какой параметр следует взять. Повремените пугаться греческих букв – фазы меж двумя перемножаемыми параметрами. Цифры меняются местами (1,2 или 2,1), чтобы правильно учесть знак.
  3. В асимметричной цепи вновь появляются фазные напряжение, ток. Здесь расчет ведется отдельно для каждой линии. Никаких вариантов нет.

На практике измерить мощность тока

Намекнули, можно воспользоваться токовыми клещами. Прибор позволит определить крейсерские параметры дрели. Разгон можно засечь только при многократных опытах, процесс чрезвычайно быстрый, частота смены индикации не выше 3-х раз в секунду. Токовые клещи демонстрируют погрешность. Практика показывает: достичь погрешности, указанной в паспорте, сложно.

Чаще для оценки мощности используют счетчики (для выплат компаниям-поставщикам), ваттметры (для личных и рабочих целей). Стрелочный прибор содержит пару неподвижных катушек, по которым течет ток цепи, подвижную рамку, для заведения напряжения путем параллельного включения нагрузки. Конструкция рассчитана сразу реализовать формулу полной мощности (см. рис.). Ток умножается на напряжение и некий коэффициент, учитывающий градуировку шкалы, также на косинус сдвига фаз между параметрами. Как говорили выше, сдвиг умещается в пределах 90 — минус 90 градусов, следовательно, косинус положителен, крутящий момент стрелки направлен в одну сторону.

Отсутствует возможность сказать индуктивная ли нагрузка или емкостная. Зато при неправильном включении в цепь показания будут отрицательными (завал набок). Произойдет аналогичное событие, если потребитель вдруг станет отдавать мощность обратно нагрузке (бывает такое). В современных приборах происходит нечто подобное же, вычисления ведет электронный модуль, интегрирующий расход энергии, либо считывающий показания мощности. Вместо стрелки присутствует электронный индикатор и множество других полезных опций.

Особые проблемы вызывают измерения в асимметричных цепях с изолированной нейтралью, где нельзя прямо складывать мощности каждой линии. Ваттметры делятся принципом действия:

  1. Электродинамические. Описаны разделом. Состоят из одной подвижной, двух неподвижных катушек.
  2. Ферродинамические. Напоминает двигатель с расщепленным полюсом (shaded-pole motor).
  3. С квадратором. Используется амплитудно-частотная характеристика нелинейного элемента (например, диода), напоминающая параболу, для возведения электрической величины в квадрат (используется в вычислениях).
  4. С датчиком Холла. Если индукцию сделать при помощи катушки пропорциональной напряжению магнитного поля в сенсоре, подать ток, ЭДС будет результатом умножения двух величин. Искомая величина.
  5. Компараторы. Постепенно повышает опорный сигнал, пока не будет достигнуто равенство. Цифровые приборы достигают высокой точности.

В цепях с сильным сдвигом фаз для оценки потерь применяется синусный ваттметр. Конструкция схожа с рассмотренной, пространственное положение таково, что вычисляется реактивная мощность (см. рис.). В этом случае произведение тока и напряжения домножим на синус угла сдвига фаз. Реактивную мощность измерим обычным (активным) ваттметром. Имеется несколько методик. Например, в трехфазной симметричной цепи нужно последовательную обмотку включить в одну линию, параллельную – в две другие. Затем производятся вычисления: показания прибора умножаются на корень из трех (с учетом, что на индикаторе произведение тока, напряжения и синуса угла между ними).

Для трехфазной цепи с простой асимметрией задача усложняется. На рисунке показана методика двух ваттметров (ферродинамических или электродинамических). Начала обмоток указаны звездочками. Ток проходит через последовательные, напряжение с двух фаз подается на параллельную (одно через резистор). Алгебраическая сумма показаний обоих ваттметров складывается, умножается на корень из трех для получения значения реактивной мощности.

Прохождение электрического тока через любую проводящую среду объясняется наличием в ней некоторого количества носителей заряда: электронов – для металлов, ионов – в жидкостях и газах. Как найти её величину, определяет физика силы тока.

В спокойном состоянии носители движутся хаотично, но при воздействии на них электрического поля движение становится упорядоченным, определяемым ориентацией этого поля – возникает сила тока в проводнике. Количество носителей, участвующих в переносе заряда, определяется физической величиной – силой тока.

От концентрации и заряда частиц-носителей, или количества электричества, напрямую зависит сила тока, проходящего через проводник. Если принять во внимание время, в течение которого это происходит, тогда узнать, что такое сила тока, и как она зависит от заряда, можно, используя соотношение:

Входящие в формулу величины:

  • I – сила электрического тока, единицей измерения является ампер, входит в семь основных единиц системы Си. Понятие «электрический ток» ввёл Андре Ампер, единица названа в честь этого французского физика. В настоящее время определяется как ток, вызывающий силу взаимодействия 2×10-7 ньютона между двумя параллельными проводниками, при расстоянии 1 метр между ними;
  • Величина электрического заряда, применённая здесь для характеристики силы тока, является производной единицей, измеряется в кулонах. Один кулон – это заряд, проходящий через проводник за 1 секунду при токе 1 ампер;
  • Время в секундах.

Сила тока через заряд может вычисляться с применением данных о скорости и концентрации частиц, угла их движения, площади проводника:

I = (qnv)cosαS.

Также используется интегрирование по площади поверхности и сечению проводника.

Определение силы тока с использованием величины заряда применяется в специальных областях физических исследований, в обычной практике не используется.

Связь между электрическими величинами устанавливается законом Ома, который указывает на соответствие силы тока напряжению и сопротивлению:

Сила электрического тока здесь как отношение напряжения в электрической цепи к её сопротивлению, эти формулы используются во всех областях электротехники и электроники. Они верны для постоянного тока с резистивной нагрузкой.

В случае косвенного расчета для переменного тока следует учитывать, что измеряется и указывается среднеквадратичное (действующее) значение переменного напряжения, которое меньше амплитудного в 1,41 раза, следовательно, максимальная сила тока в цепи будет больше во столько же раз.

При индуктивном или емкостном характере нагрузки вычисляется комплексное сопротивление для определённых частот – найти силу тока для такого рода нагрузок, используя значение активного сопротивления постоянному току, невозможно.

Так, сопротивление конденсатора постоянному току практически бесконечно, а для переменного:

Здесь RC – сопротивление того же конденсатора ёмкостью С, на частоте F, которое во многом зависит от его свойств, сопротивления разных типов ёмкостей для одной частоты значительно различаются. В таких цепях сила тока по формуле, как правило, не определяется – используются различные измерительные приборы.

Для нахождения значения силы тока при известных значениях мощности и напряжения, применяются элементарные преобразования закона Ома:

Тут сила тока – в амперах, сопротивление – в омах, мощность – в вольт-амперах.

Электрический ток имеет свойство разделяться по разным участкам цепи. Если их сопротивления различны, то и сила тока будет разной на любом из них, так находим общий ток цепи.

Электрическая энергия является наиболее распространенным видом энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Трудно перечислить все наименования электробытовых приборов: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, телевизоры, магнитофоны, осветительные приборы и т.д. Нельзя представить промышленность без электрической энергии. В сельском хозяйстве применение электричества непрерывно расширяется: кормление и поение животных, уход за ними, отопление и вентиляция, инкубаторы, калориферы, сушилки и т.д.

Электрический ток и его мощность

Современная наука еще не может до конца объяснить природу электричества. Нам, впрочем, вполне достаточно представления о том, что электрический ток — это направленное движение электронов в проводнике. И что этот самый ток может совершать работу, например, вращать электродвигатель, нагревать электроплитку, давать свет. Эта работа является следствием того, что под действием электрического поля происходит перенос, перемещение электронов в проводнике, что тоже означает совершение некоторой работы.

Как вы помните, электрический ток характеризуется двумя основными параметрами: напряжением и силой тока.

Напряжение есть разность потенциалов между двумя полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи.

Сила тока — это количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды.

Легко заметить, что оба термина «напряжение» и «сила тока» не являются первичными, они определяются через другие понятия, в данном случае — «потенциал» и «количество электричества». Но мы снова не будем углубляться в физические теории, ограничившись приведенными определениями, приняв их за первичные. В конце концов, нам важно только научиться применять эти понятия на практике.

Вы, конечно, знаете еще со школы, напряжение принято обозначать буквой U и единицей измерения напряжения является вольт (В). Сила тока измеряется в амперах (А) и обозначается латинской буквой I.

Как уже было сказано в предыдущей статье , способность производить работу характеризуется величиной, которая называется энергией. А отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени называется мощностью. Поскольку ток тоже может совершать работу, понятие мощности применимо и в этом случае.

Мощность постоянного электрического тока обозначается буквой P и вычисляется по формуле P=U*I, то есть является произведением напряжения на силу тока. То есть чем больше напряжение и сила тока, тем больше совершается работы в единицу времени, то есть больше мощность электрического тока. Мы не будем заниматься выяснением того, почему это именно так, примем это утверждение на веру (оно обосновано в физике и вы можете при желании найти это обоснование).

Единицей электрической мощности является ватт (Вт).

Один ватт — это мощность, которую развивает электрический ток величиной в один ампер при напряжении в один вольт.

Более крупными единицами мощности являются:

  • 1 киловатт (кВт) = 1000 Вт.
  • 1 мега ватт (МВт) = 1000 кВт.

Более мелкие единицы:

  • 1 милливатт (мвт) = 10 -3 Вт;
  • 1 микроватт (мквт) = 10 -6 Вт.

Мощность будет нам встречаться при оценке солнечных батарей, ветро-генераторов и других устройств, способных производить электрический ток.

Электрическая цепь

Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Электрические цепи подразделяют на линейные и нелинейные. Линейные цепи — это такие, которые состоят только из линейных элементов — проводников, сопротивлений, конденсаторов, катушек индуктивности без ферромагнитных сердечников. У линейных элементов электрическое сопротивление постоянно и ток находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению, что выражается известным законом Ома:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи,

Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Величину R принято называть электрическим сопротивлением. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А. Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными.

Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры. То есть большинство реальных электрических цепей являются нелинейными.

Нелинейные цепи содержат элементы, электрическое сопротивление которых существенно зависит от тока или напряжения, в результате чего ток не находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению. Зависимость тока от напряжения в нелинейных цепях выражается так называемой вольт-амперной характеристикой, получаемой экспериментально и изображаемой некоторым графиком в системе координат «ток-напряжение».

Нелинейные элементы (усилители, генераторы и т.п.) придают электрическим цепям свойства, недостижимые в линейных цепях (стабилизация напряжения или тока, усиление постоянного тока и др.).

Мощность переменного тока

Закон Ома в той форме, как он был сформулирован ваше (I=U/R), справедлив только для цепей постоянного тока. Следовательно и формула мощности тока P=I*U, тоже действует только для цепей постоянного тока. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом вида P+i*Q. При этом его действительная часть называется активной мощностью, мнимая часть реактивной мощностью.

Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока

Единицей измерения активной мощности является по прежнему ватт, а единицей измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (VAr, ВАр, вар).

Но практическое значение имеет полная мощность, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии.

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S=U*I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: S = sqrt , где P — активная мощность, Q — реактивная мощность, sqrt — символ квадратного корня.

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (V·A, В·А).

Рекомендуем также

В чем разница кВт и кВа ?

Вольт-ампер (ва) — это единица полной мощности переменного тока, обозначается ВА или VA. Полная мощность переменного тока определяется как произведение действующих значений тока в цепи (в амперах) и напряжения на её зажимах (в вольтах).
Ватт (вт) — единица мощности. Названа в честь шотландско-ирландского изобретателя-механика Джеймса Уатта, обозначается вт или W. Ватт -это мощность, при которой за 1 сек совершается работа, равная 1 джоулю. Ватт как единица электрической (активной) мощности равен мощности не изменяющегося электрического тока силой 1 ампер при напряжении 1 вольт.
При выборе стабилизатора или электростанции следует помнить, что кВА — это полная потребляемая мощность, а кВт — это активная (затраченная на совершение полезной работы) мощность. Полная мощность – это сумма реактивной и активной мощностей. Зачастую разные потребители имеют разное соотношение полной и активной мощности. Поэтому для определения суммарной мощности всех потребителей необходимо сложение полных мощностей оборудования, а не активных мощностей.

Номинальная мощность

В электротехнической промышленности принято мощность большинства потребителей определять в Ваттах. Это так называемая активная мощность – мощность, выделяющаяся на чисто резистивной нагрузке(Нагреватели,телевизоры,лампочки и т. п.). Активная мощность целиком идет на полезную работу (нагрев, механическое движение), и обычно именно ее понимают под потребляемой мощностью.Если потребитель активный (чайник, лампа накаливания, ТЭН), то другой информации о нем не требуется, на таких потребителях пишут (как правило) номинальную мощность в Вт, номинальное напряжение и все. Здесь нет вопросов о косинусе «фи», т.к. этот «фи» (угол между током и напряжением данных потребителей) равен нулю, косинус нуля равен 1, — отсюда, Активная мощность («P») равна произведению тока через потребитель и напряжению на потребителе, умноженному на этот пресловутый косинус «фи», т.е. P = I*U*Сos (fi) = P = I*U*1 = P=I*U.
Простой пример для тена с cos фи=1:
Полная мощность S=10 кВА cos фи=1
Тогда активная мощность P=10*1=10 кВт

У потребителей, имеющих в своем составе не только активное сопротивление, но и любое реактивное (индуктивность, емкость), принято писать на шильдике величину «P» в Ваттах, а так же указывать величину косинуса «фи». Величина косинуса «фи» определяется параметрами самих этих потребителей, а точнее — соотношением их активных и реактивных сопротивлений.
Например, обычный электродвигатель имеет на бирке: P=5кВт, Сos(fi)=0.8. Это значит следующее: Данный двигатель при работе (в номинальном режиме) потребляет полную Полную мощность (сумму активной и реактивной мощностей). Активную мощность «S» равную P/Cos(fi)=5/0,8= 6,25 кВа и Реактивную мощность «Q» в размере U*I/Sin(fi).
Для нахождения номинального тока двигателя нужно его Полную мощность «S» и разделить на рабочее напряжение (220), впрочем, ток указывается, как правило, на шильдике. Может появиться вопрос, почему же на генераторах (трансформаторах, стабилизаторах напряжения) указывается мощность в ВА (вольт-амперах)? А как ее еще указать? Допустим, что на стабилизаторе напряжения указана мощность 10000 Ва. Это должно значить, что, если я подцеплю кучу ТЭНов к данному трансформатору, то мощность, отдаваемая трансформатором в ТЭНы (в номинальном режиме работы трансформатора) не может превышать 10000 Вт. Вроде все сходится. А если я захочу нагрузить стабилизатор напряжения катушкой индуктивности или электродвигателем с Сos(fi)=0.8? (кучей катушек)? И данный стабилизатор будет отдавать мощность уже 8000 Вт?а при Сos(fi)=0.85 -8500 Вт. Тогда надпись на шильдике 10000 Ва будет уже не правомерной. Поэтому, мощность генераторов (трансформаторов и стабилизаторов напряжения) может определяться только в Полной мощности (в нашем случае 1000 кВА), а как ты ее (Полную мощность) будешь использовать — твое дело.
[i]Теперь можно перейти к подбору
стабилизатора напряжения, электростанции,
источника бесперебойного питания, инвертора.[/i]

Коэффициент мощности, косинус «фи»

Это отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение коэффициента мощности равно 1. В случае синусоидального переменного тока, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока и определяется параметрами цепи: Сos ф = r/Z, где ф («фи») — угол сдвига фаз, r — активное сопротивление цепи, Z — полное сопротивление цепи. Коэффициент мощности может отличаться от 1 и в цепях с чисто активными сопротивлениями, если в них содержатся нелинейные участки. В этом случае коэффициент мощности уменьшается вследствие искажения формы кривых напряжения и тока.
Коэффициент мощности электрической цепи — это косинус фазового угла между основаниями кривых напряжения и тока. Согласно другому определению, коэффициент мощности — это соотношение активной и полной энергий. Коэффициент мощности (Сos φ = Активная мощность/Полная мощность = P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой.
Коэффициент мощности — комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть.
Типовые значения коэффициента мощности:
— 1.00 — идеальное значение;
— 0.95 — хороший показатель;
— 0.90 — удовлетворительный показатель;
— 0.80 — средний показатель современных электродвигателей;
— 0.70 — низкий показатель;
— 0.60 — плохой показатель.

Фильтрокомпенсирующие устройства ФКУ — силовые фильтры высших гармоник

Если Вас интересует фильтрация гармоник гармоник на напряжении 0,4 кВ, то Вам сюда

НАЗНАЧЕНИЕ

ФКУ или Силовые фильтры гармоник, также известные как пассивные фильтры гармоник,представляют собой особый тип конденсаторных установок, задачей которых является фильтрация гармоник совместно с компенсацией реактивной мощности. Фильтрокомпенсирующие устройства необходимы на предприятиях тяжелого машиностроения либо перерабатывающих производствах, где широко применяются дуговые плавильные печи, электролитические ванны высокого напряжения 6(10) кВ, а также другое энергоемкое оборудование с нелинейным характером потребления электроэнергии. Работа такого рода оборудования ЗАПРЕЩАЕТСЯ без наличия силовых фильтров гармоник.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ФКУ

Целью внедрения ФКУ является уменьшение реактивного сопротивления LC-цепочек до значений, близких к нулю, и шунтирование главной электрической сети (на частоте заданной гармоники). Фильтрокомпенсирующие установки представляют собой LC либо RLC цепочки, настроенные на резонанс с определенной гармоникой, порядок которой определяется заказчиком либо по результатам замеров. В стандартном исполнении фильтрокомпенсирующее устройство состоит из вводной ячейки, современных однофазных реакторов и нескольких батарей конденсаторов, устанавливаемых на металлических оцинкованных конструкциях. ФКУ огораживается сеткой для безопасности персонала, либо размещается в специализированном контейнере.

Различают несколько типов применяемых LC-фильтров. Узкополосные, одноконтурные фильтры (1) применяют и настраивают на резко выраженные гармоники, как правило низких порядков 3, 5, 7. На высоких частотах применяют режекторные фильтры (2) меньшей добротности, при этом используют шунтирующее реактор сопротивление R. Применение режекторных фильтров позволяет нивелировать присутствие гармоник в широком спектре высоких частот. Комплексное применение узкополосных и широкополосных фильтровых цепочек в составе силовых фильтров гармоник (ФКУ) позволяет в полной мере очистить электрическую сеть от гармонических искажений, вызванных потребителем.

Экономически целесообразно применение Фильтрокомпенсирующих установок на напряжение 6(10) кВ в связи с тем, что высоковольтные потребители создают меньший спектр гармонических искажений (где сильно выражены 3, 5, 7 гармоники и в меньшей степени гармоники более высших порядков) по сравнению с низковольтными потребителями. Поэтому технически и экономически выгоднее реализовать схему Фильтрокомпенсирующего устройства, настроенную на одну (две, три) гармоники, чем на широкий спектр гармоник потребителей 0,4 кВ.

Помимо фильтрации гармоник, Фильтрокомпенсирующие устройства выполняют компенсацию реактивной мощности потребителей на основной частоте (50 Гц). Поэтому силовые фильтры гармоник (Фильтрокомпенсирющие устройства) различают по реактивной мощности. Самое простое Фильтрокомпенсирующее устройство имеет статическую величину реактивной мощности, которую оно передает в главную электрическую сеть и настроено на подавление одной из гармоник (по требованию заказчика).

КОМПОНОВКА И КОМПЛЕКТАЦИЯ

Компоновка элементов Фильтрокомпенсирующего устройства представлена справа. Вводная ячейка выполнена из листовой стали и имеет антикоррозионное покрытие. Внутри нее размещается вводной аппарат, управляющая, светосигнальная и защитная аппаратура. Блоки конденсаторов располагаются друг над другом и устанавливаются на опорные полимерные изоляторы. В состав блока входят косинусные высоковольтные конденсаторы (трех — или однофазные), закрепленные на стальной раме и соединенные сборными шинами. Все конденсаторы допускают длительную работу при повышении номинального напряжения на 10%. Однофазные реакторы с воздушным сердечником установлены на полимерных изоляторах и соединены с вводной ячейкой и конденсаторными блоками медными шинами. Индуктивность реактора варьируется от нескольких мГн до нескольких десятков мГн.

ПК «СлавЭнерго» при изготовлении фильтрокомпенсирующих устройств применяет трехфазные конденсаторы для ФКУ устройств небольшой мощности и однофазные для составления блоков большой мощности (параллельные и последовательные соединения). В отдельных случаях, силовые фильтры гармоник (Фильтрокомпенсирующие устройства) большой мощности могут комплектоваться специальной схемой для сигнализации выхода из строя отдельных конденсаторов (пробой, потеря емкости) и отключения ФКУ — так называемой схемой небалансной защиты.

Фильтровые реакторы с воздушным сердечником имеют высокую линейность индуктивности (L), зависящую от его геометрии и количества витков. Необходимость их использования в конструировании силовых фильтров гармоник была обусловлена потребностью в стабильности частоты фильтра для всех режимов работы Фильтрокомпенсирующего устройства.

Воздушные фильтровые электрические реакторы представляют собой катушки многожильного провода, намотанные на армирующий каркас. Параметры проводников подбираются для каждого типономинала реактора. Основание реактора имеет высокую механическую прочность и антикоррозийную обработку, что позволяет размещать его на открытом воздухе. Конструкцией реактора гарантирована его безотказная работа в условия загрязненных сред и низких температур. Для каждого реактора предусмотрена возможность регулировки индуктивности (схоже с трансформаторам) с помощью регулировочных отпаек в его обмотке.

ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА НЕОБХОДИМО ОПРЕДЕЛИТЬ НЕСКОЛЬКО ПАРАМЕТРОВ:

  • гармоники (для подавления)
  • реактивная мощность силового фильтра на основной частоте (50 Гц)
  • размещение ФКУ

* Возможно изготовление Фильтрокомпенсаторов ступенчатого типа для случаев пошаговой компенсации реактивной мощности потребителей с фильтрацией гармоник.

ПЕРЕЧЕНЬ ТИПОВЫХ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ (Силовых фильтров гармоник)

Наименование Габариты ДхШхВ, мм Масса, кг № гармоник Мощность, (квар)  
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-450 5000х1800х2300 800 3(5,7,11 и др. ) 450 узнать цену/отправить заявку
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-600 5000х1800х2300 850 600 узнать цену/отправить заявку
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-900 5500х2500х2300 950 900 узнать цену/отправить заявку
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-1350 5500х2500х2300 1100 1350 узнать цену/отправить заявку
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-1800 5500х3500х2300 1300 1800 узнать цену/отправить заявку
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-3150 5500х3500х2300 1500 3150 узнать цену/отправить заявку
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-4500 7000х3500х2300 1800 4500 узнать цену/отправить заявку
ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-5000 7000х3500х2300 1850

5000

узнать цену/отправить заявку

ФКУ-3(5,7,11,13)-6(10)-6000 7000х3500х2300 1950 6000 узнать цену/отправить заявку

Оставить заявку

СОБСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Основные сведения о мощности электрического тока

Что такое электрическая мощность

Современный человек постоянно сталкивается в быту и на производстве с электричеством, пользуется приборами, потребляющими электрический ток и устройствами, вырабатывающими его. При работе с ними всегда надо учитывать их возможности, заложенные в технических характеристиках.

Одним из основных показателей любого электроприбора является такая физическая величина, как электрическая мощность . Ею принято называть интенсивность или скорость генерации, передачи либо преобразования электроэнергии в другие виды энергии, например, тепловую, световую, механическую.

Транспортировка или передача больших электрических мощностей в промышленных целях выполняется по высоковольтным линиям электропередач.

Преобразование электрической энергии осуществляется на трансформаторных подстанциях.

Потребление электричества происходит в бытовых и промышленных устройствах различного назначения. Одним из распространенных их видов являются лампы накаливания различных номиналов.

Электрическая мощность генераторов, линий электропередач и потребителей в цепях постоянного и переменного тока имеет один и тот же физический смысл, который в то же время выражается различными соотношениями, зависящими от формы составных сигналов. С целью определения общих закономерностей введены понятия мгновенных значений . Они еще раз подчеркивают зависимость скорости преобразований электроэнергии от времени.

Определение мгновенной электрической мощности

В теоретической электротехнике для вывода основных соотношений между током, напряжением и мощностью используются их представления в виде мгновенных величин, которые фиксируются в какой-то определенный временной момент.

Если за очень короткий промежуток времени ∆t единичный элементарный заряд q под действием напряжения U перемещается из точки «1» в точку «2», то он совершает работу, равную разности потенциалов между этими точками. Разделив ее на промежуток времени ∆t, получим выражение мгновенной мощности для единичного заряда Pe(1-2).

Поскольку под действием приложенного напряжения перемещается не только единичный заряд, а все соседние, оказавшиеся под влиянием этой силы, количество которых удобно представить числом Q, то для них можно записать мгновенную величину мощности PQ(1-2).

Выполнив простые преобразования получим выражение мощности Р и зависимость ее мгновенного значения p(t) от составляющих произведения мгновенного тока i(t) и напряжения u(t).

Определение электрической мощности постоянного тока

В цепях постоянного тока величина падения напряжения на участке цепи и протекающего по нему тока не изменяется и остается стабильной, равной мгновенным значениям. Поэтому определить мощность в этой схеме можно перемножением этих величин или делением совершенной работы А на период времени ее выполнения, как показано на поясняющей картинке.

Определение электрической мощности переменного тока

Законы синусоидального изменения токов и напряжений, передаваемых по электрическим сетям, накладывают свое влияние на выражение мощности в таких цепях. Здесь действует полная мощность, которая описывается треугольником мощностей и состоит из активной и реактивной составляющих.

Электрический ток синусоидальный формы при прохождении по линиям электропередач со смешанными видами нагрузок на всех участках не изменяет форму своей гармоники. А падение напряжения на реактивных нагрузках сдвигается по фазе в определенную сторону. Понять влияние приложенных нагрузок на изменение мощности в цепи и ее направление помогают выражения мгновенных величин.

При этом сразу обратите внимание на то, что направление прохождения тока от генератора к потребителю и передаваемой мощности по созданной цепи — это совершенно разные вещи, которые в отдельных случаях могут не только не совпадать, но и направлены в противоположные стороны.

Рассмотрим эти взаимосвязи при их идеальном, чистом проявлении для разных видов нагрузок:

Выделение мощности на активной нагрузке

Будем считать, что генератор вырабатывает идеальную синусоиду напряжения u, которая прикладывается к чисто активному сопротивлению цепи. Амперметр А и вольтметр V замеряют ток I и напряжение U в каждый момент времени t.

На графике видно, что синусоиды тока и падения напряжения на активном сопротивлении совпадают по частоте и фазе, совершая одинаковые колебания. Мощность же, выражаемая их произведением, колеблется с удвоенной частотой и всегда остается положительной.

p=u∙i=Um∙sinωt∙Um/R∙sinωt=Um 2 /R∙sin 2 ωt=Um 2 /2R∙(1-cos2ωt).

Если перейти к выражению действующего напряжения, то получим: p=P∙(1-cos2ωt).

Далее проинтегрируем мощность за период одного колебания Т и сможем заметить, что приращение энергии ∆W за этот промежуток увеличивается. С дальнейшим течением времени активное сопротивление продолжает потреблять новые порции электроэнергии, как показано на графике.

На реактивных нагрузках характеристики потребляемой мощности отличаются, имеют другой вид.

Выделение мощности на емкостной нагрузке

В схеме питания генератора заменим резистивный элемент конденсатором с емкостью С.

Соотношения между током и падением напряжения на емкости выражаются зависимостью: I=C∙dU/dt=ω∙C ∙Um∙cosωt.

Перемножим значения мгновенных выражений тока с напряжением и получим значение мощности, которая потребляется емкостной нагрузкой.

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙Um∙cosωt=ω∙C ∙Um 2 ∙sinωt∙cosωt=Um 2 /(2Xc)∙sin2ωt=U 2 /(2Xc)∙sin2ωt.

Здесь видно, что мощность совершает колебания относительно нуля с удвоенной частотой приложенного напряжения. Суммарное ее значение за период гармоники, как и приращение энергии, равно нулю.

Это означает, что энергия перемещается по замкнутому контуру цепи в обе стороны, но никакой работы не совершает. Подобный факт объясняется тем, что при нарастании напряжения источника по абсолютной величине мощность положительна, а поток энергии по цепи направляется в емкость, где происходит накопление энергии.

После того как напряжение переходит на падающий участок гармоники, из емкости начинается возврат энергии в контур к источнику. В обоих этих процессах полезная работа не совершается.

Выделение мощности на индуктивной нагрузке

Теперь в схеме питания заменим конденсатор индуктивностью L.

Здесь ток через индуктивность выражается соотношением:

p=u∙i=Um∙sinωt∙ωC ∙(-Um/ωL∙cosωt)=-Um 2 /ωL∙sinωt∙cosωt=-Um 2 /(2XL)∙sin2ωt=-U 2 /(2XL)∙sin2ωt.

Полученные выражения позволяют увидеть характер изменения направления мощности и приращения энергии на индуктивности, которые совершают такие же бесполезные для выполнения работы колебания, как и на емкости.

Выделяемую на реактивных нагрузках мощность называют реактивной составляющей. Она в идеальных условиях, когда у соединительных проводов нет активного сопротивления, кажется безобидной и не создает никакого вреда. Но в условиях реального электроснабжения периодические прохождения и колебания реактивной мощности вызывают нагрев всех активных элементов, включая соединительные провода, на который затрачивается определенная энергия и снижается величина приложенной полной мощности источника.

Основное отличие реактивной составляющей мощности состоит в том, что она вообще не совершает полезной работы, а ведет к потерям электрической энергии и превышению нагрузок оборудования, особенно опасных в критических ситуациях.

По этим причинам для устранения влияния реактивной мощности используются специальные технические системы ее компенсации.

Выделение мощности на смешанной нагрузке

В качестве примера используем нагрузку на генератор с активно емкостной характеристикой.

На приведенном графике не показаны для упрощения картины синусоиды токов и напряжений, но следует учесть, что при активно-емкостном характере нагрузки вектор тока опережает напряжение.

После преобразований получим: p=P∙(1- cos 2ωt)+Q ∙sin2ωt.

Эти два слагаемые в последнем выражении являются активной и реактивной составляющими мгновенной полной мощности. Только первая из них совершает полезную работу.

Приборы измерения мощности

Для анализа потребления электроэнергии и расчета за нее используются приборы учета, которые давно получили название «счетчики». Их работа основана на измерении действующих величин тока и напряжения и автоматическом перемножении их с выводом информации.

Счетчики отображают потребляемую мощность с учетом времени работы электроприборов по нарастающему принципу от момента включения электросчетчика под нагрузку.

Для замера в цепях переменного тока активной составляющей мощности используются ваттметры, а реактивной — варметры. Они имеют разные обозначения единиц измерения:

вар (Вар, вар, var).

Чтобы определить полную мощность потребления, необходимо по формуле треугольника мощностей вычислить ее величину на основе показаний ваттметра и варметра. Она выражается в своих единицах — вольт-амперах.

Принятые обозначения единиц каждой помогают электрикам судить не только о ее величине, но и о характере составляющей мощности.

Методы измерения мощности в электрических цепях

Очень часто при проектировании электрических схем радиолюбители сталкиваются с проблемой измерения мощности, которую потребляют радиокомпоненты. Специалисты в метрологической сфере рекомендуют два метода, позволяющих вычислить и грамотно рассчитать ее значение. В этом случае нужно разобрать подробнее физический смысл величины, а также ее составляющих, от которых она зависит.

Общие сведения

При проектировании устройств нужно уметь правильно рассчитывать мощность электроэнергии электрооборудованием. Это необходимо, прежде всего, для долговечной работы устройства. Если изделие работает на износ, то оно способно выйти из строя сразу или в течение некоторого времени.

Такой вариант считается недопустимым, поскольку существуют виды техники, которые должны работать без отказов (аппарат искусственного дыхания, контроль уровня метана в шахте и так далее), так как от этого зависит человеческая жизнь. К основным характеристикам электрической энергии относятся следующие: мощность, сила тока, напряжение (разность потенциалов) и электропроводимость (сопротивление) материалов.

Мощность потребителя

Мощность не следует путать с электрической энергией. Единицей измерения первой является ватт (Вт), название которой произошло от фамилии известного физика Джеймса Уатта. Физическим смыслом 1 Вт является расход электрической энергии за единицу времени, равной 1 секунде (1 Вт = расход 1 джоуля за 1 секунду). Существуют производные единицы измерения: милливатт (1 мВт = 0,001 Вт), киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 1000000 Вт), гигаватт (1 ГВт = 1000 МВт = 1000000 кВт = 1000000000 Вт) и так далее. Для измерения электрической энергии применяются специальные счетчики, а ее единицей измерения является Вт*ч.

Ватт можно связать с некоторыми физическими величинами: 1 Вт = 1 Дж/с = (1 кг * sqr (м)) / (c * sqr ©) = 1 Н * м / с = 746 л. с. Последнее числовое значение называется электрической лошадиной силой. Ваттметр — измеритель электрической мощности. Однако ее величину можно определить и другим способом. Для этого следует разобрать физические величины, от которых она зависит.

Сила тока

Количество электрического заряда, который проходит через токопроводящий материал за единицу времени, называется силой электрического тока. Сокращенно величину называют силой тока или током. Она обозначается литерами «I» или «i» и имеет направление (векторная величина). Измеряется ток в амперах (А). Существуют также производные единицы, образованные при помощи приставок: 1 мА = 0,001 А, 1 кА = 1000 А и так далее. Измерить его значение можно амперметром. Для этого его нужно подключать последовательно в электрическую цепь. (18) электронов.

Ток в научной интерпретации классифицируется на постоянный и переменный. Первый вид не изменяет своего направления за единицу времени, но его амплитудные значения могут изменяться. Направление и амплитуда переменного тока изменяется по определенному закону (синусоидальный и несинусоидальный). Основным параметром считается его частота. Определяется тип переменного тока с помощью осциллографа.

Электрическое напряжение

Из курса физики известно, что каждое вещество состоит из атомов, которые обладают нейтральным зарядом. Они состоят из субатомных частиц. К ним относятся следующие: протоны, электроны и нейтроны. Первые имеют положительный заряд, вторые — отрицательный, а третьи — не заряжены вообще.

Суммарный заряд протонов компенсирует заряд всех электронов. Однако под действием внешних сил это равенство нарушается, и электрон «вырывается» из атома, который уже обладает положительным зарядом. Он притягивает электрон с соседнего атома, и процесс повторяется до тех пор, пока энергия не будет минимальной (меньше энергии «вырывания» электрона).

При межатомном взаимодействии образуется электромагнитное поле с отрицательной или положительной составляющими. Разность между двумя точками противоположных по знаку составляющих называется электрическим напряжением. Работа электромагнитного поля по перемещению точечного электрического заряда из точки А в точку В называется разностью потенциалов. Физический смысл напряжения (U): разность потенциалов в 1 В между двумя точечными зарядами в 1 Кл, на перемещение которых тратится энергия электромагнитного поля, равная 1 Дж.

Единицей измерения является вольт (В). Определить значение разности потенциалов можно с помощью вольтметра, который подключается параллельно. Производными единицами измерения считаются следующие: 1 мВ = 0,001 В, 1 кВ = 1000 В, 1 МВ = 1000 кВ = 1000000 В и так далее.

Сопротивление электрической цепи

Электропроводимость материала зависит от нескольких факторов: электронной конфигурации, типа вещества, геометрических параметров и температуры. Сведения об электронной конфигурации вещества можно получить из периодической таблицы Д. И. Менделеева. Согласно этой информации вещества бывают:

  1. Проводниками.
  2. Полупроводниками.
  3. Диэлектриками.

К первой группе следует отнести все металлы, электролиты (растворы, проводящие ток) и ионизированные газы. Носителями электрического заряда в металлах являются электроны. В растворах их роль выполняют ионы, которые бывают положительными (анионы) и отрицательными (катионы). Свободными носителями заряженных частиц в газах считаются свободные электроны и положительно заряженные ионы.

Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях. Например, при воздействии на него внешних сил. Под их действием кулоновские связи электрона с ядром уменьшаются. При этом отрицательно заряженная частица «вырывается». На ее месте образуется «дырка», обладающая положительным зарядом. Она притягивает соседний электрон, вырывая его с атома. В результате этого осуществляется движение электронов и дырок. Изоляторы или диэлектрики вообще не проводят электричество. К ним относятся материалы без свободных носителей заряда, а также инертные газы.

В проводниках при повышении температурных показателей происходит рост величины сопротивления. При этом происходит разрушение и искажение кристаллической решетки. Заряженные частицы сталкиваются (взаимодействуют) с атомами и другими частицами материала. В результате их движение замедляется, но потом снова возобновляется под действием электромагнитного поля. Процесс этого «взаимодействия» называется электрической проводимостью вещества. Однако в полупроводниках при повышении температуры эта величина уменьшается. К геометрии материалов следует отнести следующие: длину и площадь поперечного сечения.

Сопротивление измеряется в Омах (Ом) при помощи омметра, который подсоединяется параллельно к участку цепи или радиодетали. Существуют производные единицы измерения: 1 кОм = 1000 Ом, 1 МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.

Методы измерения

Мощность можно определить двумя способами: косвенным и прямым. В первом случае это делается при помощи амперметра и вольтметра, а также осциллографа. Измеряются значения напряжения и тока, а затем по формулам вычисляется мощность. Этот способ имеет один недостаток: величина мощности получается с некоторой погрешностью.

При использовании прямого метода используется специальный прибор-измеритель. Он называется ваттметром и показывает мгновенное значение мощности. У каждого из способов есть свои достоинства и недостатки. Какой из методов наиболее оптимален, определяет сам радиолюбитель. Если проектируется какое-либо изделие, которое отличается надежностью, то следует применять прямой метод. В других случаях рекомендуется воспользоваться косвенным методом.

Косвенный способ

Мощность в цепях постоянного и переменного токов определяется различными способами. Для каждого случая существуют свои законы и формулы. Однако мощность можно не рассчитывать, поскольку она указана на электрооборудовании. Расчет применяется только при проектировании устройств.

Для цепей постоянного тока нужно воспользоваться формулой: P = U * I. Ее можно вывести из закона Ома для участка или полной цепи. Если рассматривается полная цепь, то формула принимает другой вид с учетом ЭДС (е): P = e * I. Основные соотношения для расчета:

  1. Для участка электрической цепи: P = I * I * R = U * U / R.
  2. Для полной цепи, в которой подключен электродвигатель или выполняется зарядка аккумулятора (потребление): P = I * e = I * e — sqr (I) * Rвн = I * (e — (I * Rвн)).
  3. В цепи присутствует генератор или гальванический элемент (отдача): P = I * (e + (I * Rвн)).

Эти соотношения невозможно применять для цепей переменного тока, поскольку он подчиняется другим физическим законам. При измерении мощности в цепях переменного тока следует учитывать ее составляющие (активная, реактивная и полная). Если в цепи присутствует только резистор, то мощность считается активной. При наличии емкости или индуктивности — реактивной. Полная — сумма активной и реактивной составляющих.

Для вычисления первого типа физической величины применяется формула такого вида: Ра = I * U * cos (a). Значения тока и напряжения являются среднеквадратичными, а cos (a) — косинус угла между ними. Для определения реактивной мощности нужно воспользоваться следующей формулой: Qр = I * U * sin (a). Если нагрузка в цепи является индуктивной, то значение будет больше 0. В противном случае — меньше 0. Полная мощность Р определяется по следующему соотношению: P = Pa + Qp.

Прямое определение величины

Для определения значения мощности в цепях переменного и постоянного тока применяются ваттметры. В них используются электродинамические или ферроидальные механизмы. Приборы с электродинамическим механизмом выпускаются в виде переносных приборов. Они обладают высоким классом точности. Измерители мощности рекомендуется применять при выполнении точных расчетов для цепей постоянного и переменного тока с частотой до 5 кГц.

Ферродинамические приборы изготавливаются в виде электронных узлов, которые вставляются в измерительные стенды или щитовые. Основное их назначение — контроль приблизительных параметров потребления мощности электрооборудованием. Они обладают низким классом точности и применяются для измерения значений мощности переменного тока. При постоянном токе погрешность увеличивается, поскольку это обусловлено искажением петли гистерезиса ферромагнитных сердечников.

По диапазону частот приборы можно разделить на две группы: низкочастотные и радиочастотные. Ваттметры низких частот применяются в сетях промышленного питания переменного тока. Радиочастотный тип рекомендуется применять для точных измерений при проектировании различной техники. Они делятся на две категории по мощности:

Первый вид подключается в разрыв линии, а второй — в ее конец в качестве нагрузки согласования. Кроме того, приборы для измерения мощности бывают аналоговыми и цифровыми.

При измерении мощности на высоких частотах применяются электронные и термоэлектронные ваттметры. Главным узлом считается микроконтроллер и преобразователь активной мощности. Последний преобразовывает переменный ток в постоянный. После этого происходит перемножение в микроконтроллере силы тока и напряжения. Результатом является сигнал на выходе, который зависит от I и U.

Ваттметр состоит из двух катушек. Первая из них подключается последовательно в цепь нагрузки, а другая (подвижная с резистором) — параллельно. В цифровых моделях роль катушек выполняют датчики тока и напряжения. Прибор имеет две пары зажимов. Одна пара применяется для последовательной цепи, а другая — для параллельной. Для правильного включения ваттметра выполняется обозначение * одной из двух пар зажимов.

Таким образом, для измерения мощности электрического тока применяются два метода. Первый из них является косвенным, а второй — прямым. Последний рекомендуется применять при проектировании сложной техники.

Мощность электрического тока. Виды и работа. Особенности

Мощность электрического тока — это количество работы, которая выполняется за определенный период. Так как работа представляет параметр изменения энергии, то мощность можно назвать характеристикой скорости передачи либо преобразования электроэнергии. С мощностью электротока человеку приходится сталкиваться и в быту и на производстве, где применяются электрические приборы. Каждый из них потребляет электроток, поэтому при их использовании всегда необходимо учитывать возможности этих приборов, в том числе заложенные в них технические характеристики.

Мощность электрического прибора имеет важнейшее значение, ведь данный показатель используется не только для расчета электрической проводки, автоматов и предохранителей, но и для решения других задач. Чем мощность электрического прибора будет больше, тем за более короткое время он сможет осуществить необходимую работу. Если сравнить между собой электрическую плитку, тепловую электропушку или электрокамин, то у них у всех разные показатели мощности. То есть они будут обогревать площадь помещения за совершенно разное время.

Виды
Мощность электрического тока также может быть вычислена по формуле:

P=A/t, которая характеризует интенсивность передачи электроэнергии, то есть работа, совершаемая током по перемещению зарядов за определенный период времени.

Здесь A – это работа, t — время, за которое работа была выполнена.

Мощность может быть двух видов: реактивной и активной.

При активной мощности осуществляется преобразование мощности электротока в энергию движения, тепла, света и иные виды. Данный перевод тока в указанные виды невозможно выполнить обратно. Активная мощность измеряется в ваттах. Один ватт равняется один Вольт умноженный на один ампер. Для бытового и производственного применения задействуются показатели на порядок больших значений: это мегаватты в киловатты.

Реактивная мощность электрического тока представляет электронагрузку, создаваемую в приборах посредством емкостной и (или) индуктивной нагрузкой.

В случае переменного тока, указанный параметр характеризуется формулой:

Q=UIsinφ

Здесь синус φ выражается сдвигом фаз, который образуется между снижением напряжения и действующим электротоком. Значение угла может находиться в пределах от 0 до 90 градусов или от 0 до -90 градусов.

Параметр Q характеризует реактивную мощность, ее можно измерить в вольт-амперах. При помощи указанной формулы можно быстро определить мощность электротока.

Реактивные и активные показатели мощности можно продемонстрировать на обычном примере: Прибор может одновременно иметь нагревающие элементы: электрический двигатель и ТЭН. На изготовление ТЭНов применяется материал, который обладает большим сопротивлением, вследствие чего при прохождении по нему тока, электроэнергия становится тепловой. В данном случае довольно-таки точно характеризуется активная мощность электротока. Если брать за основу электродвигатель то внутри него располагается обмотка из меди, которая обладает индуктивностью, что, как правило, также вызывает эффект самоиндукции.

Эффект самоиндукции обеспечивает некоторое возвращение электроэнергии непосредственно в электросеть. Данную энергию можно охарактеризовать определенным смещением в показателях по электротоку и напряжению, что приводит к нежелательным последствиям на сеть в качестве определенных перегрузок. Подобными показателями выделяются и конденсаторы вследствие собственной емкости в момент, когда весь собранный заряд направляется обратно.

В данном случае происходит смещение тока и напряжения, но в обратном перемещении. Энергия индуктивности и емкости, которые смещаются по фазе относительно параметров электрической сети и называется реактивной электромощностью. Именно обратный эффект к сдвигу фазы позволяет осуществить компенсирование мощности реактивного параметра. В результате повышается качество и эффективность электрического снабжения.

Полная мощность электрического тока характеризуется величиной, которая соответствует произведению тока и напряжения и связана с активной и реактивной мощностью следующим уравнением:

S=˅P2+Q2

Где S – полная мощность, вычисляемая корнем из произведений квадратов активной и реактивной мощностей.

Для простоты восприятия активная мощность есть там, где присутствует активная нагрузка, к примеру, спиральные нагреватели, сопротивление проводов и тому подобное. Реактивная мощность наблюдается там, где имеется реактивная нагрузка, то есть элементы индуктивности и емкости, к примеру, конденсаторы.

Принцип действия

Когда заряд движется по проводнику, то электромагнитное поле выполняет над ним работу. Данная величина характеризуется напряжением. Заряды направляются в сторону снижения потенциалов, однако для поддержания указанного процесса необходим некоторый источник энергии. Напряжение по своему показателю соответствует работе поля, которое необходимо для перемещения единичного заряда Кулона на рассматриваемом участке. При перемещении заряда возникают явления, при которых электроэнергия может приходить в другие виды энергии.

Для доставки электроэнергии от электростанции до конечного потребителя необходимо выполнить определенную работу. Для создания требуемого напряжения, то есть возможности выполнения работы электротока по перемещению заряда, применяется трансформатор. Данное устройство производит увеличение показателя напряжения. Полученный ток под высоким напряжением, иногда достигающим 10 тысяч Вольт, движется по высоковольтным проводам. При достижении места назначения, он попадает на трансформатор, который уменьшает напряжение до промышленных или бытовых показателей. Далее ток направляется на производства, в квартиры и дома.

Применение
Одним из основных элементов электроцепи является приемник электроэнергии. Именно электрические приемники служат для преобразования электроэнергии в другие виды энергии:
  • Механическую: электрические двигатели и магниты.
  • Тепловую: агрегаты для сварки, электрические плитки, печки для выпечки хлеба, керамические печи и тому подобное;
  • Световую: лампочки накаливания, светодиодные, неоновые лампы и так далее.
  • Химическую: гальванические ванны и тому подобное.

Указанные преобразования возможны лишь в том случае, если ток проходит через сопротивление необходимого уровня. То есть при перемещении зарядов по проводнику наблюдается потеря энергии, что как раз и вызвано наличием сопротивления. Если рассматривать это дело на атомарном уровне, то электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки. Это приводит к возбуждению и теп­ловому движению, вследствие чего происходит потеря энергии.

Особенности

Мощность электрического тока влияет на то, как быстро прибор сможет выполнить работу, то есть за определенное время. К примеру, дорогой обогреватель, имеющий в 2 раза большую мощность, обогреет помещение быстрее, чем два дешевых, с меньшей в 2 раза мощностью. Получается, что выгоднее купить агрегат, имеющий большую мощность, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. Но, в то же время, такой агрегат будет тратить существенно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

Потребляемая мощность всех приборов в доме учитывается и при подборе проводки для прокладки в доме. Если не учитывать этого и в последующем включить в сеть слишком много приборов, то это вызовет перегрузку сети. Проводка не сможет выдержать мощность электрического тока всех приборов, что приведет к плавлению изоляции, замыканию и самовоспламенению проводки. В результате может начаться пожар, который может привести к непоправимым последствиям.

Поэтому так важно знать мощности электрических приборов, чтобы правильно подобрать сечение и материал проводов или не допускать одновременного включения в сеть приборов, имеющих большую мощность.

В качества примера можно привести следующие показатели:
  • Сетевой роутер требует 10-20 Вт.
  • Бытовой сварочный аппарат имеет мощность 1500-5500 Вт.
  • Стиральная машина потребляет мощность 350-2000 Вт.
  • Электрическая плитка имеет мощность 1000-2000 Вт.
  • Холодильник бытовой потребляет мощность 15-700 Вт.
  • Монитор жидкокристаллический имеет мощность 2-40 Вт.
  • Монитор с электролучевой трубкой потребляет 15-200 Вт.
  • Системный блок ПК потребляет 100-1200 Вт.
  • Электрический пылесос имеет мощность 100-3000 Вт.
  • Лампа накаливания бытовая – 25-200 Вт.
  • Электрический утюг – 300-2000 Вт.
Интересные особенности

Мощность электрического тока раньше благодаря Джеймсу Уатту измерялась в лошадиных силах. Однако в конце девятнадцатого века было решено присвоить мощности название Ватт, чтобы увековечить имя известного ученого и изобретателя. На тот период это случилось впервые, когда единице измерения присвоили имя ученого. Именно с этого времени пошла традиция присвоения имен ученых единицам измерения.

Мощность электрического тока молнии составляет порядка один ТераВатт, при этом происходит ее преобразование в световую и тепловую энергию. Температура внутри молнии при этом составляет 25 тысяч градусов. Молния способна ударять в одно и то же место. А согласно статистике молния попадает в мужчин примерно в 5 раз больше, чем в представителей женского пола.

Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

  • к производственному цеху;
  • квартире;
  • на поле;
  • в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

  1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
  2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
  3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
  4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Что такое реактивная мощность и почему она имеет значение?

читать | Доля:

Реактивная мощность имеет решающее значение для поддержания уровней напряжения в системе передачи.

Но что именно?

Используя аналогию с городской системой водоснабжения, представьте, что напряжение эквивалентно «давлению» водяной системы — без него вода просто сидит в трубах, а при слишком большом количестве трубы взрываются.Поэтому очень важно, чтобы давление воды было постоянным и постоянным.

Напряжение играет аналогичную роль в электрической системе в обеспечении стабильности потоков мощности. Однако последствия отсутствия напряжения в электрической системе гораздо более ужасны, поскольку падение напряжения может серьезно повредить генерирующее, передающее и распределительное оборудование и привести к широко распространенным каскадным отключениям.

Реактивная мощность генерируется или поглощается электрическими генераторами (или, в некоторых случаях, устройствами, известными как «конденсаторы») для поддержания постоянного уровня напряжения, обычно называемого «поддержкой напряжения».«Генераторы, обеспечивающие поддержание напряжения, часто несут потери на нагрев, что приводит к снижению способности вырабатывать« реальную »мощность. Мы все больше знакомы с реальной мощностью: она зажигает лампочки, вращает моторы и заряжает iPhone. Важно отметить, что реальная мощность — это то, что компенсируется на оптовых рынках электроэнергии RTO. Таким образом, когда системные операторы приказывают генераторам генерировать или поглощать реактивную мощность для поддержания напряжения, они жертвуют своей способностью генерировать реальную мощность и получать рыночные доходы RTO. Рассчитанная маржа на эти упущенные рыночные доходы выплачивается производителям, обеспечивающим поддержку напряжением, посредством платежей вне рынка.

Основная проблема использования реактивной мощности для управления напряжением заключается в том, что реактивная мощность не распространяется до реальной мощности в электрической системе. Во многих случаях самые дешевые источники реальной мощности расположены удаленно от центров нагрузки, и системные операторы должны контролировать уровни напряжения в центрах нагрузки, чтобы гарантировать поддержание постоянного уровня напряжения. Если уровни напряжения становятся слишком высокими или слишком низкими, генераторы в центре нагрузки работают для стабилизации уровней напряжения, генерируя или потребляя реактивную мощность.

Проблема реактивной мощности вышла на первый план на территории PJM Interconnection. По мере того, как зона обслуживания PJM расширялась, а использование более дешевой удаленной генерации для обслуживания центров нагрузки стало более распространенным явлением, PJM расширила свои возможности мониторинга напряжения за счет внедрения интерфейсов передачи. Такие интерфейсы измеряют потоки мощности по выбранным высоковольтным линиям электропередачи в удаленные центры нагрузки, чтобы указать, когда требуется дополнительная локальная генерация (в центре нагрузки) для поддержания уровней напряжения.

Еще несколько лет назад способность генерировать реактивную мощность в PJM в основном воспринималась как должное. Поддержка напряжения обычно обеспечивалась унаследованными станциями, генерирующими базовую нагрузку, которые уже давно оплатили капитальные затраты на оборудование, необходимое для предоставления этой услуги, либо посредством исторической регулируемой базы тарифов, либо посредством тарифных положений PJM, которые позволяют возместить такие затраты.

Две тенденции изменили статус-кво. Во-первых, поскольку цены на природный газ снизились, генерирующие мощности базовой нагрузки, которые исторически обеспечивали поддержание напряжения (т.е. угольные станции) уже не работают так стабильно или экономично. В некоторых случаях они запускались и работали без потерь для обеспечения реактивной мощности. Во-вторых, из-за экономических факторов и приближающихся экологических норм, многие из тех же генерирующих объектов базовой нагрузки теперь потребовали вывода из эксплуатации. Эти тенденции привели к существенным выплатам вне рынка этих генераторов базовой нагрузки, поскольку они были направлены исключительно для обеспечения поддержки напряжением. В некоторых случаях контракты по обеспечению надежности использовались для поддержания работоспособности генерирующих мощностей для обеспечения реактивной мощности, включая некоторые угольные блоки в Пенсильвании.

Итак, что все это значит для наших клиентов в будущем?

Поскольку нерыночные платежи за поддержку напряжения и запросы на вывод из эксплуатации накапливаются, PJM провела модернизацию системы передачи, чтобы смягчить основные проблемы с напряжением, расходы на которые несут налогоплательщики. Ожидается, что разработка таких обновлений будет продолжена.

PJM сейчас начинает обсуждения по моделированию потребности в реактивной мощности на своих рынках на сутки вперед и в реальном времени, что означает, что рыночные цены могут начать отражать реактивную мощность.Кроме того, с увеличением объема распределенных ресурсов все большее внимание уделяется обеспечению наличия адекватной реактивной способности, особенно учитывая, что высокая степень проникновения солнечной энергии требует большей реактивной мощности. Это может привести к необходимости возмещения капитальных затрат через рынки или тарифные планы PJM. Поскольку FERC фокусируется на ценообразовании — что в некотором смысле является кодом для поиска дополнительных доходов для производителей в эпоху низких цен на природный газ — существует вероятность того, что реактивная мощность станет более явным продуктом, требующим дополнительной компенсации.

Следите за новостями в бизнес-блоге Direct Energy, чтобы узнать о дальнейших политических и нормативных изменениях. Прочтите о том, как законопроект № 380 Сената Калифорнии может потенциально повлиять на цены на природный газ в Южной Калифорнии.

Размещено: 23 мая 2016 г.

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

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

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

Насос, питающий электричество.

Реактивная мощность вырабатывается так же, как активная мощность, на больших электростанциях, но подается в систему немного другим способом.

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

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

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

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

Как контроль напряжения сдерживает нестабильность

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

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

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

мощность электрическая: Реактивная мощность | Infoplease

Реактивная мощность — это концепция, используемая инженерами для описания потери мощности в системе, возникающей из-за создания электрических и магнитных полей. Хотя реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, не рассеивают мощность, они падают напряжение и потребляют ток, что создает впечатление, что они действительно это делают.Эта мнимая мощность или фантомная мощность называется реактивной мощностью . Он измеряется в единицах, называемых вольт-ампер-реактивными (ВАР). Фактическое количество используемой или рассеиваемой мощности называется истинной мощностью, и измеряется в ваттах. Комбинация реактивной мощности и истинной мощности называется полной мощностью , и является произведением напряжения и тока цепи. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Говорят, что устройства, которые накапливают энергию за счет магнитного поля, создаваемого протеканием тока, поглощают реактивную мощность; те, которые накапливают энергию за счет электрических полей, как говорят, генерируют реактивную мощность.Реактивная мощность имеет большое значение, поскольку ее необходимо обеспечивать и поддерживать для обеспечения непрерывного стабильного напряжения в передающих сетях. Таким образом, реактивная мощность вырабатывается для обслуживания системы, а не для конечного потребления. Потери мощности, возникающие при передаче тепла и электромагнитных излучений, включаются в общую потребность в реактивной мощности, как и потребности энергоемких устройств, таких как электродвигатели, электромагнитные генераторы и генераторы переменного тока. Эта энергия подается для многих целей конденсаторами, конденсаторами и подобными устройствами, которые могут реагировать на изменения тока, выделяя энергию для нормализации потока.Если элементы энергосистемы не могут получить необходимую им реактивную мощность от близлежащих источников, они потянут ее через линии электропередачи и дестабилизируют сеть. Таким образом, плохое управление реактивной мощностью может вызвать серьезные отключения электроэнергии.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

См. Другие статьи в энциклопедии: Электротехника

мощность — Что такое реактивная энергия?

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

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

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

Ток индуктора отстает от напряжения источника на 90 градусов. Произведение напряжения источника и тока индуктора представляет собой синусоидальную волну, которая имеет положительные и отрицательные значения, среднее значение которых равно нулю.Поскольку это не является реальной мощностью, это называется «вольт-ампер, реактивный» или «переменный ток». Над и под кривой есть равные площади, показывающие энергию, полученную от источника и возвращенную к источнику. Это реактивная энергия.

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

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

Данные цепи для выше

Напряжение питания: 240 В среднекв., 339.4 Впик

Ток резистора: 200 А (282,8 пиков)

Ток индуктора: 150 Ампер (212,1 пик)

Потребляемый ток: 250 А (353,8 пика)

Мощность: 48 кВт (96 пик-пик)

Реактивная мощность: 36 кВАр (72 пик-пик)

Полная мощность: 60 кВА (120 пик-пик)

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

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

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

Они считывают скорость передачи энергии туда и обратно.

Если это «реактивная энергия», что они под этим подразумевают?

См. Выше.

… Почему они так определяют?

VAR называются VAR, чтобы отличить энергию, которая передается туда и обратно, от энергии, которая «потребляется». Энергия, которая «потребляется», имеет гораздо более высокую стоимость, чем энергия, которая просто передается туда и обратно, но VAR по-прежнему имеет стоимость.

Коммунальные услуги

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

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

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

Список литературы

Основная информация представлена ​​аналогичным образом в учебниках по цепям переменного тока. Вот некоторые ссылки, относящиеся к электроэнергетике:

Edison Electric Institute, Справочник по учету электроэнергии

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

Что такое активная, реактивная и полная мощность — определение и объяснение

Активная мощность

Определение: Мощность, которая фактически потребляется или используется в цепи переменного тока, называется Истинная мощность или Активная мощность или Реальная мощность .Он измеряется в киловаттах (кВт) или МВт. Это фактические результаты работы электрической системы, которая управляет электрическими цепями или нагрузкой.

Реактивная мощность

Определение: Мощность, которая течет вперед и назад, что означает, что она движется в обоих направлениях в цепи или реагирует на себя, называется Реактивной мощностью . Реактивная мощность измеряется в киловольт-амперах реактивной мощности (кВАр) или в МВАр.

Полная мощность

Определение: Произведение среднеквадратичного (RMS) значения напряжения и тока известно как Полная мощность .Эта мощность измеряется в кВА или МВА.

Было замечено, что мощность потребляется только в сопротивлении. Чистая катушка индуктивности и чистый конденсатор не потребляют никакой энергии, поскольку в течение полупериода, какая бы мощность ни принималась от источника этими компонентами, та же самая мощность возвращается к источнику. Эта мощность, которая возвращается и течет в обоих направлениях цепи, называется реактивной мощностью. Эта реактивная мощность не выполняет никакой полезной работы в цепи.

В чисто резистивной цепи ток находится в фазе с приложенным напряжением, тогда как в чисто индуктивной и емкостной цепи ток сдвинут по фазе на 90 градусов, т.е.Т.е. если в цепь подключена индуктивная нагрузка, то ток отстает от напряжения на 90 градусов, а если подключена емкостная нагрузка, то ток опережает напряжение на 90 градусов.

Следовательно, из всего вышеприведенного обсуждения можно сделать вывод, что ток , синфазный с напряжением, дает истинную или активную мощность , тогда как ток , сдвинутый по фазе на 90 градусов с напряжением, вносит вклад в реактивную мощность в цепи.

Следовательно,

  • Истинная мощность = напряжение x ток в фазе с напряжением
  • Реактивная мощность = напряжение x ток не в фазе с напряжением

Векторная диаграмма для индуктивной цепи показана ниже:

Если взять за эталон напряжение V, то ток I отстает от напряжения V на угол ϕ.Ток I делится на две составляющие:

  • I Cos ϕ в фазе с напряжением В
  • I Sin ϕ, который на 90 градусов не совпадает по фазе с напряжением V

Следовательно, следующее выражение, показанное ниже, дает активную, реактивную и полную мощность соответственно.

  • Активная мощность P = V x I cosϕ = V I cosϕ
  • Реактивная мощность P r или Q = V x I sinϕ = V I sinϕ
  • Полная мощность P a или S = ​​V x I = VI

Активная составляющая тока

Составляющая тока, которая находится в фазе с напряжением цепи и вносит вклад в активную или истинную мощность схемы, называется активным компонентом , или составляющей полной ватт, или синфазной составляющей тока.

Реактивная составляющая тока

Составляющая тока, которая находится в квадратуре или на 90 градусов по фазе относительно напряжения цепи и вносит вклад в реактивную мощность цепи, называется реактивной составляющей тока.

Как реактивная мощность помогает поддерживать работоспособность системы

Реактивная мощность

На практике мы всегда на практике снижаем реактивную мощность для повышения эффективности системы.Это приемлемо на некотором уровне, если система является чисто резистивной или емкостной, это вызывает некоторые проблемы в электрической системе. Системы переменного тока питают или потребляют два вида мощности: активную и реактивную.

Как реактивная мощность помогает поддерживать работоспособность системы (на фото: Панель коррекции коэффициента мощности среднего напряжения; кредит: tepco-group.com)

Реальная мощность выполняет полезную работу, а реактивная мощность поддерживает напряжение, которое необходимо контролировать для обеспечения надежности системы. Реактивная мощность оказывает огромное влияние на безопасность энергосистем, поскольку влияет на напряжения во всей системе.

Найдите важные обсуждения, касающиеся важности реактивной мощности и того, как полезно поддерживать напряжение в системе в нормальном состоянии.

ОХВАТЫВАЕМЫЕ ТЕМЫ:

Потребность в реактивной мощности

  • Контроль напряжения в системе электроснабжения важен для правильной работы силового оборудования, чтобы предотвратить такие повреждения, как перегрев генераторов и двигателей, снизить потери при передаче и сохранить работоспособность. системы, чтобы выдерживать и предотвращать падение напряжения.В общем, уменьшение реактивной мощности вызывает падение напряжения, а увеличение вызывает повышение напряжения. Падение напряжения происходит, когда система пытается обслуживать гораздо большую нагрузку, чем может выдержать напряжение.
    .
  • Когда подает реактивную мощность, понижает напряжение, по мере падения напряжения ток должен увеличиваться для поддержания подаваемой мощности, в результате чего система потребляет больше реактивной мощности, и напряжение падает дальше. Если ток увеличивается слишком сильно, линии передачи отключаются, вызывая перегрузку других линий и потенциально вызывая каскадные отказы.
    .
  • Если напряжение упадет слишком низко, некоторые генераторы отключатся автоматически, чтобы защитить себя. Коллапс напряжения происходит, когда увеличение нагрузки или уменьшение мощности генерирующих или передающих мощностей вызывает падение напряжения, что вызывает дальнейшее снижение реактивной мощности от заряда конденсаторов и линии, а также дальнейшее снижение напряжения. Если снижение напряжения продолжается, это вызовет срабатывание дополнительных элементов, что приведет к дальнейшему снижению напряжения и потере нагрузки.Результатом всего этого постепенного и неконтролируемого падения напряжения является то, что система не может обеспечить реактивную мощность, необходимую для удовлетворения требований реактивной мощности.

Важность присутствующей реактивной мощности

  • Управление напряжением и управление реактивной мощностью — это два аспекта одного действия, которое поддерживает надежность и облегчает коммерческие транзакции в сетях передачи.
    .
  • В системе переменного тока (AC) напряжение регулируется путем управления производством и потреблением реактивной мощности.Есть три причины, по которым необходимо управлять реактивной мощностью и управляющим напряжением.
    .
  • Во-первых, оборудование потребителя и энергосистемы спроектировано для работы в диапазоне напряжений, обычно в пределах ± 5% от номинального напряжения. При низких напряжениях многие типы оборудования плохо работают; лампочки обеспечивают меньшее освещение, асинхронные двигатели могут перегреться и выйти из строя, а некоторое электронное оборудование не будет работать при. Высокое напряжение может повредить оборудование и сократить срок его службы.
    .
  • Во-вторых, реактивная мощность потребляет ресурсы передачи и генерации. Чтобы максимизировать количество реальной мощности, которая может быть передана через перегруженный интерфейс передачи, потоки реактивной мощности должны быть минимизированы. Точно так же производство реактивной мощности может ограничить реальную мощность генератора.
    .
  • В-третьих, перемещение реактивной мощности в системе передачи приводит к потерям реальной мощности. Чтобы восполнить эти потери, необходимо обеспечить как мощность, так и энергию.
    .
  • Регулирование напряжения осложняется двумя дополнительными факторами.
    .
  • Во-первых, сама система передачи является нелинейным потребителем реактивной мощности в зависимости от загрузки системы. При очень небольшой нагрузке система генерирует реактивную мощность, которую необходимо поглотить, тогда как при большой нагрузке система потребляет большое количество реактивной мощности, которую необходимо заменить. Требования к реактивной мощности системы также зависят от конфигурации генерации и передачи.
    .
  • Следовательно, требования к реактивности системы меняются во времени по мере изменения уровней нагрузки и моделей нагрузки и генерации.Система объемного энергоснабжения состоит из множества единиц оборудования, любое из которых может выйти из строя в любой момент. Таким образом, система спроектирована таким образом, чтобы выдерживать потерю любого отдельного оборудования и продолжать работу, не оказывая влияния на клиентов. То есть система разработана, чтобы противостоять единственной непредвиденной ситуации. Взятые вместе, эти два фактора приводят к динамической потребности в реактивной мощности. Потеря генератора или основной линии электропередачи может иметь комбинированный эффект, заключающийся в уменьшении реактивного питания и, в то же время, перенастройке потоков, так что система потребляет дополнительную реактивную мощность.
    .
  • По крайней мере, часть реактивного источника питания должна быть способна быстро реагировать на изменение потребности в реактивной мощности и поддерживать приемлемые напряжения во всей системе. Таким образом, подобно тому, как электрическая система требует резервов реальной мощности для реагирования на непредвиденные обстоятельства, она также должна поддерживать резервы реактивной мощности.
    .
  • Нагрузки также могут быть как действительными, так и реактивными. Реактивная часть нагрузки может обслуживаться от системы передачи. Реактивные нагрузки несут большее падение напряжения и реактивные потери в системе передачи, чем реальные нагрузки аналогичного размера (MVA).
    .
  • Вертикально интегрированные коммунальные предприятия часто включают в свои тарифы плату за предоставление реактивной мощности нагрузкам. При реструктуризации наблюдается тенденция к ограничению нагрузок работой при практически нулевом потреблении реактивной мощности (коэффициент мощности 1,0). Предложение системного оператора ограничивает нагрузки коэффициентами мощности от 0,97 (поглощаемая реактивная мощность) до 0,99 с опережением. Это поможет поддерживать надежность системы и избежать проблем рыночной власти, когда компания может использовать свои линии электропередачи для ограничения конкуренции за производство электроэнергии и повышения цен.

Назначение реактивной мощности

  • Синхронные генераторы, SVC и различные типы другого оборудования DER (Распределенный энергоресурс) используются для поддержания напряжения во всей системе передачи. Подача реактивной мощности в систему повышает напряжение, а поглощение реактивной мощности снижает напряжение.
    .
  • Требования к поддержанию напряжения зависят от расположения и величины выходных сигналов генератора и нагрузок потребителей, а также от конфигурации системы передачи DER.
    .
  • Эти требования могут существенно различаться от места к месту и могут быстро меняться по мере изменения места и величины генерации и нагрузки. При очень низких уровнях нагрузки системы линии передачи действуют как конденсаторы и повышают напряжение. Однако при высоких уровнях нагрузки линии передачи поглощают реактивную мощность и тем самым снижают напряжение. Большая часть оборудования системы передачи (например, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы с переключением ответвлений) статична, но может переключаться в ответ на изменения требований к поддержке напряжения
    .
  • При управлении реактивной мощностью и напряжением работа системы преследует три цели.
    .
  • Во-первых, он должен поддерживать соответствующее напряжение во всей системе передачи и распределения как для текущих, так и для непредвиденных условий.
    .
  • Во-вторых, он стремится минимизировать перегрузку потоков реальной мощности.
    .
  • В-третьих, он стремится минимизировать потери реальной мощности.
    .
  • Однако механизмы, которые системные операторы используют для получения и развертывания ресурсов реактивной мощности, меняются.Эти механизмы должны быть справедливыми по отношению ко всем сторонам, а также быть эффективными. Кроме того, они должны быть явно справедливыми.

Что такое реактивная мощность?

  • В то время как активная мощность — это энергия, подаваемая для запуска двигателя, обогрева дома или освещения электрической лампочки, реактивная мощность обеспечивает важную функцию регулирования напряжения.
  • Если напряжение в системе недостаточно высокое, активная мощность не может быть подана.
  • Реактивная мощность используется для обеспечения уровней напряжения, необходимых для того, чтобы активная мощность выполняла полезную работу.
  • Реактивная мощность необходима для передачи активной мощности по системе передачи и распределения потребителю.

Зачем нам реактивная мощность?

  • Реактивная мощность (ВАР) требуется для поддержания напряжения для передачи активной мощности (ватт) по линиям передачи.
  • Двигательные нагрузки и другие нагрузки требуют реактивной мощности для преобразования потока электронов в полезную работу.
  • Когда реактивной мощности недостаточно, напряжение падает, и невозможно передать мощность, требуемую нагрузкой, по линиям.

Реактивная мощность является побочным продуктом систем переменного тока

  • Трансформаторам, линиям передачи и двигателям требуется реактивная мощность
  • Трансформаторы и линии передачи вносят индуктивность, а также сопротивление:
    1. Оба противостоят протеканию тока
    2. Необходимо поднять напряжение выше, чтобы протолкнуть мощность через индуктивность линий
    3. Если не вводится емкость для компенсации индуктивности
  • Чем дальше передается мощность, тем выше напряжение необходимо поднять
  • Электродвигатели нуждаются в реактивной мощности мощность для создания магнитных полей для их работы

Как контролируются напряжения?

  • Напряжения контролируются путем обеспечения достаточного запаса регулирования реактивной мощности для «модуляции» и потребностей в питании посредством:
    1. Компенсация шунтирующего конденсатора и реактора
    2. Динамическая компенсация
    3. Правильный график напряжения генерации.
  • Напряжениями управляют, прогнозируя и корректируя потребляемую реактивную мощность от нагрузок

Напряжение должно поддерживаться в пределах допустимых уровней

  • В нормальных условиях системы, при пиковой или непиковой нагрузке, напряжения должны поддерживаться в пределах 95 % и 105% от номинала.
  • Низкое напряжение может привести к сбоям в работе оборудования:
    1. Двигатель остановится, перегреется или повредит
    2. Реактивная мощность на выходе конденсаторов будет экспоненциально снижаться
    3. Генераторы могут отключиться.
  • Условия высокого напряжения могут:
    1. Повредить основное оборудование — нарушение изоляции
    2. Автоматическое отключение основного передающего оборудования

Напряжение и реактивная мощность

  • Напряжение и реактивная мощность должны регулироваться и контролироваться должным образом:
    1. Обеспечьте надлежащее качество обслуживания
    2. Поддерживайте надлежащую стабильность энергосистемы.

Реактивная мощность и коэффициент мощности

  • Реактивная мощность присутствует, когда напряжение и ток не совпадают по фазе:
    1. Один сигнал опережает другой
    2. Фазовый угол не равен 0o
    3. Коэффициент мощности меньше единицы
  • Измеряется в реактивных вольт-амперах (ВАр)
  • Создается, когда форма волны тока опережает форму волны напряжения (опережающий коэффициент мощности)
  • И наоборот, потребляется, когда форма волны тока отстает от напряжения (запаздывающий коэффициент мощности)

Ограничения реактивной мощности

  • Реактивная мощность не распространяется очень далеко.
  • Обычно необходимо производить его близко к месту, где это необходимо
  • Поставщик / источник, расположенный близко к месту потребности, находится в гораздо лучшем положении для обеспечения реактивной мощности по сравнению с источником, расположенным далеко от места потребности
  • Источники реактивной мощности тесно связаны со способностью выдавать реальную или активную мощность.

Реактивная мощность привела к отсутствию электроснабжения в стране-А отключение электроэнергии

Треугольник мощности
  • Качество подачи электроэнергии можно оценить по ряду параметров.Однако самым важным всегда будет наличие электроэнергии, а также количество и продолжительность прерываний.
    .
  • Если в розетке нет напряжения, то никому не будет дела до гармоник, провалов или скачков напряжения.
    .
  • Длительное прерывание с большим размахом — отключение электроэнергии обычно приводит к катастрофическим потерям. Сложно представить, что во всей стране нет электроснабжения.
    .
  • На самом деле такое уже происходило неоднократно.Одна из причин, приводящих к отключению электроэнергии, — это выходящая из-под контроля реактивная мощность.
    .
  • Когда потребление электроэнергии велико, потребность в индуктивной реактивной мощности обычно увеличивается в той же пропорции. В этот момент линии передачи (которые хорошо загружены) вводят дополнительную индуктивную реактивную мощность.
    .
  • Местные источники емкостной реактивной мощности становятся недостаточными. Необходимо доставлять больше реактивной мощности от генераторов на электростанциях.
    .
  • Может случиться так, что они уже полностью загружены, и реактивная мощность должна быть доставлена ​​из более отдаленных мест или из-за границы. Передача реактивной мощности приведет к большей нагрузке на линии, что, в свою очередь, приведет к увеличению реактивной мощности. Напряжение на стороне потребителя будет снижаться дальше. Местное управление напряжением с помощью автотрансформаторов приведет к увеличению тока (для получения той же мощности), что, в свою очередь, увеличит падение напряжения в линиях. В один момент этот процесс может пойти лавинообразно, снижая напряжение до нуля.В то же время большинство генераторов на электростанциях отключатся из-за недопустимо низкого напряжения, что, конечно, ухудшит ситуацию.
    .
  • В континентальной Европе большая часть электростанций основана на тепловых и паровых турбинах. Если энергоблок на такой электростанции останавливается и остывает, ему требуется время и электроэнергия, чтобы снова начать работу. Если другие электростанции также отключены — отключение будет постоянным.
    .
  • Недостаточная реактивная мощность, приводящая к падению напряжения, была причинным фактором крупных отключений электроэнергии во всем мире.Коллапс напряжения произошел в Соединенных Штатах во время отключения электроэнергии 2 июля 1996 г. и 10 августа 1996 г. на Западном побережье.
    .
  • Хотя 14 августа 2003 г. отключение электроэнергии в США и Канаде не было связано с падением напряжения, как этот термин традиционно используется инженерами энергосистем, в итоговом отчете целевой группы говорилось, что «Недостаточная реактивная мощность была проблемой в системе. отключение электроэнергии » и отчет также« переоценка динамики реактивного выхода системы генерации »как общий фактор среди крупных отключений в США.
    .
  • Спрос на реактивную мощность был необычно высоким из-за большого объема потоковых передач на большие расстояния, проходящих через Огайо в районы, включая Канаду, чем было необходимо для импорта энергии для удовлетворения местного спроса. Но запас реактивной мощности был низким, потому что некоторые станции не работали и, возможно, потому, что другие станции не производили ее в достаточном количестве.

Проблемы реактивной мощности

  • Хотя реактивная мощность необходима для работы многих электрических устройств, она может оказывать вредное воздействие на ваши приборы и другие моторизованные нагрузки, а также на вашу электрическую инфраструктуру.Поскольку ток, протекающий через вашу электрическую систему, превышает ток, необходимый для выполнения требуемой работы, избыточная мощность рассеивается в виде тепла, поскольку реактивный ток течет через резистивные компоненты, такие как провода, переключатели и трансформаторы. Помните, что всякий раз, когда расходуется энергия, вы платите. Не имеет значения, в виде тепла или полезной работы расходуется энергия.
    .
  • Мы можем определить, сколько реактивной мощности потребляют ваши электрические устройства, измерив их коэффициент мощности, соотношение между реальной и реальной мощностью.Коэффициент мощности 1 (т.е. 100%) в идеале означает, что вся электрическая мощность используется для реальной работы. Дома обычно имеют общий коэффициент мощности в диапазоне от 70% до 85%, в зависимости от того, какие приборы могут работать. Более новые дома с новейшими энергоэффективными приборами могут иметь общий коэффициент мощности 90-х годов.
    .
  • Типичный счетчик электроэнергии для жилых помещений считывает только реальную мощность, то есть то, что вы получили бы при коэффициенте мощности 100%. Хотя большинство электроэнергетических компаний не взимают плату за реактивную мощность с жилых домов напрямую, распространено заблуждение, что коррекция реактивной мощности не имеет экономической выгоды.Для начала электрические компании корректируют коэффициент мощности вокруг промышленных комплексов, или они потребуют от нарушившего правила потребителя сделать это за его счет, или они будут взимать больше за реактивную мощность. Очевидно, что электрические компании выигрывают от коррекции коэффициента мощности, поскольку линии электропередачи, по которым проходит дополнительный (реактивный) ток в промышленно развитые районы, стоят им денег. Многие люди упускают из виду преимущества, которые коррекция коэффициента мощности может предложить для типичного дома, по сравнению с экономией и другими преимуществами, которые могут ожидать предприятия с большими индуктивными нагрузками.
    .
  • Самое главное, что вы платите за реактивную мощность в виде потерь энергии, создаваемых реактивным током, протекающим в вашем доме. Эти потери имеют вид тепла и не могут быть возвращены в сеть. Следовательно, вы платите. Чем меньше киловатт расходуется в доме из-за рассеивания тепла или нет, тем ниже счет за электричество. Поскольку коррекция коэффициента мощности снижает потери энергии, вы экономите.
    .
  • Как указывалось ранее, электрические компании корректируют коэффициент мощности вокруг промышленных комплексов, либо они потребуют этого от нарушителя, либо они будут взимать плату за реактивную мощность.Их не беспокоит обслуживание жилых домов, потому что влияние на их распределительную сеть не такое серьезное, как в промышленно развитых регионах. Однако верно то, что коррекция коэффициента мощности помогает электроэнергетической компании за счет снижения спроса на электроэнергию, тем самым позволяя им удовлетворять потребности в обслуживании в других местах. Но кого это волнует? Коррекция коэффициента мощности снижает ваши счета за электроэнергию за счет уменьшения количества израсходованных киловатт, и без нее ваш счет за электроэнергию будет гарантированно выше.
    .
  • Мы сталкивались с этим с другими электрическими компаниями, и нам удалось добиться от каждой из них опровержения.Электроэнергетические компании сильно различаются, и многие не проявляют интереса к отклонению от своей стандартной маркетинговой стратегии, признавая проверенные энергосберегающие продукты. Имейте в виду, что продвижение РЕАЛЬНОЙ экономии энергии для всех своих клиентов опустошит их прибыль.
    .
  • Коррекция коэффициента мощности не приведет к увеличению счета за электроэнергию и не нанесет вреда вашим электрическим устройствам. Эта технология уже много лет успешно применяется в промышленности. При правильном размере коррекция коэффициента мощности повысит электрический КПД и долговечность индуктивных нагрузок.Коррекция коэффициента мощности может иметь неблагоприятные побочные эффекты (например, гармоники) на чувствительном промышленном оборудовании, если с ней не будут работать знающие и опытные специалисты. Коррекция коэффициента мощности в жилых домах ограничена мощностью электрической панели (макс. 200 А) и не обеспечивает чрезмерной компенсации индуктивных нагрузок в домах. Повышая эффективность электрических систем, снижается потребность в энергии и ее воздействие на окружающую среду.

Глубокое влияние реактивной мощности на различные элементы энергосистемы:

Генерация

  • Основная функция генератора электроэнергии — преобразовывать топливо (или другой энергетический ресурс) в электроэнергию.Почти все генераторы * также имеют значительный контроль над напряжением на клеммах и выходной реактивной мощностью.
    .
  • Плата за использование этого ресурса является особым упором на управление напряжением от службы генерации. Способность генератора обеспечивать реактивную поддержку зависит от его выработки реальной мощности. Как и у большинства электрического оборудования, генераторы ограничены своей пропускной способностью по току. Напряжение, близкое к номинальному, эта способность становится пределом в МВА для якоря генератора, а не ограничением в МВт.
    .
  • Производство реактивной мощности связано с увеличением магнитного поля для повышения напряжения на клеммах генератора. Увеличение магнитного поля требует увеличения тока во вращающейся обмотке возбуждения. Поглощение реактивной мощности ограничивается структурой магнитного потока в статоре, что приводит к чрезмерному нагреву железа на конце статора, что является пределом нагрева сердечника.
    .
  • Синхронизирующий крутящий момент также уменьшается при поглощении большого количества реактивной мощности, что также может ограничивать возможности генератора, чтобы снизить вероятность потери синхронизма с системой.
    .
  • Первичный двигатель генератора (например, паровая турбина) обычно проектируется с меньшей мощностью, чем электрический генератор, что приводит к ограничению первичного двигателя. Разработчики понимают, что большую часть времени генератор будет вырабатывать реактивную мощность и поддерживать напряжение в системе. Наличие первичного двигателя, способного выдавать всю механическую мощность, которую генератор может преобразовывать в электричество, когда он не производит и не поглощает реактивную мощность, приведет к недоиспользованию первичного двигателя.
    .
  • Для производства или поглощения дополнительных VAR сверх этих пределов потребуется снижение реальной выходной мощности устройства. Управление реактивным выходом и напряжением на клеммах генератора обеспечивается регулировкой постоянного тока во вращающемся поле генератора. Управление может быть автоматическим, непрерывным и быстрым.
    .
  • Характеристики генератора помогают поддерживать напряжение в системе. При любой данной настройке поля генератор имеет определенное напряжение на клеммах, которое он пытается удерживать.Если напряжение в системе падает, генератор подает в энергосистему реактивную мощность, стремясь повысить напряжение в системе. Если напряжение в системе возрастает, реактивная мощность генератора упадет, и в конечном итоге реактивная мощность будет поступать в генератор, стремясь к снижению напряжения системы. Регулятор напряжения усиливает это поведение, направляя ток возбуждения в соответствующем направлении для получения желаемого напряжения системы.

Синхронные конденсаторы

  • Каждая синхронная машина (двигатель или генератор) с управляемым полем имеет характеристики реактивной мощности, описанные выше.
    .
  • Синхронные двигатели иногда используются для обеспечения динамической поддержки напряжением энергосистемы, поскольку они обеспечивают механическую мощность для своей нагрузки. Некоторые турбины внутреннего сгорания и гидроагрегаты спроектированы таким образом, чтобы генератор мог работать без механического источника энергии просто для обеспечения реактивной мощности энергосистемы, когда выработка реальной энергии недоступна или не требуется.
    .
  • Синхронные машины, которые предназначены исключительно для обеспечения реактивной поддержки, называются синхронными конденсаторами.
    .
  • Синхронные конденсаторы обладают всеми преимуществами генераторов по быстродействию и управляемости, без необходимости строительства остальной части электростанции (например, оборудования для перекачки топлива и котлов). Поскольку это вращающиеся машины с движущимися частями и вспомогательными системами, они могут потребовать значительно большего обслуживания, чем статические альтернативы. Они также потребляют активную мощность, равную примерно 3% от номинальной реактивной мощности машины.

Конденсаторы и катушки индуктивности

  • Конденсаторы и катушки индуктивности (иногда называемые реакторами) — это пассивные устройства, которые генерируют или поглощают реактивную мощность.Они достигают этого без значительных потерь реальной мощности или эксплуатационных расходов. Выход конденсаторов и катушек индуктивности пропорционален квадрату напряжения. Таким образом, конденсаторная батарея (или катушка индуктивности) с номиналом 100 МВАр будет производить (или поглощать) только 90 МВАр, когда напряжение падает до 0,95 о.е., но она будет производить (или поглощать) 110 МВАр, когда напряжение повышается до 1,05 о.е. Это соотношение полезно, когда для удержания напряжения используются катушки индуктивности.
    .
  • Катушка индуктивности поглощает больше при максимальном напряжении и при наибольшей потребности в устройстве.Эта связь неудачна для более распространенного случая, когда конденсаторы используются для поддержания напряжения. В крайнем случае напряжение падает, и конденсаторы вносят меньший вклад, что приводит к дальнейшему снижению напряжения и еще меньшей поддержке со стороны конденсаторов; в конечном итоге происходит падение напряжения и отключение питания.
    .
  • Катушки индуктивности — это дискретные устройства, предназначенные для поглощения определенного количества реактивной мощности при определенном напряжении. Они могут быть включены или выключены, но не имеют переменного управления.
    .
  • Конденсаторные батареи состоят из отдельных емкостей конденсаторов, обычно на 200 кВАр или меньше каждая. Банки подключаются последовательно и параллельно для получения желаемого напряжения конденсаторной батареи и номинальной емкости. Как и катушки индуктивности, конденсаторные батареи представляют собой дискретные устройства, но они часто имеют несколько ступеней для обеспечения ограниченного количества регулируемых параметров, что делает их недостатком по сравнению с синхронным двигателем.

Статические компенсаторы VAR (SVC)

  • SVC сочетает в себе обычные конденсаторы и катушки индуктивности с возможностью быстрого переключения.Переключение происходит во временном интервале субцикла (т.е. менее чем за 1/60 секунды), обеспечивая непрерывный диапазон управления. Диапазон может быть изменен от поглощения до выработки реактивной мощности. Следовательно, элементы управления могут быть разработаны для обеспечения очень быстрой и эффективной поддержки реактивной мощности и управления напряжением. Поскольку в SVC используются конденсаторы, их реактивная способность снижается так же, как и падение напряжения. Они также не способны выдерживать кратковременную перегрузку генераторов и синхронных конденсаторов.Для приложений SVC обычно требуются фильтры гармоник, чтобы уменьшить количество гармоник, вводимых в энергосистему.

Статические синхронные компенсаторы (STATCOM)

  • STATCOM — это твердотельное шунтирующее устройство, которое генерирует или поглощает реактивную мощность и является одним из членов семейства устройств, известных как гибкая система передачи переменного тока (FACTS).
  • STATCOM похож на SVC по скорости отклика, возможностям управления и использованию силовой электроники. Однако вместо того, чтобы использовать обычные конденсаторы и катушки индуктивности в сочетании с быстродействующими переключателями, STATCOM использует силовую электронику для синтеза выходной реактивной мощности.Следовательно, производительность обычно симметрична, обеспечивая столько же производительности, сколько и поглощение.
  • Твердотельный характер STATCOM означает, что, как и в SVC, средства управления могут быть разработаны для обеспечения очень быстрого и эффективного управления напряжением. Несмотря на отсутствие кратковременной перегрузочной способности генераторов и синхронных конденсаторов, емкость STATCOM не страдает так серьезно, как SVC и конденсаторы, от пониженного напряжения.
  • STATCOM
  • ограничены по току, поэтому их способность MVAR линейно реагирует на напряжение, в отличие от отношения квадрата напряжения SVC и конденсаторов.Этот атрибут значительно увеличивает полезность СТАТКОМов в предотвращении падения напряжения.

Распределенная генерация

  • Распределение ресурсов генерации по энергосистеме может иметь положительный эффект, если у генерации есть способность обеспечивать реактивную мощность. Без этой возможности контролировать выходную реактивную мощность производительность системы передачи и распределения может ухудшиться. Индукционные генераторы были привлекательным выбором для небольших генерирующих компаний, подключенных к сети, прежде всего потому, что они относительно недороги.Они не требуют синхронизации и обладают механическими характеристиками, которые подходят для некоторых приложений (например, ветра). Они также поглощают реактивную мощность, а не генерируют ее, и не поддаются контролю. Если мощность генератора колеблется (как ветер), реактивная нагрузка генератора также колеблется, что усугубляет проблемы управления напряжением для системы передачи. Индукционные генераторы можно компенсировать статическими конденсаторами, но эта стратегия не решает проблему флуктуаций и не обеспечивает управляемую поддержку напряжения.Многие ресурсы распределенной генерации теперь подключаются к сети через твердотельную силовую электронику, что позволяет изменять скорость первичного двигателя независимо от частоты энергосистемы. Что касается ветра, то использование твердотельной электроники может улучшить захват энергии.
    .
  • Для микротурбин, работающих на газе, оборудование силовой электроники позволяет им работать на очень высоких скоростях. Фотоэлектрические системы генерируют постоянный ток и требуют инверторов для подключения к энергосистеме. Устройства накопления энергии (например,(например, батареи, маховики и сверхпроводящие магнитные накопители энергии) также часто бывают распределенными и требуют, чтобы твердотельные инверторы взаимодействовали с сетью. Это более широкое использование твердотельного интерфейса между устройствами и энергосистемой дает дополнительное преимущество, так как обеспечивает полный контроль реактивной мощности, аналогичный таковому у STATCOM.
    .
  • Фактически, большинству устройств не обязательно обеспечивать активную мощность, чтобы был доступен полный диапазон реактивного управления. Главный двигатель поколения, e.г. турбина, может выйти из строя, пока реактивный компонент полностью исправен. Это технологическое развитие (твердотельная силовая электроника) превратило потенциальную проблему в преимущество, позволив распределенным ресурсам внести свой вклад в управление напряжением.

Передающая сторона

  • Неизбежным следствием работы нагрузки является наличие реактивной мощности, связанной с фазовым сдвигом между напряжением и током.
    .
  • Некоторая часть этой мощности компенсируется на стороне потребителя, а остальная часть загружает сеть.Контракты на поставку не требуют, чтобы cosφ был равен единице. Реактивная мощность также используется владельцем линии электропередачи для управления напряжением.
    .
  • Реактивная составляющая тока добавляет к току нагрузки и увеличивает падение напряжения на полном сопротивлении сети. Регулируя поток реактивной мощности, оператор изменяет падения напряжения в линиях и, таким образом, напряжение в точке подключения потребителя. Напряжение на стороне потребителя зависит от всего, что происходит на пути от генератора до нагрузки потребителя.Все узлы, точки подключения других линий передачи, распределительные станции и другое оборудование вносят свой вклад в поток реактивной мощности.
    .
  • Сама линия передачи также является источником реактивной мощности. Линия, открытая на другом конце (без нагрузки), похожа на конденсатор и является источником емкостной (опережающей) реактивной мощности. Продольные индуктивности без тока не намагничиваются и не вносят никаких реактивных составляющих.
    .
  • С другой стороны, когда линия проводит большой ток, преобладает вклад продольных индуктивностей, и сама линия становится источником индуктивной (запаздывающей) реактивной мощности.Для каждой строки может быть вычислено характеристическое значение расхода Sk .
    .
  • Если передаваемая мощность выше Sk, линия будет вводить дополнительную индуктивную реактивную мощность, а если она ниже Sk, линия будет вводить емкостную реактивную мощность. Значение Sk зависит от напряжения: для линии 400 кВ составляет около 32% от номинальной мощности передачи, для линии 220 кВ — около 28%, а для линии 110 кВ — около 22%. Процент будет меняться в зависимости от параметров строительства.
    .
  • Реактивная мощность, вносимая самими линиями, действительно мешает оператору системы передачи. Ночью, когда спрос невелик, необходимо подключать параллельные реакторы для потребления дополнительной емкостной реактивной мощности линий. Иногда возникает необходимость отключить малонагруженную линию (что однозначно сказывается на надежности системы). В часы пик не только нагрузки потребителей вызывают большие падения напряжения, но и индуктивная реактивная мощность линий добавляет к общему потоку мощности и вызывает дальнейшие падения напряжения.
    .
  • Регулирование напряжения и реактивной мощности имеет некоторые ограничения. Большая часть реактивной мощности вырабатывается в агрегатах электростанции. Генераторы могут обеспечивать плавно регулируемую опережающую и запаздывающую реактивную мощность без каких-либо затрат на топливо.
    .
  • Однако реактивная мощность занимает генерирующую мощность и снижает выработку активной мощности. Кроме того, не стоит передавать реактивную мощность на большие расстояния (из-за потерь активной мощности). Контроль, обеспечиваемый «в пути» в линии передачи, узлах связи, распределительной станции и других точках, требует установки конденсаторов или \ и реакторов.
    .
  • Часто используются с системой переключения ответвлений трансформатора. Диапазон регулирования напряжения зависит от их размера. Управление может состоять, например, в повышении напряжения трансформатора и последующем уменьшении его за счет протекания реактивных токов.
    .
  • Если напряжение трансформатора достигает наивысшего значения и все конденсаторы работают, то дальнейшее повышение напряжения на стороне потребителя невозможно. С другой стороны, когда требуется снижение, предел устанавливается максимальной реактивной мощностью реакторов и самым низким ответвлением трансформатора.

Практика планирования и оценки напряжения и реактивной мощности

(1) Основные принципы:
  • Реактивная мощность не может передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за чрезмерных потерь реактивной мощности.
  • Источник реактивной мощности должен располагаться в непосредственной близости от места его потребления.
  • Необходима достаточная поддержка статического и динамического напряжения для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне.
  • Должны быть доступны достаточные резервы реактивной мощности для постоянного регулирования напряжения.
(2) Ключевые последствия:
  • Для регистрации фактического реактивного потребления в различных точках необходимо наличие и поддержание измерений.
  • Планировщики передачи и распределения должны заранее определить требуемый тип и место реактивной коррекции.
  • Устройства реактивной мощности должны обслуживаться и функционировать должным образом, чтобы обеспечить правильную величину компенсации реактивной мощности.
  • Реактивные нагрузки распределения должны быть полностью скомпенсированы, прежде чем будет рассматриваться компенсация реактивной мощности передачи.
(3) Передача реактивной мощности
  • Реактивная мощность не может эффективно передаваться на большие расстояния или через силовые трансформаторы из-за высоких потерь I2X
  • Реактивная мощность должна располагаться в непосредственной близости от места ее потребления.
(4) Поддержка статического и динамического напряжения
  • Тип требуемой компенсации реактивной мощности зависит от времени, необходимого для восстановления напряжения.
  • Статическая компенсация идеально подходит для секундных и минутных ответов. (Конденсаторы, реакторы, переключатели).
  • Динамическая компенсация идеально подходит для мгновенных откликов. (конденсаторы, генераторы)
  • Для поддержания уровней напряжения в приемлемом диапазоне необходим правильный баланс статического и динамического напряжения.
(5) Реактивные резервы при различных условиях эксплуатации
  • В идеале конденсаторы системы, реакторы и конденсаторы должны работать для обеспечения нормальной реактивной нагрузки.
  • По мере увеличения нагрузки или после непредвиденных обстоятельств следует включать дополнительные конденсаторы или снимать реакторы для поддержания приемлемого напряжения в системе.
  • Реактивная способность генераторов должна быть в основном зарезервирована на случай непредвиденных обстоятельств в системе сверхвысокого напряжения или для поддержки напряжений в экстремальных условиях эксплуатации системы.
  • Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы, если желаемое напряжение недостижимо из-за резервов реактивной мощности.
(6) Координация напряжения
  • Реактивные источники должны быть скоординированы, чтобы обеспечить поддержание адекватного напряжения повсюду в соединенной системе во всех возможных состояниях системы.
  • Поддержание приемлемых напряжений в системе включает в себя координацию источников и приемников, которые включают:
    1. Графики напряжения на заводе
    2. Настройки отводов трансформатора
    3. Настройки реактивного устройства
    4. Схемы отключения нагрузки.
  • Последствия несогласованных операций будут включать:
    1. Повышенные потери реактивной мощности
    2. Снижение реактивного запаса, доступного для непредвиденных обстоятельств и условий экстремальной легкой нагрузки
    3. Чрезмерное переключение шунтирующих конденсаторов или реакторов
    4. Повышенная вероятность условий падения напряжения .
(7) График напряжения
  • Каждой электростанции требуется поддерживать определенное напряжение на системной шине, к которой она подключена.
  • Назначенный график позволит генерирующей установке работать в обычном режиме:
    1. В середине диапазона реактивной способности в нормальных условиях
    2. В верхней части диапазона реактивной способности во время непредвиденных обстоятельств
    3. «Недостаточное возбуждение» или поглощение реактивной мощности в условиях экстремальных легких нагрузок.
(8) Настройки ответвлений трансформатора
  • Отводы трансформатора должны быть согласованы друг с другом и с графиками напряжения ближайшей генерирующей станции.
  • Отводы трансформатора должны быть выбраны таким образом, чтобы вторичные напряжения оставались ниже пределов оборудования в условиях небольшой нагрузки.
(9) Настройки реактивного устройства
  • Конденсаторы в низковольтных сетях должны быть настроены на включение, чтобы поддерживать напряжение во время пиковых и аварийных условий. И
  • «Выкл.», Когда больше не требуются поддерживающие уровни напряжения.
(10) Схемы отключения нагрузки
  • Схемы отключения нагрузки должны быть реализованы как «крайнее средство» для поддержания приемлемого напряжения.
(11) Управление напряжением и реактивной мощностью
  • Требуется координация всех дисциплин по передаче и распределению.
  • Передача требует:
    1. Прогнозировать реактивную потребность и требуемый запас запаса
    2. Спланировать, спроектировать и установить требуемый тип и местоположение реактивной коррекции
    3. Поддерживать реактивные устройства для надлежащей компенсации
    4. Поддерживать счетчики для обеспечения точных данных При необходимости порекомендуйте правильную схему сброса нагрузки.
  • Распределению необходимо:
    1. Полностью компенсировать распределительные нагрузки до того, как будет учтена компенсация реактивной мощности передачи
    2. Поддерживать реактивные устройства для надлежащей компенсации
    3. Поддерживать счетчики для обеспечения точных данных
    4. Установить и протестировать схемы автоматического отключения нагрузки при пониженном напряжении

Ссылки:

  1. Samir Aganoviş,
  2. Zoran Gajiş,
  3. Grzegorz Blajszczak- Варшава, Польша,
  4. Gianfranco Chicco
  5. Robert P.O’Connell-Williams Power Company
  6. Harry L. Terhune-American Transmission Company,
  7. Абрахам Ломи, Фернандо Альварадо, Благой Борисов, Лоуренс Д. Кирш
  8. Роберт Томас,
  9. OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY
  10. 9 контент с рекламными ссылками

    Важность реактивной мощности в производстве и передаче электроэнергии

    Важность реактивной мощности возрастает с ростом спроса на электроэнергию со стороны многих бытовых и промышленных предприятий в сети энергосистем.Стабильность и надежность системы электроснабжения зависят от управления реактивной мощностью.

    Требуется более эффективное, надежное и экономичное производство энергии. Эффективный способ доставки электроэнергии использует такие технологии, как FACTS (гибкая система передачи переменного тока), SVC (компенсация статического напряжения) и т. Д. Для поддержания стабильности напряжения, высокого коэффициента мощности и уменьшения потерь при передаче. Реактивная мощность играет решающую роль в сети энергосистемы.


    Важность реактивной мощности

    Системы электроснабжения переменного тока вырабатывают и потребляют два типа мощности; активная и реактивная мощность. Реальная мощность или активная мощность — это истинная мощность, отдаваемая любой нагрузке. Он выполняет полезную работу, например, осветительные лампы, вращающиеся двигатели и т. Д.

    С другой стороны, реактивная мощность — это мнимая мощность или полная мощность, которая не выполняет никакой полезной работы, а просто перемещается взад и вперед по линиям энергосистемы. Это побочный продукт систем переменного тока, производимый индуктивными и емкостными нагрузками.Он существует, когда есть сдвиг фаз между напряжением и током. Он измеряется в реактивных вольт-амперных единицах (ВАР).

    3 Причины важности реактивной мощности

    1. Регулировка напряжения

    Оборудование энергосистемы рассчитано на работу в пределах ± 5% от номинального напряжения. Колебания уровней напряжения приводят к неисправности различных устройств. Высокое напряжение повреждает изоляцию обмоток, в то время как низкое напряжение вызывает плохую работу различного оборудования, например, слабое освещение лампочек, перегрев асинхронных двигателей и т. Д.

    Если потребляемая мощность больше, чем мощность, потребляемая передающими линиями, ток, потребляемый из линий питания, увеличивается до более высокого уровня, что вызывает резкое падение напряжения на стороне приема. Дальнейшее снижение этого низкого напряжения приводит к отключению генераторных установок, перегреву двигателей и отказу другого оборудования.

    Чтобы преодолеть это, реактивная мощность должна подаваться на нагрузку с помощью реактивных катушек индуктивности или реакторов в линиях передачи. Мощность этих реакторов зависит от количества поставляемой полной мощности.

    Регулирование напряжения с помощью реактивной мощности

    Если потребляемая мощность меньше подаваемой реактивной мощности, напряжение нагрузки повышается до более высокого уровня, что приводит к автоматическому отключению передающего оборудования, низкому коэффициенту мощности, нарушениям изоляции кабелей и обмоток различных механических устройств. .

    Чтобы преодолеть это, необходимо компенсировать дополнительную реактивную мощность, доступную в системе. Различное компенсационное оборудование — это синхронные конденсаторы, шунтирующие конденсаторы, последовательные конденсаторы и другие фотоэлектрические системы.Эти устройства подают емкостную реактивную мощность для компенсации индуктивной реактивной мощности в системе.

    Из приведенного выше обсуждения мы можем сказать, что полная мощность требуется для поддержания уровней напряжения в пределах, установленных для стабильности систем передачи.

    2. Отключение электроэнергии

    Отключение электроэнергии

    Несколько отключений электроэнергии, например, во Франции в 1978 году, в северо-восточных странах в 2003 году, во многих частях Индии в 2012 году, показали, что недостаточная реактивная мощность в системе электроснабжения является основной причиной ситуации затемнения.Это вызвано тем, что потребность в полной мощности необычно высока из-за передачи на большие расстояния.

    Это в конечном итоге приводит к отключению различного оборудования и энергоблоков из-за низкого напряжения. Поэтому для обеспечения правильной работы электрической системы в ней должно присутствовать достаточное количество реактивной мощности.

    3. Правильная работа различных устройств / машин

    Правильная работа различных устройств и машин

    Трансформаторам, двигателям, генераторам и другим электрическим устройствам требуется реактивная мощность для создания магнитного потока.Это связано с тем, что генерация магнитного потока необходима этим устройствам для выполнения полезной работы. На приведенном выше рисунке реактивная мощность, обозначенная красным цветом, помогает создать магнитное поле в двигателе, но приводит к снижению коэффициента мощности. Вот почему конденсатор помещен для компенсации индуктивной реактивной мощности за счет подачи емкостной реактивной мощности.

    Источники и приемники реактивной мощности

    Большая часть оборудования, подключенного к системам электроснабжения, потребляет или производит полную мощность, но не все они регулируют уровни напряжения.Генераторы электростанций вырабатывают как активную, так и реактивную мощность, тогда как конденсаторы вводят реактивную мощность для поддержания уровней напряжения. Некоторые из источников и стоков показаны на диаграмме ниже.

    Источники и приемники реактивной мощности

    2 типа источников

    Существует два типа источников реактивной мощности, а именно динамические и статические источники реактивной мощности.

    Динамические источники реактивной мощности

    К ним относятся передающее оборудование и устройства, которые способны быстро реагировать на изменения реактивной мощности, вводя или обеспечивая достаточное количество реактивной мощности в электрическую систему.Они имеют высокую стоимость, и некоторые из этих устройств приведены ниже.

    • Синхронные генераторы: в синхронных машинах в зависимости от напряжения возбуждения изменяется генерируемая активная и реактивная мощность. АРН (автоматические регуляторы напряжения) используются для управления реактивной мощностью в рабочем диапазоне этих машин.

    • Синхронные конденсаторы: это типы небольших генераторов, используемых для выработки реактивной мощности без выработки реальной мощности.

    • Твердотельные устройства: к ним относятся силовые электронные преобразователи и устройства, такие как устройства FACTS от SVC.

    Статические источники реактивной мощности

    Это недорогие устройства, которые реагируют на изменение реактивной мощности несколько меньше, чем устройства динамической мощности. Некоторые из статических ресурсов приведены ниже.

    • Емкостные и индуктивные компенсаторы: они состоят из нескольких шунтирующих конденсаторов и катушек индуктивности, подключенных к системе для регулировки напряжения системы. Конденсатор генерирует полную мощность, а катушка индуктивности поглощает реактивную мощность.

    • Подземные кабели и воздушные линии: ток, протекающий по кабелям и воздушным линиям, создает чистый магнитный поток, который генерирует реактивную мощность.Слабонагруженная линия действует как генератор реактивной мощности, а сильно нагруженная линия действует как поглотитель реактивной мощности.

    • Фотовольтаические системы: используются для ввода активной мощности, а также для компенсации гармонических и реактивных мощностей в сетевых системах с помощью фотоэлектрической энергии.

    Различные поглотители реактивной мощности

    Реактивная мощность, вырабатываемая генераторами и другими источниками, поглощается некоторыми из нагрузок, которые указаны ниже. Это вызывает потери в этих устройствах; следовательно, на эти нагрузки необходимо устанавливать компенсационные устройства.

    • Асинхронный двигатель (насосы и вентиляторы)
    • Трансформаторы
    • Синхронные машины с возбуждением
    • Сильно нагруженные линии передачи

    Это все о важности реактивной мощности. Я хотел бы поблагодарить читателей за то, что они уделили время этой статье. Вот вопрос для заинтересованных читателей — что такое коэффициент мощности и как добиться компенсации коэффициента мощности. Просим писать ответы в разделе комментариев ниже.

    Фото:

    Важность реактивной мощности с помощью peguru
    Управление напряжением с помощью реактивной мощности с помощью sari-energy
    Электрические отключения от lonnypaul
    Правильная работа различных устройств / машин от vanrijnelectric
    Источники и приемники реактивной мощности от cheers4all

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *