Каждому, кто так или иначе связан с электрикой или электроэнергетикой, знакомы слова «реактивная мощность» или «реактивные токи». Но далеко не каждому, даже тем, кто работает в сфере энергетики, известно значение этих понятий. Между тем реактивная мощность играет огромное значение в мировой энергосистеме и энергосистемах каждой отдельной страны в целом.
В этой статье мы разберемся, что из себя представляет реактивная мощность, какими характеристиками ее можно описать, и какое значение она играет в электроэнергетике. Кроме того, мы немного заглянем в физику и гастрономию.
Начнем с того, что реактивная мощность – неизбежный феномен в цепях переменного тока. Даже при использовании нагрузки, традиционно считающейся полностью активной (резистивной) - лампы накаливания, нагреватели - присутствует минимальное значение реактивной мощности, которое можно не учитывать при проектировании сетей и различных устройств.
Перейдем к простому ответу на вопрос «Что такое реактивная мощность?» Наверное, многие слышали такой пример. Представим себе стакан с холодным пивом. Допустим, что 70% стакана занимает напиток без пены, а оставшуюся часть между поверхностью напитка и краями стакана – 30% - занимает пена. Наверняка каждому здравомыслящему человеку хочется, чтобы весь объем стакана занимал напиток без пены. Но опыт подсказывает, что образование пены неизбежно.
В нашем гастрономическом примере объем стакана – это полная мощность - величина, показывающая, как быстро выдают электрическую энергию генераторы электростанций. Каждому здравомыслящему энергетику хочется, чтобы вся эта мощность расходовалась на совершение полезной работы, то есть на активную мощность. Пена – это реактивная мощность: в нашем примере это то, без чего невозможна генерация электроэнергии. Хочется, чтобы пены было поменьше, хотя без нее невозможно получить тот самый вкус пива. Так и с реактивной мощностью. Почему возникает реактивная мощность?
Дело в том, что сама генерация электрической энергии происходит посредством электромагнитных полей: магнитное поле ротора генератора возбуждает электромагнитное поле в катушках на статоре, что приводит к появлению разности потенциалов на обмотках статора. На предприятиях встречаются потребители реактивной мощности - индуктивная нагрузка (асинхронные электродвигатели, катушки индуктивности, реле и трансформаторы) а также емкостная нагрузка (конденсаторные батареи, ЛЭП высоких напряжений, синхронные двигатели). В большинстве случаев индуктивной нагрузки в энергосистеме больше, чем емкостной.
Наличие реактивной мощности в сети приводит к тому, что напряжение и ток различаются по фазе. Здесь мы встречаемся с понятием реактивного тока: это ток, который отстает от напряжения по фазе. Что это означает? Как известно, переменное напряжение меняет полярность с течением времени, и проходит пики максимальный и минимальной амплитуды. Если c помощью осциллографа рассматривать, в какое именно время напряжение достигает максимальной амплитуды, то при индуктивной нагрузке максимум амплитуды реактивного тока отстает от напряжения, а максимум амплитуды емкостного реактивного тока опережает максимум напряжения во времени:
Что из себя представляет реактивный ток? Это ток, который создает магнитное поле в катушках или электрическое поле в конденсаторах. Выражаясь физическими терминами, для создания данных полей требуется совершить работу, на что потребуется реактивная мощность.
На этом моменте может показаться логичным, что эти два реактивных тока - емкостной и индуктивный - могут уравновешивать друг друга. И это действительно так, на чем и основан принцип компенсации реактивной мощности.
Представим, что на нашем предприятии 2/3 нагрузки созданы асинхронными электродвигателями. Соответственно, ток отстает от напряжения на определенный угол (фи), являющийся математической характеристикой. Этот сдвиг можно компенсировать установкой батарей из конденсаторов, которые уменьшат угол и результирующий ток будет сильнее совпадать с напряжением по фазе.
На предприятиях разной энергоемкости компенсирующие устройства - батареи конденсаторов или синхронные компенсаторы и двигатели – подключаются параллельно нагрузке и устанавливаются в шкафы защиты оборудования для компенсации реактивной мощности. Применение синхронных двигателей и компенсаторов должно быть экономически обоснованным, исходя из минимума приведенных годовых затрат.
Синхронный компенсатор
Поговорим об угле . Эта величина часто встречается на векторных, или круговых диаграммах в теоретических пособиях. Кроме того, это величина отвечает за коэффициент мощности нагрузки на предприятии, только для простоты берут косинус этого угла. Чем выше коэффициент мощности (максимальное значение 1), тем большую долю составляет активная мощность. Желательно, чтобы на предприятии коэффициент мощности находился в пределах 0.9-1.
Мероприятия по компенсации реактивной мощности следует начинать, если значение коэффициента мощности падает ниже 0.65. Стандартные значения коэффициентов мощности разных потребителей можно найти в ТКП 45-4.04-149-2009, пункты 8.1.15, 8.2.18.
Нужно ли беспокоиться о компенсации реактивной мощности в квартире или частном доме? Как правило, нет. к данному мероприятию необходимо готовиться если ежедневно используется большое количество индуктивной нагрузки: стиральные машины, болгарки, циркулярные пилы, лебедки, и так далее.
Что произойдет, если не учитывать компенсацию реактивной мощности при проектировании?
- Срок службы трансформаторов, кабелей, и проводов снизится
- Увеличится нагрев проводов и кабелей за счет снижения их пропускной способности (ведь течь будет активный и реактивный ток)
- Энергонадзор может назначить штрафные санкции за работу с пониженным коэффициентом мощности
Поэтому важно периодически проверять оборудование и удостоверятся в том, что оно соответствует техническим нормативным правовым актам. к помочь вам в этом может лаборатория электрофизических измерений ТМРсила-М.
знакомству