Теория реактивной мощности

Появление термина «реактивная мощность» связано с необходимостью выделения мощности, потребляемой нагрузкой, составляющей, которая формирует электромагнитные поля и обеспечивает вращающий момент двигателя. Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер.

Характер нагрузки и фазовый сдвиг

В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резистивный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) с напряжением. Если нагрузка имеет индуктивный характер (двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы), ток опережает напряжение.

Роль реактивной мощности в электрических сетях

Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы:

• Снижаем нагрузку на провода и кабели;
• Повышаем напряжение на клеммах двигателя;
• Снижаем платежи за реактивную мощность;
• Имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока, потребляемого с силового трансформатора.

Коэффициент мощности Cos φ

Параметр, определяющий потребление реактивной мощности, называется Cos φ.

где:

• P_1гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц;
• A_1гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц;
• A = √(P² + Q²) — полная мощность.

Таким образом, Cos φ уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению Cos φ, так как низкий Cos φ несет следующие проблемы:

• Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности);
• Высокие перепады напряжения в электрических линиях (например, 330...370 В вместо 380 В);
• Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.

Компенсация реактивной мощности

Из всего вышеприведенного понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность двигателей.

Потребители реактивной мощности

Потребителями реактивной мощности, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи (трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии, которые по принципу своего действия используют магнитное поле (асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.).

До 80–85% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминесцентное освещение и т.п.

Методы компенсации реактивной мощности

Существует несколько основных методов компенсации реактивной мощности:

• Установка конденсаторных батарей – наиболее распространённый и экономически эффективный способ;
• Использование синхронных двигателей – работающих в режиме перевозбуждения;
• Применение активных фильтров гармоник – для комплексного решения проблем качества электроэнергии;
• Автоматические установки компенсации реактивной мощности (АУКРМ) – для динамического регулирования.

Выбор метода компенсации зависит от характера нагрузки, требуемой точности регулирования и экономических факторов. Наиболее эффективным решением является комплексный подход, сочетающий различные методы компенсации.

реактивная мощность, теория реактивной мощности, компенсация реактивной мощности, Cos φ, коэффициент мощности, потребители реактивной мощности, индуктивная нагрузка, емкостная нагрузка, конденсаторы, асинхронные двигатели, потери мощности, качество электроэнергии