Меню

Потребление реактивной мощности больше активной

Потребители реактивной мощности: формулы расчета, методы расчета

Содержание

  1. Потребители реактивной мощности
  2. Асинхронные электродвигатели и трансформаторы
  3. Дуговые сталеплавильные печи
  4. Вентильные преобразователи

Потребители реактивной мощности

Асинхронные электродвигатели и трансформаторы

Асинхронные электродвигатели и трансформаторы потребляют 60…80 % реактивной энергии в промышленных электросетях. Рассмотрим потребление ими реактивной мощности, основываясь на схемах замещения АД и Тр. Эти схемы идентичны, отличаются только ветвью, имитирующей нагрузку.

Значения сопротивлений ротора АД аналогично вторичной обмотки трансформатора, приводятся с учетом коэффициентов трансформации к параметрам цепей статора АД (первичной обмотки Тр), г0 и х0 — сопротивления ветви намагничивания.

В обоих случаях реактивная составляющая тока нагрузки равна:

Реактивная мощность холостого хода не зависит от нагрузки, а реактивная мощность короткого замыкания зависит от квадратакоэффициента загрузки: в АД — по активной мощности, в Тр — по полной мощности.

При номинальной нагрузке АД значения обеих составляющихреактивной мощности АД примерно равны.

В паспортах АД приводятся значения коэффициента мощности при номинальной нагрузке, что позволяет легко определить Q0 и ЩЩ при любом значении ку В АД значение Q0 составляет около 50 % от номинальной мощности. Этим значением можно пользоваться при приблизительных расчетах.

Значения Q0 составляет 2… 5 % от номинальной мощности Тр. Это объясняется отсутствием воздушного зазора в магнитопроводе Тр, благодаря чему для создания основного магнитного потока требуются меньшие значения намагничавающего тока iор и реактивной мощности.

Несмотря на это суммарное потребление реактивной мощности трансформаторами соизмеримо с потреблением АД, поскольку суммарная номинальная мощность Тр, как правило, во много раз больше, чем АД.

Для уменьшения потребления реактивной мощности:

  1. АД выбирают двигатели с небольшим запасом по активной мощности;
  2. выполняют переключения статорных обмоток с треугольника на звезду при их загрузке ниже 40… 50 %;
  3. исключается режим холостого хода путем установки соответствующих ограничителей;
  4. заменяют асинхронные двигатели синхронными той же мощности, если это возможно по техникоэкономическим условиям.

Для уменьшения потерь реактивной мощности в Тр рекомендуется отключение в резерв Тр, загруженных менее 40 % от номинальной мощности, а также перевод нагрузки на другой трансформатор либо замена на менее мощный Тр.

Дуговые сталеплавильные печи

Дуговые сталеплавильные печи относятся к числу крупных потребителей реактивной мощности. В значительной мере это объясняется необходимостью обеспечения непрерывности горения электрической дуги, что возможно только при наличии индуктивности в цепи ДСП. Достаточный для непрерывного горения дуги угол сдвига по фазе между первыми гармониками тока и напряжения определяется выражением

где Ud — минимальное необходимое напряжение для горения дуги; Um — амплитудное значение напряжения источника питания.

Наличие автоматических регуляторов, позволяющих воздействовать на уровни Ud и Um, позволяет осуществлять работу ДСП с углами ф

На практике в большинстве случаев Qn > 0,637 что объясняется наличием значительных индуктивностей в цепи ДСП.ДСП относятся к резкопеременным несимметричным нагрузкам.

Оценивать значения реактивной мощности, потребляемой ДСП, на основании чисто теоретических предпосылок очень затруднительно изза влияния конструктивных параметров ДСП, материала электродов, состава скрапа, несимметрии и несинусоидальности режима и ряда других параметров. Поэтому на практике используются усредненные данные, полученные в результате многочисленных измерений на действующих ДСП.

Средние значения tgсp за весь период плавки для печей различной емкости составляют:

  1. Тип печи tgcp
  2. ДСП12 и ДСП25 — 0,65
  3. ДСП100 — 0,90
  4. ДСП200 — 0,97

Для печей ДСП100 и ДСП200 приведенные значения tg

pсоответствующее 30 минутному максимуму, принимается равным приведенному выше с коэффициентом 0,47.

Максимальное значение реактивной мощности имеет место при так называемом эксплуатационном коротком замыкании:

где Sn.т. — номинальная мощность печного трансформатора; kэкз — кратность эксплуатационного короткого замыкания, соответствующего режиму соприкосновения электродов с плавящимся металлом (среднее значение кэ к 3 для печей ДСП12…ДСП25 — 3,2…3,5; для ДСП100…ДСП200 1,5…2,3).

Вентильные преобразователи

В настоящее время более 50 % электроэнергии, поставляемой промышленными предприятиями, преобразуется с помощью выпрямителей и инверторов; эти устройства называются вентильными преобразователями (ВП).

Они являются крупными потребителями реактивной мощности.

На основе ВП строятся современные регулируемые источники реактивной мощности.

Угол сдвига фаз между первыми гармониками напряжения и тока определяется по формуле

Индукционные печи предназначены для расплавления металлов индуцированными токами, для чего необходимо создание сильных магнитных полей.

Для этой цели необходима значительная реактивая мощность, поэтому коэффициент мощности индукционных (печей очень низкий (от 0,1 до 0,6), в связи с чем в комплект индукционной печи входят регулируемые батареи конденсаторов. Установи дуговой и контактной электросварки являются однофазными резко переменными нагрузками с cos от 0,2 до 0,6.

Читайте также:  Мощность чернобыльской аэс 4 блок

Источник



Активная и реактивная мощность. За что платим и работа

Активная и реактивная мощность — потребители электрической энергии на то и потребители, чтобы эту энергию потреблять. Потребителя интересует та энергия, потребление которой идет ему на пользу, эту энергию можно назвать полезной, но в электротехнике ее принято называть активной. Это энергия, которая идет на нагрев помещений, готовку пищи, выработку холода, и превращаемая в механическую энергию (работа электродрелей, перфораторов, электронасосов и пр.).

Кроме активной электроэнергии существует еще и реактивная. Это та часть полной энергии, которая не расходуется на полезную работу. Как понятно из вышесказанного, полная мощность – это активная и реактивная мощность в целом.

Активная и реактивная мощность

В понятиях активная и реактивная мощность сталкиваются противоречивые интересы потребителей электрической энергии и ее поставщиков. Потребителю выгодно платить только за потребленную им полезную электроэнергию, поставщику выгодно получать оплату за сумму активной и реактивной электроэнергии. Можно ли совместить эти кажущиеся противоречивыми требования? Да, если свести количество реактивной электроэнергии к нулю.

Активная мощность

Существуют потребители электроэнергии, у которых полная и активная мощности совпадают. Это потребители, у которых нагрузка представлена активными сопротивлениями (резисторами). Среди бытовых электроприборов примерами подобной нагрузки являются лампы накаливания, электроплиты, жарочные шкафы и духовки, обогреватели, утюги, паяльники и пр.

Указанная у этих приборов в паспорте, одновременно является активная и реактивная мощность . Это тот случай, когда мощность нагрузки можно определить по известной из школьного курса физики формуле, перемножив ток нагрузки на напряжение в сети. Ток измеряется в амперах (А), напряжение в вольтах (В), мощность в ваттах (Вт). Конфорка электрической плиты в сети с напряжением 220 В при токе в 4,5 А потребляет мощность 4,5 х 220 = 990 (Вт).

Реактивная мощность

Иногда, проходя по улице, можно увидеть, что стекла балконов покрыты изнутри блестящей тонкой пленкой. Эта пленка изъята из бракованных электрических конденсаторов, устанавливаемых с определенными целями на питающих мощных потребителей электрической энергии распределительных подстанциях. Конденсатор – типичный потребитель реактивной мощности. В отличие от потребителей активной мощности, где главным элементом конструкции является некий проводящий электричество материал (вольфрамовый проводник в лампах накаливания, нихромовая спираль в электроплитке и т.п.). В конденсаторе главный элемент – не проводящий электрический ток диэлектрик (тонкая полимерная пленка или пропитанная маслом бумага).

Реактивная емкостная мощность

Красивые блестящие пленки, что вы видели на балконе – это обкладки конденсатора из токопроводящего тонкого материала. Конденсатор замечателен тем, что он может накапливать электрическую энергию, а затем отдавать ее – своеобразный такой аккумулятор. Если включить конденсатор в сеть постоянного тока, он зарядится кратковременным импульсом тока, а затем ток через него протекать не будет. Вернуть конденсатор в исходное состояние можно, отключив его от источника напряжения и подключив к его обкладкам нагрузку. Некоторое время через нагрузку будет течь электрический ток, и идеальный конденсатор отдает в нагрузку ровно столько электрической энергии, сколько он получил при зарядке. Подключенная к выводам конденсатора лампочка может на короткое время вспыхнуть, электрический резистор нагреется, а неосторожного человека может «тряхнуть» или даже убить при достаточном напряжении на выводах и запасенном количестве электричества.

Aktivnaia i reaktivnaia moshchnost kompensator

Интересная картина получается при подключении конденсатора к источнику переменного электрического напряжения. Поскольку у источника переменного напряжения постоянно меняются полярность и мгновенное значение напряжения (в домашней электросети по закону, близкому к синусоидальному). Конденсатор будет непрерывно заряжаться и разряжаться, через него будет непрерывно протекать переменный ток. Но этот ток не будет совпадать по фазе с напряжением источника переменного напряжения, а будет опережать его на 90°, т.е. на четверть периода.

Читайте также:  Формула тепловой мощности реостата

Это приведет к тому, что суммарно половину периода переменного напряжения конденсатор потребляет энергию из сети, а половину периода отдает, при этом суммарная потребляемая активная электрическая мощность равна нулю. Но, поскольку через конденсатор течет значительный ток, который может быть измерен амперметром, принято говорить, что конденсатор – потребитель реактивной электрической мощности.

Вычисляется реактивная мощность как произведение тока на напряжение, но единица измерения уже не ватт, а вольт-ампер реактивный (ВАр). Так, через подключенный к сети 220 В частотой 50 Гц электрический конденсатор емкостью 4 мкФ течет ток порядка 0,3 А. Это означает, что конденсатор потребляет 0,3 х 220 = 66 (ВАр) реактивной мощности – сравнимо с мощностью средней лампы накаливания, но конденсатор, в отличие от лампы, при этом не светится и не нагревается.

Реактивная индуктивная мощность

Если в конденсаторе ток опережает напряжение, то существуют ли потребители, где ток отстает от напряжения? Да, и такие потребители, в отличие от емкостных потребителей, называются индуктивными, оставаясь при этом потребителями реактивной энергии. Типичная индуктивная электрическая нагрузка – катушка с определенным количеством витков хорошо проводящего провода, намотанного на замкнутый сердечник из специального магнитного материала.

На практике хорошим приближением чисто индуктивной нагрузки является работающий без нагрузки трансформатор (или стабилизатор напряжения с автотрансформатором). Хорошо сконструированный трансформатор на холостом ходу потребляет очень мало активной мощности, потребляя мощность в основном реактивную.

Реальные потребители электрической энергии и полная электрическая мощность

Из рассмотрения особенностей емкостной и индуктивной нагрузки возникает интересный вопрос – что произойдет, если емкостную и индуктивную нагрузку включить одновременно и параллельно. Ввиду их противоположной реакции на приложенное напряжение, эти две реакции начнут компенсировать друг друга. Суммарная нагрузка окажется только емкостной или индуктивной, и в некотором идеальном случае удастся добиться полной компенсации. Выглядеть это будет парадоксально – подключенные амперметры зафиксируют значительные (и равные!) токи через конденсатор и катушку индуктивности, и полное отсутствие тока в объединяющих их общей цепи. Описанная картина несколько нарушается лишь тем, что не существует идеальных конденсаторов и катушек индуктивности, но подобная идеализация помогает понять суть происходящих процессов.

Вернемся к реальным потребителям электрической энергии. В быту мы пользуемся в основном потребителями чисто активной мощности (примеры приведены выше), и смешанной активно-индуктивной. Это электродрели, перфораторы, электродвигатели холодильников, стиральных машин и прочей бытовой техники. Также к ним относятся электрические трансформаторы источников питания бытовой радиоэлектронной аппаратуры и стабилизаторов напряжения. В случае подобной смешанной нагрузки, помимо активной (полезной) мощности, нагрузка потребляет еще и реактивную мощность, в итоге полная мощность отказывается больше активной мощности. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), и всегда представляет собой произведение тока в нагрузке на напряжение на нагрузке.

Таинственный «косинус фи»

Aktivnaia i reaktivnaia moshchnost priborОтношение активной мощности к полной называется в электротехнике «косинусом фи». Обозначается cos φ. Это отношение называется также и коэффициентом мощности. Нетрудно видеть, что для случая чисто активной нагрузки, где полная мощность совпадает с активной, cos φ = 1. Для случаев чисто емкостной или индуктивной нагрузок, где нулю равна активная мощность, cos φ = 0.

В случае смешанной нагрузки значение коэффициента мощности заключается в пределах от 0 до 1. Для бытовой техники обычно в диапазоне 0,5-0,9. В среднем можно считать его равным 0,7, более точное значение указывается в паспорте электроприбора.

За что платим?

И, наконец, самый интересный вопрос – за какой вид энергии платит потребитель. Исходя из того, что реактивная составляющая суммарной энергии не приносит потребителю никакой пользы, при этом долю периода реактивная энергия потребляется, а долю отдается, платить за реактивную мощность незачем. Но бес, как известно, кроется в деталях. Поскольку смешанная нагрузка увеличивает ток в сети, возникают проблемы на электростанциях, где электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами, а именно: индуктивная нагрузка «развозбуждает» генератор, и приведение его в прежнее состояние обходится в затраты уже реальной активной мощности на его «довозбуждение».

Таким образом, заставить потребителя платить за потребляемую реактивную индуктивную мощность вполне справедливо. Это побуждает потребителя компенсировать реактивную составляющую своей нагрузки, а, поскольку эта составляющая в основном индуктивная, компенсация заключается в подключении конденсаторов наперед рассчитанной емкости.

Читайте также:  Светодиодные светильники мощностью 5 ватт
Потребитель находит возможность платить меньше

Если потребителем оплачивается отдельно потребляемая активная и реактивная мощность. Он готов идти на дополнительные затраты и устанавливать на своем предприятии батареи конденсаторов, включаемые строго по графику в зависимости от средней статистики потребления электроэнергии по часам суток.

Существует также возможность установки на предприятии специальных устройств (компенсаторов реактивной мощности), подключающих конденсаторы автоматически в зависимости от величины и характера потребляемой в данный момент мощности. Эти компенсаторы позволяют поднять значение коэффициента мощности с 0,6 до 0,97, т.е. практически до единицы.

Принято также, что если соотношение потребленной реактивной энергии и общей не превышает 0,15, то корпоративный потребитель от оплаты за реактивную энергию освобождается.

Что же касается индивидуальных потребителей, то, ввиду сравнительно невысокой потребляемой ими мощности, разделять счета на оплату потребляемой электроэнергии на активную и реактивную не принято. Бытовые однофазные счетчики электрической энергии учитывают лишь активную мощность электрической нагрузки, за нее и выставляется счет на оплату. Т.е. в настоящее время даже не существует технической возможности выставить индивидуальному потребителю счет за потребленную реактивную мощность.

Особых стимулов компенсировать индуктивную составляющую нагрузки у потребителя нет, да это и сложно осуществить технически. Постоянно подключенные конденсаторы при отключении индуктивной нагрузки будут бесполезно нагружать подводящую электропроводку. За электросчетчиком (перед счетчиком тоже, но за то потребитель не платит), что вызовет потребление активной мощности с соответствующим увеличением счета на оплату, а автоматические компенсаторы дороги и вряд ли оправдают затраты на их приобретение.

Другое дело, что производитель иногда устанавливает компенсационные конденсаторы на входе потребителей с индуктивной составляющей нагрузки. Эти конденсаторы, при правильном их подборе, несколько снизят потери энергии в подводящих проводах, при этом несколько повысив напряжение на подключенном электроприборе за счет уменьшения падения напряжения на подводящих проводах.

Но, что самое главное, компенсация реактивной энергии у каждого потребителя, от квартиры до огромного предприятия, снизит токи во всех линиях электропитания, от электростанции до квартирного щитка. За счет реактивной составляющей полного тока, что уменьшит потери энергии в линиях и повысит коэффициент полезного действия электросистем.

Источник

Может ли реактивная мощность быть больше активной и на сколько? (в обычных бытовых условиях) возможно ли физически?

Альберт

Если физически, то присоедини конденсатор к домашней розетке — вообще 100% реактивная мощность!

Да .
p.s. например НЕНАГРУЖЕННЫЙ синхронный двигатель имеет коэффициент нагрузки около 0.2, а некоторые газоразрядные лампы освещения — 0.4 .
Лампы дневного света могут быть от 0.9 до 0.5, в зависимости от ПРА .
Счет за реактивную энергию вам выставили по совокупности всех снабжаемых организаций, смухлевав в цифрах, для каждого потребителя . ( каждый платит за себя и другого ) . У ВАС ДОЛЖЕН БЫТЬ ДОГОВОР, С УСЛОВИЯМИ ОПЛАТЫ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Вам полезно вот это !

Ага, еще один товарищь, «как обмануть счетчик»)))
E
У меня уже 2 года в обратку крутится)

из возможных причин резкого возрастания реактивной энергии использование для освещения люминиесцентных и т. п. ламп с дроссельным балластом
Вот пример
1. Лампа GAUSS состоит из: цоколя G5.3, встроенного импульсного блока питания, радиатора для отвода тепла, монтажной платы с 15-ю SMD LED 50х50 мкм.
2. Электрические параметры :
— Напряжение питания 220 В, 50 Гц. .
— Активная потребляемая мощность 3,8 Вт.
— Среднеквадратичный ток потребления 30 мА.
— Коэффициент мощности 0,44
3. Световые параметры : светодиодная матрица состоит из 15-ти светодиодов SMD 50х50 мкм. , максимальный световой поток такого светодиода составляет 20 Лм. , соответственно полный световой поток матрицы составит 300 Лм.
4. Заявление производителя 4W=50W.
— 4w это активная мощность всей лампы, так как коэффициент мощности лампы составляет 0,44, то полная мощность лампы будет 9,1W.

Надежда Серебрякова

Если речь идет о 500 метрах скруток разномастного провода до дачного участка-вполне может быть соразмерной. Но это очень постараться нужно.

Источник