Что такое реактивная мощность: Реактивная мощность

Реактивная мощность

26 декабря

Внимание! Возможны действия мошеннического характера со стороны ООО «Правтрейд»

22 декабря

Коллектив компании «Матик‑электро» поздравляет с наступающими Новым годом и Рождеством! От всей души желаем вам процветания и новых успехов!

09 октября

Компания «Матик-электро» поставила на нефтеперерабатывающий завод ООО ­»ЛУКОЙЛ-Нижегороднефтеоргсинтез» автоматические установки компенсации реактивной мощности, оснащенные антирезонансными дросселями

Архив новостей

• Контакты
• Доставка
• Реквизиты
• Сотрудничество
• Опросные листы
• Предложения и замечания
• Сертификаты
• Каталоги
• Отзывы
• Выставки
• Технический справочник
• Нормативный справочник
• Статьи

Главная/Клиентам/Статьи/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).

Что такое реактивная мощность и её компенсация

17.08.2017

Что такое реактивная мощность и что с ней делать.

Асинхронные двигатели, трансформаторы, газоразрядные и люминесцентные лампы, индукционные и дуговые печи и т.д. в силу своих физических свойств вместе с активной энергией потребляют из сети также и реактивную энергию, которая необходима для создания электромагнитного поля. В отличие от активной энергии, реактивная не преобразуется в другие виды – механическую или тепловую – и не выполняет полезной работы, однако вызывает потери при ее передаче. На Рис.1 изображены направления протекания тока при работе с реактивными нагрузками.

Рис.1. Полная мощность.

Наличие в сети реактивной мощности (Q, Вар) характеризуется коэффициентом мощности (PF, cos ф) и является соотношением активной (P, Вт) к полной (S, ВА). Ниже можно увидеть зависимость полной мощности от ее составляющих как на векторной диаграмме, так и на более житейском уровне – бокале пива, где пиво является активной составляющей, а пена – реактивной.

Никто же не хочет иметь бокал только с пеной?

Рис.2. Треугольник мощностей. Расчет коэффициента мощности.

При низких значениях коэффициента мощности в сети будет возникать ряд нежелательных явлений, которые могут привести к существенному уменьшению срока службы оборудования. Рекомендуется иметь cos ф не менее 0,9 (например, в Чехии за cos ф менее 0,95 штрафуют). Для этого разработан ряд мероприятий по регулированию баланса реактивной мощности в сети – компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности (КРМ).

Следует понимать, что реактивная мощность бывает двух характеров – индуктивная и емкостная. Нас интересует компенсация только первого типа, т.к. второй встречается редко. В нашем случае – сетях с индуктивной нагрузкой – для увеличения cos ф требуется устанавливать компенсационные конденсаторы. Но как это сделать?

Выбор способа компенсации предполагает определение места установки конденсаторов (зачастую в составе конденсаторной установки (далее КУ)). Существует три основных варианта:

• Индивидуальная компенсация

Размещение конденсаторов у устройств с низким cos ф и включение одновременно с последними.

• Групповая компенсация

Размещение конденсаторов у группы устройств (например, пожарных насосов).

• Централизованная компенсация

Предусматривает установку КУ на главном распределительном щите. Если предыдущие варианты могли быть как регулируемыми, так и нет, то этот, как правило, регулируемый.

Рис.3. Способы компенсации.

При правильном подборе КУ мероприятия по компенсации реактивной мощности позволяют:

• существенно уменьшить нагрузку на трансформаторах, а следовательно уменьшить их нагрев и увеличить срок службы

• при включении КУ в расчет при проектировании новых объектов, существенно уменьшить сечение проводников

• при включении КУ в уже существующие сети, разгрузить их, повышая пропускную способность без реконструкции

• снизить расходы на электроэнергию за счет снижения потери в проводниках

• повысить стабильность напряжения (все) и качество электроэнергии (при использовании ФКУ)

Где мы можем сэкономить видно невооруженным глазом, но для начала придется и потратиться.

Во-первых, необходимо заказать проект, который следует доверить проверенной организации. Которая в свою очередь проведет ряд измерений или сделает расчеты для новых объектов и исходя из них даст рекомендации по способу компенсации, типу КУ и их параметрам.

Во-вторых, следует выбрать организацию-сборщика, которая соберет, установит и настроит наши КУ.

Что может входить в состав КУ?

Рассмотрим максимально возможную комплектацию конденсаторной установки:

1. Вводное устройство – автоматический выключатель, разъединитель предохранительный или выключатель нагрузки (при наличии еще одного вводного устройства, например, в ГРЩ).

2. Защитные устройства ступеней – большинство производителей (например, ZEZ Silko) рекомендуют использовать плавкие вставки с характеристикой gG (см. таблицу ниже), но нередко можно встретить и защиту автоматическими выключателями.

3. Коммутационное устройство (для статической компенсации НН) – контактор с токоограничевающей приставкой (контакты предварительного включения с сопротивлениями). Важно выбрать качественного производителя, т.к. через контактор при включении ступени проходят огромные токи (до 200Iе), обусловленные зарядом конденсатора, например, Benedict-Jager или Eaton (Moeller).

4. Антирезонансные дроссели (реакторы) – используются для защиты от перегрузки токами конденсаторов при наличии в сети высших гармоник.

5. Компенсационные конденсаторы – главный компонент всей установки – емкостной элемент. Читать подробнее о применении, конструкции и монтаже низковольтных цилиндрических компенсационных конденсаторов в предыдущей статье.

6. Регулятор реактивной мощности – своего рода анализатор сети с функцией управления ступенями. В зависимости от модели разные регуляторы кроме основных параметров (U, I, P, cos ф, количество подключенных ступеней) контролируют и ряд дополнительных (нелинейные искажения, температура и т.д). Также могу быть и дополнительные функции, например, коммуникация или автонастройка.

* Рассмотрена только основная комплектация без оболочек и микроклимата, защиты вторичных цепей.

Номинальный ток 3-фазного конденсатора [A]	3-фазн. компенсационная мощность при 400 V [kvar]	Рекомендуемое сечение Cu проводников [mm2]	Номинальный ток предохранителя [A]
2,9	2	2,5	8
3,6	2,5	2,5	8
4,5	3,15	2,5	10
5,8	4	2,5	10
7,2	5	2,5	16
9	6,25	2,5	16
11,5	8	4	20
14,4	10	4	25
18,1	12,5	6	32
21,7	15	6	40
28,8	20	10	50
36,1	25	10	63
43,4	30	16	80
50,5	35	16	100
57,7	40	25	100
72,2	50	25	125
86,6	60	35	160
115,5	80	70	200
144,3	100	95	250

Таблица 1. Подбор предохранителей и проводников.

В заключение хочется напомнить, что неверно спроектированные, собранные и настроенные компенсационные установки или из материалов сомнительного происхождения имеют обыкновение громко выходить из строя.

Возврат к списку

Коммерческое предложение действительно на 27.10.2022 г.

Реактивная мощность — Continental Control Systems, LLC

ВВЕДИТЕ КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО И НАЖМИТЕ ВВОД…

• Центр поддержки
• Технические статьи
• Реактивная мощность

Обзор

Реактивная мощность ( Q ) — это термин для обозначения мнимой (нереальной) мощности от индуктивных нагрузок, таких как двигатель, или емкостных нагрузок (реже). Обычно измеряется в единицах ВАр (реактивный вольт-ампер). Иногда реактивная мощность указывается в ваттах; это не совсем правильно, но не все устройства или программное обеспечение предлагают единицы VAR. Если реактивная мощность указана в ваттах, преобразование ватт в реактивные будет однозначно. Реактивная мощность НЕ включена в измерения реальной или активной мощности и энергии счетчиков WattNode. Счетчики WattNode, сообщающие о реактивной мощности, измеряют «основную реактивную мощность», которая не включает реактивные гармоники.

• Положительная реактивная мощность возникает из-за индуктивных нагрузок, таких как двигатели и трансформаторы (особенно при малых нагрузках).
• Отрицательная реактивная мощность вызвана емкостными нагрузками. Это могут быть осветительные балласты, приводы с регулируемой скоростью для двигателей, компьютерное оборудование и инверторы (особенно в режиме ожидания).

Примечание: некоторые производители используют противоположные знаки и считают отрицательную реактивную мощность индуктивной.

См. также

• Статья в Википедии о питании от сети переменного тока
• Статья в Википедии о вольт-амперном реактивном
• IEEE-Std-1459-2000: Определения IEEE для мощностей в системах с несинусоидальными формами сигналов и несбалансированными нагрузками
• Справочник по измерению электроэнергии , 10-е изд. , Электрический институт Эдисона, Вашингтон, округ Колумбия, 2002 г., стр. 73-74.

Определения

“ …в научном сообществе нет единого мнения о понятии реактивной мощности в несинусоидальных условиях. Фактически, при наличии гармоник в напряжениях и/или токах обычное определение реактивной мощности больше не имеет смысла. ”—Антонио Каталиотти, IEEE Transactions On Power Delivery, vol. 23, нет. 3, июль 2008 г.

Существует множество конкурирующих определений реактивной мощности, включая следующие (названные в честь авторов оригинала):

• Budeanu
• Фрайз
• Кустерс и Мур
• Пастух и Закихани
• Шэрон / Чарнеки
• Рабочая группа IEEE
• (из статьи Википедии о вольт-амперной реактивной мощности) ВАр представляют собой произведение среднеквадратичного значения напряжения и тока или полной мощности на синус фазового угла между напряжением и током.

Реактивная мощность различных нагрузок

• Двигатель (без преобразователя частоты): реактивная мощность будет положительной и будет колебаться от примерно такой же, как реальная мощность для полностью нагруженного двигателя, до нескольких раз больше реальной мощности для малонагруженного мотор. Коэффициент мощности асинхронного двигателя изменяется в зависимости от нагрузки:

Нагрузка двигателя, %	Коэффициент мощности
0	0,17
25	0,55
50	0,73
75	0,80
100	0,85

• Двигатель (с ЧРП): реактивная мощность будет небольшой и, как правило, отрицательной. Коэффициент водоизмещающей мощности обычно составляет 0,9 или выше.
• Люминесцентные лампы: коэффициент мощности более старых светильников с магнитными балластами может составлять от 0,38 до 0,58. Современные электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,9.8.
• Газоразрядные лампы: с магнитными балластами может варьироваться от 0,4 до 0,6, а электронные балласты с коррекцией коэффициента мощности могут превышать 0,95.
• Лампы накаливания: реактивная мощность составляет примерно –10% активной мощности, что дает коэффициент мощности около 0,995. Мы считаем, что это связано с нагревом и охлаждением нити накала во время цикла переменного тока.
• Лампы накаливания с диммером: реактивная мощность изменяется от нуля до положительного реактивного значения, почти равного реальной мощности. Коэффициент мощности варьируется от 1,0 до 0,74.

---

Ключевые слова: кВАр

Понимание основ реактивной мощности

Реактивная мощность малопонятна для не инженеров и важна при проектировании систем электроснабжения, особенно на уровне распределения. Хотя для понимания реактивной мощности требуется знание интегрального исчисления, основные интуитивные представления можно понять без тщательного математического изучения. По мере того, как системы распределения становятся более сложными с распределенными энергоресурсами и автоматизацией спроса, участникам отрасли необходимо общее понимание последствий «воображаемой мощности» для эффективности и стабильности системы.

Реактивная мощность – это электричество, которое одновременно и бесполезно, и необходимо

Электрическая мощность (P, в ваттах) состоит из напряжения (В, в вольтах) и тока (I, в амперах). Формула P = V × I. Хорошей аналогией для описания взаимосвязи между напряжением и током является вода, текущая по реке. Ток — это скорость воды, а напряжение — наклон реки. Когда становится круче, эта река ведет себя странно. Скорость течения остается прежней, однако вода становится более плотной, и в результате течение становится тяжелее. Способность потока толкать вас вниз по реке — скорость течения, умноженная на плотность воды (напряжение) — это сила реки.

кажущаяся мощность реки — если просто измерить — включает в себя как поступательное движение, так и нисходящее давление на русло реки. В то время как поступательное движение полезно для выполнения работы (скажем, для запуска небольшой гидротурбины), давление на русло реки служит только для поддержания течения. Это разница между реальной мощностью (P, в ваттах) и реактивной мощностью (VAr, в мнимых ваттах). Отношение реактивной мощности к полной мощности (активная мощность ² + реактивная мощность ² ) ^1/2 называется коэффициентом мощности . Рассмотрим пример лошади, тянущей вагон.

Пример коэффициента мощности: использование лошади и дрезины

Источник: Consolidated Edison

Как показано на рисунке выше, представьте себе лошадь, которая тянет вагон с края пути. Хотя лошадь привязана по диагонали, вагон может двигаться только по рельсам. Сила натяжения веревки — это кажущаяся мощность; только часть этой мощности равна «рабочая» (реальная) сила, тянущая вагон вперед. Из-за угла тяги лошади часть затрачиваемой энергии тратится впустую в виде «нерабочей» (реактивной) мощности. По мере того, как этот угол становится больше, соотношение между реальной мощностью и реактивной мощностью снижается до тех пор, пока лошадь не начнет отрываться от рельсов, вообще не двигая вагон. Это соотношение часто рассчитывается как коэффициент мощности: деление активной мощности на полную мощность (активная + реактивная).

Огромные отключения электроэнергии произошли из-за сбоев реактивной мощности

Реактивная мощность важна для потока мощности, поскольку она помогает регулировать напряжение. Возвращаясь к аналогии с рекой, без русла реки, на которое можно было бы опираться для движения вперед, не могло бы быть течения воды. Увеличение реактивной мощности можно описать как увеличение крутизны русла реки при одновременном «выдавливании» воды вперед. Это «сжатие» увеличивает плотность воды и позволяет ей двигаться дальше. Точно так же реактивная мощность имеет решающее значение в линиях электропередачи для повышения напряжения вверх по течению и «сжатия» потока вниз по течению.

Производство реактивной мощности, иногда называемой мнимой мощностью , требует мощности электростанции, но не дает прямой экономической выгоды — представьте себе лошадь, тянущую вагон по диагонали. Для интегрированных коммунальных предприятий-монополистов работа электростанций по производству реактивной мощности компенсируется через тарифную базу. Для торговых генераторов реактивная мощность отнимает мощность станции, которая вместо этого могла бы производить реальную энергию. Таким образом, реактивная мощность должна компенсироваться в качестве вспомогательной услуги.

14 июля 2003 г. на северо-востоке США и в Канаде произошло историческое отключение электроэнергии, которое затронуло около 55 миллионов человек в восьми штатах и ​​одной провинции. Среди причин этого огромного отказа системы в качестве важного фактора была названа острая нехватка реактивной мощности. В часы, предшествовавшие отключению электроэнергии, спрос на реактивную мощность был особенно высоким из-за больших объемов передачи на большие расстояния через Огайо в Канаду. В то же время предложение реактивной мощности было опасно низким отчасти из-за отсутствия стимула для производства реактивной мощности. Сбои реактивной мощности также способствовали отключениям электроэнергии на Западе (1996) и во Франции (1978).

Реактивная мощность возникает в результате задержки между током и напряжением

В цепи постоянного тока (DC) мощность имеет постоянную интенсивность и может течь только в одном направлении. С другой стороны, ток и напряжение в цепях переменного тока (AC) быстро колеблются, и кажется, что мощность течет во всех направлениях. Скорость флуктуаций называется частотой 90 159 90 160, а задержка между двумя «частотами» – их фазовый угол . Фазовый угол важен как в одном месте, так и между двумя точками. Например, задержка частоты напряжения между начальной и конечной точками провода дает потоков мощности . Важным фактором в цепях переменного тока является задержка между колебаниями напряжения и тока в любой точке. Когда ток и напряжение в одной точке идеально совпадают по фазе 90 159 – 90 160 друг с другом, то есть имеют одинаковую синхронизацию, вся мощность, возникающая в результате потока, равна реальная мощность . По мере того, как задержка между током и напряжением увеличивается, увеличивается и количество реактивной мощности — лошадь все дальше тянет от вагона. Реактивная мощность присутствует всякий раз, когда ток «отстает» или «опережает» напряжение.

Фазы тока, напряжения и мощности в системе переменного тока. Эти импедансы могут быть сопротивлением или реактивным сопротивлением.

Сопротивление — это трение электронов с атомами внутри электрических проводников, которое в равной степени влияет как на ток, так и на напряжение, преобразуя небольшое количество энергии в отработанное тепло. Реактивное сопротивление может относиться либо к электрическим полям, либо к магнитным полям. Электрические поля , влияющие на напряжение, создаются, когда две электрически заряженные металлические пластины помещаются близко друг к другу, не касаясь друг друга. Эти конденсаторы создают напряжение без протекания тока, тем самым эффективно сохраняя и задерживая колебания напряжения относительно тока. Магнитные поля , с другой стороны, вызывают отклонение тока от напряжения. Сами электрические линии постоянно накапливают и извлекают переменный ток в магнитном поле, которое закручивается по спирали вокруг провода. « Катушки индуктивности » представляют собой катушки проволоки особой конструкции, предназначенные для накопления тока в магнитных полях. Некоторые бытовые приборы, такие как электродвигатели и холодильники, обладают индуктивными свойствами.

Когда ток отстает от напряжения, возникает положительная реактивная мощность в цепи. Наиболее важной причиной положительной реактивной мощности является реактивное сопротивление самих линий электропередач. На протяжении всей линии часть тока совершает «объезд» в спиралевидном магнитном поле вокруг линии. Трансформаторы, основанные на катушках индуктивности, также вводят в линии положительную реактивную мощность. На краю сети индуктивные приборы, такие как электродвигатели и холодильники, также вносят положительную реактивную мощность.

Поскольку более высокая реактивная мощность соответствует более высокому напряжению, слишком большая положительная реактивная мощность в одной части сети может вызвать резкое падение напряжения. Чтобы компенсировать реактивное сопротивление линий электропередач, трансформаторов и индуктивных приборов, необходимо обеспечить достаточную подачу отрицательной реактивной мощности. Эта услуга может быть оказана электростанциями, хотя и за счет реального производства электроэнергии и ограничена пропускной способностью. В качестве альтернативы отрицательная реактивная мощность может быть использована ниже по потоку для улучшения потока мощности. Например, конденсаторы, размещенные рядом с трансформаторами и индуктивными нагрузками, можно использовать для уменьшения падений напряжения там, где это наиболее необходимо. Некоторые электрические устройства, такие как интеллектуальные инверторы, также могут локально стабилизировать реактивную мощность.

Регулирование реактивной мощности в системе распределения электроэнергии

Хотя реактивная мощность необходима для стабильности напряжения при передаче, слишком большая положительная реактивная мощность в системе распределения влияет на энергоэффективность. Возвращаясь к примеру с лошадью и дрезиной, увеличение угла тяги снижает реальную мощность, прикладываемую к дрезине. В 2011 году Consolidated Edison в Нью-Йорке ввела плату за реактивную мощность, чтобы наказать крупных потребителей электроэнергии с неэффективным индукционным оборудованием. Коммунальное предприятие рекомендует крупным потребителям устанавливать конденсаторы рядом с индуктивными нагрузками, зацикливать работу индуктивного оборудования и модернизировать свои предприятия более эффективным оборудованием, чтобы поддерживать их коэффициент мощности выше 9.5%.

Реактивная мощность — задержка между напряжением и током в данной точке — зависит от ограничений передачи. В результате часто приходится производить реактивную мощность вблизи того места, где она необходима. Кроме того, некоторым приборам, таким как электродвигатели, для правильной работы магнитов требуется отрицательная реактивная мощность. Таким образом, локальная подача реактивной мощности намного эффективнее, чем ее производство издалека.