Чем вредна реактивная мощность
Реактивная мощность – очередной обман «эффективных менеджеров»
Реактивная мощность – это тот случай, когда ты, поставляя энергию в систему, еще за нее и платишь.
Сегодня разговор пойдет про реактивную мощность и то, как новые счётчики накидывают до 50% киловатт-часов «за так» – это полезно знать всем!
Реактивная мощность – обратная сторона «экономных» приборов
Есть два типа электрических приборов – «линейные» и «нелинейные». Линейные приборы не содержат конденсаторов или катушек, они, по сути, аналоги обычных резисторов. Это электрические нагреватели и лампы накаливания. Нелинейные приборы имеют внутри себя накопители энергии – катушки или конденсаторы (ёмкости).
Такие приборы, 50 раз в секунду превращаются из потребителя тока в его генератор, когда эти самые накопители начинают «отдавать награбленное». Получается ситуация «с ног на голову», когда синусоида напряжения от источника проходит вблизи нуля, ток течёт наоборот – к источнику, нагревая и провода и соединители и сами обмотки трансформатора на подстанции.
Этот «ток наоборот» электротехники называют «реактивной мощностью», в отличие от «активной», которая питает приборы. Такая мощность – головная боль и долгое время с ней боролись лишь энергетики. Но наступило время рынка и энергетики решили, что нужно переложить часть проблемы на нас – потребителей. С этого момента счётчики начали фиксировать не только активную, но и реактивную мощность, приплюсовывая её к общему числу киловатт-часов.
Так что если в вашем доме есть электродвигатели (пылесос, стиральная машина, кондиционер), импульсные блоки питания (светодиодные лампы, компьютер, телевизор, холодильник), вы каждый месяц платите до 50% денег буквально «ни за что».
Как снизить долю «пустой» мощности в вашей проводке
На каждом электрическом приборе есть шильдик – табличка, где указаны главные параметры устройства: питающее напряжение, частота переменного тока, артикул, дата производства, производитель и, к сожалению, не всегда, коэффициент мощности или косинус фи (cos ф). Эта цифра всегда от нуля до единицы, например 0,89 и именно она показывает, какая часть мощности этого прибора – «пустая» или реактивная. Отсюда логичный вывод: покупая прибор, следите, чтобы эта цифра была не ниже 0,95.
Ещё один способ снизить реактивную мощность в проводке – использовать качественные и современные приборы. Например, дешёвые светодиодные лампы имеют упрощённую плату-преобразователь, которая, забирая 10 Ватт полезной энергии, отдаёт столько же в сеть, как реактивную мощность, а счётчик старательно всё это подсчитывает.
В реальности такая лампа тратит в 2 раза больше денег, чем вы от неё ожидали. Это можно измерить специальным прибором – ваттметром, который фиксирует и активную мощность, и косинус фи (по-английски – power factor). Для экономных хозяев такой прибор (см. фото выше) стоит иметь под рукой!
Автор: Сидор Потапов.
В заметке упущено, что обратный ход электричества, так называемая реактивная мощность, это та энергия, которую прибор отдает в систему, из которой он ее получает. Мы платим за энергию, которую отдаем обратно в систему, как за энергию полученную.
Если бы эффективная манагерность была вершиной человеческой деятельности, то это было бы гениально.
Что такое реактивная мощность и как с ней бороться
Реактивная мощность определяет периодический обмен электрической энергией между источником и электроприемником с двойной частотой по отношению к частоте переменного тока без преобразования ее в другой вид энергии и может рассматриваться как характеристика скорости обмена электроэнергией между источником и магнитным полем электроприемника.
Суммарная энергия, связанная с существованием этой составляющей мгновенной мощности, равна нулю. Ее появление, очевидно, связано с наличием в системе производства, передачи и распределения электроэнергии элементов, в которых возможно периодическое накопление и последующий возврат определенного количества энергии. В противном случае обмен электрической энергией между источником и электроприемником был бы невозможен.
Физика процесса и практика применения установок компенсации реактивной мощности
Чтобы разобраться с понятием реактивной мощности, вспомним сначала, что такое электрическая мощность. Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость генерации, передачи или потребления электрической энергии в единицу времени.
Чем больше мощность, тем большую работу может совершить электроустановка в единицу времени. Измеряется мощность в ваттах (произведение Вольт х Ампер). Мгновенная мощность – это произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-то участке электрической цепи.
Физика процесса
В цепях постоянного тока значение мгновенной и средней мощности за какой-то промежуток времени совпадают, а понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока так происходит только в том случае, если нагрузка чисто активная. Это, например, электронагреватель или лампа накаливания. При такой нагрузке в цепи переменного тока фаза напряжения и фаза тока совпадают и вся мощность передается в нагрузку.
Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели), то ток отстает по фазе от напряжения, если нагрузка емкостная (различные электронные устройства), то ток по фазе опережает напряжение. Поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе (реактивная нагрузка), то в нагрузку (потребителю) передается только часть мощности (полной мощности), которая могла бы быть передана в нагрузку, если бы сдвиг фаз был равен нулю (активная нагрузка).
Активная и реактивная мощности
Часть полной мощности, которую удалось передать в нагрузку за период переменного тока, называется активной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между ними (cos φ ).
Мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение, называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между ними (sin φ).
Таким образом, реактивная мощность является величиной характеризующей нагрузку. Она измеряется в вольт амперах реактивных (вар, var). На практике чаще встречается понятие косинус фи, как величины характеризующей качество электроустановке с точки зрения экономии электроэнергии.
Действительно, чем выше cos φ, тем больше энергии, подаваемой от источника, попадает в нагрузку. Значит можно использовать менее мощный источник и меньше энергии пропадает зря.
Реактивная мощность может рассматриваться как характеристика скорости обмена электрической энергией между источником и магнитным полем электроприемника. В отличие от активной мощности реактивная мощность не выполняет непосредственно полезной работы, она служит для создания переменных магнитных полей в индуктивных электроприемниках (например, в асинхронных двигателях, силовых трансформаторах и др.), непрерывно циркулируя между источником и потребляющими ее электроприемниками.
Реактивная мощность бытовых потребителей
Итак, потребители переменного тока имеют такой параметр, как коэффициент мощности cosφ.
На графике ток сдвинут на 90° (для наглядности), то есть на четверть периода. Например, электрооборудование имеет cosφ = 0,8, что соответствует углу arccos 0,8 ≈ 36.8°. Этот сдвиг происходит из-за наличия в потребителе электроэнергии нелинейных компонентов – ёмкостей и индуктивностей (например, обмотки электродвигателей, трансформаторов и электромагнитов).
Для дальнейшего понимания происходящего требуется учет того факта, что, чем выше коэффициент мощности (максимум 1), тем более эффективно потребитель использует получаемую из сети электроэнергию (то есть большее количество энергии преобразуется в полезную работу) – такую нагрузку называют резистивной.
При резистивной нагрузке ток в цепи совпадает с напряжением. А при низком коэффициенте мощности нагрузку называют реактивной, то есть часть потребляемой мощности не совершает полезной работы.
Таблица ниже демонстрирует классификацию потребителей по коэффициенту мощности.
Классификация потребителей переменного тока
Следующая таблица демонстрирует коэффициент мощности распространённых в быту потребителей электроэнергии.
Коэффициент мощности бытовых электроприборов
Юмор электрика
Что такое реактивная мощность? Все очень просто!
Способы компенсации реактивной мощности
Из сказанного выше вытекает, если нагрузка индуктивная, то следует компенсировать ее с помощью емкостей (конденсаторов) и наоборот емкостную нагрузку компенсируют с помощью индуктивностей (дросселей и реакторов). Это помогает увеличить косинус фи (cos φ) до приемлемых значений 0.7-0.9. Этот процесс называется компенсацией реактивной мощности.
Экономический эффект от компенсации реактивной мощности
Экономический эффект от внедрения установок компенсации реактивной мощности может быть очень большим. По статистике он составляет от 12 до 50% от оплаты электроэнергии в различных регионах России. Установка компенсации реактивной мощности окупается не более чем за год.
Для проектируемых объектов внедрение конденсаторной установки на этапе разработки позволяет экономить на стоимости кабельных линий за счет снижения их сечения. Автоматическая конденсаторная установка, например, может поднять cos φ с 0.6 до 0.97.
Выводы
Итак, установки по компенсации реактивной мощности приносят ощутимые финансовые выгоды. Они также позволяют дольше сохранять оборудование в рабочем состоянии.
Вот несколько причин, по которым это происходит.
1. Уменьшение нагрузки на силовые трансформаторы, увеличение в связи с этим срока их службы.
2. Уменьшение нагрузки на провода и кабели, возможность использования кабелей меньшего сечения.
3. Улучшение качества электроэнергии у электроприемников.
4. Ликвидация возможности штрафов за снижение cos φ.
5. Уменьшение уровня высших гармоник в сети.
6. Снижение уровня потребления электроэнергии.
О пивной пене – или мифы о компенсации реактивной мощности
Всем привет! Мои постоянные читатели, вероятно помнят мою статью про реактивную мощность. Там я подробно изложил теорию, откуда она появляется, и как её компенсируют. Рассмотрел и случай на реальном предприятии.
Сегодня открою небольшую тайну. Предприятие, о котором я писал в той статье – это пивзавод! Поэтому давайте попробуем рассмотреть проблему реактивной мощности с этой, освежающей стороны)
Как выглядит реактивная мощность?
Итак, давайте обсудим популярную тему в сфере сбережения электроэнергии – компенсацию реактивной мощности. Пожалуй, лучшей иллюстрации того, что такое реактивная мощность и не придумаешь:
Иллюстрация о реактивной мощности – сравнение с пивом
Бокал – это выделенная или полная мощность, пиво – активная, а пена – реактивная мощность.
Она заполняет бокал, но пользы от неё нет. Лучше, если весь бокал будет заполнен пивом, не так ли?
Наглядно процесс образования реактивной мощности, которая возникает при питании электродвигателя, изображен на картинке. Кстати, именно электродвигатели – главные “виновники” появления реактивной составляющей мощности в питающих сетях.
Как выглядит полная мощность при питании электродвигателя
Как решается вопрос снижения «пены»? При помощи устройств для компенсации реактивной мощности: на основе конденсаторов (классическое устройство компенсации реактивной мощности, УКРМ) или специализированных инверторов (Статком или SVG). УКРМ становятся локальным «источником» компенсационной реактивной мощности, и, тем самым, высвобождают выделенную мощность, поступающую из внешней электросети.
Компенсация реактивной мощности на конденсаторной установке
В принципе это всё, что нужно знать о компенсации реактивной мощности, если не погружаться в специфику. Но тут возникают вопросы, связанные с экономическим аспектом внедрения УКРМ, а также особенности совместной работы с другим оборудованием.
Разбор экономических аспектов компенсации реактивной мощности
Экономия на оплате электроэнергии
Во-первых, большинство потребителей – частных, коммерческих и промышленных – не платят за потреблённую реактивную мощность, а платят только за активную, т.е. не за пиво с пеной, а только за пиво. Поэтому снижение реактивной мощности (кВАр) не позволит напрямую снизить плату за активную энергию (кВт).
Во-вторых, промышленные потребители при подключении к электросетям единовременно платят за выделение мощностей – за строительство подстанции и за подведение кабельных сетей. Поэтому если вам нужно много пива, а покупать новый стакан дорого, имеет смысл снизить уровень пены: это мера временная, но действенная.
В-третьих, промышленные потребители платят не только за поставленную мощность, но и за выделенную, т.е. полную мощность, которая измеряется в кВА и состоит из активной и реактивной. Тут тоже актуально снизить полную мощность, скомпенсировав реактивную.
Снижение потерь электроэнергии
Проходя через систему электроснабжения, часть мощности теряется в виде нагрева проводов, трансформаторов и оборудования. Эти потери омические, то есть расходуется активная мощность (кВт). Но следует учесть, что доля потерь во внутренней сети электроснабжения по причине нескомпенсированной реактивной мощности вряд ли достигает единиц процентов. Ими можно пренебречь на фоне изменчивого напряжения в сети питания, провалов напряжения, гармонических искажений, взаимного влияния нелинейной или резко переменной нагрузки и других проблем электросети, которые вызывают нерациональное использование электроэнергии.
Как возместить реактивную мощность – пример с бокалом
Разбор технических аспектов решения
Снижение загруженности электросети
Во-первых, в результате снижения реактивной мощности и уменьшения перетоков энергии между сетью и конечным оборудованием мы получим уменьшение падения напряжения во внутренней электросети. Это важно если на предприятии есть протяжённые кабельные трассы. Как следствие, снизятся суточные колебания напряжения при минимальном и пиковом потреблении.
Однако нужно учесть, что превышение номинала напряжения вызовет проблемы в оборудовании, такие, как ускоренное старение осветительных приборов, а также повышение энергопотребления, но этот вопрос можно решить регулировкой прямо на подстанции.
В целом снижение диапазона колебаний напряжения в течение суток положительно скажется на работе оборудования с точки зрения энергопотребления и ресурса.
Влияние гармоник на работу УКРМ
Во-вторых, подключив классическую установку компенсации реактивной мощности можно столкнуться с проблемой гармоник. Современное силовое и бытовое оборудование в целях повышения энергоэффективности использует импульсные блоки питания. В качестве контрпримера можно привести лампы накаливания и обычные электрические обогреватели, которые, напротив, нельзя назвать энергоэффективными. Импульсные блоки питания потребляют ток из сети не линейно, а импульсно, и, при этом, генерируют помехи обратно в сеть. Форма сигнала отличается от гармонической синусоиды с частотой 50Гц и содержит компоненты с частотой кратной 50 Гц: 150 Гц, 250 Гц, 350 Гц и выше.
Для рабочего элемента классической УКРМ – конденсатора – это проблема, так как с ростом частоты снижается полное сопротивление и повышается его электрическая мощность. Ток на частоте, выше чем 50 Гц преодолевает меньшее сопротивление и быстрее нагревает конденсатор. В свою очередь это увеличивает уровень высоких гармоник, повышает напряжение в сети, повышает энергопотребление и потери, снижает эффективность работы всей системы электроснабжения. Тут уже стоит говорить не столько об энергоэффективности, а о надежности и безопасности работы электроустановок.
Для устранения этой проблемы современные компенсаторные установки (УКРМ) содержат фильтр низкой частоты, подавляющий гармоники.
Выводы по мифам
Компенсация реактивной мощности как способ экономии оплаты за электроэнергию – вот главный миф, который правдив лишь в некоторых ситуациях. Грубо говоря, если потребители не платят за реактивную мощность, то и экономический эффект от внедрения установки находится на уровне погрешности измерения. В дополнение к этому нужно обратить внимание, где внедряется установка компенсации реактивной мощности, насколько “загрязнена” электрическая сеть. И получается, что при неправильном внедрении вместо экономии возникают дополнительные проблемы.
Поделитесь в комментариях, как решают вопрос компенсации реактивной мощности на вашем предприятии?
ЗевсЭлектро: Электричество измеримо
Статья предоставлена спонсором – лабораторией качества электроэнергии ZEUSELECTRO www.zeuselectro.com
Лаборатория занимается сложными случаями, там, где некачественная электроэнергия является проблемой. Гармоники, провалы напряжения, пробои изоляции, импульсные помехи и много другое, что доставляет головную боль энергетикам.
Они консультируют, измеряют, внедряют и снова измеряют. Это гарантирует результат.
Специально для тех, кто обратится и сообщит кодовое слово «САМЭЛЕКТРИК» получит дополнительную скидку 5% на услуги и приборы и бесплатный бумажный каталог решений для качества электроэнергии изданный совместно с немецкой компанией Janitza на 400 страницах.
Рекомендую похожие статьи:
Я че-то не увидел мифа по поводу компенсации электроэнергии. Просто указаны дополнительные источники помех в сети, помимо реактивной, не вижу здесь ни какого мифа. Просто физика. Само собой есть пробел не знания многих потребителей об этом, то это да. Но ничего общего с мифами тут нет. Я уже подумал что сама компенсация реактивной мощности на заводе это миф. Не удачное название стати.
Спасибо за комментарий. Компенсация реактивной мощности как способ экономии оплаты за электроэнергию – вот главный миф, который правдив лишь в некоторых ситуациях. Грубо говоря, если потребители не платят за реактивную мощность, то и экономический эффект от внедрения установки находится на уровне погрешности измерения. В дополнение к этому нужно обратить внимание, где внедряется установка компенсации реактивной мощности, насколько “загрязнена” электрическая сеть. И получается, что при неправильном внедрении вместо экономии возникают дополнительные проблемы. Статья об этом.
Тоже хочу работать электриком на пивзаводе!
еееееееслиб было море пива.
Хочу сказать своё мнение об содержании этой статьи, второй по счёту этого автора, первая называлась- “6 проблем с проводкой и заземлением, которые приводят к низкому качеству электроэнергии”
https://samelectric.ru/powersupply/6-problem-s-provodkoj-i-zazemleniem.html
пока сложилось впечатление, что автор профессионал и хорошо разбирается в вопросе, но не может, или не хочет объяснить доступным языком суть проблем, с которыми умеет справляться лаборатория качества электроэнергии ZEUSELECTRO. Возникает противоречие, с одной стороны – статья написана для специалиста, который сталкивался с этими проблемами и поймёт о чём речь, с другой стороны статья-это рекламный продукт с красивыми картинками – для основной массы подписчиков samelectric, которые в этой статье ничего интересного для себя не найдут. Мне кажется, что подобные статьи, основной массе подписчиков samelectric, читать должно быть интересно, то есть читателю хочется узнать что то. Так подобные интересные статьи будут распространяться самими читателями, и реклама лаборатории качества электроэнергии ZEUSELECTRO будет эффективнее.
Ждём третью статью, где картинки будут не просто красивые, нужно пару схем, применение закона Ома, графики или осциллограммы, хочется узнать всё таки, что компенсация реактивной мощности для индуктивной нагрузки и для импульсных блоков питания – это не одно и тоже, что нужен разный подход. Что компенсацию нужно делать в непосредственной близости от потребителя с фактором мощности ниже единицы. Тут пригодится закон Ома для мощности потерь в проводах P=I²R. Зная мощность потребителя считаем по формуле I=√P/R, после чего ток нужно умножить на коэффициент PF, подставив значение тока в первую формулу, рассчитать мощность потерь в проводах.
В случае модернизации освещения например, перехода на светодиодные светильники, не нужно гнаться за более дешёвым вариантом, что нужно обращать внимание на PF, можно привести пару реальных примеров, ещё можно подсмотреть что делают в странах ЕС, это будет наглядно и интересно, в чём же тут проблема, не очевидная на первый взгляд, будет интересно почитать для общего развития
Спасибо за комментарий, учтем. Мы только начали, и ваш отклик хороший ориентир, куда двигаться дальше. Да статья рекламная только в последнем абзаце. Дальше будет интереснее. У нас много материала, и мы думаем как его изложить и полезно и интересно.
Отправляя комментарий, Вы соглашаетесь с Правилами комментирования и разрешаете сбор и обработку персональных данных. Политика конфиденциальности.
От какого тока всё-таки срабатывает УЗО? Разбираемся в терминологии
Ток утечки, ток замыкания на землю, дифференциальный ток – от чего же срабатывает УЗО? Пусть это будет.
Как отличить качественный кабель ВВГнг от некачественного?
Кабель ВВГнг – силовой кабель с медными жилами и оболочкой из ПВХ пониженной горючести. Предназначен для.
Как выбрать дизельный генератор для дома
Периодическое отключение электроэнергии — крайне неприятное явление, которое может нарушить планы человека.
Уличная подсветка частного дома, особенности и советы
Любой владелец частного дома хочет выделиться на общем фоне. Строят высокие дома с необычной архитектурой, ставят.