Счетчики активной и реактивной электрической энергии

1)Методика поверки и сервисное ПО высылается по требованию организаций, производящих поверку счетчиков. Комплект оптоголовки приобретается отдельно.

2) Допускается групповая отгрузка с использованием многоместной упаковочной коробки.

3) Счетчик комплектуется пользовательским (удаленным) дисплеем, однако дисплей может быть исключен из поставки по согласованию с заказчиком.

Где проводят контроль оставшейся энергии?

Счетчик реактивной энергии устанавливают:

1. Там же, где и счетчики по учету полезной энергии. Устанавливают их для потребителей, которые платят за полную используемую ими мощность.
2. На источниках присоединения реактивной мощности для потребителей. Это делается, если приходится контролировать процесс работы.

Если потребителю разрешено пускать оставшуюся энергию в сеть, то ставят 2 счетчика в элементах системы, где идет учет полезной энергии. В других случаях ставят отдельный счетчик для учета реактивной энергии.

Рациональное использование электроэнергии

Для рационального использования электроэнергии применяется компенсация реактивной энергии. Для этого применяют конденсаторные установки, электродвигатели и компенсаторы.

Они помогают уменьшить потери активной энергии, которые обусловлены перетоками реактивной мощности. Это существенно влияет на уровень транспортных технологических потерь распределительных электрических сетей.

Влияние индуктивного сопротивления на создание магнитного поля

Все приборы, которые питаются от электросети, имеют индуктивное сопротивление. Именно благодаря ему знаки тока и напряжения противоположны. Например, напряжение имеет отрицательный знак, а ток — положительный, или наоборот.

В это время электроэнергия, создаваемая в индуктивном элементе про запас, колебательными движениями исходит по сети за счёт нагрузки от генератора и обратно. Этот процесс и называется реактивной мощностью, которая создает магнитное поле электрического поля.

178. Измерение реактивной энергии

1. Однофазный переменный ток. Реактивную энергию однофазного тока можно определить по показанию амперметра, вольтметра, фазометра и секундомера. Зная величину находим по тригонометрическим таблицам значение и, подставляя в формулу

, числовые значения, находим величину реактивной энергии.

Специальные счетчики реактивной энергии однофазного тока, так называемые «синусные» счетчики, не получили распространения.

2. Трехфазный переменный ток. Для учета реактивной энергии в сетях трехфазного тока можно применять нормальные счетчики активной энергии и специальные счетчики реактивной энергии.

При равномерной нагрузке трехфазной системы для измерения реактивной энергии можно воспользоваться обычным однофазным счетчиком активной энергии, включенным по схеме фиг. 372. Здесь по последовательной обмотке счетчика проходит ток первой фазы I₁ а параллельная обмотка счетчика включена под линейное напряжение U₂₃, отстающее от фазного напряжения U₁ на угол 90°, причем напряжение U₂₃ в раз больше U₁ (см. векторную диаграмму на фиг. 372 справа); тогда

Счетчик будет учитывать увеличенную в раз реактивную энергию первой фазы.

Для подсчета реактивной энергии всей трехфазной системы необходимо показание счетчика, включенного по этой схеме, увеличить в раз. Рассмотрим устройство специального трехфазного счетчика реактивной энергии. Устройство счетчика этого типа такое же, как и устройство двухэлементного трехфазного ваттметра.

Параллельные обмотки двух элементов включаются в сеть по схеме, изображенной на фиг. 373. На U-образ-иые сердечники накладываются не две, а четыре последовательные обмотки. Причем на один из отростков U-образного сердечника первого элемента наматывается одна последовательная обмотка 1. Вторая токовая обмотка 2 помещается на втором отростке сердечника первой системы и третья токовая обмотка 3 помещается на первом отростке второй системы. Наконец четвертая токовая обмотка 4 помещается на втором отростке U-образного сердечника второго элемента. Обмотки напряжений 5 и 6 включены, как показано на схеме. При включении реактивного счетчика необходимо соблюдать порядок чередования фаз.

5 Апрель, 2009 13552 Печать

ИЗМЕР

Измерение активной мощности в однофазных цепях переменного тока производится электродинамическим или ферродинамическим ваттметром аналогично измерению мощности в цепи постоянного тока: токовая обмотка ваттметра включается в рассечку фазного провода, а обмотка напряжения между фазой и нулем

Измерение мощности методом одного прибора— это метод применяется для измерения активной мощности в симметричных трехфазных цепях.

Если нулевая точка не доступна, то применяется схема включения ваттметра с искусственной нулевой точкой. Иск..нул..точ. создается с помощью двух резисторов, сопротивление каждого из которых равно сопротивлению обмотки напряжения ваттметра

Измерение мощности методом двух приборов— применяется при измерении мощности в трехфазной трехпроводной цепи с помощью двух одноэлементных ваттметров.

Измерение мощности методом трех приборов- применяется при измерении мощности в трехфазной четырехпроводной цепи (при этом используются три одноэлементных ватметра

31. Методы измерения реактивной мощности в цепях переменного тока

Для измерения реактивной мощности применяются приборы электродинамической или ферродинамических систем у которых угол поворота подвижной части пропорционален не cos, а sin, такие приборы называются ваттметры. Однако для измерения реактивной мощности в трехфазных цепях могут быть применены обычные ватметры, если они включены по схемам замещенным напряжением.

Правило включения ваттметра для измерения реактивной мощности:

1.Токовая обмотка ватметрат включается также, как и при изменении активной мощности.

2. Обмотка напряжения включается на напряжение, которое отставало бы на 90 от напряжения подаваемого на обмотку напряжения при изменении активной мощности.

Измерение реактивной мощности методом одного прибора — используется при включении обычного однофазного электродинамического или феродинамического ваттметра, предназначенного для измерения активной мощности, в трехфазную трех- или четырехпроходную цепь.

Измерение реактивной мощности методом двух приборов- применяется в трехфазной трехпроводной цепи как при симметрии,так и при асимметрии токов.

Измерение реактивной мощности методом трех приборов- применяется в трехфазных четырехпроводных цепях как при симметрии, так и при асимметрии токов.

34. Измерение частоты. Электромеханические частотомеры. Осциллографические методы измерения частоты.

Электромеханические частотомеры. Эти приборы ис­пользуются для измерения частот в диапазоне 20— 2500 Гц в основном в энергетических цепях и выполняют­ся на основе электромагнитных и электродинамических (ферродинамических) механизмов.

Электрическая схема электродинамического частотомера на основе логометрического механизма и векторная диаграмма токов приведены на рис.

Метод фигур Лиссажу. Этот метод используется для измерения частоты синусоидальных напряжений. На один из входов (например, на вход канала У) подается

32. Измерение электрической энергии. Однофазный индукционный счетчик. Схемы включения. Принцип действия.

Измерение активной и реактивной энергии в однофазных и трехфазных, трехпроводных и четырехпроводных цепях переменного тока можт быть проведено с помощью специальных интегрирующих электроизмерительных приборов- однофазных и трехфазных электрических счетчиков.

В тех. лит. элект. Счетчики, предназначенные для учета энергии в однофазных цепях переменного тока, называют однофазными счетчиками.

В качестве вращающего элемента однофазного счетчика используется индукционный измерительный механизм. Принцип действия механизма основан на взаимодействии двух или нескольких переменных магнитных потоков с токами, индуцированными или в подвижном алюминиевом диске.

33. Моменты, действующие на диск однофазного индукционного счетчика.

Вращающий момент М равен:

Где Ф1 и Ф2-потоки, пересекающие алюминиевый диск; f-частота измерения потоков Ф1 и Ф2; φ-угол фазового сдвига между потоками Ф1 и Ф2.

Для создания вращающего момента необходимо не менее двух составляющих одного потока, имеющих фазовый сдвиг и смещенных в пространстве.

Вращающий момент достигает своего значения, когда фазовый сдвиг между потоками Ф1 и Ф2 равен 90 (sinψ=1)

Вращающий момент зависит от частоты измерения потоков Ф1 и Ф2.

Момент трения величина переменная, зависящая от угловой скорости вращения диска. Компенсационный момент при измененном значении напряжения является величиной постоянной, следовательно равенство компенсационного момента и момента трения наступает только при одной вполне определенной нагрузке. В ходе эксплуатации счетчика бывают случаи когда компенсационный момент, превышает момент трения, как правило, при малой нагрузке, итогда диск счетчика начинает вращаться под действием компенсационного момента даже если I→0, тоесть когда потребитель энергию не расходует, такое явление называется самоходом счетчика.

Вращение диска счетчика под действием напряжения приложенного к зажимам параллельной цепи и при отсутствии тока в последовательной наз. самоходом. Для устранения самохода на оси диска прикрепляется крючок из ферромагнитного материала. Флажок позиция 11 намагничивается по токам магнитным создающим компенсационный момент и притягивает крючок устраняя тем самым самоход

34. Измерение фазового сдвига. Электромеханические фазометры. Осциллографические методы измерения фазового сдвига.

Электромеханические фазометры, Электродинамические и ферродинамические логометры могут быть исполь­зованы для построения фазометров (как показывающих, так и самопишущих), предназначенных для измерения фазового сдвига между напряжением и током в нагрузке и коэффициента мощности.

На основе электродинамических механизмов возмож­но построение фазометров для измерения соsφ и в трех­фазных цепях переменного тока. По принци­пу действия он подобен однофазному фазометру, но необходимые фазовые сдвиги между токами в обмотках рамок подвижной части прибора можно получить более просто, используя 120-градусные сдвиги между напряже­ниями и токами трехфазной цепи. Такой прибор дает правильные показания в трехфазной цепи с симмет­ричными напряжениями и токами. В случае несимметрич­ной трехфазной цепи можно говорить лишь о разности фаз между током и напряжением в каждой фазе.

Осциллографические методы измерения фазы. Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа или однолучевого осцилло­графа с электронным коммутатором. В этом случае на эк­ране осциллографа создается изображение двух напряжений, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить. Если напряжения U1 и U2 на вход Y осциллографа подаются через электронный коммутатор, то изображения создаются штриховыми линиями.

Метод эллипса используется для измерения фазового сдвига между синусоидальными напряжениями. Напря­жения U1 и U2 подаются на входы каналов У и X (канал X работает в режиме усиления сигнала и₂). На экране осциллографа получается изображение эллипса

Метод эллип­са позволяет измерять в пределах 0—90° без определе­ния знака фазового угла.

Учёт реактивной мощности в стандартных договорах на поставку электроэнергии

Так как влияние реактивной мощности на потери в системе и на пропускную способность линий и трансформаторов являются значительными, то необходимо определять цену на реактивную мощность, устанавливая измерительные приборы. Существуют различные методы тарификации, основанные на количестве реактивной энергии, на количестве кажущейся энергии и на различных значениях для дневного и ночного тарифа.

Средний коэффициент мощности cosφ, меньший единицы, является причиной дополнительных издержек поставщиков электроэнергии, которые возмещаются потребителями в соответствии с условиями специальных договоров. Это относится к крупным потребителям, таким как коммерческие, торговые или промышленные предприятия с низким средним коэффициентом мощности в течение месяца или расчётного периода. При этом реактивная энергия должна измеряться с помощью отдельного счётчика квар∙ч.

Для минимизации стоимости реактивной энергии необходимо обратить внимание на положения индивидуального договора между компанией, поставляющей электроэнергию, и потребителем. Договор является основой экономической базы и содержит все технические, экономические и правовые условия, которым должен следовать потребитель, в том числе и договорные цены за кВт∙ч и квар∙ч.

Новые компании на рынке поставки электроэнергии, в частности, в государствах-членах Европейского Союза (ЕС) привели к изменениям в условиях продаж многих поставщиков. В договорах компаний, заключающихся по всему миру, могут иметься различия. Это связано с тем, что необходимо принимать во внимание соответствующие нормы и правила, касающиеся электроэнергетики, действующие в каждой стране. Во многих случаях стандартные договоры поставки могут быть составлены с учётом положений, приведённых ниже.

Учёт реактивной энергии в типовых договорах поставки

Чёткая дифференциация между общими клиентами (например, домохозяйствами или мелкими торговыми предприятиями) и потребителями со специальными договорами невозможна из-за наличия многочисленных технических и экономических факторов, которые должны приниматься во внимание: заявленная мощность, потребление электроэнергии, период использования, вид нагрузки.

Компании, поставляющие или распределяющие электроэнергию, обычно включают в специальные договоры положения, относящиеся к учёту и оплате реактивной энергии. Это означает, что поставщик взимает с особого потребителя оплату за реактивную энергию по договорной цене. Существует дополнительный компонент ценообразования распределительных электросетевых компаний, который относится к использованию сети потребителем. Величина платы за использование энергосистемы зависит от ожидаемой максимальной нагрузки, так называемой необходимой электрической мощности, которая должна быть заявлена потребителем. Эти данные составляют основу для расчёта цены сетевой распределительной компанией. К цене реактивной энергии поставщиком может быть в расчёт добавлен другой компонент, относящийся к качеству электроэнергии.

Любая реактивная энергия, поставляемая потребителю, является причиной повышения стоимости. Измеренная реактивная энергия будет учитываться в договорах с поставщиками. Плата за неё будет взиматься с потребителей с большой мощностью (например, с P> 30 кВт, при установке измерителя квар). Так как договоры не одинаковы, рекомендуется получить всю необходимую информацию в местной энергоснабжающей или распределяющей компании. Энергоснабжающие компании предлагают два вида тарификации, относящиеся к реактивной энергии:

• тарификация в зависимости от потребляемой реактивной энергии;
• тарификация в зависимости от потребляемой кажущейся энергии.

Для учёта экономического аспекта эксплуатации установок потребителей необходимо получить от поставщика информацию о преимуществах вида тарификации и условиях договора. Далее рассмотрим учёт повышенной реактивной энергии в различных видах специальных договоров на поставку.

Тарификация в зависимости от потребляемой реактивной энергии (квар∙ч)

Большинство поставщиков выдвигают условие поддержания среднего коэффициента мощности cosφ в течение месяца или расчётного периода выше 0,9. Если потребление реактивной энергии становится больше 50% потребления активной энергии, то дополнительная реактивная энергия будет тарифицироваться. Как говорилось выше, реактивная энергия будет измеряться отдельным счётчиком квар·ч. Обычно дополнительная реактивная энергия (квар·ч) оценивается в диапазоне от 10 до 15% стоимости активной энергии (кВт·ч). Оценка реактивной энергии также может быть предметом переговоров с местным поставщиком. Также нужно обратить внимание, оценивает ли энергоснабжающая компания дополнительную реактивную энергию по периоду высокого тарифа (дневного) или по периоду низкого тарифа (ночному).

В случае системы с распределённой генерацией, которая может отдавать активную энергию обратно в сеть, должны приниматься во внимание специальные технические соображения, так как значения коэффициента мощности cosφ могут оказаться во всех четырёх квадрантах при генерации в перевозбуждённом и недовозбуждённом режимах и для нагрузок с опережающим и отстающим коэффициентами мощности).

На рисунке показан в графическом виде метод определения дополнительного потребления реактивной энергии при коэффициенте мощности, задаваемом энергоснабжающей компанией, например, при cosφ ≈ 0,9. Иногда поставщик может задавать разные коэффициенты мощности в дневной и ночной период, потому что ночью может оказаться удовлетворительным более низкое значение, чтобы избежать опережающего (емкостного) коэффициента мощности в системе электроснабжения. Такие условия могут быть предложены прежде всего в городской местности с большими кабельными сетями в периоды низкой нагрузки. Некоторые изготовители реле коэффициента мощности предлагают в качестве функции возможность автоматического переключения между двумя заданными значениями коэффициента мощности cosφ.

Как определить среднемесячный коэффициент мощности?

Рассмотрим пример: месячное потребление промышленной установки составляет 40 000 кВт·ч активной энергии и 50 000 квар·ч реактивной энергии.

Среднемесячный коэффициент мощности определяется следующим образом:

tgφ = реактивная энергия/активная энергия = 50000 квар·ч/40000 кВт = 1,25.

Следовательно, cosφ = 0,624.

Энергоснабжающая компания в соответствии с договором оценивает дополнительную реактивную энергию, потребляемую вследствие того, что средний коэффициент мощности ниже 0,9, в 15% от средней стоимости активной энергии, составляющей 12 центов за кВт·ч, то есть в 1,8 цента за квар·ч.

Так как нетарифицируемая часть реактивной энергии составляет 50% от потреблённой активной энергии, 50% от 40 000 кВт·ч = 20000 квар·ч не оплачиваются.

Из общего количества реактивной энергии 50 000 квар·ч, потребляемой за месяц, 30 000 квар·ч будут тарифицироваться по 1,8 цента за квар·ч, что составит общую стоимость за месяц €540.

Стоимость за год может составить €6480, если потребитель не повысит средний коэффициент мощности путём компенсации реактивной мощности. Также появляются дополнительные затраты (не отражаемые в счёте в явном виде) из-за увеличения потерь (I2R) в системе передачи и распределения (линии и трансформаторы), оцениваемые по 12 центов за кВт·ч всё время, когда коэффициент мощности cosφ меньше единицы. Этот факт принимается во внимание очень редко.

Тарификация в зависимости от потребляемой кажущейся энергии (квар∙ч)

В этом методе рассматривается максимальная активная мощность, которая может возникнуть в течение расчётного периода. Данные потреблённой активной и реактивной энергии определяют средний cosφm. По этим данным можно вычислить максимальную кажущуюся мощность. Значение cosφ сильно влияет на начисления, когда он меньше единицы. Если принять, что активная мощность постоянна, измеренная тарифицируемая кажущаяся энергия определяется подлежащей оплате реактивной энергией в соответствии со следующей формулой:

S = Pmax/cosφm , где

• S – кажущаяся мощность (кВА),
• Pmax – максимальная активная мощность (кВт),
• сosφm – коэффициент мощности.

Такой метод оценки побуждает пользователя максимально приближать к единице коэффициент мощности сosφm. Это означает, что необходимо применение компенсации реактивной мощности. При этом дополнительным преимуществом окажется уменьшение потерь, о которых говорилось выше (в линиях и трансформаторах). В результате быстро амортизируются высокие инвестиции для компенсации реактивной мощности.

Важность учёта реактивной мощности при определении расходов на подключение

Должна быть сделана правильная оценка потребления мощности предприятия. Необходимо заявить поставщику требуемую (заказываемую) мощность, а также коэффициент спроса, который включает в себя коэффициент нагрузки и коэффициент разновременности. Эти данные являются основой для проектирования системы энергоснабжения. Кроме того, они помогают оптимизировать договор, предлагаемый потребителю. Он приводит к отношению максимальной нагрузки (мощности) к требуемой нагрузке (мощности) поставщика. Многие энергоснабжающие и распределительные компании используют эти данные для расчёта стоимости подключения и сетевых затрат.

• Стоимость подключения относится к стоимости установки электрического соединения между потребителем и системой электроснабжения. Поставщик взимает эту стоимость с потребителя полностью или частично.
• Сетевые расходы являются общими расходами и относятся к расходам на построение системы распределения электроэнергии.

Как было сказано выше, заявленная мощность должна даваться поставщику как кажущаяся мощность (кВА). Также должны учитываться такие данные, как коэффициент спроса и средний коэффициент мощности cosφа.

При проектировании новых установок нужно принимать во внимание средний коэффициент мощности cosφа аналогичных установок или проводить расчёты на основе предполагаемых технических характеристик оборудования потребителей.

«Специальные потребители» могут уменьшить затраты посредством классической компенсации реактивной мощности, при этом дополнительно улучшая качество энергии с помощью фильтров. Экономия проявляет себя в различных областях, особенно при уменьшении затрат, относящихся к реактивной энергии, а также к активной энергии в результате уменьшения потерь активной мощности в системе, пиков активной мощности, стоимости инвестиций и стоимости подключения.

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.

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.

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»

Отношение 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.

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.

Оценка статьи:

Загрузка...