Реактивная мощность и ее компенсация

Из школьного курса физики каждый слышал о реактивной мощности. Тем не менее, мало кто себе представляет реальные физические процессы, заложенные в основу этого понятия. Давайте вместе попробуем разобраться и дать исчерпывающие ответы на ключевые вопросы по данной теме. Для функционирования любого электротехнического устройства необходима энергия генератора, которая будет в итоге преобразована им в полезную работу (вращение, нагревание, охлаждение и т.д.). Однако, процесс взаимодействия с электрической энергией во многих устройствах неизбежно связан с образованием внутри цепей магнитного и электрического полей. Поэтому, в таком электротехническом устройстве энергия затрачивается не только на полезную работу, но и на бесполезную, т.е. на создание электрических и магнитных полей (нагрев проводников). Электрические поля в основном образуются в таких элементах, как конденсаторы. Магнитные поля могут создавать такие элементы, как двигатели и трансформаторы. При работе устройства происходит непрерывный обмен энергией между магнитными и электрическими полями. В процессе обмена энергией участвует и сам генератор, т.е. энергия не только потребляется устройством, но и частично отдается им обратно генератору.

Скорость потребления устройством электрической энергии называют мощностью. В цепях переменного тока синусоидальной формы выделяют три ее категории:

• полная мощность (S, [BA]);
• активная мощность (P, [Вт]);
• реактивная мощность (Q, [ВАр]).

Полная мощность представляет суммарную мощность работы устройства (полезная работа + бесполезная работа) и выражается формулой: S = U * I.
Активная мощность интерпретирует только полезную работу: P = U * I * cosφ.
Реактивная мощность определяет бесполезную работу: Q = U * I * sinφ.
Полная мощность связана с активной и реактивной мощностью таким выражением: S² = P² + Q².
U - действующее значение напряжения генератора, приложенное к устройству.
I - действующее значение силы тока, потребляемого устройством.
φ- угол сдвига фазы между мгновенным значением напряжения и тока.

В устройстве, потребляющем только активную мощность, сдвиг фазы между напряжением и током равен нулю. В устройстве, которое потребляет еще и реактивную мощность, появляется сдвиг фазы между напряжением и током в пределах от 0 до 90°. Фазу сдвигают процессы, происходящие в уже знакомых нам реактивных элементах цепей (конденсаторах, двигателях, трансформаторах и т.д.). В идеальных емкостных элементах (конденсаторах) ток опережает напряжение на 90°, а в индуктивных (двигателях, трансформаторах) отстает на такое же значение. Таким образом, действующие одновременно в устройстве реактивная индуктивная и реактивная емкостная мощности одной и той же величины могут скомпенсировать друг друга:
Q_c = U * I * sin(-90°) = -(U * I).
Q_l = U * I * sin(90°) = (U * I).
Q = Q_c + Q_l  = 0 [ВАр].

На следующих графиках приведены зависимости изменений от времени мгновенных значений тока (i), реактивного напряжения (u), полной мощности (s), активной мощности (p) и реактивной мощности (q) для цепей с активно-емкостной и активно-индуктивной нагрузкой:

Зависимости для цепи с активно-емкостной нагрузкой (φ = 60°).

Зависимости для цепи с активно-индуктивной нагрузкой (φ = 60°).

По графикам видно, что в любой момент времени реактивная индуктивная мощность имеет противоположный знак с реактивной емкостной мощностью. Используя этот факт создают специальные регулируемые устройства, целью которых является компенсация реактивной мощности. Контролируя и компенсируя реактивную мощность добиваются таких положительных результатов:

• снижения потерь активной мощности;
• снижения потребляемой электроэнергии;
  
• уменьшения перенапряжений;
  
• увеличения пропускной способности электропередач.
  

В нашем магазине представлен широкий выбор приборов учета реактивной мощности (трехфазных однотарифных счетчиков и трехфазных многотарифных счетчиков). В качестве компенсаторов реактивной мощности могут быть применены синхронные машины, либо конденсаторные батареи. Компенсаторы подключают параллельно нагрузке, и в автоматическом, либо ручном режиме при помощи их реактивной мощности влияют на баланс потребляемых нагрузкой реактивных мощностей.