Природа реактивной мощности

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Системы переменного тока обеспечивают две формы энергии:

  • активную энергию, измеряемую в кВт·ч, которая преобразуется в механическую работу, тепло, свет и т.д.;
  • реактивную энергию, которая принимает две формы:

  -  реактивная энергия, требуемая для индуктивных цепей (трансформаторы, двигатели и т.д.);
  -  реактивная энергия, генерируемая емкостными цепями (кабелями, силовыми конденсаторами и т.д.).


Все индукционные (т.е. электромагнитные) машины и устройства, работающие в составе систем переменного тока, преобразуют электрическую энергию от генераторов энергосистемы в механическую работу и тепло. Такая энергия измеряется счетчиками в кВт•ч и называется активной или ваттной энергией. Для осуществления такого преобразования необходимо образование магнитных полей в машинах, и эти поля связаны с другой формой энергии, обеспечиваемой энергосистемой, - реактивной или безваттной энергией.

Причина этого состоит в том, что индукционая цепь циклически поглощает энергию из системы (на создание магнитных полей) и отдает эту энергию обратно в систему (в течение спада магнитных полей) дважды за каждый цикл мощности-частоты.

Точно такое же явление происходит при наличии параллельно включенных емкостных элементов в энергосистеме, таких как кабели или блоки силовых конденсаторов и т.д. В этом случае энергия запасается электростатически (заряд конденсатора). Циклическая зарядка и разрядка емкостной цепи оказывает на генераторы системы такое же влияние, как описанное выше для индукционой цепи, но ток на емкостной цепи имеет фазу, противоположную фазе тока индукционой цепи. На этом основан принцип компенсации реактивной мощности.

Следует отметить, что хотя реактивная мощность не забирает энергии из системы, она вызывает потери энергии в системах передачи и распределения энергии из-за нагрева проводников.

В реальных энергосистемах реактивные составляющие токов нагрузок неизменно индуктивны, а модули полного сопротивления систем передачи и распределения преимущественно индуктивно реактивны. Индуктивный ток через индуктивное реактивное сопротивление – наихудший возможный режим падения напряжения (т.е. прямая противофаза напряжению системы).

Вследствие этого возникают:

  • потери энергии при передаче;
  • потери напряжения.

Органы, регулирующие энергоснабжение, требуют ограничения индуктивного тока в максимальной возможной степени.

Емкостные токи имеют обратный эффект на уровни напряжения и вызывают повышение напряжения в энергосистемах.

Как правило, мощность (кВт), связанная с «активной» энергией, обозначается буквой Р.

Реактивная мощность (квар) обозначается буквой Q. Индуктивно-реактивная мощность условно принимается положительной (+Q), а емкостно-реактивная – отрицательной (-Q).

В подразделе Коэффициент мощности описывается взаимосвязь P, Q и S.

S - полная мощность, кВА.
Рис. L1 показывает полную мощность (кВА) как векторную сумму активной (кВт) и реактивной (квар) мощности.


Рис L01.jpg

Рис. L1 : Электродвигатель требует активную (Р) и реактивную (Q) мощности от энергосистемы