Что такое реактивная энергия в электросчетчике

Что такое активная и реактивная электроэнергия?

Расчет электрической энергии, используемой бытовым или промышленным электротехническим прибором, производится обычно с учетом полной мощности электрического тока, проходящего через измеряемую электрическую цепь.

При этом выделяются два показателя, отражающие затраты полной мощности при обслуживании потребителя. Эти показатели называются активная и реактивная энергия. Полная мощность представляет собой сумму этих двух показателей.

Полная мощность.
По сложившейся практике потребители оплачивают не полезную мощность, которая непосредственно используется в хозяйстве, а полную, которую отпускает предприятие-поставщик. Различают эти показатели по единицам измерения – полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА), а полезная – в киловаттах. Активная и реактивная электроэнергия используется всеми запитанными от сети электроприборами.

Активная электроэнергия.
Активная составляющая полной мощности совершает полезную работу и преобразовывается в те виды энергии, которые нужны потребителю. У части бытовых и промышленных электроприборов в расчетах активная и полная мощность совпадают. Среди таких устройств – электроплиты, лампы накаливания, электропечи, обогреватели, утюги и гладильные прессы и прочее. Если в паспорте указана активная мощность 1 кВт, то полная мощность такого прибора будет составлять 1 кВА.

Понятие реактивной электроэнергии.
Этот вид электроэнергии присущ цепям, в составе которых имеются реактивные элементы. Реактивная электроэнергия — это часть полной поступаемой мощности, которая не расходуется на полезную работу. В электроцепях постоянного тока понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока реактивная составляющая возникает только в том случае, когда присутствует индуктивная или емкостная нагрузка. В таком случае наблюдается несоответствие фазы тока с фазой напряжения. Данный сдвиг фаз между напряжением и током обозначается символом «φ». При индуктивной нагрузке в цепи наблюдается отставание фазы, при емкостной – ее опережение. Поэтому потребителю приходит только часть полной мощности, а основные потери происходят из-за бесполезного нагревания устройств и приборов в процессе эксплуатации. Потери мощности происходят из-за наличия в электрических устройствах индуктивных катушек и конденсаторов. Из-за них в цепи в течение некоторого времени происходит накопление электроэнергии. После этого запасенная энергия поступает обратно в цепь. К приборам, в составе потребляемой мощности которых имеется реактивная составляющая электроэнергии, относятся переносные электроинструменты, электродвигатели и различная бытовая техника. Эта величина рассчитывается с учетом особого коэффициента мощности, который обозначается как cos φ.

Расчет реактивной электроэнергии.
Коэффициент мощности лежит в пределах от 0,5 до 0,9; точное значение этого параметра можно узнать из паспорта электроприбора. Полная мощность должна быть определена как частное от деления активной мощности на коэффициент. Например, если в паспорте электрической дрели указана мощность в 600 Вт и значение 0,6, тогда потребляемая устройством полная мощность будет равна 600/06, то есть 1000 ВА. При отсутствии паспортов для вычисления полной мощности прибора коэффициент можно брать равным 0,7. Поскольку одной из основных задач действующих систем электроснабжения является доставка полезной мощности конечному потребителю, реактивные потери электроэнергии считаются негативным фактором, и возрастание этого показателя ставит под сомнение эффективность электроцепи в целом.

Значение коэффициента при учете потерь.
Чем выше значение коэффициента мощности, тем меньше будут потери активной электроэнергии – а значит конечному потребителю потребляемая электрическая энергия обойдется немного дешевле. Для того чтобы повысить значение этого коэффициента, в электротехнике используются различные приемы компенсации нецелевых потерь электроэнергии. Компенсирующие устройства представляют собой генераторы опережающего тока, сглаживающие угол сдвига фаз между током и напряжением. Для этой же цели иногда используются батареи конденсаторов. Они подключаются параллельно к рабочей цепи и используются как синхронные компенсаторы.

Расчет стоимости электроэнергии для частных клиентов.
Для индивидуального пользования активная и реактивная электроэнергия в счетах не разделяется – в масштабах потребления доля реактивной энергии невелика. Поэтому частные клиенты при потреблении мощности до 63 А оплачивают один счет, в котором вся потребляемая электроэнергия считается активной. Дополнительные потери в цепи на реактивную электроэнергию отдельно не выделяются и не оплачиваются. Учет реактивной электроэнергии для предприятий Другое дело – предприятия и организации. В производственных помещениях и промышленных цехах установлено огромное число электрооборудования, и в общей поступаемой электроэнергии имеется значительная часть энергии реактивной, которая необходима для работы блоков питания и электродвигателей. Активная и реактивная электроэнергия, поставляемая предприятиям и организациям, нуждается в четком разделении и ином способе оплаты за нее. Основанием для регуляции отношений предприятия-поставщика электроэнергии и конечных потребителей в этом случае выступает типовой договор. Согласно правилам, установленным в этом документе, организации, потребляющие электроэнергию свыше 63 А, нуждаются в особом устройстве, предоставляющем показания реактивной энергии для учета и оплаты. Сетевое предприятие устанавливает счетчик реактивной электроэнергии и начисляет оплату согласно его показаниям.

Коэффициент реактивной энергии.
Как говорилось ранее, активная и реактивная электроэнергия в счетах на оплату выделяются отдельными строками. Если соотношение объемов реактивной и потребленной электроэнергии не превышает установленной нормы, то плата за реактивную энергию не начисляется. Коэффициент соотношения бывает прописан по-разному, его среднее значение составляет 0,15. При превышении данного порогового значения предприятию-потребителю рекомендуют установить компенсаторные устройства.

Реактивная энергия в многоквартирных домах.
Типичным потребителем электроэнергии является многоквартирный дом с главным предохранителем, потребляющий электроэнергию свыше 63 А. Если в таком доме имеются исключительно жилые помещения, плата за реактивную электроэнергию не взимается. Таким образом, жильцы многоквартирного дома видят в начислениях оплату только за полную электроэнергию, поставленную в дом предприятием-поставщиком. Та же норма касается жилищных кооперативов.

Частные случаи учета реактивной мощности.
Бывают случаи, когда в многоэтажном здании имеются и коммерческие организации, и квартиры. Поставка электроэнергии в такие дома регулируется отдельными Актами. Например, разделением могут служить размеры полезной площади. Если в многоквартирном доме коммерческие организации занимают менее половины полезной площади, то оплата за реактивную энергию не начисляется. Если пороговый процент был превышен, то возникают обязательства оплаты за реактивную электроэнергию. В ряде случаев жилые дома не освобождаются от оплаты за реактивную энергию. Например, если в доме установлены пункты подключения лифтов для квартир, начисление за использование реактивной электроэнергии происходит отдельно, лишь для этого оборудования. Владельцы квартир по-прежнему оплачивают лишь активную электроэнергию.

Описание параметра «Тип учитываемой электроэнергии (A/R)»

В электрический цепях, содержащих комбинированную нагрузку, полная мощность, потребляемая от сети, складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную на грузку на силовые линии питания. Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами (cosφ), называется коэффициентом мощности.

В электрических сетях, содержащих только активную нагрузку (лампы накаливания, электронагреватели и др.) ток и напряжение изменяются синфазно, и из сети потребляется только полезная активная мощность.

Но в реальной жизни это бывает достаточно редко. Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором).

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети.

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот. В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершает колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно).

Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (φ) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т.е. cos(φ)=P/S.

Появление реактивной составляющей в сети можно отобразить на векторных диаграммах следующим образом:

Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом.

Чем ближе значение cos(φ) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности

Для большинства промышленных потребителей наличие в сетях реактивной энергии означает следующее: по сетям между источником электроэнергии и потребителем кроме совершающей полезную работу активной энергии протекает и реактивная энергия, не совершающая полезной работы и направленная только на создание магнитных полей в индуктивной нагрузке. Протекая по кабелям и обмоткам трансформаторов, реактивный ток снижает в пределах их пропускной способности долю протекаемого по ним активного тока, вызывая при этом значительные дополнительные потери в проводниках на нагрев — т.е. активные потери. Из этого следует, что согласно современным правилам расчета за электроэнергию, потребитель вынужден как минимум дважды платить за одни и те же непроизводительные затраты. Один раз — непосредственно за потребленную из сети реактивную энергию (по счетчику реактивной энергии) и второй раз — за нее же, но косвенно, оплачивая активные потери от протекания реактивной энергии, учитываемые счетчиком активной энергии.

Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитирующим фактором, неблагоприятным для сети в целом. В результате этого:

• увеличиваются расходы на электроэнергию;
• приходится платить штрафы за снижение качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности
• возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
• увеличивается нагрузка на трансформаторы и коммутационную аппаратуру, таким образом, снижается срок их службы
• увеличивается нагрузка на провода, кабели — приходится использовать большего сечения;
• отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).
• увеличивается уровень высших гармоник в сети

Активная и реактивная электроэнергия

При расчете электрической мощности, потребляемой любым электротехническим или бытовым устройством, обычно учитывается так называемая полная мощность электрического тока, выполняющего определённую работу в цепи данной нагрузки. Под понятием «полная мощность» подразумевается вся та мощность, которая потребляется электроприбором и включает в себя как активную составляющую, так и составляющую реактивную, которая в свою очередь определяется типом используемой в цепи нагрузки. Активная мощность всегда измеряется и указывается в ваттах (Вт), а полная мощность приводится обычно в вольт-амперах (ВА). Различные приборы — потребители электрической энергии могут работать в цепях, имеющих как активную, так и реактивную составляющую электрического тока. Активная составляющая потребляемой любой нагрузкой мощности электрического тока совершает полезную работу и трансформируется в нужные нам виды энергии (тепловую, световую, звуковую и т.п.). Отдельные электроприборы работают в основном на этой составляющей мощности. Это — лампы накаливания, электроплиты, обогреватели, электропечи, утюги и т.п.
При указанном в паспорте прибора значении активной потребляемой мощности в 1 кВт он будет потреблять от сети полную мощность в 1кВА. Реактивная составляющая электрического тока возникает только в цепях, содержащих реактивные элементы (индуктивности и ёмкости) и расходуется обычно на бесполезный нагрев проводников, из которых составлена эта цепь. Примером таких реактивных нагрузок являются электродвигатели различного типа, переносные электроинструменты (электродрели, «болгарки», штроборезы и т.п.), а также различная бытовая электронная техника. Полная мощность этих приборов, измеряемая в вольт-амперах, и активная мощность (в ваттах) соотносятся между собой через коэффициент мощности cosφ, который может принимать значение от 0,5 до 0,9. На этих приборах указывается обычно активная мощность в ваттах и значение коэффициента cosφ. Для определения полной потребляемой мощности в ВА, необходимо величину активной мощности (Вт) разделить на коэффициент cosφ. Пример: если на электродрели указана величина мощности в 600 Вт и cosφ = 0,6, то отсюда следует, что потребляемая инструментом полная мощность составляет 600/0,6=1000 ВА. При отсутствии данных по cosφ можно брать его приблизительное значение, которое для домашнего электроинструмента составляет примерно 0,7. При рассмотрении вопроса об активной и реактивной составляющих электроэнергии (точнее — её мощности), обычно имеются в виду те явления, которые происходят в цепях переменного тока. Оказалось, что различные нагрузки в цепях переменного тока ведут себя совершенно по-разному. Одни нагрузки используют передаваемую им энергию по прямому назначению (т.е. — для совершения полезной работы), а другой тип нагрузок сначала эту энергию запасает, а потом снова отдаёт её источнику электропитания. По виду своего поведения в цепях переменного тока, различные потребительские нагрузки делятся на следующие два типа: 1. Активный тип нагрузки поглощает всю получаемую от источника энергию и превращает её в полезную работу (свет от лампы, например), причём форма тока в нагрузке в точности повторяет форму напряжения на ней (сдвиг фаз отсутствует). 2. Реактивный тип нагрузки характеризуется тем, что сначала (в течение некоторого промежутка времени), в нём происходит накопление энергии, поставляемой источником питания. Затем запасённая энергия (в течение определённого промежутка времени) отдаётся обратно в этот источник. К подобным нагрузкам относятся такие элементы электрических цепей, как конденсаторы и катушки индуктивности, а также устройства, содержащие их. При этом в такой нагрузке между напряжением и током присутствует сдвиг фаз, равный 90 градусам. Поскольку основной целью существующих систем электроснабжения является полезная доставка электроэнергии от производителя непосредственно к потребителю (а не перекачивание её туда и обратно) — реактивная составляющая мощности обычно считается вредной характеристикой цепи. Потери на реактивную составляющую в сети напрямую связаны с величиной рассмотренного выше коэффициента мощности, т.е. чем выше cosφ потребителя, тем меньше будут потери мощности в линии и дешевле обойдётся передача электроэнергии потребителю.
Таким образом, именно коэффициент мощности указывает нам на то, насколько эффективно используется рабочая мощность источника электроэнергии. В целях повышения величины коэффициента мощности (cosφ) во всех видах электрических установок применяются специальные приёмы компенсации реактивной мощности.
Обычно для увеличения коэффициента мощности (за счёт уменьшения сдвига фаз между током и напряжением — угла φ) в действующую сеть включают специальные компенсирующие устройства, представляющие собой вспомогательные генераторы опережающего (емкостного) тока.
Кроме того, очень часто для компенсации потерь, возникающих из-за индуктивной составляющей цепи, в ней используются батареи конденсаторов, подключаемые параллельно рабочей нагрузке и используемые в качестве синхронных компенсаторов.

none Опубликована: 2011 г. 0 5

Вознаградить Я собрал 0 1

Оценить статью

• Техническая грамотность

Оценить Сбросить

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (100) | Я собрал ( 0 ) | Подписаться

Для добавления Вашей сборки необходима регистрация

0

Олег 17.02.2024 14:00 #

Скажите пожалуйста, может кто знает, есть двунаправленные счетчики, которые считаю элект.энер. от солнечной станции в обе стороны, и если ограничивать выработку чтобы излишки не уходили, или если нет излишков и все израсходуется внутри дома(квартиры), счетчик фиксирует(видит) что в доме используется сол.станция? И видят ли также это обычные современные счетчики?

0

_VN_ 21.02.2024 07:46 #

Описано «бытовыми» терминами явление без знаний ТОЭ — применение комплексных функций и векторов даёт точное и понятное представление о токах в системе. ТС нужно начать с изучения основ математики, например уравнения Эйлера.

Тестер ESR, полупроводников, резисторов, индуктивностей

1999-2024 Сайт-ПАЯЛЬНИК ‘cxem.net’
При использовании материалов сайта, обязательна
ссылка на сайт ПАЯЛЬНИК и первоисточник

Цены всегда актуальные

(073) 01-02-563

(066) 12-84-695

Работаем с НДС *

mail@schetchiki.com.ua

Пн-Пт 9:00-18:00

Сб, Вс: выходной

Киев, Покровск

Искать

Вы здесь: Магазин Реактивная мощность и ее компенсация

Радиоуправляемый исполнитель (актуатор, реле) — это электротехническое устройство, основным назначением которого является коммутация подключенных к нему внешних электрических цепей по команде от принятого радиосигнала
подробнее..

Это определенный тариф, по которому у физических и юридических лиц есть возможность продавать выработанную с применением возобновляемых природных источников (солнечное излучение, ветер и т.п.) электроэнергию государству.
Согласно Постановлению НКРЭ от 27.02.2014 № 170, бытовые потребители электрической энергии, которые производят электрическую энергию из альтернативных источников энергии
подробнее..

Чтобы покупателям было лучше ориентироваться среди предлагаемых на рынке Украины моделей счетчиков электроэнергии, мы приглашаем всех ознакомиться с вводной статьей, подробно рассказывающей об основных отличиях между ними. В нашем интернет-магазине все счетчики представлены в следующих категориях
подробнее..

• Суть многотарифной системы

Многие из нас слышали об этом термине из области энергетики. Тем не менее, мало кто задумывался о том, какие реальные возможности по экономии собственных финансовых средств можно извлечь при подобном способе учета потребляемой электроэнергии. Ведь в данном вопросе сходятся воедино интересы не только потребителя электроэнергии, но и ее непосредственного производителя.
подробнее..

• Тарифы на электрическую энергию для бытовых потребителей (населения)

Согласно постановлению национальной комиссии, выполняющей государственное регулирование в сфере энергетики от 26.02.2015 №220, тарифы для населения, начиная с 1-го марта 2017 г. следующие
подробнее..

Чем отличается электронный счетчик от индукционного?

• Устройство и принцип работы индукционного счетчика

Еще совсем недавно, в каждой квартире, частном доме или гараже можно было увидеть знакомый всем с детства электросчетчик, имеющий алюминиевый вращающийся диск и счетный механизм в виде нескольких цифровых барабанов. Такая конструкция присуща индукционному типу счетчика электроэнергии
подробнее..

Токовые нагрузки на провода, кабели и шнуры, покрытые резиновой или ПХВ изоляцией приведены исходя из расчета максимально допустимого нагрева жилы до 65 °C. Температура окружающего воздуха принята равной 25 °C, температура земли 15 °C. При определении количества проводов или жил многожильного провода, которые прокладываются в одной трубе, не принимаются в расчет нулевые и заземляющие провода. Токовые нагрузки, указанные в нижеприведенной таблице
подробнее..

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 * sin φ.
Полная мощность связана с активной и реактивной мощностью таким выражением: S 2 = P 2 + Q 2 .
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.