Баланс реактивной мощности цепи

36. Баланс активных и реактивных мощностей.

Активная мощность источников (турбогенераторов и гидрогенераторов электростанций, нетрадиционных источников, гидроаккумулирующих станций и др.) в любой момент времени соответствует потребляемой мощности (нагрузке) :

где ΣPи – суммарная активная мощность источников; ΣРсн – собственные нужды генерирующих источников; ΔРп – потери активной мощности.

Приведенное уравнение определяет баланс активных мощностей в электрической системе.

Баланс активных мощностей соответствует определенным значениям частоты и напряжения в узлах, к которым подключены потребители (нагрузки). Изменение мощности источников связано с изменением частоты и напряжения очевидным равенством, получающимся разложением в ряд Тейлора функции ΣРн = F(f; U):

При нарушении баланса мощностей вследствие снижения генерирующей мощности или увеличения потребления активной мощности устанавливается режим с изменившимися значениями составляющих уравнения баланса мощности. Снижение генерируемой мощности приводит к уменьшению

частоты и напряжения в системе и, наоборот, с увеличением мощности источников возрастают частоты тока и напряжения одинаково в любом узле электрической системы. Воздействовать на изменение частоты можно только изменением генерируемой активной мощности. На тепловых и гидравлических электростанциях это достигается увеличением или уменьшением выпуска энергоносителя, т. е. пара или воды.

Уравнение баланса реактивной мощности:где ΣQг, ΣQc, ΣQк – реактивная мощность, генерируемая генераторами электростанций, компенсирующими устройствами (синхронными компенсаторами, конденсаторами и другими устройствами, а также емкостями воздушными кабельных линий); ΣQн + ΣQн + ΣΔQп – реактивная мощность, потребляемая нагрузками, а также собственными нуждами электроснабжения и обусловленная потерями в элементах систем электроснабжения. Реактивная или обменная мощность существенно влияет на такие параметры систем электроснабжения, как потери мощности и энергии и уровни напряжения в узлах сети.

38.Компенсирующие устройства.

Батареи статических конденсаторов (БК) могут работать лишь как источники реактивной мощности. Их выпускают на различные номинальные напряжения и мощности. БК на напряжение до 1000 В обычно включаются по схеме треугольника, так как при этом к конденсатору приложено линейное напряжение и в три раза увеличивается реактивная мощность по сравнению с соединением в звезду:,где Uл – линейное напряжение сети; С – емкость трех фаз батарей; ω – угловая частота.

Достоинства БК: 1) малые удельные потери активной мощности (0,0025–0,005 Вт/вар); 2) простота производства монтажных работ (малые габариты, масса, отсутствие фундаментов); 3) простота эксплуатации (ввиду отсутствия вращающихся и трущихся частей); 4) возможность их установки в центре реактивных нагрузок или около электроприемников; 5) для установки конденсаторов может быть использовано любое сухое помещение; 6) возможность постепенного увеличения мощности БК.

Недостатки БК: 1) зависимость генерируемой РМ от напряжения; 2) недостаточная прочность, особенно при КЗ и перенапряжениях; 3) малый срок службы; 4) пожароопасность; 5) наличие остаточного заряда; 6) перегрев при повышении напряжения и наличии в сети высших гармоник, ведущих к повреждению конденсаторов; 7) сложность регулирования РМ (РМ регулируется ступенчато).

Для плавного регулирования реактивной мощности применяются непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). Такой компенсатор представляет собой нерегулируемый генератор высокой частоты, включенный через НПЧ (рис. 16.5, а).

В зависимости от соотношения напряжений сети иа, иь, ис и напряжений на выходе НПЧ ual, ubv ucl компенсатор может генерировать или потреблять реактивную мощность. При этом от генератора высокой частоты реактивная мощность в любом случае потребляется. Учитывая это, в качестве генератора можно использовать статическое устройство, содержащее LC-контуры (рис. 16.5, б). Так как конденсаторы в рассматриваемом компенсаторе работают на высокой частоте, он имеет некоторое преимущество по габаритным размерам и стоимости по сравнению с другими типами компенсаторов.

В качестве источников реактивной мощности для прямой компенсации также используются компенсаторы с искусственной коммутацией тиристоров. Такой компенсатор представляет собой параллельное соединение двух трехфазных преобразователей. Изменение знака угла управления тиристоров достигнуто искусственной коммутацией тока в вентильных контурах напряжениями коммутирующих конденсаторов, а не напряжением сети.Косвенная компенсация реактивной мощности заключается в том, что параллельно нагрузке включается стабилизатор реактивной мощности, обеспечивающий неизменную величину суммарной реактивной мощности

QΣ = Qн (t ) +Qст (t ) = const, где Qн(t) – реактивная мощность нагрузки; Qст(t) – реактивная мощность стабилизатора.

Рис. 16.5. Установка прямой компенсации реактивной мощности с непосредственным пре-

образователем частоты (а), с непосредственным преобразователем частоты и LC-контурами (б)

Суммарная реактивная мощность QΣ компенсируется с помощью БК. В качестве стабилизаторов в настоящее время используются тиристорные

компенсаторы реактивной мощности.

Наиболее широкое распространение получили компенсаторы с фазоуправляемыми тиристорными ключами. На рис. 16.6, а представлена схема

однофазного тиристорного фазоуправляемого ключа. Угол управления а изменятся в пределах от 0 до π/2. Если допустить, что активное сопротивление реактора равно нулю, то для интервала проводимости тиристоров можно записать ,отсюда ток через индуктивность

,где

Рис. 16.6. Схема фазоуправляемого тиристорного регулятора (а), кривые тока i(t), напряжения u(t) при угле управления а ≠ 0 (б) Ток компенсатора при угле управления α ≠ 0 становится несинусоидальным. Кривые тока i(t), напряжения u(t) компенсатора при угле управления α ≠ 0 приведены на рис. 16.6, б.

Источник

Активная и реактивная мощность: определение, формулы, как найти — понятная информация для чайников

Что такое активная и реактивная мощность, кто их придумал и какие формулы существуют для их расчета – все это несложные вопросы физики, если рассказать о них простыми словами. Поймут даже чайники.

Мощность в цепи переменного электрического тока

Многих пугает все разнообразие мощностей, которое описывается в задачниках по физике. Но все не так сложно, если ознакомиться с теорией, написанной простыми словами. Что такое активная и реактивная мощность, как они соотносятся между собой и что на самом деле означает выражение на полную мощность.

Для начала стоит вспомнить, что же собственно подразумевается под мощностью в физике. Это соотношение передаваемой энергии от одной системы к другой в течение определенного времени передачи. Мощность обычно измеряют в Ваттах (сокращенно Вт/W), которые представляют собой 1 джоуль энергии, который передается другой системе за 1 секунду.

И лишь в астрофизике или теоретической физике могут применяться другие величины для мощности, но они уже не являются системными по умолчанию. В электричестве под этим понятием подразумевается именно передача электроэнергии. Далее речь пойдет о сетях переменного тока, которые используются в быту и производстве.

Если говорить о практическом значении физики, то, в первую очередь, интерес будет представлять активная мощность. Реактивная мощность интересует тех, кто собирается заниматься процессами ее компенсации.

На заметку! Следует отметить уникальность единицы измерения активной мощности, которая отличается среди всех остальных типов мощностей.

Мощность переменного тока может быть разделена на:

Что такое активная мощность

Активная мощность — это некая часть мощности, связанная непосредственно с трансформацией в какой-либо другой вид энергии. Она измеряется в таких единицах измерения, как ватты, сокращенно Вт. Когда речь заходит о формулах, в них активная мощность обозначается буквой Р. Она также связана с неким периодом частоты переменного типа тока. Логично, что этот тип мощности может описывать процессы лишь с участием переменного тока.

Бытовые электроприборы обладают различной мощностью. В чем измеряется их активная мощность, уже шла речь выше: в ваттах. Другая проблема, что производители бытовых приборов часто указывают лишь пиковую мощность, которую устройство готово демонстрировать лишь на протяжении ограниченного временного промежутка.

Одна из наименьших активных мощностей у зарядных устройств – всего около 2 Вт в час. Одна из наибольших у бытовых моек высокого давления – мощность доходит до 3500 Вт. Где-то посередине окажутся стиральные машины, водонагреватели и блендеры.

Интересно! Единица измерения активной мощности, ватты, названа в честь шотландского инженера и изобретателя Джеймса Уатта, жившего на рубеже XVIII – XIX веков.

Среди наименее известных изобретений механика значится машина для копирования скульптур и барельефов. А наиболее известна первая придуманная им единица для измерения мощности – это была лошадиная сила. Здесь речь шла не о движении, производимом в горизонтальной плоскости, а о способности лошадей поднимать людей или грузы в шахтах.

Что такое реактивная мощность

Реактивная мощность – это та часть мощности, которая вернется в сеть обратно. Более детально этот процесс можно описать так: это «вредоносный» процесс, который не полезен для всей системы, он характерен для устройств с нагрузкой индуктивного или емкостного типа.

Логично, что эта часть мощности никак не помогает полезным процессам, не является активной. Задача состоит в том, чтобы компенсировать реактивную мощность. Ее обозначают заглавной буквой Q, а единица измерения реактивной мощности: вольт-амперы, которые обозначаются как Вар.

Что такое полная мощность

Если кратко, то в бытовом аспекте многие путают активную и полную мощность, называя «полной» активную. На самом деле полная мощность – это сочетание активной и неполезной реактивной.

Так что в сети переменного тока считают вместе рассеиваемую и поглощаемую мощность, и получают общее значение. Мощность в этом случае обозначается буквой S. Для ее измерения также используются единицы Вар.

Смысл реактивной нагрузки

Что такое реактивная мощность в рамках производства – это потеря средств. Как только она становится повышенной, предприятие может начать тратить на электроэнергию больше, чем изначально рассчитывалось.

Полная мощность должна включать как можно меньше работы для двигателей вхолостую, нормальным считаются показатели от 60% и выше. Важно перенаправить все так, чтобы избежать чрезмерного перегрева проводников сети. Чаще всего это достигается тем, что устанавливается устройство под названием конденсаторный блок.

Что такое реактивная мощность – мощность, которая появляется в тех сетях, в которых присутствуют реактивные элементы. Энергия накапливается в цепи, после чего она возвращается обратно.

Таким образом, устройства нагреваются при работе, что можно заметить по длительной работе даже такого маломощного предмета ежедневного быта, как зарядное устройство для смартфона.

Для электроприбора есть нормальный коэффициент реактивной мощности. Обычно он составляет от 0,9 до 0,5. Производители указывают его в инструкции по эксплуатации или в паспорте устройства.

Смысл реактивной нагрузки состоит в том, что она создает сдвиг по времени между напряжением и фазами тока. Расчеты и применение формул для вычисления реактивной мощности позволяют не только достигать высокой производительности устройств при меньших затратах на электроэнергию, но и помогают избегать аварийных ситуаций.

Часто возникает вопрос, как правильно определять коэффициент реактивной мощности в случае с бытовыми электросетями перед домашним счетчиком.

Для этого используется формула:

В данном случае Еw – это активная мощность, а вот Eq – это уже реактивная.

Треугольник мощностей

Формула расчета полной, активной и реактивной мощностей достаточно понятно может описывать взаимоотношения этих трех аспектов. Но яснее их взаимоотношения можно выразить на плоскости в виде треугольника мощностей. Так как все они тригонометрически соотносятся. Угол, который возникает между полной и активной мощностями называется фазовым углом и ясно показан на рисунке.

Формулы и единицы измерения

Единица измерения реактивной мощности такая же, как у полной – вольт-амперы, Вар, а для расчета активной используется единица в виде Вт.

Что такое активная и реактивная мощность в совокупности – так называемая полная мощность. Она рассчитывается по следующей простой формуле:

√ (Активная мощность2 + Реактивная мощность2)

То есть требуется найти квадратный корень из суммы квадрата активной и квадрата реактивной мощностей.

Как найти реактивную мощность:

√ (Полная мощность2 – Активная мощно сть2)

То есть квадратный корень из вычитания квадрата активной мощности из квадрата полной мощности. Когда речь заходит о вычислении активной мощности, то применяется, соответственно, формула:

√ (Полная мощность2 – Реактивная мощность2)

Квадрат из вычитания квадрата реактивной мощности из квадрата полной мощности.

Также могут понадобиться другие формулы для точных вычислений в некоторых случаях. Для однофазных цепей может применяться своя формула:

А в трехфазных цепях уже будет действовать следующий вариант:

Важно! Во всех случаях необходимо внимательно следить за единицами измерений. Киловатты необходимо еще до вычисления по формулам переводить в ватты. Киловольтамперы, соответственно, переводят в вольтамперы.

Как найти активную, реактивную и полную мощность

Коэффициент реактивной мощности позволяет оптимизировать работу и избежать нагрева устройства. Профессионалы обычно используют большее количество параметров в расчетах, чтобы компенсировать негативные моменты реактивной мощности. Но для решения рядовых задач по физике вполне применима приведенная выше формула.

Полная мощность, активная и реактивная мощность для чайников может быть представлена несколькими формулами. Важно лишь помнить о ситуационных единицах измерения, об актуальных обозначениях и о треугольнике мощностей, чтобы справиться с расчетами.

Баланс мощностей цепи переменного тока│Активная, реактивная и полная мощности

Источник