Что такое реактивная мощность?

Реактивная мощность — это мощность, которая проходит по кабелям, но не может потребляться машинами. Поскольку она проходит через кабели, она занимает часть мощности этих силовых кабелей. Таким образом, при высокой реактивной мощности один и тот же кабель может обеспечить меньшую полезную мощность. Кроме того, реактивная мощность (так же, как и активная мощность) генерирует тепло, проходя по кабелю. Это приводит к большим потерям энергии во время передачи.

Реактивная мощность не увеличивает напрямую потребление оборудования, но приводит к увеличению затрат и потерь энергии при передаче для сетевых операторов. Таким образом, сетевые операторы могут взимать дополнительную плату за реактивную мощность крупных потребителей.

Активная и реактивная мощность

Часть мощности, которая фактически потребляется, является активной мощностью. Вы увидите это в своем счете за электроэнергию как «нормальное» потребление энергии. Реактивная мощность — это то, что вы, как крупный потребитель, найдете в своем счете за коммунальные услуги как реактивную мощность. Во многих странах косинус фи прямо упоминается в счетах за электроэнергию.

Реактивная мощность является следствием подключения переменного тока (AC). Электросеть и многие заводы в Европе используют подключение переменного тока. При таком соединении напряжение (V) и ток (I) колеблются между положительными и отрицательными значениями подобно волне. Фактическая мощность (P), проходящая через соединение, определяется как P = V * I.

В идеале напряжение и ток точно синхронны (или софазны), так что они всегда либо оба положительные, либо оба отрицательные. Это потому, что тогда сила всегда положительна. В этом случае имеется только активная мощность и нет реактивной мощности.

На практике волны напряжения и тока не всегда меняют знаки одновременно. Это может быть связано с различным оборудованием, например, трансформаторами или электромагнитами. В результате мощность в некоторые моменты становится отрицательной. Эти моменты составляют реактивную мощность.

Что такое косинус фи (cos φ)?

Мощность, которую вы ожидаете от сети переменного тока, где напряжение и ток идеально синхронизированы, называется полной или полной мощностью. Отношение активной мощности к полной мощности называется коэффициентом мощности и выражается косинусом фи. Косинус фи представляет собой число от 0 до 1 и, таким образом, является мерой того, насколько напряжение и ток отстают друг от друга (фазовый сдвиг). Если косинус фи равен 1, активная мощность равна полной мощности и, следовательно, реактивной мощности нет.

Косинус фи, равный 0,9, означает, что активная мощность равна 0,9 * полная мощность. При более высоком косинусе фи большая часть общей мощности, проходящей через линии электропередачи, фактически может потребляться машинами. В результате требуется меньшая мощность передачи (как на станции, так и в энергосистеме) и уменьшаются потери энергии при передаче. Кроме того, сетевые операторы часто взимают плату с крупных потребителей по цене косинуса фи 0,85 и ниже.

Полная мощность, активная мощность и реактивная мощность связаны по следующей формуле:

(Кажущаяся мощность) ² = (Фактическая мощность) ² + (Реактивная мощность) ²

Основываясь на этом соотношении, мы также можем найти формулы для фактической и слепой мощности, выраженной в полной мощности:

Фактическая мощность = Полная мощность * cos φ

Реактивная мощность = Полная мощность * sin φ

Сравнение пивных бокалов

Чтобы прояснить связь между кажущейся и фактической мощностью, часто сравнивают ее со стаканом пива. Пивной бокал символизирует энергетическую систему. Пиво – это активная мощность, пена – это реактивная мощность.

Как слишком высокая активная мощность, так и слишком высокая реактивная мощность могут привести к переливанию пивного бокала. Таким образом, в этот момент энергосеть становится перегруженной. Уменьшение реактивной мощности (пены) может освободить больше места для активной мощности (пива) без необходимости использования стакана большего размера (большая мощность подключения). Таким образом, можно использовать больше энергии, не переполняя стакан.

Плохой косинус фи (коэффициент мощности)

Если косинус фи слишком мал, оператор сети несет дополнительные расходы, поскольку ему приходится передавать реактивную мощность. Поэтому в зависимости от вашего местоположения операторы сети могут использовать нижний предел косинуса фи, равный 0,85. Более низкий косинус фи вызывает больший износ и более высокую нагрузку на энергосистему. Таким образом, сетевые операторы могут обслуживать меньшее количество компаний с теми же соединениями. Требуются более мощные трансформаторы и больше меди.

За потребляемую реактивную мощность с косинусом фи ниже 0,85 сетевые операторы часто взимают дополнительную плату. Таким образом, вы платите штраф, если ваш косинус фи слишком низок и оператору сети приходится транспортировать много реактивной мощности. Таким образом, операторы сетей надеются побудить промышленные компании принять меры, когда косинус фи станет слишком низким. Поэтому выгодно поддерживать свой косинус фи как можно ближе к 1. Таким образом, вы сможете увеличить свою потребляемую мощность самостоятельно, без нового подключения, и не рискуете получить штраф.

В некоторых регионах, оператор сети использует нижний предел косинуса фи. Этот предел выше, начиная с cos phi около 0,95, дополнительные расходы уже могут взиматься с крупных потребителей. При косинусе фи ниже 0,72 эти затраты возрастают еще больше. Кроме того, в периоды низкого потребления (менее 10% пиковой мощности за последние 12 месяцев, измеряемой за 15 минут) взимается плата за минимальное количество реактивной мощности. Поэтому, если ваше энергопотребление сильно колеблется, вы можете столкнуться с дополнительными расходами на реактивную мощность, в зависимости от вашей страны. Еще одна причина поддерживать свой косфи как можно выше.

Недостатки реактивной мощности или низкого косинуса фи

Помимо штрафа, есть и другие недостатки низкого cos phi или слишком высокой реактивной мощности:

• больше потерь энергии в линиях электропередачи.
• повышенные нагрузки на установку, что может привести к перегреву и даже выходу устройств из строя.
• в результате бизнес-процессы могут быть нарушены и возникнуть узкие места.
• быстрее достигается максимальная емкость соединения, требующая ее расширения.

Причины реактивной мощности

Реактивная мощность часто возникает из-за машин, создающих магнитные поля. Трансформаторы, электромагниты, электродвигатели, освещение и компьютеры могут влиять на косинус фи. На промышленных предприятиях часто имеется больше машин с сильными магнитными полями. Следовательно, эти места с большей вероятностью будут иметь более низкий косинус фи. Соединения в домах и коммерческих объектах с меньшей вероятностью пострадают от слишком низкого косинуса фи. По этой причине только крупные потребители должны платить, когда косинус фи слишком мал. 

Сдвиг фазы

Расхождение волн напряжения и тока еще называют фазовым сдвигом. При идеальном косинусе фи, равном 1, две волны движутся точно в фазе; при низком косинусе фи наблюдается фазовый сдвиг. Этот фазовый сдвиг обычно происходит из-за магнитных полей, генерируемых машинами. В частности, от фазового сдвига страдают крупные потребители с сильными магнитными полями.

Типы фазовых сдвигов

Не каждое устройство обеспечивает одинаковый тип фазового сдвига. Мы можем разделить реактивную мощность на два типа: индуктивная (или положительная) реактивная мощность обеспечивает сдвиг фазы вперед, а емкостная (или отрицательная) реактивная мощность обеспечивает сдвиг фазы назад. 

Индуктивная реактивная мощность

В индуктивной реактивной мощности для работы устройств необходима мощность для намагничивания катушек. Это происходит, например, в электродвигателях и трансформаторах. Эта мощность называется индуктивной реактивной мощностью. В этом случае ток отстает от напряжения. 

Емкостная реактивная мощность

Емкостная реактивная мощность возникает из-за емкостных нагрузок, например конденсаторов. Примерами устройств, которые могут вызывать емкостную реактивную мощность, являются осветительные и компьютерные компоненты. В емкостной реактивной мощности ток опережает напряжение.

Индуктивная и емкостная реактивная мощность фактически имеют противоположные эффекты. Таким образом, их можно использовать, чтобы нейтрализовать друг друга. Размер и тип реактивной мощности всего коммерческого здания в конечном итоге представляют собой сумму всех типов реактивного тока в здании. Промышленные помещения больше всего подвергаются воздействию индуктивного реактивного тока.

Гармоническая реактивная мощность

Помимо фазового сдвига может существовать и гармоническая реактивная мощность. Это связано с устройствами, создающими нелинейные нагрузки в электросети. Эти устройства используют мощность не в виде равномерной синусоидальной волны, а нерегулярных импульсов. В результате они искажают волны напряжения в электросети. Это называется гармоническим загрязнением и также вызывает реактивную мощность. Примеры этих устройств включают светодиодное освещение, системы HVAC и компьютеры.

Таким образом, в общей сложности реактивная мощность состоит из трех разных типов реактивной мощности: индуктивной, емкостной и гармонической.

Уменьшите фазовый сдвиг с помощью конденсаторной батареи

Индуктивную реактивную мощность можно компенсировать с помощью конденсаторной батареи (или конденсаторной батареи). Конденсаторная батарея компенсирует фазовый сдвиг, вызванный, например, катушками намагничивания.

Батарея конденсаторов обеспечивает емкостную реактивную мощность, которая локально компенсирует фазовый сдвиг индуктивной реактивной мощности. Таким образом, оператору сети больше не нужно передавать эту реактивную мощность. В результате косинус фи подключения увеличивается, а затраты оператора сети снижаются.

Краткий обзор преимуществ конденсаторной батареи:

• позволяет избежать штрафа cos phi со стороны оператора сети
• меньшая нагрузка на электросеть
• меньшие потери энергии при транспортировке энергии
• меньшая перегрузка установок, что увеличивает срок службы и снижает затраты на жизненный цикл.
• больше мощности в той же энергосистеме — больше возможностей для расширения

Уменьшите фазовый сдвиг с помощью статического генератора реактивной мощности SVG

Статический генератор реактивной мощности SVG предотвращает сдвиг фазы путем «впрыскивания» тока. Генератор SVG определяет косинус фи и определяет, имеем ли мы дело с индуктивной или емкостной реактивной мощностью. Поскольку генератор реактивной мощности подает ток в нужное время, он работает как против индуктивной, так и против емкостной реактивной мощности.

Повысьте свою энергоэффективность с помощью экспертных советов по энергопотреблению

Консультанты по энергетике компании «Инжэлектро» используют интеллектуальное программное обеспечение для определения возможностей повышения косинуса фи и энергоэффективности в целом. На данный момент наши клиенты экономят на счетах за электроэнергию до 10-15%. Учитывая текущие цены на газ и электроэнергию, это часто приводит к потенциальной годовой экономии более 100 000 евро!