Активная реактивная полная мощность: Полная, активная и реактивная мощность (PQS) — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Упрощенные расчеты компенсации реактивной мощности для объектов подразделений энергетиков | Публикации

Анонс: статья содержит упрощенные расчеты компенсации реактивной мощности для подразделений энергетиков объектов с силовыми сетями типовой конфигурации, а также рассматривает вопросы определение эквивалентного рабочего времени нагрузки в силовой сети предприятия, эквивалентной активной мощности и мощности для компенсации перетока реактивной энергии.

Большинство конфигураций сетей промышленных предприятий подобны показанным на рисунке ниже, однако, если какой-либо из фидеров вторичного распределительного щита (SDB-п) выступать в качестве основного источника электропитания для других сегментов нагрузок процедура остается той же (т. е. иерархия сети сохраняется и расчет ниже может применяться к двум другим фазам).

Поток тока (I) в каждой линии из-за сопротивления (R_L) вызывают потерю активной мощности (∆Р) в виде:

ΔP=I²*R_L (1)

Комплексная (полная) мощность S, передаваемая по линии сети состоит из активной (Р) и реактивной (Q) составляющих, и может быть представлена формулами:

S=V*I, откуда комплексный ток I=(P + Q)/V (2)

Подставляя (2) в (1), получаем потери активной мощности:

ΔP=I²*R_L=(P² + Q²)*R_L/V²(3)

Преобразуя (3), получаем:

ΔP=P²*R_L/V²+Q²*R_L/V²=ΔP_P+ΔP_Q (4),

где ΔP_P — реальные и не компенсируемые потери активной мощности, обусловленные сопротивлением сети, а ΔP_Q — потери за счет перетока реактивной энергии, которые можно компенсировать по формуле:

ΔP_Q=(1/V²)*Q²*R_L (5)

Объем компенсирующей реактивной мощности Qc должен быть экономически и технически целесообразным и найден из общей формулы для каждого сегмента или фазы сети:

ΔP_Qi=(1/V²)*Σⁿ_I₌₁(Q_i — Q_ci)²*R_Li (6)

Общая потребляемая активная энергия (A_p) за определенный период времени (обычно один месяц) равна площади под кривой потребляемой активной мощности (𝑃(𝑡)) в течение рабочего времени (𝑇₍_𝑤/_𝑚)), как показано на рис. ниже и может быть выражено математически формулой:

A_p=∫₀⁽^𝑤/^𝑚)𝑃(𝑡)*dt=P_avg*𝑇₍_𝑤/_𝑚)(7)

Потребляемая активная энергия промышленного предприятия при односменном режиме работы (кВт*ч/месяц)

Та же площадь под кривой может быть выражена через эквивалентное рабочее время (𝑇₍_𝑤/_𝑚)(_eg)) и эквивалентную активную мощность (P_avg₍_eg)) (пунктирная линия на рис. выше) по формуле:

A_p=∫₀⁽^𝑤/^𝑚)(^eq)𝑃_avg(_eg)*dt=P_avg₍_eg)*𝑇₍_𝑤/_𝑚)(_eg)(8)

Т. е. области под кривыми на (прямые и пунктирные линии) соответствуют соответственно формулам (7) и (8), равны, а значения A_p (в кВт*ч) можно извлечь из ежемесячного счета за электроэнергию, как сумму активной энергии, потребленной по дневному и ночному тарифу за месяц. Наряду с этим, значения P_avg₍_eg) и 𝑇₍_𝑤/_𝑚)(_eg)из (8) нужно находить расчетным способом.

Определение эквивалентного рабочего времени нагрузки в силовой сети предприятия

Эквивалентное рабочее время более одного месяца (𝑇₍_𝑤/_𝑚)(_eg)) в часах можно определить, как сумму часов в рабочем режиме (потребляемая энергия A_p₍_w)), в период простоев (энергия A_p₍_aw)) и в выходные, праздничные дни (A_p₍_hd)), что соответственно представлено в виде трех слагаемых в формуле ниже:

𝑇₍_𝑤/_𝑚)(_eg)=(n_s/3)*(D₍_w/_y)/365)*n₍_h/_m)+((3 — n_s)/3)*(D₍_w/_y)/365)*n₍_h/_m)*(A_p₍_aw)/A_p₍_w))+(365 — D₍_w/_y))*(Ap₍_aw)/A_p₍_w))*24₍_h/_d)/12₍_m/_y)) (9)

Если предприятие работает в три смены в сутки по 8 часов в смену без остановок в течение года (например, в аэропорты, отделения неотложной помощи и т. д.), то п_s=3, а D₍_w/_y)=365 и, значит второе и третье слагаемое в (9) будет равны нулю.

Если предприятие работает в три смены (п_s=3) в сутки по 8 часов в смену с остановкой на выходные и праздники (промышленные объекты, некоторые химические заводы и пр.), то второе слагаемое (9) будет равно нулю, а если предприятие работает в одну-две смены (п_s=1 или п_s=2), 5 дней в неделю, кроме выходных, праздников, то в расчете будут использоваться все слагаемые формулы (9).

Определение эквивалентной активной мощности

При известных значениях эквивалентного рабочего времени нагрузки в силовой сети предприятия (в часах) и среднем потреблении энергии A_p (в кВт*ч) эквивалентная активная мощность может быть найдена (из 8) по формуле:

P_avg₍_eg)=A_p/ 𝑇₍_𝑤/_𝑚)(_eg)(11)

Подставляя значение P_avg₍_eg) из (11) в формулу ниже, определяем величину компенсирующей реактивной мощности (Qc), необходимой для повышения коэффициента мощности от cosϕ₁ к cosϕ₂, но используя tanϕ, как более точный критерий соотношения активной и реактивной энергии:

Q_c=P_avg(eg)*(tanϕ₁ — tanϕ₂) (12)

График, показывающий объемы (Q_c) в (12), показан на рис. ниже.

Эффект от компенсации реактивной мощности, где S1, S2 — полная мощность до и после компенсации (кВА), Q1, Q2 — реактивная мощность до и после компенсации (кВАр), ϕ1, ϕ2 — угол нагрузки до и после компенсации

При этом по сети с учетом min ΔР, отсутствия рисков перекомпенсации и Q_c = Σ^𝑛_i=1Q_ci для оптимизации затрат должны выполняться условия:

Q_ci₍_min₎≤Q_ci БОЛЬШЕQ_i (13)

Математическое решение вопроса методом Лагранжа позволяет получить простые базовые формулы:

для расчетов обратного значения эквивалентного сопротивления 1/R_eg
1/R_eg=1/R_L₁+ 1/R_L₂+…+ 1/R_Ln (14)
для оптимального значения Q_ciQ_ci = Q_i — (Q — Q_c)*R_eg/R_L (15)

где:

Q_ci — мощность конденсаторной батареи на SDB-i линии сети в кВАр,
Q_i — реактивная нагрузка на SDB-i линии сети в кВАр, суммарная реактивная нагрузка в силовой сети в кВАр,
Q_c — мощность компенсирующих конденсаторов из (12).

Для определения реальной финансовой целесообразности применения конденсаторных установок компенсации реактивной мощности могут быть использованы формулы из этого материала, но важно учитывать следующие безусловные факты: компенсация реактивной мощности имеет ряд «косвенных» технических выгод от увеличения срока службы оборудования, кабельных линий, до повышения качества электроэнергии и снижения рисков аварийности силовой сети; для любой силовой сети сегодня нужно рассматривать проблемы, как компенсации реактивной мощности, так и нивелирования гармонических искажений, что имеет свои технические и финансовые преимущества.

компоненты мощности и их характеристики

Как известно, ток делится на два вида: переменный и постоянный. Для каждого из типов существуют свои особенности. Так, постоянный ток является более простым в понимании и описании.

Что касается мощности, то она исчисляется по формуле P=UI. Что же касается цепей с переменным током, то в них все более сложно.

В сетях такого типа происходит деление ее на составные части: активную, реактивную и полную.

Рассмотрим эти понятия подробнее и выясним основные различия активной и полной.

Определения

Вид тока, который проходит по электрической сети, в большинстве своем определяется количеством нагрузки. В случае постоянного типа электричества количественные значение определяет резистор. Значение при этом определяется по одной из формул.

P=U*I

P=I2*R

P=U2/R

В этих формулах P – мощность, I – сила тока, U – нагрузка на электрическую сеть, R – сопротивление.

Согласно физике, ее делят на два основных типа.

Активная имеет иное название – резистивная. Она характерна для работы ламп накаливания.
Реактивная часть имеет свои два подтипа: индуктивный и емкостный. Первый из них встречается в катушках трансформаторов и двигательных элементах. Второй характерен для установок с конденсаторами.

Стоит также отметить, что реактивная характерна лишь для тока переменного типа.

По этой причине она присутствует в домашних электрических сетях. Далее рассмотрим основные отличия активной и полной подтипов мощности.

Характеристики реактивной, активной и полной

Согласно курсу физики и приведенным в ней определениям, реактивная составная мощности возникает при условии несовпадения фаз тока и напряжения по времени.

Понять, как будет себя вести напряжение по отношению к току можно, проанализировав подключенные приборы.

Возможны два варианта: индуктивность (когда положение напряжения ведет себя быстрее от фазы тока) и емкость (ситуация, обратная к предыдущей). Используем графики для наглядной демонстрации.

На картинке видно, что совпадение направлений движения векторов напряжения и тока говорит о полном совпадении фаз.

В случае изображения векторов под углом один к одному можем наблюдать обгон или отставание фазных значений. Детализируем оба случая.

Индуктивность описывает ситуацию, когда напряжение идет быстрее от тока. Разница между фазами измеряется в градусной мере. Для отображения конкретного угла используют букву «Фи» греческого происхождения.

В идеальной ситуации угол будет равен 90 градусам. Однако на практике такого положения практически невозможно добиться. Этому будут способствовать целый ряд факторов.

По этой причине расстояние межфазное зависит от полной нагрузки, которую будет выдерживать сеть.

Другой случай несовпадения фаз – емкость. Для такого типа характерно опережение движения и размещения вектора тока по отношению к напряжению.

Иными словами, в емкости напряжение не может менять свои значения быстро, а вот в индукции мгновенное изменение значений возможно.

Мощности в виде треугольника и угол Фи

Рассмотрим все составные компоненты сети. В нее будут входить все фазы как тока, так и напряжения. На основе данных попробуем нарисовать векторную диаграмму.

Пускай активная часть элементов соответствует горизонтальной ветви, а реактивная располагается на вертикали. Далее проведем соединительный вектор от концов осей. Получим треугольник, который в кругу электриков называется «треугольник мощностей».

Проанализирует полученные стороны. Так, две из них нам известны и отвечают за активную и реактивную части. А вот соединительная сторона будет отвечать за полную.

Согласно рисунку, введем буквенное обозначение типов: S–полная (измеряется в Вольт-Амперах), Q – реактивная (единицы измерения Вольт-Амперы реактивные), P – активная (измеряется в привычных Ваттах).

Примеры расчетов

На первый взгляд, высчитать значение полной мощности довольно просто. Однако это не так. Для ее определения принято использовать комплексный вид формулы.

На практике такая точность не всегда важна и для рядового потребителя достаточно знать примерное число.

Разберемся, как можно упростить формулу для, например, расчета потребляемой мощности в доме или квартире. Согласно данным, потребители платят лишь за активные составные мощности электрической энергии.

P=S*cosФ

Посмотрев формулу, можно заметить добавление нового компонента – косинуса угла Фи. Как мы знаем, угол показывает сдвиг фаз, то есть разницу между активным элементом из указанного выше в треугольника и полным значением. Косинус кута характеризует коэффициент мощности и находится из выражения.

cosФ=P/S

Если необходимо рассчитать реактивную часть мощности, то стоит использовать выражение.

Q = U*I*sinФ

Стоит отметить, что приведенные формулу можно использовать для всех типов цепей, не зависимо от количества фаз. Меняться будет лишь коэффициент.

Часто задаваемые вопросы

Деление мощности на подтипы является важным фактором. Его необходимо учитывать при ведении расчетов. Для упрощения понимания стоит посмотреть приведенные ниже наиболее часто встречающиеся вопросы.

Какой тип работы выполняется мощностью реактивного вида?

Что касается полезной части работы, то на реактивную мощность она не распространяется. Но, с другой стороны, она является неотъемлемой частью полной мощности. С целью уменьшения общей нагрузки на сеть, реактивную составную стараются компенсировать.

Каким образом можно компенсировать реактивную часть?

Главным образом за счет установки специальной системы для компенсации. Часто эту роль исполняют электродвигатели синхронного типа.

Каковы причины возникновения реактива?

Основная причина тому широкое использование электродвигателей как в повседневной жизни, так и на больших предприятиях.

Какой вред при большом использовании реактивной мощности?

Основной минус в завышенной плате за мощность в счетах предприятий. Это связано с потреблением или как активной, так и реактивной компонентов мощности. В домашних условиях потребители, стоит заметить, используют лишь активный компонент и потому платят лишь за нее.

Мощность представляет собой обширное понятие, включающее несколько подтипов. Влияние активной и реактивной частей следует учитывать во время проведения расчетов.

Активная, реактивная и полная мощность

Электрическая

от on

Следуйте @https://twitter.com/aticleworld

Если вы работаете в сфере измерения, то необходимо знать мощность переменного тока (активную, реактивную и полную мощность). Давайте посмотрим на введение активной, реактивной и полной мощности.

Активная мощность:

Активная мощность также называется фактической мощностью, реальной мощностью или рабочей мощностью. Это мощность, которая фактически питает оборудование и выполняет полезную работу. Измеряется в киловаттах (кВт) или МВт.

Реактивная мощность:

Реактивная мощность — это мощность, необходимая магнитному оборудованию (трансформатору, двигателю и реле) для создания намагничивающего потока. Реактивная мощность течет туда и обратно, что означает, что она движется в обоих направлениях в цепи.

Реактивная энергия вызывает перегрузку линий, трансформаторов и генераторов, не обеспечивая полезной работы. Однако он прописан в счете, поэтому может значительно увеличить общую сумму к оплате. Реактивная мощность измеряется в реактивных киловольт-амперах (кВАр) или МВАР.

Полная мощность:

Полная мощность представляет собой «векторную сумму» квар и киловатт. Полная мощность измеряется в кВА или МВА.

Коэффициент мощности (cos φ):

Коэффициент мощности является выражением энергоэффективности. Это отношение рабочей мощности (активной мощности), измеренной в киловаттах (кВт), к полной мощности, измеренной в киловольт-амперах (кВА).

Полная мощность, также известная как потребление. Он относится к потреблению активной и полной энергии в установке. Полная энергия также зависит от активной и реактивной энергии.

При одинаковом потреблении активной энергии, чем больше реактивной энергии используется, тем меньше коэффициент мощности и тем больше экономический штраф (в случае, если cosφ ниже определенного значения).

Давайте посмотрим на треугольник мощности, чтобы понять взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью.

На приведенном изображении видно, что комплексная мощность представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощности. Кажущаяся мощность – это величина комплексной мощности. давайте посмотрим на терминологию, которая использовалась на изображении

P => Активная мощность
Q => Реактивная мощность
S => комплексная мощность
|С| => Полная мощность
φ => Фаза напряжения относительно тока

Таким образом, приведенное ниже выражение дает соответственно активную, реактивную и полную мощность.

Активная мощность P = V x I cosϕ = V I cosϕ
Реактивная мощность Pr или Q = V x I sinϕ = V I sinϕ
Комплексная мощность S = P + jQ
Полная мощность = |S| = √P² + Q²

Давайте рассмотрим все концепции с помощью простой аналогии Бера для лучшего понимания. Предположим, вы заказываете кружку любимого пива. Вы увидите, что вместе с пивом в кружке присутствует немного пены. Итак, если мы разделим пивную кружку на 3 части, то пиво — это активная мощность (кВт), пена — реактивная мощность (квар), а кружка — кажущаяся мощность (кВА). См. изображение ниже.

Знать об активной, реактивной и полной мощности и важности коэффициента мощности на судне

Система переменного тока используется на судах из-за ее гибкости в применении, т. е. легкого преобразования в постоянный ток, изменения напряжения по мере необходимости, меньшего и компактного оборудования для определенной номинальной мощности и т. д.

Содержание

Основные электротехнические услуги на судне: двигатель, освещение и отопление. Эти услуги также называются нагрузкой для генератора электроэнергии (Generator). Эти нагрузки потребляют электроэнергию через резистор, катушку индуктивности и конденсатор. Это пассивные электрические компоненты из-за их характера акцептора энергии. На самом деле эти компоненты хранят или поддерживают энергию в виде напряжения или тока.

Электрическая мощность (электрическая мощность есть не что иное, как поток электрической энергии) системы переменного тока состоит из 2 компонентов: активной мощности и реактивной мощности

Пассивные компоненты электроэнергии

Резистор: Потребляет реальную мощность.
Индуктор: Потребляет реактивную мощность.
Конденсатор: Потребляет реактивную мощность.

Примечание. Катушка индуктивности и конденсатор являются компонентами накопителя энергии.

Активная мощность

Предположим, простая цепь с резистором, питание V (напряжение) и ток I (ток). Осциллограммы напряжения и тока совпадают по фазе, то есть ток и напряжение находятся в одной фазе. И его форма волны мощности (V × I) всегда положительна, т. е. поток мощности всегда положителен. Это означает, что мощность берется из источника питания (источника) и преобразуется в выходную мощность резистором. Эта сила есть не что иное, как Активная Сила.
Потеря мощности на сопротивлении. Это фактическая мощность, подаваемая на нагрузку.
Активная мощность течет только в одном направлении и представляет выходную мощность.
Эта мощность также называется реальной мощностью, фактической мощностью, истинной мощностью, полезной мощностью и полной мощностью в ваттах.
Его символ (P) и единица измерения (кВт). (1000 Вт = 1 кВт)

Реактивная мощность

Предположим, что катушка индуктивности находится в цепи с питанием V (напряжение) и потоком I (ток). Здесь осциллограммы напряжения и тока равны 90° друг к другу, т. е. ток и напряжение не находятся в одной фазе, как поток активной мощности. Его форма волны мощности является как положительной, так и отрицательной. Эта мощность есть не что иное, как реактивная мощность.
Это потеря мощности на реактивном сопротивлении (реактивное сопротивление = индуктивность + емкость). Эта мощность непрерывно перемещается туда-сюда (т. е. течет между нагрузкой и источником).
Реактивная мощность меняет направление на противоположное каждые 1/4 ^-го-го цикла и не представляет выходную мощность.
При пуске каждые 1/4 ^-й-й цикл, электрический ток передается от источника к нагрузке (компонент накопления энергии) по мере увеличения тока и накопления энергии в магнитном поле/электрическом поле нагрузки. А в следующую 1/4 ^-го-го цикла ток падает до нуля и исчезает магнитное/электрическое поле нагрузки с запасенной в ней энергией. Эта накопленная энергия возвращается к источнику. Снова в следующей 1/4 ^-го-го цикла ток увеличивается и подается на нагрузку, и процесс повторяется.
Здесь мощность попеременно положительная и отрицательная, поскольку энергия накапливается и разряжается. Таким образом, форма волны мощности сначала положительная, а затем отрицательная.
Эта мощность также называется бесполезной мощностью и мощностью без ватт.
Его символ (Q) и единица измерения (кВАр). (1000 ВАр = 1 кВАр)

Суммарная мощность

Это равнодействующая активной мощности и реактивной мощности.
Общая мощность = Активная мощность + Реактивная мощность
Эта мощность также называется полной мощностью.
Его символ (S) и единица измерения (кВА). (1000 ВА = 1 кВА)

Электрическая мощность в однофазной и трехфазной системе: (для трехфазной системы уравнения мощности умножаются на √3 с уравнениями мощности однофазной системы)

Теперь мы можем понять взаимосвязь между активной мощностью, реактивной мощностью и полной мощностью с помощью треугольника мощности.
Треугольник мощности

Соотношение активной мощности, реактивной мощности и полной мощности можно представить тригонометрически (т. е. с помощью прямоугольного треугольника), и это представление называется треугольником мощности.
Для графического представления предположим, что активная мощность = основание (по горизонтали), реактивная мощность = высота (по вертикали) и полная мощность = гипотенуза, тогда согласно теореме Пифагора: (полная мощность)² = (активная мощность)² + (реактивная мощность)² .
Коэффициент мощности = (активная мощность)/(полная мощность), т. е. Cos ϕ = кВт/кВА

Для более практического понимания рассмотрим две известные аналогии: аналогия с пивом и аналогия с пакетом чипсов
аналогия с пивом

Предположим, что вы в ресторане за пивом, а теперь наблюдайте за стаканом пива и сравните с этой электрической мощностью:
Фактическое количество пива = Активная мощность, Количество пены = Реактивная мощность и Общее количество пива есть не что иное, как (фактическое количество пива + количество пены) и это то же самое, что и полная мощность.
Здесь только фактическое количество пива удовлетворяет нашу потребность или жажду, а не пену. Точно так же только активная мощность удовлетворяет потребность в мощности, а не в реактивной мощности, и поэтому она называется полезной мощностью.

Полная мощность представляет собой сумму активной и реактивной мощностей. Если вы хотите увеличить активную мощность (кВт), вам необходимо уменьшить реактивную мощность (кВАр) для конкретного оборудования. кВА = кВт ↑ + кВАр ↓, Это означает, что для постоянной номинальной мощности (кВА) при увеличении активной мощности реактивная мощность уменьшается.

Аналогия пакета чипов

Рассмотрим пакет чипов и соотнесем его как: фактическое наличие чипов = активная мощность, воздух (пустой) присутствует = реактивная мощность и общая емкость (размер) пакета есть не что иное, как кажущаяся (общая) власть.
Здесь полезно только фактическое количество микросхем, а не воздух (пустое пространство) и точно так же в системе переменного тока полезна только активная мощность, а не реактивная.

Понятие коэффициента мощности

Это не что иное, как доля активной мощности в общей мощности. Например: если коэффициент мощности равен 0,8, это означает, что активная мощность составляет 80 % от общей мощности (100 %).
Измеряет эффективность преобразования общей мощности в выходную мощность (активную мощность).
Это косинус угла между током и напряжением, т.е. угол отставания тока. Это означает, что диапазон cos – это диапазон коэффициента мощности, т. е. -1 ≤ коэффициент мощности (cos ϕ) ≤ 1
Cos ϕ = кВт/кВА, Cos ϕ = P/VI, Cos ϕ = сопротивление/импеданс, Cos ϕ = True мощность/Полная мощность
На корабле предпочтителен коэффициент мощности 0,8, но это не обязательно. В электрической системе всегда присутствуют индуктивные нагрузки, поэтому мы не можем полностью игнорировать реактивную мощность.

Мы хотим, чтобы коэффициент мощности был как можно ближе к 1. Это означает, что активная мощность должна иметь тенденцию к полной мощности, поскольку более высокий коэффициент мощности (т. е. более высокая активная мощность) указывает на меньшие потери, хорошее регулирование напряжения, высокий КПД, уменьшенный размер оборудования. и т. д.

Низкий коэффициент мощности

P = VI Cos ϕ, I = P/(V Cos ϕ), поэтому коэффициент мощности обратно пропорционален току.
Если коэффициент мощности уменьшается, ток увеличивается. А из-за сильного тока возможны следующие возможности:

Потери будут высокими, а эффективность низкой.
Для больших токов требуется проводник большего размера, поэтому это дорого.
Меньший коэффициент мощности означает более высокую номинальную мощность в кВА, больший размер оборудования и, следовательно, более высокую стоимость.
Более низкий коэффициент мощности означает более высокий ток, что приводит к более высокому падению напряжения. Возникнет дисбаланс в регулировании напряжения.

Улучшение коэффициента мощности

Как правило, все нагрузки потребляют как активную, так и реактивную мощность.

Но в идеале они должны потреблять активную мощность. Поэтому должна быть система увеличения активной мощности и уменьшения реактивной мощности. И делается это за счет улучшения коэффициента мощности. Улучшение коэффициента мощности означает улучшение распределения активной мощности в полной (полной) мощности. Для улучшения коэффициента мощности нам необходимо увеличить активную мощность или уменьшить реактивную мощность, и это делается следующими способами:

Использование конденсатора: Уменьшает индуктивную нагрузку, т.е. реактивную мощность, и минимизирует разность фаз между током и напряжением.

При использовании синхронного конденсатора: Он действует как конденсатор и увеличивает коэффициент мощности. Это дорого в использовании.
С помощью фазовращателя: Используется в двигателях для возбуждения ампер-витков для улучшения коэффициента мощности. Ускоритель фазы — это просто возбудитель.

Примечание.