Электрическия система вырабатывает полную энергию, которая делится на полезную, или активную и остаточную под названием реактивная энергия. О том, что это такое и как ведётся её учёт, расскажет статья.
Остаточная энергия: что это такое?
Все электрические машины представлены реактивными и активными элементами. Именно они и потребляют электрическую энергию. К ним относят реактивные соединения кабелей, конденсаторные и трансформаторные обмотки.
В процессе течения переменного тока на этих сопротивлениях индексируются реактивные электродвижущие силы, которые создают реактивный ток.
В установках и приборах, создающих переменный ток, используется реактивная энергия в электросети, которая создает магнитное поле электрического поля.
Влияние индуктивного сопротивления на создание магнитного поля
Все приборы, которые питаются от электросети, имеют индуктивное сопротивление. Именно благодаря ему знаки тока и напряжения противоположны. Например, напряжение имеет отрицательный знак, а ток - положительный, или наоборот.
В это время электроэнергия, создаваемая в индуктивном элементе про запас, колебательными движениями исходит по сети за счёт нагрузки от генератора и обратно. Этот процесс и называется реактивной мощностью, которая создает магнитное поле электрического поля.
Для чего необходима реактивная энергия?
Можно сказать, что она направлена на регулировку изменений, которые вызывает в сети электрический ток. Сюда относят:
- поддержка магнитного поля во время индуктивности в цепи;
- при наличии конденсаторов и проводов поддержка их заряда.
Проблемы при выработке реактивной мощности
Если в сети существует большая доля выработки реактивной мощности, то приходится:
- повышать мощность силовых аппаратов, которые предназначены для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения;
- увеличивать сечение кабелей;
- бороться с ростом потери мощности в силовых аппаратах и линиях передач;
- увеличивать плату за потребление электроэнергии;
- бороться с потерей напряжения в сети.
В чём разница между активной и реактивной энергией?
Люди привыкли платить за ту электроэнергию, которую они потребляют. Они оплачивают энергию, используемую для обогрева помещения, приготовления еды, нагревания воды в ванной комнате (кто пользуется индивидуальными водонагревателями) и другую полезную электрическую энергию. Именно она и называется активной.
Активная и реактивная энергии различны в том, что вторая представляет собой оставшуюся часть энергии, которая не используется в полезной работе. Другими словами, они обе образуют полную мощность. Соответственно, потребителям невыгодно оплачивать помимо активной ещё и реактивную энергию в электросети, а поставщикам выгодно, чтобы они платили за полную мощность. Можно ли как-нибудь урегулировать этот вопрос? Давайте рассмотрим это.
Чем измеряют потребление энергии?
Для замера потребленной энергии используют счетчик активной и реактивной энергии. Всё они делятся на счетчики с одной фазой и тремя фазами. В чем же их различие?
Однофазные счетчики применяют для учета электрической энергии у потребителей, которые используют ее для бытовых нужд. Питание выполняется однофазным током.
Трехфазные счетчики используются для учета полной энергии. Они классифицируются исходя из схемы электроснабжения на трех- и четырехпроводные.
Различая счетчиков по способу включения
По тому, как они включаются, их делят на три группы:
- Не используют трансформаторы и напрямую включаются в сеть счетчики прямого включения.
- С использованием силовых аппаратов включаются счетчики полукосвенного включения.
- Счетчики косвенного включения. Они подключаются к сети не только с использованием силовых аппаратов тока, но и с использованием трансформаторов напряжения.
Различая счетчиков по способу оплаты
По способу начисления платы за электроэнергию принято делить счетчики на следующие группы:
- Счетчики, основанные на применении двух тарифов – их действие состоит в том, что тариф за потребляемую энергию меняется в течение суток. То есть в утренние часы и днем он меньше, чем в вечернее время.
- Счетчики с предварительной оплатой – их действие основано на том, что потребитель платит за электроэнергию заранее, так как находится в отдаленных местах проживания.
- Счетчики с указанием максимальной нагрузки – потребитель платит отдельно за потребленную энергию и за максимальную нагрузку.
Учет полной мощности
Учет полезной энергии направлен на определение:
- Электрической энергии, вырабатываемой машинами по производству напряжения на электростанции.
- Количества энергии, которая расходуется на собственные потребности подстанции и электростанции.
- Электроэнергии, направленной на расходование ее потребителями.
- Энергии, переданной для других энергосистем.
- Электрической энергии, которая пущена по шинам электростанций к потребителям.
Учитывать реактивную электрическую энергию при передаче потребителям от электростанции необходимо только в том случае, если эти данные подсчитывают и контролируют режим работы устройств, компенсирующих эту энергию.
Где проводят контроль оставшейся энергии?
Счетчик реактивной энергии устанавливают:
- Там же, где и счетчики по учету полезной энергии. Устанавливают их для потребителей, которые платят за полную используемую ими мощность.
- На источниках присоединения реактивной мощности для потребителей. Это делается, если приходится контролировать процесс работы.
Если потребителю разрешено пускать оставшуюся энергию в сеть, то ставят 2 счетчика в элементах системы, где идет учет полезной энергии. В других случаях ставят отдельный счетчик для учета реактивной энергии.
Как сэкономить на потреблении электричества?
Большой популярностью в этом направлении пользуется прибор для экономии электричества. Его действие основано на подавлении остаточной электроэнергии.
На современном рынке можно найти много подобных устройств, в основе которых лежит трансформатор, направляющий электроэнергию в нужное русло.
Прибор для экономии электричества направляет эту энергию на разнообразное бытовое оборудование.
Рациональное использование электроэнергии
Для рационального использования электроэнергии применяется компенсация реактивной энергии. Для этого применяют конденсаторные установки, электродвигатели и компенсаторы.
Они помогают уменьшить потери активной энергии, которые обусловлены перетоками реактивной мощности. Это существенно влияет на уровень транспортных технологических потерь распределительных электрических сетей.
Чем выгодна компенсация мощности?
Применение установок для компенсации мощности способно принести большую выгоду в экономическом плане.
Согласно статистическим данным, их применение приносит до 50 % экономии трат за пользование электрической энергией во всех уголках Российской Федерации.
Денежные вложения, которые потрачены на их установку, окупаются в течение первого же года их использования.
Кроме того, там, где проектируются данные установки, кабель приобретается с меньшим сечением, что также очень выгодно.
Преимущества конденсаторных установок
Применение конденсаторных установок имеет следующие положительные стороны:
- Небольшая потеря активной энергии.
- В конденсаторных установках отсутствуют вращающиеся части.
- Они легки в работе и эксплуатации.
- Инвестиционные затраты не высоки.
- Работают бесшумно.
- Их можно установить в любой точке электрической сети.
- Можно подобрать любую требуемую мощность.
Отличие конденсаторных установок от компенсаторов и синхронных двигателей состоит в том, что фильтрокомпенсирующие установки синхронно осуществляют компенсацию мощности и частично сдерживают присутствующие в компенсируемой сети гармоники. От того, насколько компенсируется мощность и будет зависеть стоимость за электроэнергию, ну и, соответственно, от действующего тарифа.
Какие виды компенсации существуют?
В процессе применения конденсаторных установок выделяют следующие виды подавляемой мощности:
- Индивидуальная.
- Групповая.
- Централизованная.
Рассмотрим подробнее каждую из них.
Индивидуальная мощность
Конденсаторные установки располагаются прямо у электрических приемников и коммутируются в то же время, что и они.
Недостатками этого вида компенсации считается зависимость времени включения конденсаторной установки от времени начала работы электроприемников. Кроме того, перед проведением работ необходимо согласовывать емкость установки и индуктивность электрического приемника. Это необходимо для предупреждения резонансных перенапряжений.
Групповая мощность
Название говорит само за себя. Эта мощность используется при компенсации мощности нескольких индуктивных нагрузок, которые одновременно присоединены к одному распределительному устройству с общей конденсаторной установкой.
В процессе одновременного включения нагрузки увеличивается коэффициент, что приводит к понижению мощности. Это способствует лучшей работе конденсаторной установки. Остаточная энергия подавляется эффективнее, чем при индивидуальной мощности.
Отрицательной стороной данного процесса является частичная разгрузка реактивной энергии в электросети.
Централизованная мощность
В отличие от индивидуальной и групповой мощности, эта мощность регулируется. Она применяется для обширного диапазона изменения потребления остаточной энергии.
Большую роль в регулировании мощности конденсаторной установки играет функция реактивного тока нагрузки. При этом установка должна быть оснащена автоматическим регулятором, а её полная компенсационная мощность разделена на отдельно коммутируемые ступени.
Какие проблемы решают конденсаторные установки
Конечно, в первую очередь они направлены на подавление реактивной мощности, но на производстве они помогают решать следующие задачи:
- В процессе подавления реактивной мощности, соответственно, снижается и полная мощность, что приводит к понижению загрузки силовых трансформаторов.
- Питание нагрузки обеспечивается по кабелю с меньшим сечением, при этом не происходит перегрева изоляции.
- Возможно подключение дополнительной активной мощности.
- Разрешает избежать глубокой просадки напряжения на линиях электроснабжения удаленных потребителей.
- Применение мощности автономных дизель-генераторов идёт по максимуму (судовые электроустановки, электроснабжение геологических партий, стройплощадок, установок разведочного бурения и т. д.).
- Индивидуальная компенсация позволяет упростить деятельность асинхронных двигателей.
- В случае аварийной обстановки конденсаторная установка немедленно отключается.
- Автоматически включается обогрев или вентиляция установки.
Выделяют два варианта конденсаторных установок. Это модульные, применяются на крупных предприятиях, и моноблочные - для малых предприятий.
Подведём итоги
Реактивная энергия в электросети негативно сказывается на работе всей электрической системы. Это приводит к таким последствиям, как потеря напряжения в сети и увеличение затрат на топливо.
В связи с этим активно применяются компенсаторы данной мощности. Их выгода состоит не только в хорошей экономии денежных средств, но и в следующем:
- Увеличивается срок службы силовых аппаратов.
- Улучшается качество электрической энергии.
- Экономятся деньги на покупку кабелей малого сечения.
- Снижается потребление электрической энергии.
