Глава 4. Теория о реактивной мощности

Реактивная мощность играет важную роль в установлении режимов в электрических сетях и системах. Поэтому очень важно правильно понимать физический смысл реактивной мощности и её влияния на режимы электрической сети. До сих пор не всегда достаточно ясна природа реактивной мощности и её влияния на режимы. Не вызывает никакого сомнения возникновение емкостной реактивной мощности в элементах, имеющих концентрированное электрическое поле — конденсаторах, индуктивной реактивной  мощности в элементах, имеющих концентрированное магнитное поле — трансформаторах, реакторах, генераторах, двигателях и т.д.  Термин «индуктивная реактивная мощность», возможно, применяется впервые, в литературе не было замечено.

В терминологии по электротехнике, составленной АН СССР, даётся следующее определение понятия реактивной мощности: «Это корень квадратный из разности квадратов полной и активной мощности». Иными словами, это определение полностью повторяет зависимость в виде формулы

Такое определение является чисто формальным и мало что дает для понимания сути дела. Мельников Н. А. /10/  дает следующее определение: «Реактивная мощность – величина, для  которой справедливо условие баланса по всей цепи переменного тока в целом». Это определение также не объясняет физической  сущности реактивной мощности.

Реактивная мощность это проявления электрического и магнитного полей. Электрическое поле имеет место вокруг заряда (ов). Магнитное поле появляется только при движении заряда, то есть только при появлении электрического тока. При переносе зарядов вместе с ними передвигаются электрическое и магнитное поля.

Электрическое поле создает емкостную реактивную мощность, а магнитное поле — индуктивную реактивную мощность. Обычно в литературе рассматривается одно понятие «реактивная мощность. Мы предлагаем ввести два отдельных понятия «емкостная реактивная мощность» и «индуктивная реактивная мощность».

Ёмкостная реактивная мощность пропорционально квадрату напряжения и ёмкостной проводимости

Индуктивная реактивная мощность пропорционально квадрату тока и индуктивному сопротивлению

На любом элементе имеются одновременно ёмкость и индуктивность, то возникают оба вида реактивной мощности и если они равной мощности, то они компенсируют друг друга. При  их неравенстве на элементе имеет место та реактивная мощность, которая превалирует и она равна их разности.

В литературе приняты термины «вырабатывают» и «потребляют» реактивную мощность.   В линиях электропередачи  при малых нагрузках превалирует электрическое поле, и она ведёт себя как емкость, а при больших нагрузках – магнитное поле и, соответственно, линия начинает вести себя как индуктивность. При малых нагрузках линия выдает в систему реактивную мощность, а при больших – потребляет реактивную мощность. Об этом подробнее будет изложено ниже.

Реактивная мощность меняется во времени также как и активная,  форма её синусоиды будет полностью соответствовать активной мощности.  Любой элемент системы может быть изображен последовательной схемой из активного, емкостного и индуктивного сопротивлений.  Напряжения на  ёмкостном и индуктивном  сопротивлении сдвинуты на 90 градусов относительно напряжения на активном. Напряжение на емкостном сопротивлении отстает, а на индуктивном — опережает на 90 градусов от напряжения на активном сопротивлении.

В  литературе и учебниках по ТОЭ ошибочно утверждается, что мгновенное значение реактивной мощности изменяется  в 2 раза большей частотой. Эта ошибка возникла благодаря тому, что мгновенная мощность определялась как произведение тока и напряжения, сдвинутых на 90 градусов. Мгновенная мощность в цепи ёмкости  или индуктивности определялась как

Согласно формуле (4.4) получается, что мгновенная реактивная мощность меняется с удвоенной частотой. На самом деле

т.е. мгновенная реактивная мощность изменяется так же как активная с той же частотой, какая у тока и напряжения

Угол между активной и реактивной мощностями равно 90 градусов, а угол между ёмкостной и индуктивной мощностями равно 180 градусов, т.е. имеют вектора противоположного направления  и поэтому они всегда компенсируют друг друга.

Реактивная и активная мощности меняются с  одинаковой частотой, подтверждением этого является то, что при их сложении получающаяся полная мощность также изменяется по синусоиде с той же частотой. Ток, напряжение, активная и реактивная мощности взаимосвязаны.  Они не могут меняться с разной частотой.

Передаваемая на расстояние реактивная мощность всегда является ёмкостной. Она направлена в основном от электростанций к потребителям, а иногда поток реактивной мощности направлен  в обратном направлении по отношению к активной. Это происходит, в основном, при малой загрузке линий и в них преобладает емкостная мощность.

Раз имеется понятие «реактивная мощность» и она передаётся на расстояние в течение времени, то  должно быть понятие «реактивная энергия». Однако есть мнение, отрицающее термин «реактивная энергия». Так Мельников Н. А. /10/ в разделе «Нецелесообразность применения понятия «реактивная энергия»,  утверждает «Дополнительный периодический процесс (характеризуемый реактивной мощностью) не связан с непрерывной передачей энергии. Величина реактивной мощности не связана с энергией, запасённой в полях – электрическом и магнитном». Далее говорится: «Интегрирование величины реактивной мощности во времени, не только даёт какой — либо существенной  полезной величины, но может привести даже к ошибочным представлениям. Он  считает, что счётчики реактивной энергии регистрируют явно бессмысленные для практических целей значения. С этим никак нельзя согласиться. Реактивные токи суммируются с активными, и вызывают дополнительный нагрев проводов. Учёт реактивной мощности и реактивной энергии имеет необходимое практическое значение. По количеству учтённой энергии можно судить о количестве переданной или потреблённой реактивной энергии для решения вопросов компенсации реактивной мощности и анализа режимов энергетической системы и систем электроснабжения.

Индуктивная мощность всегда снижает уровень напряжения, а ёмкостная, наоборот, увеличивает. Для обеспечения определённого уровня напряжения

производят компенсацию или индуктивной  или ёмкостной реактивной мощности. В линиях сверхвысокого напряжения, где больше емкостной реактивной мощности компенсируют их шунтирующими реакторами. В сетях более низких напряжений больше потребление реактивной мощности и них превалирует емкостные компенсирующие устройства: синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

4.1. Источники и потребители реактивной мощности

4.1.1. Синхронные генераторы 4.1.2. Роль электрических станций в выработке реактивной мощности 4.1.3. Роль электрических станций в потреблении реактивной мощности 4.1.4. Синхронные компенсаторы (СК) 4.1.5. Батареи конденсаторов (СК) 4.1.6. Шунтирующие реакторы (ШР) 4.1.7. Силовые трансформаторы 4.1.8. Электрические двигатели Содержание главы: Содержание книги: Статьи и книги по теме:

Смотреть страницу »

Посмотреть все записи с меткой: