По максимуму доступно, «на пальцах» о том, что такое реактивная мощность

Анонс: Что такое реактивная мощность и реактивная энергия, их физические аналоги. Реактивная мощность. Где взять на объекте реактивную энергию и как в этом помогают конденсаторные установки повышения коэффициента мощности.

Мощность – просто числовое выражение энергии, а энергия в силовой сети условно делится на активную (обозначение Р) и реактивную (соответственно Q). Активная – та, которая, собственно делает нужную работу, а реактивную называют «мнимой», «паразитной» и т.п., но это в корне неверно.

Реактивная энергия обеспечивает условия для выполнения работы и без нее никак. Например, чтобы электродвигатель начал работать (закрутился вал) нужно создать в обмотках магнитные поля (красное на рис. ниже), которые взаимодействуют между собой (отталкиваются «друг от дружки»). В итоге вал с одной из «прицепленных» к нему обмоток начинает крутиться. Т.е. нет поля – вал неподвижный (хотя и его можно покрутить руками), подали энергию на обмотки – вал закрутился и двигатель заработал.

Вот именно эта энергия – реактивная, она создает электромагнитное поле, а потом (упрощенно) вместе с активной энергией дает возможность двигателю сделать свою работу. Значит реактивная энергия просто необходима для запуска практически всего оборудования, механизмов, где для работы необходимы магнитные поля. Это и огромные двигатели прокатных станов, и простые зарядные для телефона, где встроенный трансформатор выпрямителя понижает напряжение с сетевого (220 В) до 5 вольт.

Не нужна реактивная энергия для простой активной нагрузки типа нагревательного тэна – здесь активная электроэнергия «напрямую» преобразуется в тепловую энергию, когда электрический ток преодолевает сопротивление тэна (электроны «пробираются» через «толпу» молекул в решетке, трутся об них и это нагревает материал тэна).

Где взять реактивную энергию.

Реактивную энергию вырабатывают генераторы электростанций, и она передается вместе с активной энергией по кабелям (воздушным, подземным) непосредственно на объект потребителя, НО:

• во-первых, за нее приходится платить;
• во-вторых, любой кабель «не резиновый» и имеет определенную пропускную способность, т.е. чем больше по нему передается реактивной энергии, тем меньше места для передачи активной.

Причем должен быть баланс между активной и реактивной энергией, чтобы не ухудшить качество электроэнергии. Простая аналогия – на работу в ресторан по одному коридору «впритирку» идут повара/официанты, которые, собственно, будут делать основную работу, и уборщики/мойщики, обеспечивающие хорошие условия для выполнения этой работы. Если поваров/официантов сильно много и уборщики не могут пробраться на места своей работы, то клиенты может и будут есть, но явно среди грязи и не факт, что из чистых тарелок. Если, наоборот, большую долю идущих занимают уборщики, то вроде все чисто, красиво, но готовить и обслуживать почти некому.

Идеальное решение проблемы - поселить обслуживающий персонал в здании ресторана, а через входные двери и коридор пропускать только поваров/официантов и столько, сколько нужно, что сэкономит деньги и сделает коридор «проходным» с резервным свободным пространством (на всякий случай для разных форс мажорных ситуаций).

Т.е. экономично и целесообразно вырабатывать реактивную энергию непосредственно на самом объекте и, в идеале – как можно ближе к нагрузке-оборудованию, для работы которого она (эта энергия, мощность) нужна, чтобы не перегружать «коридоры» - кабеля и в своей силовой сети. Для этого (упрощенно) используют или специальные синхронные двигатели (очень дорогие, массивные) или сравнительно недорогие конденсаторные установки повышения коэффициента мощности, в которых конденсаторы периодически накапливают и «сбрасывают» в сеть реактивную энергию (мощность).

Но здесь ВАЖНО понять, что энергия из «пустого» воздуха не возникает, и в действительности процесс «генерации» реактивной энергии идет иначе:

• синхронные двигатели питаются активной и реактивной энергией из сети и действительно генерируют реактивную энергию, но за это нужно опять же платить;
• конденсаторные установки «вылавливают» «отработанную» и сброшенную обратно в сеть реактивную энергию из нагрузки (двигателей, трансформаторов), аккумулируют, изменяют ее и отсылают «обратно».

Т.е., по сути, идет «обмен» реактивной энергией между конденсаторной установкой и нагрузкой (с преобразованием индуктивной в емкостную в конденсаторах и емкостной в индуктивную в обмотках). А значит энергия в установках не «генерируется», а скорее перерабатывается и отсылается назад - происходит экономия с минимальными потерями. Кроме того, благодаря такой «переработке» сеть не перегружается «отработанной» реактивной энергией от силового оборудования.

Простая (упрощенная) физическая аналогия использования конденсаторных установок – работа автомобиля. В баке бензин есть, но, чтобы запустить двигатель нужно подать на его (двигателя) обмотки и в систему сжигания топлива электроэнергию. Провернули ключ зажигания – пошла энергия с аккумулятора, подтянулось топливо с бака (активная энергия), запустился двигатель, причем «поджигает» бензин искра, которая «питается» энергией аккумулятора, а значит эта энергия постоянно нужна для работы двигателя. «Сдох» аккумулятор – заглох двигатель и заведется только с «толкача» (или если «прикурить» от другого аккумулятора), но если нет генератора, то поехать никуда не получится.

Чтобы зарядить аккумулятор – нужно зарядное и силовая сеть, но если в автомобиле есть генератор, то именно он после запуска будет и «поджигать» бензин, и заряжать аккумулятор. В силовой сети в роли такого генератора выступают конденсаторные установки повышения коэффициента мощности.

Т.е. если в сети используются конденсаторные установки повышения коэффициента мощности, то реактивная энергия для работы оборудования вырабатывается ими (установками) «по месту» (на объекте), а значит:

• через счетчик проходит меньше электроэнергии (условно вся активная энергия и чуть реактивной, «недокомпенсированной», а вернее – «недопереработанной» на объекте из-за естественных потерь) и по итогу счета за электроэнергию снижаются;
• кабельные линии не перегружены, а значит на объекте получают «не искаженную» по качеству электроэнергию с провалами напряжения, перенапряжением и пр.