Компенсация реактивной мощности для экономии электроэнергии

Возможности компенсации реактивной энергии в быту с помощью Saving Box

Рекламные трюки продавцов бытовой техники для экономии электроэнергии

Навязчивая реклама в интернете и даже на государственных каналах телевидения через телемагазин настойчиво предлагает населению устройство для экономии электроэнергии в виде «новинок» электронной промышленности. Пенсионерам предоставляется скидка 50 % от общей стоимости.

«Saving Box» — так называется один из предлагаемых приборов. О них уже писалось в статье “Приборы для экономии электроэнергии: миф или реальность?”. Пришла пора продолжить тему на примере конкретной модели, объяснив более подробно:

что такое реактивное сопротивление;

каким образом создается активная и реактивная мощность;

как осуществляется компенсация реактивной мощности;

на основе чего работают компенсаторы реактивной мощности и устройство для экономии электроэнергии.

Людям, купившим такое устройство, приходит по почте посылка с красивой коробочкой. Внутри расположен элегантный пластмассовый корпус с двумя светодиодами на лицевой стороне и вилкой для установки в розетку — с обратной.

Чудо-прибор для экономии электроэнергии (для увеличения нажмите на рисунок):

На приложенной фотографии показаны заявленные производителем характеристики: 15000 Вт при напряжении в сети от 90 до 250 В. Оценим их с точки зрения электрика-практика по приведенным под картинками формулам.

При наименьшем указанном напряжении такое устройство должно пропускать через себя ток 166,67 А, а при 250 В — 60 А. Сравним полученные расчеты с нагрузками сварочных аппаратов переменного напряжения.

Ток сварки для стальных электродов диаметром 5 мм составляет 150÷220 ампер, а для толщины 1,6 мм достаточно — 35÷60 А. Эти рекомендации есть в любом справочнике электросварщика.

Вспомните вес и габариты сварочного аппарата, который варит электродами 5 мм. Сравните их с пластмассовой коробочкой, величиной с зарядное устройство мобильного телефона. Подумайте, почему от тока 150 А плавятся стальные электроды 5 мм, а остаются целыми контакты вилки этого «прибора», да и вся проводка в квартире?

Чтобы понять причину такого несоответствия, пришлось вскрыть корпус, показав «внутренности» электроники. Там кроме платы для подсветки светодиодов и предохранителя размещена еще одна пластиковая коробочка, для бутафории.

Внимание! В этой схеме отсутствует устройство для экономии электроэнергии или ее компенсации.

Неужели обман? Попробуем разобраться с помощью основ электротехники и действующих промышленных компенсаторов электроэнергии, работающих на предприятиях энергетики.

Принципы электроснабжения

Рассмотрим типовую схему подключения к генератору переменного напряжения потребителей электричества, как маленький аналог питающей электросети квартиры. Для наглядности его характеристик индуктивности, емкости и активной нагрузки показаны обмотка трансформатора, конденсатор и ТЭН. Будем считать, что они работают в установившемся режиме при прохождении по всему контуру тока одной величины I.

Электрическая схема (для увеличения нажмите на рисунок):

Здесь энергия генератора с напряжением U распределится составными частями на:

обмотку индуктивности UL;

обкладки конденсатора UC;

активное сопротивление ТЭН UR.

Если представить рассматриваемые величины векторной формой и выполнить их геометрическое сложение в полярной системе координат, то получится обыкновенный треугольник напряжений, в котором величина активной составляющей UR по направлению совпадает с вектором тока.

UХ образован сложением падений напряжений на обмотке индуктивности UL и обкладках конденсатора UС. Причем это действие учитывает их направление.

В итоге получилось, что вектор напряжения генератора U отклонен от направления тока I на угол φ.

Еще раз обратите внимание на то, что ток в цепи I не меняется, он одинаков на всех участках. Поэтому разделим составляющие треугольника напряжений на величину I. На основании закона Ома получим треугольник сопротивлений.

Общее сопротивление индуктивности XL и емкости ХС принято называть термином «реактивное сопротивление» Х. Приложенное к клеммам генератора полное сопротивление нашей цепи Z состоит из суммы активного сопротивления ТЭН R и реактивного значения Х.

Выполним другое действие — умножение векторов треугольника напряжений на I. В итоге преобразований формируется треугольник мощностей. Активная и реактивная мощность у него создают полную приложенную величину. Суммарная энергия, выдаваемая генератором S, расходуется на активную Р и реактивную Q составляющие.

Активная часть расходуется потребителями, а реактивная выделяется при магнитных и электрических преобразованиях. Емкостные и индуктивные мощности потребителями не используются, но нагружают токопроводы с генераторами.

Внимание! Во всех 3-х прямоугольных треугольниках сохраняются пропорции между сторонами, а угол φ не меняется.

Теперь будем разбираться, как проявляется реактивная энергия и почему счетчики бытовые ее не учитывали.

Что такое компенсация реактивной мощности в промышленности?

В энергетике страны, а более точно — государств целого континента, производством электричества занято огромнейшее число генераторов. Среди них встречаются как простые самодельные конструкции мастеров-энтузиастов, так и мощнейшие промышленные установки ГЭС и атомных станций.

Вся их энергия суммируется, трансформируется и распределяется конечному потребителю по сложнейшим технологиям и транспортным магистралям на огромные расстояния. При таком способе передачи электрический ток проходит через большое количество индуктивностей в виде обмоток трансформаторов/автотрансформаторов, реакторов, заградителей и других устройств, создающих индуктивную нагрузку.

Воздушные провода, а особенно кабели, создают в цепи емкостную составляющую. Ее величину добавляют различные конденсаторные установки. Металл проводов, по которым протекает ток, обладает активным сопротивлением.

Таким образом, сложнейшая энергетическая система может быть упрощена до рассмотренной нами схемы из генератора, индуктивности, активной нагрузки и емкости. Только ее необходимо еще объединить в три фазы.

Задача энергетики — дать потребителю качественное электричество. Применительно к конечному объекту это подразумевает подачу на вводной щиток электроэнергии напряжением 220/380 В, частотой 50 Гц с отсутствием помех и реактивных составляющих. Все отклонения этих величин ограничены требованиями ГОСТ.

При этом потребителя интересует не реактивная составляющая Q, создающая дополнительные потери, а получение активной мощности Р, которая совершает полезную работу. Для характеристики качества электричества пользуются безразмерным отношением Р к приложенной энергии S, для чего применяется косинус угла φ. Активную мощность Р учитывают все бытовые электрические счетчики.

Устройства компенсации электрической мощности приводят в норму электроэнергию для распределения между потребителями, уменьшают до нормы реактивные составляющие. При этом также осуществляется «выравнивание» синусоид фаз, в которых убираются частотные помехи, сглаживаются последствия переходных процессов при коммутациях схем, нормализуется частота.

Промышленные компенсаторы реактивной мощности устанавливаются после вводов трансформаторных подстанций перед распределительными устройствами: через них пропускается полная мощность электроустановки. Как пример, смотрите фрагмент однолинейной электросхемы подстанции в сети 10 кВ, где компенсатор принимает токи от АТ и только после его обработки электричество поступает дальше, а нагрузка на источники энергии и соединительные провода уменьшается.

Промышленные компенсаторы электроэнергии в сети 10 кВ:

Вернемся на мгновение к прибору «Saving Box» и зададим вопрос: как он может компенсировать мощности при расположении в конечной розетке, а не на вводе в квартиру перед счетчиком?

Смотрите на фото, как внушительно выглядят промышленные компенсаторы. Они могут создаваться и работать на разной элементной базе. Их функции:

плавное регулирование реактивной составляющей с быстродействующей разгрузкой оборудования от перетоков мощностей и снижения потерь энергии;

повышение динамической и статистической устойчивости схемы.

Выполнение этих задач обеспечивает надежность электроснабжения и уменьшение затрат на конструкцию тоководов нормализацией температурных режимов.

Что такое компенсация реактивной мощности в квартире?

Электроприборы домашней электрической сети также обладают индуктивным, емкостным и активным сопротивлением. Для них справедливы все соотношения рассмотренных выше треугольников, в которых присутствуют реактивные составляющие.

Только следует понимать, что они создаются при прохождении тока (учитываемого счетчиком, кстати) по уже подключенной в сеть нагрузке. Генерируемые индуктивные и емкостные напряжения создают соответствующие реактивные составляющие мощности в этой же квартире, дополнительно нагружают электропроводку.

Их величину никак не учитывает старый индукционный счетчик. А вот отдельные статические модели учета способны ее фиксировать. Это позволяет точнее анализировать ситуацию с токовыми нагрузками и термическим воздействием на изоляцию при работе большого количества электродвигателей. Емкостное напряжение, создаваемое бытовыми приборами, очень маленькое, как и ее реактивная энергия и счетчики ее часто не показывают.

Компенсация реактивной составляющей в таком случае заключается в подключении конденсаторных установок, «гасящих» индуктивную мощность. Они должны подключаться только в нужный момент на определенный промежуток времени и иметь свои коммутационные контакты.

Такие компенсаторы реактивной мощности имеют значительные габариты и подходят больше для производственных целей, часто работают с комплектом автоматики. Они никак не снижают потребление активной мощности, не могут сократить оплату электроэнергии.

Рекламируемый чудо-прибор «Saving Box» и другие аналогичные устройства не имеет ничего общего с подобными конструкциями. Как устройство для экономии электроэнергии он работать не может.

Заключение

Заявленные производителем возможности и технические характеристики «Saving Box» не соответствуют действительности, используются для рекламы, построенной на обмане.

Обществу защиты прав потребителей и правоохранительным органам давно пора принять меры к прекращению продаж в стране некачественной продукции хотя бы через государственные каналы информации.

Потребляемая активная и реактивная мощность в квартире может быть снижена при выполнении простых рекомендаций, изложенных в статье: «Как экономить электроэнергию в квартире и частном доме».

Энергосбережение при компенсации реактивной мощности у потребителей

Статья подготовлена редакцией бюллетеня «ЭНЕРГОСОВЕТ»

Введение

В зависимости от вида используемого оборудования нагрузка бывает следующая: активная, индуктивная и емкостная. Потребитель в повседневной практике обычно включает в работу лампы накаливания, электронагреватели и т.д. (активная нагрузка) и электродвигатели, распределительные трансформаторы, люминесцентные лампы и т.д. (индуктивная нагрузка).

Активная составляющая мощности полезно используется, превращаясь в механическую, световую и другие виды энергии. Реактивная составляющая мощности не выполняет полезной работы, она служит для создания магнитных полей в индуктивных приемниках, при этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно).

Показателем потребления реактивной мощности Q является коэффициент мощности cosφ=P/S, который показывает соотношение активной мощности Р и полной мощности S. Полная мощность, в свою очередь, это .

Для чего нужна компенсация реактивной мощности в распределительных электрических сетях

Активная мощность вырабатывается только генераторами электрических станций. Реактивная мощность вырабатывается генераторами электрических станций (синхронными двигателями станций в режиме перевозбуждения), а также компенсирующими устройствами (например, батареями конденсаторов).

Передача реактивной мощности от генераторов по электрической сети к потребителям (индукционным приемникам энергии) вызывает в сети затраты активной мощности в виде потерь и дополнительно загружает элементы электрической сети, снижая их общую пропускную способность.

Так, например, генератор с номинальной мощностью 1250 кВА при номинальном коэффициенте мощности cosφ=0,8 может отдать потребителю активную мощность, равную 1250×0,8=1000 кВт. Если генератор будет работать с соsφ=0,6, то в сеть будет отдаваться активная мощность равная 1250×0,6=750 кВт (активная мощность недоиспользуется на четверть).

Поэтому, как правило, увеличение выдачи реактивной мощности генераторами станций с целью доставки ее потребителям нецелесообразно. Наибольший экономический эффект достигается при размещении компенсирующих устройств (генерации реактивной мощности) вблизи потребляющих реактивную мощность индукционных приемников энергии.

Индукционные приемники энергии или потребители реактивной мощности

• Трансформатор. Он является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от источника электрической энергии до потребителя и предназначен для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.
• Асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 65% реактивной мощности энергосистемы.
• Индукционные печи. Это крупные электроприемники, требующие для своего действия большое количество реактивной мощности. Индукционные печи промышленной частоты часто используются для плавки металлов.
• Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей. Данные установки широко применяются на промышленных предприятиях и железнодорожном транспорте, использующем постоянный ток.
• Социально-бытовая сфера. Увеличение числа различных электроприводов, стабилизирующих и преобразовательных устройств, применение полупроводниковых преобразователей приводит к росту потребляемой реактивной мощности, а это, в свою очередь, влияет на работу других электроприемников, сокращает срок их службы, создает дополнительные потери электроэнергии. Современные люминесцентные светильники, которые все шире применяются в квартирах и офисах, также являются потребителями реактивной мощности.

К чему приводит отсутствие компенсации реактивной мощности у абонентов

• У трансформаторов при уменьшении cosφ уменьшается пропускная способность по активной мощности вследствие увеличения реактивной нагрузки.
• Увеличение полной мощности при снижении cosφ приводит к возрастанию тока и, следовательно, потерям мощности, которые пропорциональны квадрату тока.
• Увеличение тока требует повышения сечений проводов и кабелей, растут капитальные затраты на электрические сети.
• Увеличение тока при снижении cosφ ведет к увеличению потери напряжения во всех звеньях энергосистемы, что вызывает понижение напряжения у потребителей.
• На промышленных предприятиях понижение напряжения нарушает нормальную работу электроприемников. Снижается частота вращения электродвигателей, что приводит к снижению производительности рабочих машин, уменьшается производительность электрических печей, ухудшается качество сварки, снижается световой поток ламп, уменьшается пропускная способность заводских электрических сетей, а как итог – ухудшается качество продукции.

Оборудование для решения проблем компенсации реактивной мощности у потребителей

Компенсировать реактивную мощность возможно синхронными компенсаторами, косинусными конденсаторами (конденсаторными установками) (рис.), шунтирующими реакторами, фильтрами высших гармоник, статическими тиристорными компенсаторами. Применение оборудования для компенсации реактивной мощности полностью зависит от места и цели его установки.

Конденсаторные батареи предназначены для выдачи реактивной мощности в систему. Снижение перетоков реактивной мощности от генератора к нагрузке в сети приводит к снижению потерь активной энергии, снижению потерь напряжения.

Статические тиристорные компенсаторы могут работать как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности. В электрических сетях они требуются для оптимизации режимов работы с целью повышения пропускной способности и устойчивости линий электропередачи, стабилизации напряжения в узлах нагрузки, уменьшения потерь электроэнергии и повышения ее качества.

Шунтирующие реакторы используются для компенсации емкостной реактивной мощности, генерируемой протяженными слабонагруженными линиями передач.

Фильтрокомпенсирующие устройства предназначены для снижения гармонических искажений напряжения и компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях электроснабжения промышленных предприятий и в электрических сетях.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронную машину, работающую в режиме двигателя без активной нагрузки и генерирующую в сеть реактивную мощность. Синхронные компенсаторы применяют для регулирования энергетических систем, для поддержания напряжения, снижения потерь электроэнергии в сетях, увеличения пропускной способности и обеспечения устойчивости энергосистем.

Выводы

При проведении мероприятий по энергосбережению должны рассматриваться механизмы компенсации реактивной мощности непосредственно в индукционных приемниках энергии или у потребителей, потому что реактивная мощность, как и активная, учитывается в тарифе за электроэнергию, за рост ее потребления платит абонент.

В распределительных сетях коммунально-бытовых потребителей, содержащих преимущественно однофазную нагрузку, устройства компенсации реактивной мощности применяются крайне редко, но расход электроэнергии в жилом секторе увеличивается, поэтому рассмотрение установки устройств компенсации у таких абонентов становится актуальной темой.

Посмотреть данную технологию более подробно,
Вы можете в Каталоге энергосберегающих технологий

Приборы для экономии электроэнергии: миф или реальность?

Не так давно, на наших рынках, в интернете, в некоторых печатных изданиях и даже на телевидении, появилась реклама чудо-прибора, который, по словам рекламирующих, способен экономить до 30-35% электроэнергии. Что же это за прибор? Как он устроен? И неужели это правда, что он способен экономить столько энергии?
Примерно в одно время, в разных регионах, эти приборы появились под разными названиями. Вот примерные названия этих самых приборов: SberBox, smartBox, Energy Saver, Pover Saver, Saving-box, Powersave, Экономыч и т.д.
По словам производителей, и соответственно распространителей, прибор достаточно просто воткнуть в розетку, и он начинает работать, то есть, экономить наши кровные.

Стоимость данного девайса, в зависимости от региона распространения и «щедрости» продавцов, колебалась от 10$ до 70$. В самом простом исполнении, прибор рассчитан на 15 кВт нагрузки для однофазной сети, то есть на средний дом. Также существуют приборы и для трех фазных сетей. К примеру, такой прибор для экономии электроэнергии, рассчитанный для работы в трех фазной сети, на нагрузку до 48 кВт, имеет размеры с обыкновенную пачку от стирального порошка.

Первое знакомство с описанием этого устройства для экономии электроэнергии вызывает у электротехников восторг, смешанный с ощущением собственной некомпетентности. Прибор имеет солидный перечень возможностей, реализованных с помощью загадочных, патентованных технических новаций.

Специалистам трудно представить, как можно реализовать в одном приборе такие функции, как компенсация реактивной мощности, фильтрация помех, защита от перекоса фаз и ударов молнии. Революционная возможность преобразования реактивной электрической энергии в активную энергию вообще не имеет аналогов. Такая перспектива сразу приводит энергетиков промышленных предприятий в состояние экстаза.

Давайте внимательно присмотримся к чудесному изделию и подумаем, можно ли реализовать все заявленные характеристики в одном приборе. И не слишком ли мало за него запрашивают? Ведь автоматические конденсаторные установки сравнимой мощности стоят в 4-6 раз дороже.

Стабилизаторы для выравнивания перекоса напряжений в фазах тоже не дешевы. Фильтры гармоник, громоздкие изделия, содержащие большое количество железа и меди, низкой ценой тоже не страдают. Совмещение возможностей всех этих устройств в одном изделии – это действительно впечатляющее достижение.

Энергосберегающее устройство Smart Boy

В рекламных статьях приведены великолепные фотографии внешнего вида прибора, схемы подключения. А вот изображений устройств с открытым корпусом практически невозможно найти. И можно понять почему: вместо заявленных 5 блоков и модулей, таких как программируемый контроллер и управляющий (?) трансформатор, присутствует простейший, убогий набор деталей.

Итак, мы приобрели один из таких приборов, для того, чтобы попробовать разобраться с ним. Что же он из себя представляет. Это небольшая коробочка, напоминающая обыкновенное зарядное устройство, на передней панели находятся два светодиода.

Взяв на себя смелость, мы попробовали заглянуть внутрь этого чудо-прибора. Что мы увидели внутри? Внутри был диодный мостик, конденсатор неопределенной емкости и небольшой блок питания, от которого питались светодиоды. И …. собственно все. Самой дорогой деталью является стильный корпус с вилкой подключения к сети. Общая стоимость комплектующих вряд ли превышает 3-4 долларов, а самая дешевая модель уже продается за 40. О какой экономии электроэнергии можно говорить при такой схеме?

Как Smart Boy позволяет экономить электроэнергию

Так все-таки за счет чего происходит экономия электроэнергии при использовании такого типа энергосберегающих приборов? А вот тут придется окунуться немного в теорию, без этого никуда. Попробуем изложить все простым, понятным языком.

Итак, энергия бывает активная и реактивная. Останавливаться на высших гармониках, помехах в электросети, сдвигами по фазе и прочих премудростях, мы не станем, рассмотрим лишь то, с чем действительно можно столкнуться в реальной жизни, в бытовых, так сказать, условиях.

Обыкновенные бытовые потребители электричества, то есть, мы с вами, платим за потребление активной энергии. Большие предприятия оплачивают еще и реактивную энергию. Для этого у них установлены специальные счетчики, которые подсчитывают этот самый реактив.

На самом деле они, предприятия, не потребляют, они ее производят. То есть, оборудование с большой индуктивной составляющей, выделяет реактивную энергию, которая дополнительно нагружает сети. Для того чтобы «разгрузить» электрические сети от негативной нагрузки, существуют специальные устройства- Компенсаторы Реактивной Мощности, то есть КРМ.

Эти самые КРМы, достаточно громоздкие и сложные устройства, причем, они изначально рассчитываются под определенную нагрузку. А этот чудо-прибор, о котором собственно сейчас и идет речь, если и может что-то сэкономить, теоретически, то только при строго определенной нагрузке. А подсчитать эту самую нагрузку практически нереально.

Многие современные приборы уже изначально оснащены приборами для компенсирования реактивной составляющей. Так, к примеру, практически все компьютерные блоки питания оснащены Passive PFC, что позволяет сократить потребляемую энергию на 5-10 %. Но в данном случае, номиналы емкости, дросселя и прочего железа, очень тщательно подсчитывалось, что и позволило сократить потребление электричества.

Из всего, что было написано выше, можно сделать вывод, что компенсировать, что-либо в домашних, бытовых условиях – бессмысленно.

Но, справедливости ради, проведенные нами эксперименты на производстве, показали, что, при применении трехфазного статического КРМ, дало некоторые результаты. А именно, позволило стабилизировать перекос по фазам на 10-15 %, то есть, равномерно распределить нагрузку между фазами. Но это на производстве, где нагрузки были относительно постоянные. Так что, выводы делайте сами.

Как чудо-прибор преобразует реактивную энергию в активную

Отдельно поговорим о преобразовании реактивной энергии в активную. Сейчас только энергосберегающее устройство Smart Boy декларирует подобную возможность. В электротехнике нет ни теоретических обоснований подобной возможности, ни практических реализаций устройств. Все попытки получить у дилеров более подробную техническую информацию об этой удивительной возможности оказались неудачными. Они или цитировали рекламные презентации, или ссылались на «ноу-хау» разработчиков.

Торжество современной техники или грандиозная афера?

То, что настораживает специалистов, совершенно непонятно остальному населению, далекому от электротехники. Ну, как можно устоять, когда на экране телевизора седоватый доктор технических наук (а доктор ли?) проникновенно описывает выгодность приобретения прибора, со скидкой для пенсионеров? Судя по размаху и длительности показа рекламных роликов, дела с продажами обстоят неплохо.

Из рекламы устройства для экономии электроэнергии Pover Saver

В заключение можно сказать, что, к сожалению, огромное количество людей, в том числе знакомых с электротехникой, оказались жертвами гигантской аферы под названием «Энергосберегатель Smart Boy» и подобных приборов для экономии электроэнергии. Нет у этих устройств никаких уникальных или революционных свойств, они абсолютно бесполезны в производстве и, тем более, в быту.

Ссылки на то, что изделия сертифицированы в странах СНГ (подразумевается, что потребительские свойства подтверждены серьезными организациями)- это просто лукавство, рассчитанное на незнание процедур сертификации. Проверка проводится только по показателям безопасности изделий, потребительские свойства вообще не рассматриваются. Другими словами: если вы приобрели горькую, как полынь, шоколадку, то она может быть абсолютно безопасна для вас, а вот на вкус – извините.

Компенсация реактивной мощности: прямая экономия без обмана счетчика

С пoмoщью малoзатратных уcтрoйcтв, дoбавленных в cеть переменнoгo тoка, прoмышленнoе предприятие мoжет ocтавить за coбoй, без преувеличения, дo трети «oбычных» затрат на электрoэнергию. И oбманывать cчетчик при этoм вoвcе не придетcя. Нужно вcего лишь укротить реактивную мощноcть, гуляющую по кабелям, как ей заблагораccудитcя. Здеcь мы раccкажем о воздейcтвии «незваной мощноcти» на энергозатраты производcтва, а также о cовременном оборудовании, способном не только сгладить последствия вредного явления, но и обратить зло на пользу.

К глубокому сожалению, сегодня многие из нас не владеют поднятой проблемой даже в общих чертах. А если и понимают ее, то чаще всего недооценивают, не усматривая в компенсации реактивной мощности сколь-нибудь ощутимого источника для экономии. Но ведь здесь даже не надо быть специалистом. Поскольку все мы, так или иначе, если не на производственном, так на бытовом уровне, являемся постоянными потребителями электроэнергии. Уже поэтому ее качество и стоимость нам должны быть столь же не безразличны, как качество и стоимость подаваемой в дом питьевой воды.

Не удивлюсь, если кто-то из читателей откровенно возмутится, заподозрив, что ему собрались элементарно морочить голову. Он знает, что ток в розетке либо есть, либо его по каким-то причинам нет. Последнее неприятно, нужно срочно звонить диспетчеру, чтобы тот принял меры. Но о каком качестве самой энергии здесь идет речь? Как его определять – на вкус, на цвет, на запах? Можете ерничать по этому благодатному поводу и дальше, но имейте в виду – тут ведь как в политике, если мы не займемся качеством энергии, оно само нами займется.

Цена миллисекундных отключений

Буквально под самый миллениум правительства в США и Канаде, оценив последствия от провалов напряжения (вспомните заголовки в наших изданиях – «Нью-Йорк во мраке», «Вашингтон окунулся во тьму»), организовали общенациональные энергетические обследования большинства промышленных предприятий. Целью такой профилактики (просто-таки тянет сказать «медицинской», уж очень похоже) ставилась выработка новой концепции защиты промышленного оборудования от нарушений электроснабжения. Вам интересна цена вопроса? Так вот стоимость ущерба от плохого качества электрической энергии в экономике двух крупнейших американских стран эксперты определили суммой, которая превышает 150 млрд. долл. в год.

У нас в России, как водится, официальной статистики по сему поводу не существует. Хотя, если основательно пошарить по информационным сусекам, можно обнаружить некоторые измерения местного масштаба, тоже дающие почву для размышления. Например, в Северо-Западном федеральном округе один крупный поставщик электроэнергии, которому почему-то не спалось на лаврах постоянного дохода, взял да и подсчитал, сколько перепадов напряжения случилось конкретно на 12 участках мощностью от 5 до 30 МВА и каковы оказались последствия.

Измеряли ровно 10 месяцев, на большее по каким-то причинам не хватило. За это время отметили 858 перепадов, 42 из которых повлекли ощутимые сбои в сети и финансовые потери. Что примечательно, на всех этих 12 участках основными потребителями энергии были предприятия с несложной технологией. Тем не менее, финансовые потери были оценены в сумму 600 тыс. евро, а максимальный убыток, пришедшийся на отдельно взятый участок, составил 165 тыс. евро. Особо подчеркнем, что штрафных санкций никто никому предъявлять не собирался, замеряли так, для общего интереса, а потому о «подтасовке» речи быть не может. Тогда откуда взялись те самые перепады количеством в сотни и многотысячные потери в инвалюте?

Столь пристальное внимание северо-западной статистике мы уделили не только потому, что другой нет. Тем исследователям спасибо сказать надо уже за то, что они подчеркнули назревшую, как опухоль, проблему. К сожалению, регламентируемая сегодня система защиты предприятия основана на старой, как детекторный приемник, норме проектирования, которая допускает от 2 до 3 аварийных отключений электроэнергии в год, хотя в разных регионах в настоящее время они происходят с частотой до 40 раз в год.

За последние годы характер потребления электроэнергии претерпел существенные изменения. В технологических процессах большинства предприятий, будь то завод или современная медицинская клиника, становится все больше низковольтных приводных электродвигателей, микропроцессорной техники, систем телекоммуникации. И разве вы сами не замечали, как тот же любимый всеми Интернет часто буквально обрывается короткими по продолжительности (несколько мСек) провалами и перегрузками питающего напряжения. Но если для пользователя сети такое прерывание досадно, но не страшно, то сложному автоматизированному производству провал напряжения в десятые доли секунды может грозить частичной или полной остановкой. Прямой и косвенный ущерб тогда надоест считать.

Напрашивается сакраментальный вывод, что нужно просто как следует прижать тех же энергетиков, чтобы они тщательнее следили за качеством электроэнергии в своих сетях (думается, теперь и несведущий понял, о чем мы говорим). Но дело в том, что энергосистемы, не располагая порой полной информацией о режимах работы потребительских электроустановок, никак не могут влиять на них и не имеют возможности добиться полного контроля над процессом управления, поскольку виной всему реактивная мощность.

Теория точна, но суха. Согласно ей, реактивная мощность (РМ) – это величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока. А синусоидальность потому и возникает, что потребляющие электроэнергию устройства, в которых создается магнитное поле (моторы, дроссели, трансформаторы, индукционные нагреватели, сварочные генераторы), вызывают отставание тока от напряжения (сдвиг фаз), обусловленное наличием индуктивности.

Основу любого электродвигателя или трансформатора составляют витки медного провода, намотанного на магнитную основу. Поэтому в процессе работы они уже в силу законов физики за счет высокой магнитной проницаемости и самоиндукции генерируют реактивную мощность. А та, совершая колебательные движения от нагрузки к источнику (генератору) и обратно, распространяется по сети.

Казалось бы, «незваной мощности» надо только радоваться, поскольку она ниоткуда взялась. Да вот незадача: согласно теории, РМ характеризуется задержкой (ток отстает) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. В моменты, когда синусоиды напряжения и тока имеют противоположные знаки, мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора. И мотается эта «добавочка» на вашем же счетчике, причем не в обратную сторону.

Впрочем, генерация РМ порождает и другие отрицательные явлениями. Среди них:

• повышение активных потерь (т. к. увеличивается полная мощность);
• снижение нагрузочной способности (т. к. возрастает токовая нагрузка на питающий кабель и распределительный трансформатор);
• большее падение напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Таким образом, отрицательное воздействие РМ на электрическую сеть несоизмеримо больше, чем положительное. Недаром в конце 80-х годов, т.е. во времена заката СССР, на всех промышленных предприятиях были директивно смонтированы конденсаторные батареи. К сожалению, в дальнейшие 90-е годы многие предприятия-потребители электроэнергии отключали имевшиеся у них компенсирующие устройства, не беспокоясь о поддержании их работоспособности по причине недостаточного финансирования, а некоторые – и вовсе демонтировали КРМ.

Уровень РМ двигателей, генераторов и сети предприятия в целом характеризуется коэффициентом мощности cosw – это численное отношение активной мощности к полной мощности. Например, cosw асинхронных двигателей составляет примерно 0,7; сварочных трансформаторов – примерно 0,4; cosw станков – не превышает 0,5 и т. д. Поэтому полное использование мощности сети возможно только при компенсации ее реактивной составляющей.

Компенсация реактивной мощности может быть индивидуальной (местной) и централизованной (общей). В первом случае параллельно нагрузке подключают один или несколько (батарею) косинусных конденсаторов, во втором – некоторое количество конденсаторов (батарей) подключается к главному распределительному щиту.

Индивидуальная компенсация – самый простой и наиболее дешевый способ компенсации реактивной мощности. Число конденсаторов (конденсаторных батарей) соответствует числу нагрузок, и каждый конденсатор расположен непосредственно у соответствующей нагрузки (рядом с двигателем и т. п.). Такая компенсация хороша только для постоянных нагрузок (например, один или несколько асинхронных двигателей с постоянной скоростью вращения вала), то есть там, где реактивная мощность каждой из нагрузок (во включенном состоянии нагрузок) с течением времени меняется незначительно и для ее компенсации не требуется изменения номиналов подключенных конденсаторных батарей. Поэтому индивидуальная компенсация ввиду неизменного уровня реактивной мощности нагрузки и соответствующей реактивной мощности компенсаторов называется также нерегулируемой.

Централизованная компенсация – компенсация реактивной мощности с помощью одной регулируемой установки КРМ, подключенной к главному распределительному щиту. Применяется в системах с большим количеством потребителей (нагрузок), имеющих большой разброс коэффициента мощности в течение суток, то есть для переменной нагрузки (например, несколько двигателей, размещенных на одном предприятии и подключаемых попеременно). В таких системах индивидуальная компенсация неприемлема, так как, во-первых, становится слишком дорогостоящей (при большом количестве оборудования устанавливается большое количество конденсаторов), и, во-вторых, возникает вероятность перекомпенсации (появление в сети перенапряжения).

В случае централизованной компенсации конденсаторная установка оснащается специализированным контроллером (автоматическим регулятором реактивной мощности) и коммутационно-защитной аппаратурой (контакторами и предохранителями). При отклонении значения cosw от заданного значения контроллер подключает или отключает определенные конденсаторные батареи (компенсация осуществляется ступенчато). Таким образом, контроль осуществляется автоматически, а мощность подключенных конденсаторов соответствует потребляемой в данный конкретный момент времени реактивной мощности, что исключает генерацию реактивной мощности в сеть и появление в сети перенапряжения.

Оборудование для борьбы с РМ выпускают сейчас многие компании и у нас, и за рубежом. Для наглядности рассмотрим предлагаемое ими разнообразие на примере отечественной «Матик-электро». Оборудование для компенсации реактивной мощности с помощью низковольтных КРМ-0,4 кВ (аналог УКМ 58, АКУ, УККРМ), производимое этой компанией и оснащенное автоматическими регуляторами европейского уровня, способно почти на треть сократить расходы любого производства на электроэнергию. Конденсаторные установки существенным образом снижают нагрузку на трансформаторы и кабели и тем самым повышают надежность сетей.

Компенсация реактивной мощности осуществляется на базе высоковольтных конденсаторных установок, применяется в электросетях 6,3 / 10,5 / 35 кВ с высоковольтной нагрузкой. Конденсаторные установки компенсации реактивной мощности высоковольтные КРМ (аналог УКЛ 56, УКЛ 57) – 6,3 / 10,5 / 35 кВ производятся на реактивные мощности от 150 до 50 000 кВАр. Компенсация реактивной мощности происходит в ручном режиме, путем подключения необходимого числа батарей косинусных конденсаторов. Высоковольтные установки компенсации реактивной мощности производятся на базе компенсационных конденсаторов ведущих мировых производителей, в корпусах порошковой окраски, имеют срок службы 150 тыс. часов.

Регулируемая установка компенсации реактивной мощности в автоматическом режиме, под управлением микропроцессорного регулятора улучшает cosw путем подключения/отключения необходимого числа батарей конденсаторов. Они выпускаются с шагом от 20 до 450 кВАр и суммарной мощностью до 100 МВАр. Производятся также установки, в которых компенсация реактивной мощности осуществляется одновременно с фильтрацией гармоник в сети.

Такие конденсаторные установки – лучшее, а иногда и единственное решение, когда необходимо осуществлять компенсацию реактивной мощности нагрузки в короткий период времени. Конденсаторные установки с тиристорными ключами применяются в цехах с резкопеременной нагрузкой. К таким относятся цеха с большим количеством подъемно-транспортных механизмов, штамповочных установок и прессов, сварочных аппаратов.

В отличие от установок с контакторами, тиристорные КУ обладают быстродействием на 2 порядка выше, т.к. не требуется задержка срабатывания на время разряда конденсатора. В тиристорных установках после подачи сигнала на коммутацию тиристор «сам выбирает» время подключения в момент, когда напряжение в сети и на конденсаторе равны. Задержка включения составляет не более 20 мс.

При этом следует отметить, что конденсаторы подключаются без пусковых токов. Это продлевает срок службы конденсаторов. В связи с отсутствием движущихся механических контактов тиристорные конденсаторные установки имеют больший ресурс. Для защиты тиристоров применяются специальные быстродействующие предохранители.

Косинусные, фазовые конденсаторы для компенсации реактивной мощности используются для местной компенсации (подключение параллельно двигателям и т.п.). Большой гарантированный срок их эксплуатации (более 100 000 часов) обеспечивается передовыми разработками в области пленочных технологий для конденсаторов, в том числе – вакуумной обработкой диэлектрика. Конденсаторы для компенсации реактивной мощности производятся на напряжения от 0,4 до 10,5 кВ и мощности до 700 кВАр.

Контакторы для компенсации реактивной мощности – новое поколение электрических аппаратов на токи от 10 до 130 А с широкими функциональными возможностями и современным дизайном. Все аппараты имеют европейский и российский сертификаты и применяются в установках компенсации реактивной мощности на напряжения 0,4 – 0,69 кВ. Контакторы для установок компенсации реактивной мощности производятся на номиналы 5 – 75 кВАр и имеют контакты предвключения для ограничения тока через компенсирующий конденсатор в момент включения. Данные контакторы сглаживают пусковой ток и продлевают срок службы конденсаторов в установках компенсации реактивной мощности.

Выключатели нагрузки для установок компенсации реактивной мощности Federal и ВНК производятся с предохранителями или без них (исполнение – выключатель нагрузки) в соответствии со стандартами IEC/EN 60947-3 и ГОСТ. Они были разработаны для обеспечения мгновенного выключения цепей установок компенсации реактивной мощности с различными токами. Выключатели нагрузки незаменимы в установках компенсации реактивной мощности на большие токи – мощность свыше 200 кВАр.

Трансформаторы тока разборные TA.R (аналог Т-0.66, ТНШЛ, ТШ), на ток от 250 до 5000 А, для быстрого монтажа, предназначены для облегчения установки их на шину (от 20х30 мм до 160х80 мм) и кабель (диаметр от 20 до 80 мм). Данные трансформаторы удобны как внешний датчик тока для установок компенсации реактивной мощности.

Действительно ли так полезен бытовой компенсатор реактивной мощности

Экономия энергоносителей – одна из главных задач современной цивилизации. Все больше статей появляется в интернете об экономии электроэнергии методом компенсации реактивной мощности. Действительно, для промышленных предприятий данный процесс актуален, так как экономит денежные средства. Довольно много людей начинает задумываться, если промышленные предприятия экономят на реактивной составляющей, возможна ли экономия на этом в быту, путем компенсации реактивной составляющей в мастерской, на даче или в квартире.

Я наверное вас разочарую – это невозможно сделать, по нескольким причинам:

1. Однофазные счетчики, которые устанавливаются для частных потребителей, ведут учет только активной мощности;
2. Учет за реактивной составляющей ведется только на больших промышленных предприятиях, для частных потребителей этот учет не ведется;
3. Такая энергия не выполняет абсолютно никакой полезной работы, а только греет провода и другие устройства;

Да, в бытовых условиях возможна установка фильтров, это снизит суммарный ток в цепи, уменьшит падение напряжения. При пуске устройств большой мощности (пылесосы, холодильники) бытовые компенсаторы реактивной мощности снижают пусковой ток. Довольно просто собрать компенсатор реактивной мощности своими руками в домашних условиях. Для этого необходимо рассчитать реактивную мощность для однофазного устройства:

Для этого вам необходимо произвести замеры напряжения и тока цепи. Как найти cosφ? Очень просто:

Р – активная мощность устройства (указывается на самом устройстве)

Теперь нужно рассчитать емкость конденсатора:

Подбираем конденсаторы для бытового компенсатора реактивной мощности по емкости, напряжению, роду тока. Конденсаторы вешаются параллельно нагрузке.

Снижение суммарного тока снизит нагрев и позволит максимально использовать мощность цепи. Но, на промышленных предприятиях cosφ строго регламентирован, и контролируется в большинстве случаев автоматически, то есть при выводе какого-либо устройства с работы cosφ все равно поддерживается в заданном диапазоне. Представьте, что вы рассчитали реактивную мощность в вашей квартире, сделали компенсатор и подключили в цепь. Но через некоторое время отключился потребитель (например, холодильник) и баланс сети нарушился. Теперь вы не компенсируете, а генерируете реактивную энергию обратно в сеть, тем самым негативно влияя на работу других потребителей. Для того чтобы сохранять баланс необходимо постоянно следить за работой различных устройств. В быту автоматизировать данный процесс слишком дорого и лишено смысла, так как это не позволит вам вернуть деньги даже за компенсатор.

Можно сделать вывод что компенсация реактивной мощности в быту бессмысленна, так как не позволит сэкономить средства, а установка нерегулируемого компенсатора может привести к перекомпенсации и как следствие только ухудшить коэфициент мощности сети cosφ.

Если вы хотите экономить электроэнергию следует пользоваться старыми надежными способами:

1. Покупать бытовую технику класса А или В;
2. Выключать свет и бытовые приборы (исключение холодильник) когда уходите из дома;
3. Заменить лампы накаливания на энергосберегающие. Они и служат дольше и потребляют меньше;
4. Если пользуетесь электрочайником – кипятите столько воды, сколько требуется, это существенно снизит потребляемую им энергию;
5. Чистить фильтр пылесоса для улучшения тяги и снижения энергопотребления;
6. Утепляйте помещения для минимального использования электрических обогревателей.

На видео показан бытовой компенсатор реактивной мощности своими руками

На видео используется бытовой компенсатор в виде блока конденсаторных батарей