Компенсации реактивной мощности

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;

• стабилизация напряжения;

• 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».

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:

Или так:

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:

f- частота сети.

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.