Компенсация реактивной мощности в физических аналогах. Необходимые и достаточные основы для понимания природы реактивных токов и реактивной мощности. Принцип компенсации реактивных токов.
Число публикаций в Сети и печатных изданиях по вопросам компенсации реактивной мощности впечатляет, однако превалирующее количество объяснений феноменов «мнимой» реактивной мощности (или реактивных токов) или ориентированы на узкопрофильных по технической подготовке читателей, коими de facto не являются большинство масштабных потребителей реактивной энергии, или базируются на физических аналогиях, предельно оторванных от природы реактивных токов.
Так, популярная сегодня аналогия с лошадью, тянущей по реке баржу/лодку, возможно и демонстрирует необходимость уменьшения угла приложения усилий (а значит и увеличения значения cos этого угла или коэффициента мощности) для повышения эффективности буксировки, но не дает хоть какого-либо представления о причинах появления необходимости коррекции мощности.
В то же время физическая аналогия с бокалом пива (пиво и пена в одном бокале – соответственно активная и реактивная составляющие в полной мощности) предельно далека от физической сути реактивной мощности, хотя очень наглядна в экономическом аспекте проблемы – видно за что мы платим по счетам за электроэнергию и что резервы полезной энергии есть в оплачиваемой по договорам мощности.
Необходимые и достаточные основы для понимания природы реактивных токов и реактивной мощности
Если максимально абстрагироваться от научных выкладок с дифференцированием синусоидальных функций тока/напряжения и рассматривать сети переменного тока/напряжения в максимально простой теории, то для понимания природы реактивных токов и реактивной мощности на уровне не профильного специалиста достаточно знать, что:
- напряжение и ток в переменной электрической сети имеют синусоидальную форму, причем в каждый период повторения формы синусоиды приложенное напряжение заставляет электроны (ток) двигаться в одном направлении (от 0 до π (радиан) или до 180°), а затем обратно (от π до 2π или от 180° до 360°).
Т.е. в сети переменного напряжения ток меняет свое направление в течение одного периода (или цикла) а число этих периодов/циклов в единицу времени (в секунду) называется частотой переменного тока, которая в разных странах мира может быть 50 Гц (50 полных периодов/циклов возвратно-поступательного движения электронов (тока) в секунду) или 60 Гц (соответственно 60 полных периодов/циклов возвратно-поступательного движения электронов (тока) в секунду);
- при ветвлении магистральной линии переменного тока А на две и более локальные линии (например, В и С) в каждый определенный момент времени мгновенное значение тока А подающей магистральной линии равно сумме мгновенных значений тока на отводящих линиях – А = В + С, но синусоиды токов А, В и С будут смещены друг относительно друга.
Принцип компенсации реактивных токов
Основы принципа компенсации реактивных токов наглядно демонстрирует рисунок ниже, а сам принцип по сути является базовым при проектировании и изготовлении устройств компенсации реактивной мощности конденсаторного (емкостного) типа (см. более детально об устройствах компенсации реактивной мощности).
На рисунке выше видно, что в момент времени 0 любого взятого периода 0 - 360° мгновенное значение тока в линии В = 0.5, в линии С = 0 и в линии А = 0.5 + 0 = 0.5. В то же время в момент 135°мгновенное значение тока в линии В = - 0.35, в линии С = + 0.35 и в линии А = - 0.35 + 0.35 = 0.00 (за счет отрицательного тока в линии В), т.е. ток в линии В в момент 135° идет в обратном направлении к узлу ветвления и «компенсирует» ток линии С.
Принцип компенсации токов токами с синусоидой, смещенной на 2π радиан или 180° является базовым в концепции компенсации реактивной мощности, однако следует понимать, что «нулевой» ток в линии А является алгебраической суммой мгновенных значений смещенных по фазе на 2π радиан токов линий В и С, а в действительности не является нулевым, поскольку токи линий смещены по фазе. Теоретически и практически установлено, что действующее (или среднеквадратическое) значение тока I равно обратной величине корня из двух (1/1.414 = 0.707) величины пикового (амплитудного) значения силы тока Im (значение пика синусоиды). Т.е. de facto на рис. ниже ток в линии А по показаниям амперметра будет равен 1.4 х 0.707 = 0.99 А.
Подготовлено компанией «Нюкон»
