Концепции цифровых сетей, реактивной мощности и гармонических искажений. Простые физические аналогии для понимания реактивной мощности и гармоник.
Со стартом цифровой трансформации, заявленном в новой Энергетической стратегии страны, вышли на уровень критические вопросы очистки силовых сетей низкого и среднего напряжения от перетоков реактивной мощности и гармонических искажений, однако:
концепция реактивной мощности продолжает оставаться «thing-in-itself» (вещью в себе) и в целом непонятна превалирующему большинству людей, а гармоники пока обходят стороной даже «специалисты» по свободной субъективной трактовке физических (и иных) процессов.
Так, по малопонятной причине реактивную мощность подают в физической аналогии пены в бокале пива, т. е. она вроде не нужна вообще, является «паразитной» или «сопутствующим ущербом» (меньше жидкости за те же деньги) и в идеале должна нивелироваться (уничтожаться) полностью.
Рефрены этой физической аналогии реактивной, активной и полной энергии очень популярны в Сети, часто используются даже производителями технических средств компенсации реактивной мощности, что буквально парадоксально, поскольку противоречит основному предназначению конденсаторов (аккумулирование энергии) и целесообразности применения предлагаемых ими конденсаторных установок.
Еще хуже ситуация с гармониками нелинейных нагрузок — действующие с начала года ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020, ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020, устанавливающие индикативные уровни гармоник в сетях низкого, среднего, высокого и сверхвысокого напряжения, как и базовый международный IEEE 1459, обозначивший терминологию и правила расчета балансов энергии по «параллелепипеду» мощности ориентированы на профильных специалистов высокого профессионального уровня. Т. е. по факту гармоники и их негативы для сетей остаются «вещью в себе» аналогично реактивной мощности, и это не только тормозит внедрение эффективных средств для нивелирования гармонических возмущений, но и создает почву для маркетингового продвижения, продаж услуг и оборудования, сомнительно целесообразных при решении конкретной целевой задачи.
Сам переход на «цифру» вызвал бум маркетинговых инсинуаций для продвижения IT продуктов и услуг, безусловно необходимых для систем автоматизации производства на базе программно-технических комплексов, но отнюдь не в заявляемых аспектах (технологии блокчейна, туманных, квантовых вычислений, аддитивные и т. д.).
По сути вся цифровая трансформация, во всяком случае на начальных этапах и в аспекте решаемых подразделениями энергетики задачи, сводится к интеграции силовой сети с программно-аппаратным комплексом АСУ через информационные каналы связи, датчики и управляющие контроллеры, а вот программная оболочка серверов комплекса — епархия айтишников.
Простые физические аналогии для понимания реактивной мощности и гармоник
Предельно упрощенно суть и необходимость компенсации реактивной мощности и нивелирования гармоник можно понять и передать не знакомым с вопросом людям из физической аналогии... приготовления пищи. Если предположить, что энергия — это вода, но нет водопровода, и ее приходится носить в ведрах по узкому коридору на кухню, то:
- при варке супа она с небольшими потерями (выплескивалась во время набора, носки, заливки в кастрюлю, ушла с паром и брызгами) идет на полезное дело — в пищу (аналогично линейной нагрузке с активным сопротивлением);
- в случае готовки на «водяной бане» (аналог: нелинейная индуктивная нагрузка) необходима вода во внешней емкости (реактивная энергия), т. е. она нужна для процесса, хотя в итоге не употребляется в пищу.
Однако после приготовления еды эту воду из внешней кастрюли:
- можно слить в ведро, вынести на улицу, занимая часть узкого прохода и мешая другим, а потом вылить, засоряя (условно) почву;
- слить в емкость рядом и в дальнейшем использовать для той же «водяной бани», а значит не тратить ни чистую воду, ни силы на ее доставку.
Так же работают конденсаторные установки, в которые «сливается» реактивная энергия из индуктивности, хранится и затем отправляется назад в индуктивную нагрузку, т. е. по факту конденсаторы обмениваются реактивной энергией с индуктивностью, и это позволяет не только сэкономить активную мощность, но и очистить сеть для ее транспортировки;
Если в ситуации с «водяной баней» приготавливаемая во внутренней емкости пища переливается, брызгает, т. е. сильно засоряет воду (гармоники) во внешней кастрюле (вдобавок к пыли из окружающего воздуха), то ее (воду) нужно обязательно очистить вне зависимости от того, будет она использоваться снова, или утилизироваться на улице.
Поэтому в отличие от «оборотной» реактивной энергии, которую можно аккумулировать в конденсаторных установках и использовать снова, гармоники являются полностью вредными, ненужными и подлежат уничтожению пассивными или активными фильтрами.
