фізичний сенс

Змінний струм йде по дроту в обидві сторони, в ідеалі навантаження повинна повністю засвоїти і переробити отриману енергію. При розузгодження між генератором і споживачем відбувається одночасне протікання струмів від генератора до навантаження і від навантаження до генератора (навантаження повертає запасені раніше енергію). Такі умови можливі тільки для змінного струму при наявності в ланцюзі будь-якого реактивного елемента, що має власну індуктивність або ємність. Індуктивний реактивний елемент прагне зберегти незмінним протікає через нього струм, а ємнісний - напруга. Через ідеальні резистивні і індуктивні елементи протікає максимальний струм при нульовій напрузі на елементі і, навпаки, максимальна напруга виявляється прикладеним до елементів, які мають ємнісний характер, при струмі, що протікає через них, близьким до нуля.

Значну частину електрообладнання будь-якого підприємства становлять пристрої, обов'язковою умовою нормальної роботи яких є створення в них магнітних полів, а саме: трансформатори, асинхронні двигуни, індукційні печі та інші пристрої, які можна узагальнено охарактеризувати як «індуктивна навантаження». Набагато рідше застосовуються пристрої, що запасають енергію, які можна узагальнено вважати ємнісний навантаженням.

Оскільки однією з особливостей індуктивності є властивість зберігати незмінним струм, що протікає через неї, то при протіканні струму навантаження з'являється фазовий зсув між струмом і напругою (струм «відстає» від напруги на фазовий кут). Різні знаки у струму і напруги на період фазового зсуву, як наслідок, призводять до зниження енергії електромагнітних полів индуктивностей, яка заповнюється з мережі. Для більшості промислових споживачів це означає наступне: по мережах між джерелом електроенергії і споживачем, крім здійснює корисну роботу активної енергії, також протікає реактивна енергія, що не здійснює корисної роботи. Активна і реактивна енергії складають повну енергію, при цьому частка активної енергії по відношенню до повної визначається косинусом кута зсуву фаз між струмом і напругою - cosφ. Однак, протікаючи по кабелях і обмоток в зворотну сторону, реактивний струм знижує в межах їх пропускної спроможності частку протікає по ним активного струму, викликаючи при цьому значні додаткові втрати в провідниках на нагрівання - активні втрати. У разі, коли cosφ = 1, вся енергія дійде до споживача. У разі cosφ = 0 струм в проводі зросте вдвічі, оскільки однаковий за величиною струм буде протікати в обох напрямках одночасно. В цьому режимі активна потужність навантаженням не споживається, за винятком нагрівання провідників.

Таким чином, навантаження приймає і віддає в мережу практично всю енергію, при цьому виникає ситуація, в якій споживач змушений оплачувати енергію, яка не була використана фактично. На противагу індуктивним елементам, ємнісні елементи (наприклад, конденсатори) прагнуть зберігати незмінним напруга на своїх затискачах, тобто для них ток «випереджає» напруга. Оскільки величина споживаної електроенергії ніколи не є постійною і може змінюватися в істотному діапазоні за досить малий проміжок часу, то, відповідно, може змінюватися і співвідношення активної споживаної енергії до повної (cosφ). При цьому чим менше активне навантаження споживача, тим менше значення cosφ. З цього випливає, що для компенсації реактивної потужності необхідно обладнання, що забезпечує регулювання cosφ в залежності від зміни умов роботи обладнання - тобто застосування установок компенсації реактивної потужності (УКРМ), що складаються, як правило, з батарей ємнісних елементів (конденсаторів), комутаційного обладнання і пристроїв управління. Принцип роботи УКРМ полягає в підключенні до мережі необхідного в даний момент часу кількості конденсаторів для відомого миттєвого значення реактивної потужності.

Схожі статті