Активна та реактивна потужність – що це
Почнемо з того, що активна та реактивна потужність, це постійні супутники нашого життя, хоча переважна більшість громадян будь-якої країни просто не звертають на це жодної уваги. Крім того, асоціації, які виникнуть у багатьох людей при слуханні чи прочитанні слова «реактивний», виглядатимуть як реактивні турбіни, а здебільшого – сучасний літак, побачений у фільмах. Це, звичайно ж, далеко від істини, тому спочатку краще розібратися в цих поняттях на найпростішому прикладі з життя.
Розібратися, що така активна та реактивна потужність нам допоможе приклад двох нерозлучних сестричок (умовно назвемо їх Валя та Даша), які приїхали влітку на заміську дачу разом, оскільки вони не уявляють життя один без одного. Валя після прибуття пішла в сарай, взяла лопату, сапку, граблі, мішок (відро) для сміття і пішла працювати на присадибну ділянку. А ось Даша вирішила використати виїзд за місто, як можливість відпочити, тому цілий день стрибала, веселилася, лежала на тапчані під деревом, насолоджуючись свіжим повітрям. Виходить, що Валя в цьому випадку представляє активну потужність (P кВт), а Даша – реактивну (Q квар), хоча разом узяті вони виглядають, як бригада або повна потужність. На зображенні трикутника, наведеному вище, Валя представлятиме катет BC, Даша - катет AC, а обидві сестри місці взяті - гіпотенузу AB (запам'ятайте цей приклад - ми згадаємо його пізніше).
Корисне відео
Що це означає
У мережах змінного струму, якими на сьогоднішній день користується абсолютно весь світ, без активної та реактивної потужностей ніяк не обійтися – вони взаємозалежні та навіть необхідні. До активної електроенергії відноситься напруга, що виробляється на ТЕС, ГРЕС, АЕС, мобільному генераторі, що стоїть у гаражі і т.д. - воно надходить до споживача (на фабрики, заводи, до нас додому) і живить усі електроприлади від мережі ≈220-380 V. У цей же час функція реактивної складової повного струму полягає в безцільному блуканні від джерела до споживача і назад. То звідки ж береться ця, марна на перший погляд, субстанція?
Вся справа в тому, що в наших будинках, на підприємствах та будь-яких інших електрифікованих об'єктах є прилади з індуктивними котушками (наприклад, можна взяти статор двигуна), де постійно виникають магнітні поля. Тобто частина з них обертає ротор (якір), а частина повертається назад і так до нескінченності, поки існує рух активної енергії. Це добре демонструє кухоль свіжого пива: з рідиною людина випиває лише малу частину піни, а решту залишає в келиху або здує на землю. Але ця піна є продуктом бродіння (індукції), без якого пива, як такого, не буде взагалі.
Зараз вже можна підбити перший підсумок у розумінні теми: якщо є індуктивне навантаження (а воно є завжди), то обов'язково з'явиться реактивний струм, який споживає індукція, яка сама його створює. Тобто індукція виробляє реактивну потужність, потім її споживає, виробляє наново і так постійно, але в цьому криється одна проблема. Для руху реактивної субстанції туди назад потрібна активна енергія, яка витрачається через постійний рух електронів по проводах (нагрів проводів).
Чи можна дійти висновку, що активна потужність генератора, це повне протиставлення реактивної, на перший погляд марної потужності? Але це не так. Згадайте, сестри нерозлучні між собою, тому що люблять одна одну, а пиво без піни ніхто не питиме, та й забродити без неї напій буде не в змозі. Те саме можна сказати про реактивну потужність - без неї неможливе створення магнітних полів, так що з цією силою доведеться рахуватися. Але тут у справу пішли мозкові звивини винахідників, які вирішили скоротити територіальний простір (не ганяти проводами взад-вперед) цієї, не зовсім зрозумілої, субстанції і виробляти її в безпосередній близькості від об'єкта споживання.
Для наочного прикладу можна взяти всім відомий електричний фен, у якому є двигун, що обертає вал із лопатями – він називається турбіною для подачі гарячого повітря. Так ось, щоб розвантажити лінію електропередач від марної біганини реактиву від станції до споживача і назад, в корпус приладу вбудовують конденсатор потрібної ємності. А уявіть собі те ж електрозварювання або токарний цех з десятками потужних верстатів, який потенціал вивільняється реактивним струмом для збільшення ККД. Якщо говорити технічною мовою, то встановлення конденсаторів або інших статичних елементів, що компенсують, називається компенсацією реактивної потужності. Виходить, що активна та реактивна потужність, це дві нерозривно пов'язані між собою величини.
Виробляти реактивну потужність можуть також генератори на електростанціях будь-якого типу. Для цього достатньо змінити струм збудження (перезбудження, недозбудження) та генератор виявиться як постачальником, так і споживачем цієї величини. Але це лише закони фізики, які в даному випадку не дуже вигідні для людей, тому найкраще переносити ємність накопичення і віддачі, якомога ближче до джерела - в корпус приладу (агрегату) або у виробничий цех.
Корисне відео
Повна потужність
Одиниця вимірів активної потужності записується, як P (Вт), реактивна, як Q (Вар), а повної, як S. Якщо їх скласти разом, отримаємо значення S або повну потужність: P+Q=S. Тільки це спрощений варіант, а на практиці це буде виглядати як S=√(P2+Q2) – квадратний корінь із суми квадратів Вт та Вар. Нічого не нагадує? Ну, звичайно ж, це теорема Піфагора для прямокутного трикутника, де обчислюється гіпотенуза: c = √ (a2 + b2). Як бачите, фізико-математичні величини завжди залишаються незмінними. Виходить, що активна і реактивна потужність, перебуваючи в мережі і утворюючи повне число S не така вже й корисна, а ось якщо її розділити на P і Q, то ми й отримуємо роботу різних двигунів, котушок і трансформаторів.
Примітка: на практиці активна та реактивна потужності збігаються дуже рідко, але це не так важливо. Просто зверніть увагу, що при розрахунках у записах технологи найчастіше використовують косинус фі (cos φ) замість Вар (var). Ця інформація для того, щоб ви не розгубилися, зіткнувшись із новим визначенням.
Тепер давайте узагальним те, що ми дізналися. Якщо струм не активної, а індуктивної енергії та навпаки, її потрібно компенсувати або зібрати за допомогою різних конденсаторів, діодних мостів тощо. Такий підхід дозволяє збільшити значення cos до 0,7-0,9, тобто, здійснити компенсацію реактивної потужності. Безумовно, для будь-яких обчислень потрібна не умовна одиниця виміру активної потужності, а конкретні цифри, але не можна навчитися за допомогою однієї статті.
Врахування реактивної потужності двигунів
Тепер давайте подивимося, як обчислюється активна енергія для тих самих електродвигунів, від яких на 70-80% залежить працездатність сучасного підприємства – вони крутять насоси, верстати, вентилятори, конвеєри тощо. і т.п. Якщо це так, то хтось повинен постійно стежити, щоб споживання потужності не стало раптом необґрунтовано завищеним. Звісно, здійснювати такий контроль, швидше за все, буде комп'ютер, але з участі людини (інженера).
Найбільше реактивна енергія потужності витрачається даремно в тих випадках, коли двигун працює на неодружених оборотах і якщо для насосів або конвеєрів це незначна частина, то для верстатів - дуже відчутне розбазарювання реактиву. Проте, поріг найефективнішої роботи електродвигунів перебуває у межах 60-100%, а за нижчих показниках марна витрата енергії дедалі більше наближається до значення холостого ходу. Про що це каже? Про те, що при проектуванні цеху не слід завищувати його потужності – на практиці це піде лише на шкоду виробництву.
Примітка: світова практика показує, що останнім часом інженери-технологи провідних підприємств відмовляються від фазних роторів і віддають перевагу асинхронним двигунам із короткозамкненим ротором.
Корисне відео
Висновок
Хороший інженер, знаючи про повну потужність генератора, двигуна може досягти високого економічного ефекту для свого підприємства. Якщо врахувати, що монтаж приладів компенсації реактивної потужності загалом становить від 12 до 50% від оплати енергетикам, то ця витівка окупиться десь упродовж року. Надалі така установка починає давати прибуток.
