¿Qué es el poder reactivo y cómo lidiar con él?

Física del proceso y práctica del uso de unidades de compensación de potencia reactiva.

Para comprender el concepto de potencia reactiva, primero recordamos qué es la energía eléctrica. Energía eléctrica Es una cantidad física que caracteriza la tasa de generación, transmisión o consumo de energía eléctrica por unidad de tiempo.

Cuanto mayor es la potencia, más trabajo puede realizar la instalación eléctrica por unidad de tiempo. Potencia medida en vatios (producto Volt x Ampere). La potencia instantánea es el producto de los valores instantáneos de la tensión y la intensidad de la corriente en alguna parte del circuito eléctrico.

Física de procesos

En los circuitos de corriente continua, los valores de potencia instantánea y media para un cierto período de tiempo coinciden, pero el concepto de potencia reactiva está ausente. En los circuitos de CA, esto solo ocurre si la carga es puramente activa. Esto es, por ejemplo, un calentador eléctrico o una lámpara incandescente. Con tal carga en el circuito de CA, la fase de voltaje y la fase de corriente coinciden y toda la potencia se transfiere a la carga.

Si la carga es inductiva (transformadores, motores eléctricos), entonces la corriente se retrasa en fase con respecto al voltaje, si la carga es capacitiva (varios dispositivos electrónicos), entonces la corriente en fase supera el voltaje. Dado que la corriente y el voltaje no coinciden en la fase (carga reactiva), solo una parte de la potencia (potencia total) se transfiere a la carga (consumidor), que podría transferirse a la carga si el cambio de fase fuera cero (carga activa).

Potencia activa y reactiva

La parte de la potencia total que se transfirió a la carga durante el período de corriente alterna se llama poder activo. Es igual al producto valores actuales de voltaje y corriente en el coseno del ángulo de fase entre ellos (cos φ).

La potencia que no se transfirió a la carga, pero que provocó pérdidas en el calentamiento y la radiación, se denomina potencia reactiva. Es igual al producto de los valores actuales de corriente y voltaje por el seno del ángulo de fase entre ellos (sen φ).

De esta manera la potencia reactiva es un valor que caracteriza la carga. Se mide en voltios amperios reactivos (var, var). En la práctica, la noción de coseno phi se encuentra con mayor frecuencia como una cantidad que caracteriza la calidad de una instalación eléctrica en términos de ahorro de energía.

De hecho, cuanto mayor sea el cos φ, más energía suministrada desde la fuente ingresa a la carga. Por lo tanto, puede usar una fuente menos poderosa y se desperdicia menos energía.

Poder reactivo de los consumidores domésticos.

Por lo tanto, los consumidores de CA tienen un parámetro como el factor de potencia cosφ.

En el gráfico, la corriente se desplaza 90 ° (para mayor claridad), es decir, una cuarta parte del período. Por ejemplo, el equipo eléctrico tiene cosφ = 0.8, que corresponde a un ángulo de arco de 0.8 ≈ 36.8 °. Este cambio se debe a la presencia de componentes no lineales en el consumidor de electricidad: condensadores e inductores (por ejemplo, bobinados de motores eléctricos, transformadores y electroimanes).

Para comprender mejor lo que está sucediendo, es necesario tener en cuenta el hecho de que cuanto mayor es el factor de potencia (máximo 1), más eficientemente el consumidor usa la electricidad recibida de la red (es decir, más energía se convierte en trabajo útil): esta carga se llama resistiva.

Con una carga resistiva, la corriente en el circuito coincide con el voltaje. Y con un factor de potencia bajo, la carga se llama reactiva, es decir, parte del consumo de energía no hace un trabajo útil.

La siguiente tabla muestra la clasificación de los consumidores por factor de potencia.

Clasificación del consumidor AC

La siguiente tabla muestra el factor de potencia de los consumidores domésticos de electricidad.

Factor de potencia de electrodomésticos

Electricista de humor

¿Qué es el poder reactivo? ¡Todo es muy simple!

Métodos de compensación de potencia reactiva.

De lo anterior se deduce que si la carga es inductiva, debe compensarse con la ayuda de condensadores (condensadores) y viceversa, la carga capacitiva se compensa con la ayuda de inductores (reactancias y reactores). Esto ayuda a aumentar el coseno phi (cos φ) a valores aceptables de 0.7-0.9. Este proceso se llama compensación de potencia reactiva.

El efecto económico de la compensación de potencia reactiva.

El efecto económico de introducir instalaciones de compensación de potencia reactiva puede ser muy grande. Según las estadísticas, representa del 12 al 50% del pago por electricidad en varias regiones de Rusia. La instalación de la compensación de potencia reactiva vale la pena en no más de un año.

Para las instalaciones diseñadas, la introducción de una unidad de condensador en la etapa de desarrollo permite ahorrar en el costo de las líneas de cable al reducir su sección transversal. Una instalación automática de condensadores, por ejemplo, puede elevar cos φ de 0.6 a 0.97.

Conclusiones

Por lo tanto, las plantas de compensación de potencia reactiva brindan beneficios financieros tangibles. También le permiten mantener el equipo en condiciones de trabajo durante más tiempo.

Aquí hay algunas razones por las que esto sucede.

1. Reduciendo la carga en los transformadores de potencia, aumentando en relación con esto su vida útil.

2. Reduciendo la carga en alambres y cables, la capacidad de usar cables de sección transversal más pequeña.

3. Mejora de la calidad de la electricidad de los consumidores de energía.

4. Eliminación de la posibilidad de multas por reducir cos φ.

5. Reducción del nivel de armónicos más altos en la red.

6. Disminución del nivel de consumo de electricidad.

Comments

[#1 Konstantin]

El factor de potencia es la relación de potencia activa (vatios, kilovatios) a potencia aparente (voltios-amperios, kilovoltios-amperios). El factor de potencia en el caso general es siempre menor que la unidad. Solo con una carga puramente activa (iluminación, dispositivos de calefacción) es igual a la unidad. El valor del factor de potencia determina la fracción de la potencia aparente (total) del generador o transformador que pueden proporcionar al receptor eléctrico en forma de potencia activa.

[#2]

Muchas gracias, información realmente comprensible.

[#3 Andrey]

¡Ese es solo el artículo que olvidó agregar que la mayor parte de la potencia reactiva se devuelve al sistema eléctrico! Si explica con los dedos, la corriente fluye a través del cable en ambos lados al mismo tiempo si hay desacuerdos: del generador a la carga y de la carga (devuelve energía) al generador. Y, naturalmente, esto solo es posible con AC. ¡Y el consumidor PAGA por la energía que realmente no usó! Por lo tanto, algunas cosas (como bajar el nivel de consumo) ocurren solo virtualmente debido al principio idiota de que el medidor cuenta la energía que pasa y DÓNDE va ​​al tambor. Por supuesto, la compensación es algo necesario, pero en su mayor parte para las compañías de energía. Bueno, si piensas lógicamente, ¿cómo la introducción de un elemento ADICIONAL con pérdidas en el circuito puede aumentar su eficiencia? Pero como método de tratar con armónicos y subsidencias (excesos) de voltaje en la línea, es efectivo, porque acepta generador y carga. Naturalmente, se pueden usar cables más delgados (para cos teórico = 0, la corriente en el cable se duplicará, porquefluirá a través del cable en ambas direcciones de la misma manera). La carga en los dispositivos de control y distribución también disminuirá debido a lo mismo. Y a los generadores con transformadores de corriente inversa no les gusta. Y estos procesos ocurren durante CUALQUIER cambio de carga (si no es puramente activo, lo que generalmente no sucede, incluso una bombilla ordinaria tiene una inductancia insignificante). En los años 70 en los Estados Unidos, debido a la DESCONEXIÓN, la planta inmediatamente debajo de la línea trajo bajo cien transformadores de distribución en varios estados ...

[#4]

Andrey, los medidores domésticos son "medidores de energía activa". Con todo lo que sigue. No tienen en cuenta la energía reactiva.

[#5 MaksimovM]

AndreyEn primer lugar, la planta siempre funciona con varias líneas eléctricas. E incluso si la planta está completamente desenergizada, lo cual es imposible en principio, ya que siempre hay varias fuentes independientes de suministro de energía, esto no puede servir como una razón para desenergizar las subestaciones de distribución. La planta está en funcionamiento: la carga está en las subestaciones, la planta se ha apagado, la carga ha disminuido en algún valor. Este no es un modo de emergencia para el sistema de alimentación. Solo puede al revés: la planta se desenergiza como resultado de desenergizar varias subestaciones.

Cosine phi (factor de potencia) es la relación entre la potencia activa y el consumo total de energía. En principio, no puede ser igual a cero. Todos los transformadores ubicados en subestaciones diseñadas para una determinada potencia, y esta potencia está llena, es decir, teniendo en cuenta el componente activo y reactivo. La energía eléctrica consumida, aunque activa, incluso reactiva, siempre va en una dirección. La potencia puede tener una dirección diferente en las líneas de tránsito de las subestaciones, en este caso, dependiendo del estado de una sección particular del sistema de potencia, la potencia activa y reactiva puede tener una dirección diferente (consumo o retorno de energía eléctrica).

[#6 WWA]

Queridos amigos (el autor del artículo y los comentarios), no estoy de acuerdo con ustedes en todo, pero no voy a discutir esto. Quiero exponer mi visión de la física del proceso. En general, en la naturaleza, un tipo de energía (poder) como "Reactivo", por supuesto, no existe. Pero hay un concepto: energía reactiva (poder). Este concepto caracteriza el fenómeno que ocurre en los circuitos eléctricos de corriente alterna. La esencia del fenómeno es simple. Los elementos inductivos y capacitivos crean (surgen) campos magnéticos y eléctricos. En circuitos de corriente alterna, estos campos son, naturalmente, también variables. Se gasta energía en la creación de estos campos. Por ejemplo, cuando una corriente fluye en una inductancia, surge un campo magnético. Además, cuando la corriente aumenta, la energía de la red eléctrica (es decir, del generador) se consume para crear este campo, y cuando la corriente disminuye, la energía almacenada en la inductancia se devuelve a la red. Obviamente, para cada período, el campo magnético se duplica de cero a un máximo y disminuye dos veces en la dirección opuesta. Un fenómeno similar ocurre en el tanque. Solo en la capacitancia los campos eléctricos oscilan y esto ocurre sincrónicamente con un cambio en el voltaje. Las fases de oscilación de los campos eléctricos en una capacitancia y los campos magnéticos en una inductancia siempre están en antifase. Fenómenos similares ocurren en sistemas mecánicos: por ejemplo, cuando se comprime un resorte, se gasta energía, y cuando se libera, se libera la energía potencial almacenada (¿por qué no la capacidad?) O, por ejemplo, acelerar el agua a una velocidad constante en un sistema de suministro de agua cerrado, la bomba tarda un tiempo en funcionar, si después de eso la bomba apague y la circulación del agua continuará por algún tiempo por inercia debido a la energía cinética almacenada (esto es un análogo de la inductancia).

Conclusión: la energía reactiva no es un tipo especial de energía, es la energía eléctrica que se consume periódicamente y se suministra a los elementos reactivos en los circuitos de corriente alterna.

PS. - La energía reactiva (potencia) se puede medir, lo que significa que existe.

[#7]

Lo único que estoy de acuerdo con el autor es que hay muchas leyendas sobre el concepto de "energía reactiva" ... Aparentemente, el autor presentó su propia venganza ... Confundido ... contradictorio ... todo tipo de abundancia: "' viene, la energía se va ... "El resultado fue generalmente impactante, la verdad al revés:" Conclusión: la corriente reactiva hace que los cables se calienten sin hacer ningún trabajo útil "¡Señor, querido! la calefacción ya funciona !!! Mi opinión, aquí las personas con antecedentes técnicos sin un diagrama vectorial de un generador síncrono bajo carga no pueden mantener la descripción del proceso correctamente, y para aquellos interesados, puedo ofrecer una opción simple, sin ningún tipo de fantasía.

Entonces sobre la energía reactiva. El 99% de la electricidad con un voltaje de 220 voltios o más es generada por generadores síncronos. Usamos diferentes aparatos eléctricos en la vida cotidiana y el trabajo, la mayoría de ellos "calientan el aire", emiten calor en un grado u otro ... Siente la televisión, el monitor de la computadora, ni siquiera hablo del horno eléctrico de la cocina, en todas partes se siente cálido. Todos estos son consumidores de energía activa en la fuente de alimentación de un generador síncrono. La potencia activa del generador es la pérdida irrecuperable de energía generada por el calor en cables y dispositivos. Para un generador síncrono, la transferencia de energía activa se acompaña de resistencia mecánica en el eje de accionamiento. Si usted, querido lector, girara el generador manualmente, inmediatamente sentiría una mayor resistencia a sus esfuerzos y eso significaría que, alguien incluyó un número adicional de calentadores en su red, es decir, la carga activa aumentó. Si tiene diésel como generador, asegúrese de que el consumo de combustible aumente a la velocidad del rayo, porque es la carga activa la que consume su combustible. Con la energía reactiva es diferente ... Te diré que es increíble, pero algunos consumidores de electricidad son fuentes de electricidad, aunque por un momento muy breve, pero lo son. Y si tenemos en cuenta que la corriente alterna de frecuencia industrial cambia su dirección 50 veces por segundo, esos consumidores (reactivos) transfieren su energía a la red 50 veces por segundo. Ya sabes cómo en la vida, si alguien agrega algo al original sin consecuencias, no queda. Entonces, aquí, siempre que haya muchos consumidores reactivos, o sean lo suficientemente potentes, el generador síncrono está excitado. Volviendo a nuestra analogía anterior, en la que utilizó su potencia muscular como impulso, notará que a pesar del hecho de que no cambió el ritmo al girar el generador, o no sintió una oleada de resistencia en el eje, las luces de su red se apagaron repentinamente. Paradójicamente, gastamos combustible, rotamos el generador con una frecuencia nominal, pero no hay voltaje en la red ... Estimado lector, apague los consumidores reactivos en dicha red y todo se restaurará. Sin entrar en teoría, la excitación ocurre cuando los campos magnéticos dentro del generador, el campo del sistema de excitación que gira junto con el eje y el campo del devanado estacionario conectado a la red giran en la dirección opuesta, debilitándose entre sí. La generación de electricidad disminuye con la disminución del campo magnético dentro del generador. La tecnología ha avanzado mucho, y los generadores modernos están equipados con reguladores de excitación automáticos, y cuando los consumidores reactivos "fallan" el voltaje en la red, el regulador aumentará inmediatamente la corriente de excitación del generador, el flujo magnético se restablecerá a la normalidad y el voltaje en la red se restablecerá. Está claro que la corriente de excitación ha componente activo, así que por favor agregue combustible en el diesel.En cualquier caso, la carga reactiva afecta negativamente el funcionamiento de la red eléctrica, especialmente cuando el consumidor reactivo está conectado a la red, por ejemplo, un motor eléctrico asíncrono ... Con una potencia significativa de este último, todo puede terminar mal, por accidente. En conclusión, puedo agregar para un oponente curioso y avanzado que también hay consumidores reactivos con propiedades útiles. Estos son todos los que tienen capacidad eléctrica ... Conecte dichos dispositivos a la red y la compañía eléctrica ya le debe)). En forma pura, estos son condensadores. También emiten electricidad 50 veces por segundo, pero al mismo tiempo, el flujo magnético del generador, por el contrario, aumenta, de modo que el regulador puede incluso reducir la corriente de excitación, ahorrando costos. ¿Por qué no hicimos una reserva sobre esto antes ... por qué ... Estimado lector, recorra su casa y busque un consumidor de chorro capacitivo ... no encontrará ... A menos que desarme un televisor o una lavadora ... pero no será útil .... <

[#8]

Bueno, como si 50 Hz es un cambio en la dirección de la corriente 100 veces por segundo, tomó otro 1 año ... Así que todos saben leer y escribir.

[#9]

Eugene, en el primer año de seminario o el Instituto de Educación Física? No sería deshonrado! ¡El que tiene cerebro ha aprendido incluso en una clase de esa manera en el 7º-8º grado que hertz es un período completo de oscilación por segundo! Es decir Con una forma de onda sinusoidal con una frecuencia de 50 Hz, el signo cambia al opuesto 50 veces por segundo, ¡pero la media onda ya será 100! Usted lee aquí, el infierno lo toma: la ingeniería eléctrica ahora se ha convertido en una fe pagana: todo oscurantismo y herejía ...

[#10]

Amigos, al disminuir la reactividad, se reduce el activo, ¡es un hecho! ¡El mostrador mostrará esto también!

¡Recuerda la física elemental!

Para conocer el indicador de potencia activa, es necesario conocer la potencia total, para su cálculo se utiliza la siguiente fórmula: S = U \ I, donde U es el voltaje de la red e I es la intensidad actual de la red.

El cálculo de la potencia activa tiene en cuenta el ángulo de fase o el coeficiente (cos), luego: S = U * I * cos

Así que tome las garrapatas, mida el reactivo, si es inferior a 0.9, coloque a Conders con la calificación adecuada y ¡estará feliz!

[#11 Anatoly]

Todo esto es correcto, pero si colocamos un puente de diodos en el circuito con un condensador (todas las pérdidas de potencia activa para calentar el puente de diodos y el condensador, por supuesto, serán tomadas en cuenta por el contador como potencia activa), y después de conectar el puente de diodos, conecte el condensador electrolítico, luego se cargará al máximo tensión de red, después de lo cual, al no tener forma de descarga, comenzará a cargarse con la tensión de red máxima. El tiempo de carga puede ser arbitrariamente largo, pero el condensador consume solo corriente de la red a través del puente de diodos, acumulando gradualmente su carga y aumentando el voltaje en sus placas al voltaje máximo de la red, y el condensador consume solo la corriente, que está 90 grados por delante del voltaje de fase, es decir, corriente reactiva de la red Sí, el condensador no devolvió su carga a la red eléctrica en el siguiente trimestre del período, como debería haber hecho si se hubiera conectado a la red eléctrica sin un puente de diodos. Y luego, la potencia del condensador sin tener en cuenta las pérdidas activas debido al calentamiento de sus placas se consideraría una potencia puramente reactiva. Pero el condensador se cargó con corriente de una fuente de corriente en forma de un puente de diodos, y esta corriente era una corriente reactiva con respecto a la red eléctrica, ya que hay otro condensador en el circuito hacia el puente de diodos. Es decir, el medidor no tuvo en cuenta esta potencia eléctrica, porque era potencia reactiva y la corriente estaba por delante del voltaje en casi un ángulo de 90 grados eléctricos, y el medidor como potencia activa solo tiene en cuenta la potencia que coincide en fase con la corriente. En este caso, el condensador electrolítico conectado después del puente de diodos ya no se puede descargar a la red, después de cargarlo al voltaje máximo de la red, permanecerá en un estado cargado.Es decir, una parte de la energía eléctrica que el medidor no tiene en cuenta se selecciona de la red eléctrica. Si el condensador se descarga lo suficientemente rápido como para una carga, por ejemplo, una resistencia, entonces la carga acumulada por el condensador electrolítico se convierte en energía térmica y calentará la resistencia. El condensador se cargará nuevamente desde la red eléctrica. Si una corriente fluye continuamente a través de la resistencia, entonces el capacitor suavizará las ondas del voltaje rectificado, recargándose de la red con corriente reactiva. Pero al mismo tiempo, una corriente reactiva rectificada fluirá a través de la resistencia misma. La magnitud de la caída de voltaje a través de la resistencia dependerá de la magnitud de su resistencia. El componente constante de la corriente a través de la resistencia no podrá afectar el ángulo eléctrico entre la corriente y el voltaje en la parte del circuito al puente de diodos, ya que el voltaje después del puente de diodos es 1.41 veces mayor que el voltaje al puente de diodos. Por supuesto, debido al hecho de que el voltaje de carga en el puente de diodos coincide en fase con el drenaje en la corriente de ondulación y las ondas del voltaje rectificado se suavizan por completo, el medidor no tendrá en cuenta parte de la potencia de carga como la potencia activa en la red de corriente alterna. Para una gran potencia de carga, dicho circuito es inaceptable debido al tamaño de los condensadores y las altas corrientes. Pero tal esquema se utiliza en esquemas de suministro de energía para lámparas LED con condensador de lastre. Si se instala una resistencia de lastre en lugar de un condensador de lastre, el consumo de energía de la lámpara LED aumenta de inmediato de 20 a 25 veces debido a las grandes pérdidas al calentar la resistencia de lastre. Tal esquema puede usarse solo a bajas capacidades y exclusivamente para convertir energía eléctrica en calor, por ejemplo, en energía cálida en la resistencia interna de los LED con la emisión de luz.

[#12 Sergey]

Todos los comentaristas son tan inteligentes que usted escribe o copia comentarios de diferentes sitios o libros. Entonces, dime, ¿en qué vivimos en un gilipollas que tenemos que estudiar los tipos de energía nosotros mismos y cómo funciona y por qué pagamos? Respeto al autor.

[#13 hámster]

en los comentarios está escrito incluso peor que en el artículo: nadie está claro

[#14 Serge]

Y qué tipo de truco es este tipo. La energía activa es 53435. Reactivo consumido-7345, y reactivo liberado-36456 y esto es según el medidor. ¿Por qué hay tanta diferencia entre las energías reactivas? ¿Es correcto que nos veamos obligados a pagarla?

[#15 Elena Alexandrovna]

¿De dónde sacaste estas fórmulas? Potencia bruta: S = raíz de (P * P + Q * Q), donde P está activo y Q es potencia reactiva. Para encontrar el reactivo, debe multiplicar el activo (que P) por un cierto coeficiente (tg f), que se encuentra a partir de cos f de acuerdo con los datos del pasaporte del receptor (si lo necesita, lo encontrará fácilmente). Arr ... Ahora, estás buscando información en Internet, y te encuentras con tonterías ... ¡Reducir la potencia reactiva de ninguna manera reduce la actividad! Por el contrario, ¡el poder total debería esforzarse por ser activo!

[#16 Vvm]

"...a cos teórico = 0, la corriente en el cable se duplicará"m ... si!
Bueno, dibuja ya, incluso para ti mismo, este maldito círculo unitario y estefollando Cruz cartesiana con flechas (una a la derecha, una a la parte superior).