Установка эл счетчик для определения реактивной мощности. Существует ли реактивная электроэнергия

Для энергетиков предприятий и крупных торговых центров сомнений в существовании реактивной энергии нет. Ежемесячные счета и вполне реальные деньги, которые уходят на оплату реактивной электроэнергии , убеждают в реальности ее существования. Но некоторые электротехники всерьез, с математическими выкладками, доказывают, что данный тип электроэнергии фикция, что разделение электрической энергии на активную и реактивную составляющие искусственно.

Давайте попробуем и мы разобраться в этом вопросе, тем более, что на незнании отличий разных видов электроэнергии спекулируют создатели . Обещая огромные проценты , они сознательно или по незнанию подменяют один вид электрической энергии другим.

Начнем с понятий активной и реактивной электроэнергии. Не вдаваясь в дебри формул электротехники, можно определить активную энергию как ту, которая совершает работу: нагревает пищу на электроплитах, освещает ваше помещение, охлаждает воздух с помощью кондиционера. А реактивная электроэнергия создает необходимые условия для совершения подобной работы. Не будет реактивной энергии, и двигатели не смогут вращаться, холодильник не будет работать. В ваше помещение не поступит напряжение величиной 220 Вольт, так как ни один силовой трансформатор не работает без потребления реактивной электроэнергии.

Если на осциллографе одновременно наблюдать сигналы тока и напряжения, то две эти синусоиды всегда имеют сдвиг относительно друг друга на величину, называемую фазовым углом . Вот этот сдвиг и характеризует вклад реактивной энергии в полную энергию, потребляемую нагрузкой. Измеряя только ток в нагрузке, выделить реактивную часть энергии невозможно.

Учитывая, что реактивная энергия не совершает работы, ее можно вырабатывать на месте потребления. Для этого служат конденсаторы. Дело в том, что катушки и конденсаторы потребляют различные виды реактивной энергии: индуктивную и емкостную соответственно. Они сдвигают кривую тока по отношению к напряжению в противоположные стороны.

В силу этих обстоятельств конденсатор можно считать потребителем емкостной энергии или генератором индуктивной. Для двигателя, потребляющего индуктивную энергию, конденсатор, расположенный рядом, может стать ее источником. Такая обратимость возможна только для реактивных элементов схемы, не совершающих работу. Для активной энергии подобная обратимость не существует: ее генерация связана с затратами топлива. Ведь прежде чем совершить работу, нужно затратить энергию.

В бытовых условиях за реактивную энергию электропередающие организации плату не изымают, и бытовой счетчик считает только активную составляющую электрической энергии. Совершенно другая ситуация на крупных предприятиях: большое количество электродвигателей, сварочных аппаратов и трансформаторов, для работы которых требуется реактивная энергия, создают дополнительную нагрузку на линии электропередач. При этом растет ток и тепловые потери уже активной энергии.

В этих случаях потребление реактивной энергии учитывается счетчиком и отдельно оплачивается. Стоимость реактивной электроэнергии меньше стоимости активной, но при больших объемах ее потребления платежи могут быть очень значительными. Кроме этого, за потребление реактивной энергии сверх оговоренных значений, накладываются штрафы. Поэтому экономически выгодно для подобных предприятий становится выработка подобной энергии на месте ее потребления.

Для этого применяются или отдельные конденсаторы, или автоматические установки компенсации, которые отслеживают объемы потребления и подключают или отключают конденсаторные батареи. Современные системы компенсации позволяют значительно уменьшить потребление реактивной энергии из внешней сети.

Возвращаясь к вопросу в заголовке статьи, можно ответить на него утвердительно. Реактивная энергия существует. Без нее невозможна работа электроустановок, в которых создается магнитное поле. Не совершая видимой работы, она, тем не менее, является необходимым условием для выполнения работ, совершаемой активной электрической энергией.

Dubovich , ваши рассуждения неверны.

Всю теорию объяснить не могу, т.к. это долго, да и объяснять "на пальцах" сложно. Попробуйте разобраться сами, гугл и википедия вам в помощь.
На конкретные вопросы, если возникнут, я отвечу.

Одно могу сказать, потребление и генерация реактивки - понятия, можно сказать, условные.
И счётчик крутит так, как ему положено.
Если включить в сеть, например, идеальную ёмкость, то ток через неё потечёт, и весьма конкретный, и амперметр его покажет. Только сдвинут он будет на 90 градусов от напряжения. А счётчик активной энергии крутиться не будет.

Понятие т.н. "реактивной мощности" вводится для цепей переменного тока с тем, чтобы оценить сколько мощности "гоняется" почти бесцельно от источника к нагрузке и обратно (при этом в итоге передачи энергии не происходит, на выходе нуль без палочки). Реактивная мощность создается, если нагрузка потребляет ток, сдвинутый по фазе относительно приложенного напряжения, что характерно, например, для нагрузок типа двигатель (ток отстает от напряжения) или конденсатор (ток опережает напряжение).

На самом деле ни потреблять ни генерировать реактивную мощность невозможно - физически это вообще не мощность, а лишь мера бесцельного (с точки зрения передачи энергии) перекачивания энергии туда-сюда с нулевым результатом. Однако поскольку реактивная мощность явление вредное и большинство нагрузок имеет индуктивный характер, то условились индуктивный (отстающий) ток считать как некое "потребление реактивной мощности" - с тем, чтобы говорить о фильтро-компенсирующих устройствах как о неких устройствах, "генерирующих" реактивную мощность.

Реактивная мощность вредна для электросети, т.к.
а). реактивный ток не переносит энергию,
б). реактивный ток, тем не менее, загружает ЛЭП, трансформаторы и защитно-коммутационные аппараты - т.е. если с реактивной мощностью не бороться, то возможна глупая ситуация, когда ЛЭП не передавая вообще никакой энергии будет перегружена и перегрета из-за большого реактивного тока.

Поэтому с реактивной мощностью "борются" (вернее ее компенсируют), помимо прочего, путем установки ФКУ, "генерирующих" реактивную мощность, которую тут же потребляют двигатели и прочие катушки индуктивности. Т.о. в результате работы ФКУ сеть не видит реактивного тока нагрузки.

Многие слышали о реактивной электрической энергии. Учитывая сложность понимания этого термина, сначала необходимо детально разобрать отличия между активной и реактивной энергиями . Приступить необходимо с осознания того факта, что реактивная энергия проявляет себя только в сетях переменного тока. В цепях, где течёт постоянный ток, реактивной энергии не существует. Это обусловлено самой природой её появления.

Переменный ток поступает к потребителю от генерирующих мощностей через ряд понижающих трансформаторов, конструкция которых предусматривает разделение обмоток высокого и низкого напряжения. То есть, в трансформаторе нет прямого физического контакта между обмотками, а ток, тем не менее, течёт. Объяснение этому довольно простое. Электрическая энергия передаётся через воздух, являющийся хорошим диэлектриком, с помощью электромагнитного поля. Его составляющая - переменное магнитное поле, появляющееся в одной из обмоток трансформатора, постоянно пересекает другую обмотку, не имеющей с первой прямого электрического контакта, наводя в её витках электродвижущую силу.

КПД современных трансформаторов очень велик, поэтому потери электроэнергии составляют незначительную величину и вся мощность переменного тока, протекающего в первичной обмотке, переходит в цепь вторичной обмотки. Такая же картина повторяется в конденсаторе. Только за счёт электрического поля. И индуктивность, и емкость порождают реактивную энергию, периодически возвращая источнику переменного тока часть энергии. Запасание и возврат энергии (реактивной её части) мешают течению активной энергии, которая и выполняет всю полезную работу в сетях - она преобразуется в механическую, тепловую и иные виды работы.

Для компенсации противодействия реактивной энергии потребители, у которых много индуктивной нагрузки применяют специально устанавливаемые емкости (конденсаторы). Это позволяет минимизировать негативное влияние появляющейся реактивной энергии. Как уже отмечено, реактивная мощность оказывает существенное влияние на величину потерь электрической энергии в сети. Помимо этого, большой объём реактивной энергии может снизить уровень электромагнитной совместимости оборудования. Из-за этого величину этой негативной энергии необходимо постоянно контролировать и лучший способ для этого – организация её учёта.

Промышленные предприятия (где, в основном, озабочены проблемой реактивной энергии) часто ставят отдельные приборы учёта для реактивной и активной энергии. Счётчики реактивной энергии ведут её учёт в трёхфазных сетях по двум составляющим (индуктивной и емкостной) в вольт-амперах реактивных часов. Как правило, счётчик реактивной энергии - это аналого-цифровое устройство, преобразующее мощность в аналоговый сигнал, который потом превращается в частоту следования электрических импульсов, сложение которых позволяет судить о величине потребляемой энергии. Конструкция счётчика предусматривает пластмассовый корпус, в котором установлены три трансформатора тока и печатная плата с блоком учёта. На внешней стороне прибора размещены светодиоды и (или) жидкокристаллический экран.

Учитывая растущую конкуренцию, промышленные предприятия всё чаще устанавливают универсальные приборы учёта электрической энергии, способные измерять количество активной и реактивной энергии. Кроме того, что приборы совмещают в себе функции двух и более устройств, потребитель снижает затраты на обслуживание системы учёта (вместо двух счётчиков содержится один) и может сэкономить на цене покупки. Эти устройства на базе микропроцессоров способны измерять мгновенные значения напряжений и токов и вычислять реактивную и активную мощности. Прибор фиксирует уровень потребления энергии и отражает информацию на дисплее тремя сменяющимися кадрами (объём активной энергии, индуктивная составляющая реактивной энергии и её ёмкостная составляющая). Новые модели могут учитывать энергию в двух направлениях, предавать полученные данные по инфракрасному цифровому каналу, лучше защищены от воздействия магнитных полей и от хищений энергии. Высокая точность измерений и малое энергопотребление также выгодно отличают их от предшественников.

ИНДУКЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ

Рис. 1. Часть диска индукционного двухпоточного прибора.
Для измерения расхода электроэнергии в цепях переменного тока промышленной частоты применяются счетчики индукционного типа. Принцип действия этих счетчиков основан на взаимодействии магнитных потоков с индуктированными токами в подвижной части прибора. Подвижная часть выполнена в виде алюминиевого диска, укрепленного на оси. Если алюминиевый диск находится между двумя полюсами электромагнитов Л и В, по катушкам которых протекает переменный ток, то магнитные потоки Фд и Фв пронизывают этот диск и индуктируют в нем токи 1А и /в (рис. 1).
Ток 1А, взаимодействуя с магнитным потоком Фв, создает некоторое усилие. Второе усилие получается от взаимодействия тока 1В с магнитным потоком ФА. Образующийся в результате вращающий момент пропорционален величинам этих двух потоков и зависит от угла сдвига между ними.
На рис. 2 показаны устройство и схема включения однофазного индукционного счетчика. Счетчик состоит из двух электромагнитов 5 и 8, алюминиевого диска 1, укрепленного на оси 2, подпятника 3 и подшипника 4, которые служат опорами оси, постоянного тормозного магнита 7 и счетного механизма, связанного с осью зубчатой передачей (на рисунке не показан).
Обмотка электромагнита 5 включена в цепь параллельно, и его сердечник пронизывает магнитный поток Фи, пропорциональный напряжению сети U. Обмотка электромагнита 8 включена последовательно с нагрузкой, и его сердечник пронизывает магнитный поток СР*, пропорциональный току нагрузки I. Оба магнитных по
тока индуктируют в алюминиевом диске вихревые токи, которые, взаимодействуя с магнитными потоками, создают вращающий момент М, пропорциональный произведению этих потоков.
Для того чтобы счетчик измерял расход активной энергии, необходимо выполнить условие пропорциональности вращающего момента активной мощности, т. е.
М = K1IU cos ф = к1Р,
где К1 - коэффициент пропорциональности; ф - угол сдвига между током и напряжением.

Рис. 2. Схема устройства идукционного счетчика.
Пропорциональность вращающего момента току нагрузки и напряжению сети обеспечивается, как было сказано выше. Пропорциональность вращающего момента cos ф обеспечивается созданием определенного угла сдвига между магнитными потоками. Для этой цели магнитный поток параллельного электромагнита расщепляется на два: рабочий и вспомогательный. Рабочий поток пересекает диск и замыкается. через противополюс, расположенный под диском. Вспомогательный поток замыкается через средний и боковые стержни электромагнита, не пересекая диска.
Для дополнительной подгонки угла сдвига служит регулятор 6. Он состоит из нескольких витков медной проволоки, намотанных на магнитопровод электромагнита 8 и замкнутых на петлю из никелиновой проволоки. Петля снабжена винтовым зажимом, перемещением которого и производится регулировка. Под действием вращающего момента диск счетчика придет во вращение. При этом возникает тормозной момент, действующий на диск счетчика. Этот момент создается взаимодействием потока Фт тормозного магнита с вихревыми токами, индуктированными в диске его полем. Так как поток
тормозного магнита неизменен, то этот момент пропорционален только частоте вращения диска.
Кроме того, два тормозных момента создаются потоками параллельного и последовательного электромагнитов. Для того чтобы результирующий тормозной момент, равный сумме трех указанных, как можно меньше зависел от потока Фг-, тормозной момент постоянного магнита выбирается значительно большим тормозного момента последовательного электромагнита.
При этом можно с достаточной точностью считать, что результирующий тормозной момент пропорционален только частоте вращения диска п, т. е. Мт = к2п, где к2- коэффициент пропорциональности.
При установившейся частоте вращения диска
М=МТ,
а следовательно, к\Р = КчП, откудап, т. е. угловая
скорость диска пропорциональна мощности Р цепи, а частота вращения диска пропорциональна израсходованной энергии. Следовательно, числом оборотов диска счетчика можно измерять израсходованную энергию. Комплекс деталей, состоящий из магнитопроводов и обмоток параллельной и последовательной цепи, называют вращающим элементом счетчика.
Счетный механизм представляет собой счетчик оборотов. Получивший преимущественное применение для электрических счетчиков роликовый счетный механизм (рис. 3) состоит в основном из зубчатой передачи, нескольких роликов с нанесенными на них цифрами от О до 9 и прикрывающего передачу и ролики алюминиевого щитка с вырезанными в нем окошками для отсчета измеряемой величины. Вращение подвижной части счетчика через систему шестерен передается счетному механизму. Полному обороту первого ролика соответствует поворот следующего за ним (справа налево) ролика только на одну десятую часть оборота. Третий ролик уже сделает одну десятую часть оборота при полном обороте второго и т. д. Чаще всего в роликовых счетных механизмах имеется пять роликов.
В зависимости от числа шестерен и их передаточных чисел единице, зарегистрированной счетным механизмом энергии, будет соответствовать определенная частота вращения подвижной части счетчика. Частота вращения подвижной части, которая вызывает изменение счетного механизма на единицу измеряемой величины, называется передаточным числом счетчика. Передаточное число обычно указывается на щитке счетчика. Например: 1 квт-ч - 450 об. диска.
Число часов работы счетчика при нормальной нагрузке, необходимое для полной смены всех цифр, называется емкостью счетного механизма.



Рис. 3. Роликовый счетный механизм.
Для учета электроэнергии в трехфазных трехпроводных цепях (без нулевого провода) применяются двухэлементные счетчики. Трехфазный двухэлементный счетчик состоит как бы из двух помещенных в один корпус однофазных счетчиков, вращающие элементы которых воздействуют на одну общую подвижную часть, соединенную со счетным механизмом (рис. 4). При этом вращающие моменты, созданные каждым элементом, складываются. Счетчик включен по схеме двух ваттметров (схема Арона). Результирующий вращающий момент пропорционален активной мощности трехфазной цепи.

Для учета электроэнергии в четырехпроводных цепях (с нулевым проводом) применяются трехэлементные счетчики. Такие счетчики имеют три элемента, воздействующие либо на три диска (например, в счетчике СА4-ТЧ), либо на два диска (например, в счетчике СА4-И672М).

Рис. 5. Схема счетчика реактивной энергии СРЗ-И44.
Счетчики реактивной энергии по принципу действия и конструкции сходны со счетчиками активной энергии.

Рис. 4. Схема устройства трехфазного двухэлементного двухдискового счетчика.
Отличие их состоит в том, что суммарный вращающий момент пропорционален синусу угла между током и напряжением.
На рис. 5 приведена схема счетчика типа СРЗ, предназначенного для учета реактивной энергии в трехпроводной сети. Как видно из схемы, на параллельные обмотки подаются напряжения «чужих» фаз. В цепь параллельных обмоток включены добавочные сопротивления. Угол сдвига между рабочими магнитными потоками параллельной и последовательной цепей составляет 60°. В эксплуатационном отношении счетчики со сдвигом в 60° удобны тем, что схема их включения не. отличается от схемы включения счетчика активной энергии.
В счетчиках реактивной энергии типа СР4-ИТР параллельные обмотки включены так же, как и в счетчике типа СРЗ, но без добавочных сопротивлений (сдвиг 90°).
Каждый из последовательных электромагнитов имеет по две обмотки; основную и дополнительную. Дополнительная обмотка намотана в направлении, противоположном основной (рис. 6). Счетчики этого типа применяются как в трехпроводных, так и в четырехпроводных цепях трехфазного тока.
Существуют также трехэлементные счетчики реактивной энергии (СР4-И676) со сдвигом фаз потоков в 90°.



Рис. 6. Схема счетчика реактивной энергии СР4-ИТР.
Эти счетчики являются наиболее рекомендуемыми для учета реактивной энергии в четырехпроводных цепях.
По способу включения в сеть счетчики разделяют на счетчики прямого включения (прямоточные), которые включаются без измерительных трансформаторов, и счетчики, включаемые через измерительные трансформаторы. Последние в свою очередь можно разделить на включаемые через измерительные трансформаторы с определенными коэффициентами трансформации и универсальные, т. е. включаемые через любые измерительные трансформаторы. Об определении расхода электроэнергии по показаниям счетчиков различных типов будет сказано ниже.
На щитках некоторых счетчиков имеется надпись «со стопором» или «обратный ход застопорен». Диск таких счетчиков может вращаться только в направлении, указанном стрелкой.
Допустимая погрешность счетчика определяет его класс точности. Для расчетного учета электроэнергии класс точности счетчиков прямого включения (без измерительных трансформаторов) должен быть для активной энергии не ниже 2,5, а для реактивной энергии не ниже 3. Для счетчиков, включенных через измерительные трансформаторы, класс точности должен быть для активной энергии не ниже 2,0, а для реактивной энергии-не ниже 3. Для присоединений большой мощности (10 Мет и выше) рекомендуется применять счетчики класса точности 1 и выше.
Укажем на расшифровку букв в обозначении типа счетчика:
С - счетчик; А - активной энергии; Р - реактивной энергии; 3 или 4 - для трехпроводной или четырехпроводной сети; У-универсальный; И - индукционной измерительной системы; П - прямоточный; М - модернизированный.
Пример: СА4У-И672М 5а 380в - счетчик активной энергии для включения в четырехпроводную сеть с линейным напряжением 380 в через любые трансформаторы тока.