Условности при использовании понятий кажущейся и реактивной мощностей

Сущность физических процессов в электрических цепях отражается с помощью синусоидальных представлений. При использовании векторных представлений, оперирующих средними за период значениями, введены условные понятия кажущейся (S) и реактивной (Q) мощностей. Их условность ясна, если исходить из синусоидальных представлений. Реактивная мощность (РМ) связывает между собой физическую характеристику синусоиды мгновенной мощности – активную мощность Р − и условную характеристику – полную мощность S известным соотношением и, наряду с полной мощностью, также является условной характеристикой. В расчетах трехфазных цепей возникают дополнительные условности при использовании величин полной и реактивной мощностей. Суммарная активная мощность трех фаз, если их нагрузки симметричны, в 3 раза больше активной мощности одной фазы. Однако суммарная реактивная нагрузка трех фаз равна нулю, хотя в расчетах ее принимают также равной утроенному значению РМ одной фазы по аналогии с активной мощностью. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что оба результата получены из синусоидального и векторного представлений [36].

Реактивная мощность двухполюсника – величина равная при синусоидальных токе и напряжении произведению действующих значений напряжения и тока, синуса сдвига между напряжением и током (модуль векторного произведения векторов напряжения и тока). Если понятие активной электрической мощности ассоциируется с превращением активной энергии P · t в другие виды энергии (теплоту, световую, механическую, химическую), то реактивная энергия Q · t не превращается в другие виды энергии. В этой связи при использовании понятия «реактивная энергия» возникают терминологические трудности. РМ характеризует условия передачи активной мощности в каждый момент времени. Использование реактивной энергии для характеристики каких-либо условий за время t неправомерно.

Реактивная мощность необходима для работы оборудования и в то же время она – нежелательная дополнительная нагрузка сети, в связи с этим целесообразным является генерация РМ как непосредственно у мощных ее потребителей, так и в точках присоединения потребителей к сети общего пользования. Решением задачи является применение установок компенсации реактивной мощности (КРМ). Одна из причин устойчивой тенденции увеличения потерь электрической энергии в сетях РФ в течение последних двадцати лет – недостаточное внимание к вопросу КРМ. Передача по сети РМ вызывает большие удельные потери, чем передача активной мощности: реактивные сопротивления сетей ВН превышают активные. Передача РМ приводит к большому снижению напряжения. При недостатке емкостей в сети баланс РМ будет сопровождаться пониженными напряжениями в узлах, при избытке – повышенными. На практике под балансом РМ понимают не просто равенство генерируемой и потребляемой мощностей, а их равенство при длительно допустимых отклонениях напряжения в узлах.

Концентрация производства активной мощности с применением крупных генераторов приводит к существенному снижению ее стоимости. Концентрация выработки РМ приводит к противоположному результату. При решении вопроса о концентрации производства активной мощности решающим фактором является стоимость производства, применительно к РМ – стоимость ее передачи к местам потребления. Часто оказывается невыгодным передавать по сети РМ, получаемую практически без затрат от мощных генераторов.

Одной из причин возникновения дополнительных потерь в электрических сетях является вынужденная передача РМ, необходимой для основных потребителей электроэнергии. В системе электроснабжения отдельные звенья электропередачи и нагрузки всегда имеют индуктивную составляющую. Потребление РМ характеризуется коэффициентом мощности (КМ). Повышение КМ – одно из важных мероприятий по уменьшению потерь в сетях.