Реактивная мощность

[HuanCarlos]

До сих пор на вопрос о природе реактивной мощности и ее физическом смысле не существует единого мнения. Даже известный академик Валентин Андреевич Веников на одной из научных конференций признал то что никакого единого мнения по этому вопросу нет. С тех пор мало что изменилось. Не смея надеятся что в этой теме произойдут великие открытия все же предлагаю всем интересующимся излагать свое видение данного явления или написать каким подходом они пользуются при определении этого понятия.

[Chifu]

Чем вас не устраивают определения в ТОЭ?

[Евгений Машеров]

Судя по тому, что Вы представляете В.А.Веникова в качестве "академика" - Вы не слишком основательно ознакомились с вопросом, он доктор наук и лауреат Ленинской и Государственной премий, но не академик АН (и, умерши в 1988, не успел стать академиком чего-то ещё). Исключить возможность того, что именно электротехническую часть Вы поняли глубоко, а титулом пренебрегли, яко несущественным - не могу, но в этом случае хотелось бы узнать, что именно Вам представляется неясным и требующим разъяснения. Однако более вероятным лично мне представляется, что Вы пересказываете небрежный научпоп, причём журналист звание перепутал, а с физической частью и вовсе не пожелал разобраться, довольствовавшись заклинанием "науке здесь неизвестно".

[Chifu]

Добавлю масла в огонь: в электронике до сих пор не существует единого мнения, что такое электрон :).

[Gravist]

Имхо. Коротко.
Полная мощность - в четырёхмерии, активная - проекция её 4-вектора на 3-пространство, в котором реактивная - просто потери.

[HuanCarlos]

(Оффтоп)

Извиняюсь что отсутствовал так долго. Проблемы с интернетом были.

Цитата:

Чем вас не устраивают определения в ТОЭ?

Я и не говорил что не устраивает. Устраивает. Интересно глубже копнуть. И к тому же, о какой школе ТОЭ вы говорите? О ленинградской (учебники Демирчяна) или московской (Ионкин)? В этих учебниках реактивная мощность преподносится и объясняется по-разному. Есть еще учебник Бессонова по которому я учился, там тоже довольно-таки размыто описано явление реактивной мощности.

Цитата:

Исключить возможность того, что именно электротехническую часть Вы поняли глубоко, а титулом пренебрегли, яко несущественным - не могу, но в этом случае хотелось бы узнать, что именно Вам представляется неясным и требующим разъяснения

Неясным и требующим разъяснения является понятие реактивной мощности. То что она расходуется на создание магнитного поля, а создается батареей конденсаторов это понятно. Не понятно что эта мощность и себя представляет. Говоря об активной мощности, например, я представляю себе движение электронов проводника в кристаллической решетке, которые ощущают на себе сопротивление этой решетки, электроны соударяются, их кинетическая энергия растет, мы ощущаем тепло от ТЭНа или свет лампы накаливания. Тут понятно. Как быть с реактивной мощностью?

Цитата:

Однако более вероятным лично мне представляется, что Вы пересказываете небрежный научпоп, причём журналист звание перепутал, а с физической частью и вовсе не пожелал разобраться, довольствовавшись заклинанием "науке здесь неизвестно".

Подскажете где найти такой научпоп? Но только конечно чтоб не небрежный. Очень интересует все что связано с электрическими явлениями.

Цитата:

Добавлю масла в огонь: в электронике до сих пор не существует единого мнения, что такое электрон

Я бы хотел сказать что мой вопрос скорее из области электроэнергетики. Поэтому я думаю не стоит обращаться к электронике. Вот к теоретической физике пожалуй можно.

Цитата:

Имхо. Коротко. Полная мощность - в четырёхмерии, активная - проекция её 4-вектора на 3-пространство, в котором реактивная - просто потери.

А если не коротко или ссылочку дайте или авторов?

[Ponchik]

HuanCarlos в сообщении #440925 писал(а):

Неясным и требующим разъяснения является понятие реактивной мощности. То что она расходуется на создание магнитного поля, а создается батареей конденсаторов это понятно. Не понятно что эта мощность и себя представляет. Говоря об активной мощности, например, я представляю себе движение электронов проводника в кристаллической решетке, которые ощущают на себе сопротивление этой решетки, электроны соударяются, их кинетическая энергия растет, мы ощущаем тепло от ТЭНа или свет лампы накаливания. Тут понятно. Как быть с реактивной мощностью?

Чтобы понять, что такое мощность прежде требуется разобраться с сопротивлениями.
С понятием активного сопротивления, мне кажется, у Вас проблем нет. Добавлю только, что активная мощность может тратиться не только на нагревание проводников, но и на создание механической мощности в электродвигателях.
Особенность активного сопротивления в цепях переменного тока заключается в том, что напряжение и ток в такой цепи совпадают по фазе. Это означает, что и напряжение, и ток изменяются одинаковым образом — одновременно проходят через нуль, и одновременно достигают максимума или минимума. На графике мы получим совпадение синусоид напряжения и тока. Если изображать векторно, то вращающиеся векторы напряжения и тока тоже будут совпадать по своим мгновенным значениям направления. Если мы перемножим напряжение и ток в цепи, то получим активную мощность.
Если же мы включим индуктивность в электрическую цепь, то характер сопротивления цепи электрическому току изменится. В индуктивности возникнет переменное магнитное поле, которое само будет наводить в индуктивности противоэдс по правилу Ленца. (Если включить индуктивность в цепь постоянного тока, то в начальный момент ток будет практически равен нулю и лишь с течением времени возрастет до максимального значения, определяемого активным сопротивлением цепи). Если мы подключим к цепи двулучевой осциллограф (правильней его называть осциллоскоп), то увидим, что синусоида тока отстает от синусоиды напряжения на четверть периода (на 90°).
Угол сдвига фазы тока от фазы напряжения обозначают как $\varphi$.
Если же мы включим емкость в электрическую цепь, то характер сопротивления цепи будет иной. В емкости будет создаваться переменное электрическое поле (своего рода тоже противоэдс). Но ток в цепи будет не отставать по фазе от напряжения а опережать на четверть периода (на 90°). (Если включить емкость в цепь постоянного тока, то в начальный момент ток будет максимальным, определяемым активным сопротивлением цепи, и с течением времени уменьшится до нуля).
Если мы включим в цепь переменного тока активную и индуктивную нагрузку, то индуктивный ток и активный ток будут протекать по цепи одновременно, при этом суммируясь векторно.
Сказанное поясняется рисунком.

На рисунке изображен треугольник мощностей (сопротивлений, токов).
Векторы треугольника изображают векторы токов в цепи. Вектор активного тока совпадает по направлению с вектором напряжения в цепи. Вектор реактивного тока им перпендикулярен. Геометрическая сумма токов составляет полный ток. Именно этот ток измеряет амперметр. В данном случае полный ток отстает от напряжения на угол $\varphi$.
Знаменитый $cos$$\varphi$, иначе называемый «коэффициентом мощности» показывает долю активной мощности в полной мощности.
Если в цепь добавить емкость, то емкостная реактивная мощность будет компенсировать индуктивную реактивную мощность, и полная мощность генераторов (и трансформаторов) будет использоваться лучше, т.к. реактивная мощность ни потребителям, ни производителям не нужна.

[Gravist]

HuanCarlos в сообщении #438965 писал(а):

...предлагаю всем интересующимся излагать свое видение данного явления

Изложил:

Gravist в сообщении #439126 писал(а):

Имхо. Коротко.

HuanCarlos в сообщении #440925 писал(а):

...ссылочку дайте или авторов

Начните с Еinstein А._К эл.динамике движущихся тел. 1905г., перейдите к Л-Л... Далее круг чтения расширится сам собой.

[HuanCarlos]

Цитата:

Добавлю только, что активная мощность может тратиться не только на нагревание проводников, но и на создание механической мощности в электродвигателях.

Поясните, пожалуйста каким образом. Я знаю у асинхронных двигателей вращающий момент появляется вроде как из-за взаимодействия магнитных полей, возникающих в обмотке ротора и вращающегося поля в обмотках статора. Зачем здесь активная мощность?

Цитата:

Если в цепь добавить емкость, то емкостная реактивная мощность будет компенсировать индуктивную реактивную мощность, и полная мощность генераторов (и трансформаторов) будет использоваться лучше, т.к. реактивная мощность ни потребителям, ни производителям не нужна.

Тут я бы с вами поспорил. Все-таки реактивная мощность нужны все тем же асинхронным двигателям, трансформаторам для создания магнитного поля. Компенсация предназначена для того чтобы не гнать реактивную мощность из энергосистемы до потребителя, из-за чего увеличатся потери активной мощности, а вырабатывать ее прямо у потребителя либо на шинах 0,4 кВ, либо на ТП. Производителям реактивная мощность в принципе ни к чему, только вот синхронные турбогенераторы и гидрогенераторы не могут вырабатывать чисто активную мощность. И вряд ли можно говорить о том что полная мощность будет использоваться лучше если использовать компенсацию. Все-таки существует номинальный косинус фи, который вряд ли целесообразно повышать. Все что вы описали есть в том же учебнике Бессонова, и вполне годится для инженерных расчетов. Однако, повторюсь хочется копнуть глубже. Большое спасибо за ваш пост на который вы потратили какое-то время и отдельное спасибо за иллюстрацию.

Цитата:

...предлагаю всем интересующимся излагать свое видение данного явления
Изложил:

Премного благодарен. Для этого и создавал тему. За ссылочку отдельное спасибо!

[Chifu]

HuanCarlos в сообщении #440925 писал(а):

И к тому же, о какой школе ТОЭ вы говорите?

ТОЭ одно и то же везде, только вот знаете вы ТОЭ поверхностно, так что глубже надо именно учебники изучать, там всё написано. Например, возьмём конденсатор под переменным напряжением, ток во внешней цепи относительно конденсатора протекает, а конденсатор не нагревается, т.е. тратится не активная мощность, а реактивная на переходные процессы в конденсаторе как "ёмкости" с зарядами.

[HuanCarlos]

Цитата:

ТОЭ одно и то же везде

Оно может быть и так, но, что касается вопроса реактивной мощности, то у вышеназванных авторов учебников данное явление объясняется по-разному. Так думаю не только я, но и мой преподаватель по электроснабжению и системам электроснабжения с которым я уже общался на эту тему.

Цитата:

только вот знаете вы ТОЭ поверхностно

Я считаю, что не справедливо судить о моих знаниях в теоретической электротехнике лишь по нескольким моим постам.

Цитата:

так что глубже надо именно учебники изучать, там всё написано

А вот и не все там написано касательно вопроса реактивной мощности. Или же надо искать узконаправленную литературу по этому вопросу, чем я и занимаюсь в этой теме, а заодно узнаю мнения интересующихся.

[Ponchik]

HuanCarlos в сообщении #441198 писал(а):

Поясните, пожалуйста каким образом. Я знаю у асинхронных двигателей вращающий момент появляется вроде как из-за взаимодействия магнитных полей, возникающих в обмотке ротора и вращающегося поля в обмотках статора. Зачем здесь активная мощность?

Электродвигатель подобен трансформатору. В заторможенном состоянии (механическая нагрузка на валу) ток во вторичной обмотке (в роторе) увеличивается. Это увеличение тока не связано с изменением индуктивности машины, поэтому индуктивная (реактивная) составляющая тока не меняется, растет только активная составляющая тока, совпадающая по фазе с напряжением.

Цитата:

Производителям реактивная мощность в принципе ни к чему, только вот синхронные турбогенераторы и гидрогенераторы не могут вырабатывать чисто активную мощность.

Генераторы могут вырабатывать чисто активную мощность! Если нагрузка у них чисто активная.
Полная цепь при этом сотоит из внешнего участка цепи с чисто активным сопротивлением и внутреннего участка цепи с индуктивным сопротивлением.
ЭДС генератора будет состоять из геометрической суммы двух падений напряжений — на индуктивном внутреннем сопротивлении, и на активном внешнем сопротивлении. На внешнем участке вектор напряжения будет совпадать с вектором тока, а на внутреннем участке будет опережать вектор тока на 90°. Таким образом, полная мощность генератора будет состоять из чисто активной мощности, отдаваемой на внешнюю нагрузку, и реактивной мощности, потребляемой самим генератором.

Цитата:

И вряд ли можно говорить о том что полная мощность будет использоваться лучше если использовать компенсацию. Все-таки существует номинальный косинус фи, который вряд ли целесообразно повышать.

Идеально — косинус фи равен единице.
Реально энергосистема старается (по крайней мере раньше, когда системы автоматического регулирования были менее совершенны) держать косинус в индуктивном квадранте немного меньше единицы (с запасом на случайные изменения). Это связано с тем, что генераторы в емкостном квадранте греются сильнее, т.к. напряжение сети при этом повышается (типа - резонанса напряжений). В настоящее время правилами допускается работать в обоих квадрантах а также с косинусом равным единице.

ПРАВИЛА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И СЕТЕЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
http://almih.narod.ru/lib-en/pteessrf-htm/5-1.htm

Цитата:

5.1.29. Длительная работа генераторов с коэффициентом мощности ниже номинального и в режиме синхронного компенсатора с перевозбуждением (в индуктивном квадрате) разрешается при токе возбуждения не выше длительно допустимого при данных параметрах охлаждающих сред.
Допустимая реактивная нагрузка генераторов в режиме синхронного компенсатора и синхронных компенсаторов с недовозбуждением (в емкостном квадранте) должна бьпь установлена на основании заводских инструкций или нормативно-технических документов, а при их отсутствии на основании результатов специальных тепловых испытаний.
5.1.30. Разрешается длительная работа генераторов с косвенным охлаждением обмоток при повышении коэффициента мощности от номинального до единицы с сохранением номинального значения полной мощности.

Chifu в сообщении #441721 писал(а):

а конденсатор не нагревается

В реальности конденсаторы нагреваются. Иногда их даже пучит, и они взрываются.
А еще интересно, что статконденсаторы иногда «поют». Находясь на подстанции иногда слышишь звук запускаемого электродвигателя, хотя никаких двигателей тут нет. Оказывается звук (во время запуска мощного двигателя где-то у отдаленного потребителя) идет от конденсаторов. Значит конденсаторы, вдобавок, не пропускают гармоники в сеть.

[Gravist]

ТОЭ, хоть Неймана, хоть Ионкина, хоть Бессонова - всё же только учебник по прикладной технической дисциплине, и, действительно,

HuanCarlos в сообщении #442068 писал(а):

...не все там написано касательно вопроса реактивной мощности. Или же надо искать узконаправленную литературу

Вот на кафедрах ТОЭ в серьёзных ВУЗах, где ведутся научные исследования в рамках теор.физики, можно узнать больше.

[Chifu]

Ponchik в сообщении #442100 писал(а):

Chifu в сообщении #441721 писал(а):

а конденсатор не нагревается

В реальности конденсаторы нагреваются. Иногда их даже пучит, и они взрываются.

Я имел в виду, как в школе, идеализацию конденсатора, даже в идеализированном конденсаторе присутствует активное сопротивление и индуктивность проводников, токи утечки. Имеется ввиду, что на конденсаторе падает напряжение (низкой частоты), но он не греется как такое же активное сопротивление. В рабочем режиме конденсатор не должен нагреваться, если его пучит, то это уже не конденсатор. Есть коденсаторы, в которых звукоизлучение является их назначением :).

Gravist в сообщении #442105 писал(а):

ТОЭ, хоть Неймана, хоть Ионкина, хоть Бессонова - всё же только учебник по прикладной технической дисциплине, и, действительно,

HuanCarlos в сообщении #442068 писал(а):

...не все там написано касательно вопроса реактивной мощности. Или же надо искать узконаправленную литературу

Вот на кафедрах ТОЭ в серьёзных ВУЗах, где ведутся научные исследования в рамках теор.физики, можно узнать больше.

Есть такое понятие как эквивалентная схема, само собой эквивалентную схему нагрузки потребителя извлекают из физики процессов в конкретной нагрузке, в ТОЭ же работают с эквивалентной схемой, абстрагируясь от физики протекающих процессов в нагрузке, например с помощью понятия реактивной мощности. В ТОЭ есть условия передачи в нагрузку максимальной активной мощности, и это правило для всех нагрузок, независимо от их конкретной физики.
Если же человеку ближе нагрузка, то ему естественно надо разбираться в конкретных физических процессах происходящих в своей нагрузке, хотя бы чтобы составить адекватную эквивалентную схему нагрузки, но не в задаче ТОЭ объяснять физику процессов во всех возможных нагрузках потребителей.

[Korvin]

Ponchik в сообщении #442100 писал(а):

HuanCarlos в сообщении #441198 писал(а):

В настоящее время правилами допускается работать в обоих квадрантах а также с косинусом равным единице.

Может причина этой либеральности в том, что крупным потребителям стали разрешать перекомпенсацию своей индуктивной нагрузки, и тем самым компенсировать недостаточную компенсацию прочих (назовем их условно недобросовестными) мелких потребителей. А мелких потребителей стало много по понятным причинам, и владельцу каждого киоска или уличного кафе не объяснишь, когда и зачем надо включать батарею конденсаторов, и зачем вообще на нее тратиться.
Хотя идея компенсации реактивной мощности уже вошла в массы - продаются жульнические агрегаты, размером с пачку сигарет, вставляемые в розетку, с обещанием понизить потребляемую мощность (а соответственно и оплату) на 50%. Прилагаются акты экспертизы агрегатов, при внимательном чтении которых выясняется, что мощность действительно снижается, только полная. В то время как бытовые счетчики учитывают только активную. В этих агрегатах конденсатор может быть, а может и нет. Главное, что есть сигнальный светодиод и схема его питания.