Розрахунки з урахуванням активної і реактивної енергії
Якщо в електричному колі існує активний і реактивний опори, через які тече синусоїдальний струм, то можна говорити про його потужність активну, реактивну і повну. При цьому перехід від поточного значення струму і напруги до діючого дає змогу звільнити активну енергію від пульсуючого характеру, а реактивну – від коливного. Тому для синусоїдальних струму і напруги можна записати:
,
(2.4)
,
(2.5)
,
(2.6)
де
- активна потужність кола, кВт;
-
активний
струм
,
А;
- напруга на затискачах, кВ;
- кут зсуву фаз між напругою на затискачах кола і його повним струмом;
-
реактивна потужність кола, кВт;
-
реактивний струм
,
А;
-
повний струм
,
А;
-
повна потужність кола, кВт.
Якщо коло живиться несинусоїдальною напругою або в ньому протікає несинусоїдальний (через нелінійність опорів навантаження) чи перервний струм, то енергія електромагнітного поля цього кола змінюється не за синусоїдальним законом і під її дією реактивна енергія і потужність цього кола теж несинусоїдальні. Для їх аналізу застосовують метод гармонічного аналізу. Для цього випадку повна потужність кола
,
(2.7)
де
-
потужність спотворення (потужність
кола на вищих гармоніках).
Якщо коло з нелінійним опором або з перервними струмами живиться синусоїдальною напругою, то:
,
(2.8)
де
-
реактивний струм
-ої
гармоніки кола;
- порядковий номер гармоніки, що розглядається;
-
останній порядковий номер гармоніки,
що враховується.
Якщо коло з лінійним опором живиться несинусоїдальною напругою, то:
,
(2.9)
де
-
напруга
-ої
гармоніки на затискачах кола.
Оскільки за нормальних умов реактивна енергія дійсно не споживається (не перетворюється у інші види енергії), то її можна вважати внутрішньою енергією енергосистеми, тобто обов’язковим вимушеним баластом електропередачі. На наш погляд, на відміну від точки зору [6], ця енергія називається реактивною тому, що вона проявляється як результат реакції електричного кола зі змінним струмом на власне електромагнітне поле. Виконуючи двічі за період змінного струму коливний рух між генераторами електростанцій та електроприймачами споживачів електроенергії при відсутності у останніх пристроїв компенсації, реактивна енергія завантажує всі елементи системи електропередачі: зменшує їх пропускну спроможність для активної (корисної) енергії, збільшує активні втрати та знижує рівні напруги у характерних точках мереж енергосистеми і споживачів. У зв’язку з тим, що реактивні перетоки в електричних мережах обумовлені, в основному, реактивним навантаженням споживачів, поставки їм реактивної електроенергії повинні обмежуватись компенсацією за рахунок споживачів у економічно доцільних межах, а її решта оплачуватись ними.
Зважаючи на те, що реактивна енергія - це вимушений баласт для мереж не тільки споживачів, але і всієї електроенергетичної системи, на наш погляд, встановлювати її перетоки між мережами споживачів та мережами енергопостачальних організацій треба досить обережно. При цьому можна встановити єдину плату за спожиту електроенергію з урахуванням значення і напрямку реактивних перетоків:
,
(2.10)
де
- можлива плата споживача за активну
електроенергію при доцільно встановлених
реактивних перетоках;
-
коефіцієнт, що враховує відхилення
реактивних перетоків між мережами
енергопостачальної організації і
споживача від встановленої норми,
.
Коефіцієнт визначається за результатами реактивного “споживання” та “генерації” у розрахунковому періоді з врахуванням їх обліку за допомогою електронного лічильника для комплексного обліку електроенергії у споживача.
Таким чином, реактивна енергія завжди супрводжує активну частину електроенергії споживачів, але за межі електроенергетичної системи (у тому числі і системи електропостачання конкретного споживача) не виходить. Це своєрідне енергетичне сміття. Тому споживачі повинні сплачувати за всю спожиту електроенергію (з урахуванням її реактивної частини).