Электрические сети, которые содержат лишь активную нагрузку (электрические нагреватели, лампы накаливания), напряжение и ток меняются синфазно, в этом случае происходит потребление из сети лишь полезной активной мощности.
В реальных условиях такое бывает не очень часто. В промышленных электросетях основная нагрузка приходится на распределительные трансформаторы и асинхронные электрические двигатели. В процессе работы такая индуктивная нагрузка становится источником реактивной мощности (реактивной электрической энергии), совершающей колебания между источником (генератором) и нагрузкой.
Характеристикой реактивной мощности является задержка (ток отстает от напряжения по фазе в индуктивных элементах), которая происходит между синусоидами фаз тока электросети и напряжения.
В индуктивных элементах задержка обуславливает периоды времени, в которые ток и напряжение обладают противоположными знаками ( у тока отрицательный, у напряжения положительный, и наоборот). В такие моменты мощность нагрузкой не потребляется, подается в обратном направлении по сети к генератору. Одновременно происходит распространение электрической энергии, которая запасается каждым индуктивным элементом. Электроэнергия не рассеивается в активных элементах, совершая колебания (движение идет от нагрузки к генератору и в обратную сторону).
Коэффициент мощности (КМ) показывает потребление реактивной мощности, которое равняется косинусу угла между электрическим током и напряжением. Коэффициент мощности потребителя рассчитывается как отношение активной мощности, которая потребляется, к полной мощности, которая действительно взята из сети: то есть cos(φ)=P/S.
Данным коэффициентом характеризуют уровень реактивной мощности генераторов, электродвигателей, а также всей электросети предприятия. Чем больше значение cos(φ) стремится к единице, тем меньшая доля реактивной мощности берется из сети.
Если в сетях имеется реактивная энергия, то для большой части потребителей в промышленности, это означает, что по сетим между потребителем и источником электрической энергии, помимо активной энергии, которая совершает полезную работу, протекает энергия реактивная, которая полезной работы не совершает, а создает в индуктивной нагрузке магнитные поля. Когда реактивный ток протекает по обмоткам и кабелям трансформаторов, он в пределах пропускной способности снижает долю активного тока. Таким образом он вызывает заметные дополнительные активные потери на нагрев в проводниках. Современные правила расчетов за электроэнерги предусматривают, что потребителю приходится платить за непроизводительные затраты дважды, а иногда и более. В первый раз он платит за реактивную энергию, которая потреблялась из сети, а во второй раз - за эту же энергию, но косвенно, так как ему приходится оплачивать активные потери, связанные с протеканием реактивной мощности, которая учитывается счетчиком активной электроэнергии.
В итоге, наличие реактивной энергии - это паразитирующий фактор, который неблагоприятно влияет на всю сеть. Из-за него происходит следующее:
- растут расходы на электроэнергию;
- возникает необходимость оплачивать штрафы за снижение качества энергии пониженным КМ;
- из-за увеличения тока в проводниках появляются дополнительные потери;
- растет нагрузка на коммутационную аппаратуру и трансформаторы, срок их эксплуатации снижается;
- растет нагрузка на кабели и провода, приходится применять большее сечение;
- происходит отклонение напряжение электросети от номинала (напряжение падает из-за того, что увеличивается реактивная составляющая тока сети);
- в сети растет уровень высших гармоник.
Повлиять на эту ситуацию можно, разместив компенсирующий источник реактивной энергии у промышленных потребителей непосредственно. Таким образом можно осуществить разгрузку сети от реактивного тока, в результате чего все недостатки, которые описывались выше практически сходят на нет.
В качестве компенсирующего источника можно использовать кондегсаторы, которые представляют соборй фазосдвигающие элементы. Конденсаторы стараются сохранить напряжение на собственных зажимах неихменным, то есть для них ток "идет перед" напряжением. Так как на любом промышленном предприятии величина электроэнергии не может быть постоянной величиной, а постоянно меняется в заметном диапазоне в небольшой период времени., то и соотношение между активной и потребляемой энергией тоже меняется. Снижение активной нагрузки любого индуктивного потребителя приводит к уменьшению cosφ. Чтобы компенсировать реактивную мощность нужно подобрать комплект оборудования, который будет адекватно регулировать cosφ при изменении условий работы оборудования
