1. Активная мощность (P):
Определение: Активная мощность – это мощность, которая реально потребляется или производится в электрической цепи и преобразуется в другие формы энергии, такие как тепло, свет, механическая энергия и т.д.
Единицы измерения: Ватт (Вт) или киловатт (кВт). 1 кВт = 1000 Вт.
Формула (для цепей переменного тока): P = V * I * cos(φ), где:
◦ V – действующее значение напряжения (В)
◦ I – действующее значение тока (А)
◦ cos(φ) – коэффициент мощности (косинус угла между напряжением и током)
Значение cos(φ): Коэффициент мощности характеризует эффективность использования электроэнергии. В идеале он должен быть равен 1 (что означает, что вся мощность преобразуется в полезную работу). Значение cos(φ) может быть меньше 1 из-за наличия реактивной нагрузки (например, индуктивных или емкостных элементов), которая создает реактивную мощность.
Примеры: Мощность, потребляемая лампой накаливания, электронагревателем, двигателем, компьютером.
2. Активная энергия (E):
Определение: Активная энергия – это количество активной мощности, потребленной или произведенной за определенный период времени.
Единицы измерения: Ватт-час (Вт·ч) или киловатт-час (кВт·ч). 1 кВт·ч = 1000 Вт·ч.
• Формула: E = P * t, где:
P – активная мощность (Вт или кВт)
t – время (часы)
Альтернативная формула (если мощность меняется со временем): E = ∫P(t) dt (интеграл активной мощности по времени).
Реактивная мощность (Q):
Определение: Реактивная мощность – это мощность, потребляемая или генерируемая реактивными элементами электрической цепи, такими как индуктивности (катушки индуктивности, обмотки трансформаторов, двигателей) и емкости (конденсаторы). Она не выполняет полезной работы, а необходима для создания и поддержания магнитных и электрических полей, обеспечивающих работу этих устройств.
Единицы измерения: Вар (Вар) или киловар (кВар). 1 кВар = 1000 Вар.
Формула (для цепей переменного тока): Q = V * I * sin(φ), где:
V – действующее значение напряжения (В)
I – действующее значение тока (А)
sin(φ) – синус угла между напряжением и током (φ – угол сдвига фаз между напряжением и током).
Природа реактивной мощности:
Индуктивная реактивная мощность (QL): Потребляется индуктивными элементами (например, двигателями, трансформаторами). В индуктивности ток отстает от напряжения на 90 градусов.
Емкостная реактивная мощность (QC): Генерируется емкостными элементами (например, конденсаторами). В емкости ток опережает напряжение на 90 градусов.
Влияние на энергосистему: Высокое потребление реактивной мощности может приводить к:
Увеличению тока в линиях электропередачи, что приводит к потерям мощности в линиях (потери на нагрев).
Снижению напряжения в сети, что может негативно сказаться на работе электрооборудования.
Увеличению нагрузки на генерирующие мощности и трансформаторы.
Реактивная энергия (Eq):
Определение: Реактивная энергия – это количество реактивной мощности, потребленной или генерированной за определенный период времени.
Единицы измерения: Вар-час (Вар·ч) или киловар-час (кВар·ч). 1 кВар·ч = 1000 Вар·ч.
Формула: Eq = Q * t, где:
Q – реактивная мощность (Вар или кВар)
t – время (часы)
Альтернативная формула (если мощность меняется со временем): Eq = ∫Q(t) dt (интеграл реактивной мощности по времени).
Учет реактивной энергии: В бытовых электросетях реактивная энергия обычно не учитывается при расчетах за электроэнергию. Однако, для крупных промышленных потребителей, использующих большое количество индуктивного оборудования, может взиматься плата за потребление реактивной энергии, поскольку это создает дополнительную нагрузку на энергосистему.
Полная мощность (S):
Определение: Полная мощность представляет собой векторную сумму активной (P) и реактивной (Q) мощностей.
Единицы измерения: Вольт-ампер (ВА) или киловольт-ампер (кВА). 1 кВА = 1000 ВА.
Формула: S = √(P² + Q²)
Значение: Полная мощность характеризует общую нагрузку на электрическое оборудование (например, трансформаторы, генераторы, линии электропередачи).
Коэффициент мощности (cos(φ)):
Определение: Коэффициент мощности – это отношение активной мощности к полной мощности.
Формула: cos(φ) = P / S = P / √(P² + Q²)
Значение: Коэффициент мощности характеризует эффективность использования электроэнергии. Чем ближе cos(φ) к 1, тем больше активной мощности используется по отношению к полной мощности, и тем эффективнее используется электроэнергия. Низкий коэффициент мощности означает, что большая часть полной мощности тратится на создание реактивной мощности, что увеличивает потери в сети и снижает эффективность использования электроэнергии.
Коррекция коэффициента мощности: Для улучшения коэффициента мощности используются конденсаторные установки, которые генерируют емкостную реактивную мощность, компенсируя индуктивную реактивную мощность, потребляемую оборудованием. Это позволяет снизить потери в сети, повысить напряжение и уменьшить нагрузку на генерирующие мощности.