Устройство для экономии электроэнергии

Большинство потребителей электроэнергии платят за нее, сняв показания счетчика в положенный срок, и не заморачивается больше ничем, если только киловатт-час вдруг не подорожает. Однако вот уже десяток лет активно муссируются сведения о существовании в электроэнергии бесполезной части, за которую можно не платить. И даже создаются приборы, чтобы это сделать. Давайте попробуем разобраться, что в этих разговорах истинная правда, а что шаманские танцы с бубнами. И стоит ли покупать приборы, позволяющие «существенно экономить».

Две составляющие электроэнергии

Электрический ток – это упорядоченное движение электронов. Оно сопровождается возникновением электромагнитного поля – сущностью внешне бесплотной, но вполне материальной, способной взаимодействовать с окружающими предметами, имеющими электрическую проводимость, и совершать работу – нагревать, испускать свет, перемещать предметы.

Электромагнитное поле переменного тока, взаимодействуя с проводниками, искажается. Одни заставляют синусоиду напряжения отставать от колебаний тока, другие – забегать вперед. Поэтому полная мощность электрического тока, вычисляемая по формуле:

P = U * I,

всегда больше реальной, поступающей потребителю, на величину cos φ – косинуса угла сдвига фаз между током и напряжением.

Проводников, которые не искажают электромагнитное поле и не вызывают сдвига фаз, не существует, но у некоторых потребителей величина cos φ так мала, что ею в формуле

P = U * I* cos φ

пренебрегают. Их называют активной нагрузкой. Как правило, это очень простые элементы электрических схем. Например, лампы накаливания.

У всех остальных сдвиг фаз имеет значительную величину – у асинхронных двигателей до 180. Такие проводники называют реактивной нагрузкой. Они бывают двух типов:

1. Емкостные, вызывающие отставание напряжения от тока.

2. Индуктивные, приводящие к тому, что синусоида напряжения забегает вперед.

Устройство для экономии электроэнергии

 

Считается, что сдвиг фаз, независимо от знака, – это вредное явление, сопровождающееся паразитным намагничиванием, нагревом и не производящее полезной работы. Хотя именно он создает вращающееся магнитное поле – фундаментальную основу функционирования асинхронных электродвигателей.

Принцип экономии электроэнергии состоит в том, что из суммы мощностей

Рсум = Ракт + Рреакт

исключается элемент Рреакт.

Как компенсировать реактивную составляющую

Девяносто процентов потребителей электрической энергии являются индуктивной нагрузкой. Это электромоторы и трансформаторы. Поэтому способ компенсации реактивной составляющей мощности представился приверженцам экономии простым, как яйцо: надо увеличить электрическую емкость всей цепи. А для этого параллельно входу устанавливается конденсаторная батарея. Она возвращает убежавшую вперед синусоиду напряжения и уменьшает cos φ.

Устройство для экономии электроэнергии

Каков результат

Да, конденсаторная батарея уменьшает сдвиг фаз. Но она не решает главной проблемы – реактивная составляющая мощности не исчезает. Наоборот, ее абсолютное значение увеличивается, меняется только знак. При снижении общей мощности потребления экономия превращается в расточительство.

Поэтому установка конденсаторных батарей на входе для компенсации реактивной мощности имеет смысл только в том случае, если уровень энергопотребления остается неизменным в течение длительного срока. Выполнить это условие можно только на промышленных предприятиях. Бытовые электроприборы (компрессоры холодильников и электромоторы стиральных машин) работают в прерывистом режиме.

Устройство для экономии электроэнергии: конденсаторные установки промышленные и бытовые

Определенный практический смысл в установке конденсаторных батарей есть. И они выпускаются серийно, но для промышленных целей. Их модельный ряд различается мощностью и объемом конденсаторов. Это сложные устройства, работу которых обеспечивают тиристорные схемы и микропроцессоры. Они увеличивают количество подключенных конденсаторов в зависимости от уровня энергопотребления.

Устройство для экономии электроэнергии. Промышленная конденсаторная установка
Промышленная конденсаторная установка

Бытовые приборы такого рода – это технический казус. Величина емкости у них мала, не регулируется, и вообще – сложно понять, на какой уровень энергопотребления они рассчитаны.

Устройство для экономии электроэнергии. Бытовая конденсаторная установка
Бытовая конденсаторная установка

Качество электричества

Использование конденсаторных батарей для компенсации реактивной составляющей электромагнитного поля напрямую влияет на качество электричества в сети. Если они применяются в схеме энергоснабжения промышленного цеха, большинство потребителей которого асинхронные двигатели, то ничего страшного не происходит. Электромоторы неприхотливы, а их индуктивность гасит все пиковые разряды конденсаторов.

Но вот использование таких устройств в силовых цепях вычислительных центров фатально опасно. По меньшей мере – для источников бесперебойного питания. Ведь конденсаторная батарея превращает плавную синусоиду тока в подобие пилообразного, использующегося в схемах аналоговой развертки.

Если уровень энергопотребления снижается, то реактивная составляющая мощности конденсаторной батареи начинает влиять на внешнюю питающую электросеть, ухудшая качество электричества у всех потребителей, подключенных к той же подстанции. Именно поэтому необходима автоматическая регулировка величины емкости конденсаторов и ее уменьшение при минимальных нагрузках.

Использование такого устройства в быту может привести к тому, что компрессоры холодильников или двигатель стиральной машины станут вращаться в другую сторону или совсем откажутся работать. Это происходит потому, что в цепи запуска однофазного двигателя уже установлен конденсатор, обеспечивающий сдвиг фаз. Как повлияет дополнительный элемент определяется только опытным путем. О том, что вы можете запросто сжечь любимый компьютер, тоже стоит подумать.

Устройство для экономии электроэнергии

Как видите, обмануть природу, скомпенсировав реактивную составляющую мощности, очень сложно. Стоит ли рисковать компьютерами и другой бытовой техникой ради экономии пары сотен рублей – решать только вам.

Ссылка на основную публикацию