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