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:

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

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 18 0 . 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

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.

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.

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.

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.