Электроэнергия на сегодняшний день является одним из самых востребованных ресурсов, используемых в различных сферах жизни. Однако не все потребители понимают, что, помимо активной мощности, которая непосредственно используется для выполнения полезной работы (например, обогрева или освещения), они также потребляют и реактивную мощность, которая зачастую влияет на стоимость потребляемой энергии.

Реактивная мощность — это энергия, которая накапливается в электрических цепях и возвращается в сеть, не участвуя в выполнении полезной работы. Активную мощность измеряют в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт), а полную потребляемую энергию — в вольт-амперах (ВА и кВА), включая как активную, так и реактивную компоненты.

Активная мощность характерна для приборов, которые выполняют полезную работу, например, для обогревателей, ламп накаливания и утюгов. Реактивная мощность чаще всего присутствует в цепях с индуктивными нагрузками, такими как электродвигатели (например, в холодильниках, стиральных машинах и электроинструментах), трансформаторы и дроссели. Разберемся, чем отличаются активная и реактивная мощность.

Три типа мощностей

Как уже упоминалось, существует три типа мощностей: активная, реактивная и полная. Активная мощность (P) идет на выполнение полезной работы, и такая мощность используется в цепях с резистивной нагрузкой и в цепях постоянного тока.

В цепях переменного тока с индуктивными и емкостными нагрузками процесс потребления энергии отличается. В таких цепях энергия накапливается в реактивных элементах, и причиной этого является фазовый сдвиг между током и напряжением:

• Индуктивные нагрузки вызывают отставание тока от напряжения.
• Емкостные нагрузки, наоборот, приводят к опережению тока.

Фазовый сдвиг между током и напряжением определяется углом ϕ. Соотношение активной, реактивной и полной мощности описывается с помощью формулы Пифагора, где активная (P) и реактивная (Q) мощности — это катеты, а полная мощность (S) — гипотенуза:

S = √(P² + Q²)

Угол ϕ — это угол между гипотенузой и катетом активной мощности, а коэффициент мощности (cos ϕ) показывает отношение активной мощности к полной:

cos ϕ = P / S

Если cos ϕ = 1, то нагрузка исключительно активная, и вся потребляемая энергия идет на выполнение полезной работы.

В случаях, когда в электрической цепи присутствуют индуктивные или емкостные элементы, компенсация реактивной мощности становится важной задачей. Это особенно актуально для промышленных предприятий, где используется много оборудования с индуктивной составляющей. В таких случаях применяют емкостные компенсаторы реактивной мощности, которые помогают компенсировать эту лишнюю энергию.

В бытовых условиях потребление реактивной мощности, как правило, невелико. Однако компенсаторы могут понадобиться, если в доме есть электрические насосы или часто используются электроинструменты.

1. Активная электроэнергия (P)

Активная энергия — это та энергия, которая реально выполняет работу в электрических устройствах. Она преобразуется в тепло, свет, механическое движение или другие виды энергии, которые полезны для работы устройств.

• Единица измерения: киловатт-час (кВт⋅ч).
• Что происходит: Энергия, потребляемая устройством, используется для выполнения полезной работы. Например, освещая лампу или приводя в движение двигатель.
• Пример: Когда работает обогреватель, вся потребляемая энергия (активная) используется для нагрева воздуха.

2. Реактивная электроэнергия (Q)

Реактивная энергия не выполняет полезную работу, но необходима для поддержания магнитных и электрических полей в устройствах, таких как двигатели и трансформаторы. Эта энергия «колеблется» между источником и нагрузкой, не преобразуясь в полезную работу, но поддерживая рабочий процесс в системе.

• Единица измерения: киловар-час (кВт⋅ч).
• Что происходит: Реактивная энергия используется для создания магнитных полей в устройствах, таких как электродвигатели и трансформаторы, но не преобразуется в полезную энергию, как активная энергия.
• Пример: В случае с электрическим двигателем часть потребляемой энергии уходит на создание магнитного поля, которое необходимо для его работы, но эта энергия не приводит к прямому механическому движению.

3. Разница между активной и реактивной энергией

• Активная энергия — это энергия, которая преобразуется в полезную работу.
• Реактивная энергия — это энергия, которая поддерживает работу электромагнитных полей, но не выполняет полезную работу напрямую.

4. Почему это важно?

• Для работы электрических устройств в сети необходимы как активная, так и реактивная энергия. Однако потребление реактивной энергии не всегда оплачивается, так как она не используется для выполнения полезной работы.
• Коэффициент мощности (cosφ) показывает соотношение между активной и полной (суммой активной и реактивной) энергией. Чем ближе коэффициент мощности к единице, тем эффективнее используется энергия.