Netzwerkspezifika Wechselstrom führt dazu, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt die Sinuskurven von Spannung und Strom am Empfänger nur bei der sogenannten aktiven Last zusammenfallen, die den Strom vollständig in Wärme oder mechanische Arbeit umwandelt. In der Praxis handelt es sich dabei um elektrische Heizgeräte aller Art, in gewisser Näherung um Glühlampen, unter Last stehende Elektromotoren und Elektromagnete sowie Geräte zur Tonwiedergabe. Die Situation ändert sich völlig, wenn die Last, die keine mechanische Arbeit leistet, eine hohe Induktivität und einen niedrigen Widerstand aufweist. Dies ist ein typischer Fall eines Elektromotors oder Transformators im Leerlauf.

Anschließen eines ähnlichen Verbrauchers an eine Quelle Gleichstrom würde dazu führen, dass hier nichts Besonderes mit dem Netzwerk passiert, sondern der Momentanstrom der Momentanspannung um etwa ein Viertel der Periode nacheilt. Bei einer rein kapazitiven Last (wenn ein Kondensator in die Steckdose gesteckt wird) eilt der Strom dagegen der Spannung um die gleiche Viertelperiode voraus.

Blindströme

In der Praxis führt eine solche Diskrepanz zwischen Strom und Spannung, ohne dass am Empfänger Nutzarbeit geleistet wird, zu zusätzlichen oder, wie sie allgemein genannt werden, Blindströmen in den Leitungen, die in besonders ungünstigen Fällen zu destruktiven Folgen führen können. Bei einem geringeren Wert erfordert dieses Phänomen immer noch den Einsatz von überschüssigem Metall für dickere Kabel und eine Erhöhung der Leistung von Versorgungsgeneratoren und Stromtransformatoren. Daher ist es wirtschaftlich gerechtfertigt, die Blindleistung grundsätzlich aus dem Netz zu eliminieren mögliche Wege. Dabei ist die Gesamtblindleistung des gesamten Netzes zu berücksichtigen, auch wenn einzelne Elemente erhebliche Werte annehmen können Blindleistung.

Blindstrom

Aus quantitativer Sicht wird der Einfluss von Blindstrom auf den Netzbetrieb bewertet Kosinus des Verlustwinkels, der dem Verhältnis der Wirkleistung zur Gesamtleistung entspricht. Die Gesamtleistung wird als Vektorgröße betrachtet, die von der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung an allen Netzelementen abhängt. Im Gegensatz zur Wirkleistung, die wie die mechanische Leistung in Watt gemessen wird, wird die Gesamtleistung in Voltampere gemessen, da diese Größe nur in Voltampere vorhanden ist Stromkreis. Je näher also der Kosinus des Verlustwinkels an Eins liegt, desto besser wird die vom Generator erzeugte Leistung genutzt.

Die wichtigsten Möglichkeiten zur Blindleistungsreduzierung sind die gegenseitige Kompensation von Phasenverschiebungen durch induktive und kapazitive Empfänger sowie der Einsatz von Empfängern mit geringem Verlustwinkel.

Physikalischer Aspekt des Prozesses und praktische Bedeutung Einsatz von Blindleistungskompensationseinheiten

Um zu verstehen, was der Begriff „Blindleistung“ bedeutet,

Erinnern wir uns an die Definition des Konzepts elektrische Energie. Es handelt sich um eine physikalische Größe, die die Geschwindigkeit der Übertragung, des Verbrauchs oder der Stromerzeugung zu einem bestimmten Zeitpunkt ausdrückt.

Je höher die Leistung, desto höher ist die Produktivität einer Elektroanlage in einer bestimmten Zeiteinheit. Unter „Momentanleistung“ versteht man das Produkt aus Strom und Spannung für einen Moment in einem beliebigen Abschnitt des Stromkreises.

Betrachten wir den physischen Aspekt des Prozesses.

Wenn wir Stromkreise nehmen, in denen Gleichstrom auftritt, dann sind die Werte der Durchschnitts- und Momentanleistung für einen bestimmten Zeitraum gleich, es gibt jedoch keine Blindleistung. Und in Stromkreisen, in denen das Phänomen des Wechselstroms auftritt, tritt die obige Situation nur dann auf, wenn die Last dort rein aktiv ist. Dies geschieht beispielsweise bei einem Elektrogerät wie einer Elektroheizung. Bei einer rein ohmschen Last im Stromkreis unter Wechselstrombedingungen fallen die Phasen von Strom und Spannung zusammen und die gesamte Leistung wird auf die Last übertragen.

Bei einer induktiven Last, beispielsweise bei Elektromotoren, ist der Strom phasengleich mit der Spannung, ist er kapazitiv, was bei verschiedenen Elektrogeräten der Fall ist, ist der Strom dagegen phasengleich der Spannung voraus. Da Spannung und Strom nicht in Phase sind (bei einer Blindlast), wird die volle Leistung nur teilweise auf die Last übertragen; wenn die Phasenverschiebung Null wäre, also auf die aktive Last.

Was ist der Unterschied zwischen Blind- und Wirkleistung?

Als bezeichnet wird der Teil der Gesamtleistung, der unter den Bedingungen der Wechselstromperiode an die Last übertragen wurde Wirkleistung. Sein Wert errechnet sich aus dem Produkt der Spannungs- und Stromwerte mit dem Kosinus des dazwischen liegenden Phasenwinkels

Und diejenige Leistung, die nicht auf die Last übertragen wurde und aufgrund derer Strahlungs- und Wärmeverluste auftraten, wird aufgerufen Blindleistung. Sein Wert ist das Produkt aus den Spannungs- und Stromwerten und dem dazwischen liegenden Sinus des Phasenverschiebungswinkels.

Somit, Blindleistung ist ein Begriff, der die Last charakterisiert. Seine Maßeinheit heißt Blindvoltampere, abgekürzt als Var oder Var. Aber im Leben ist ein anderer Messwert gebräuchlicher – Cosinus Phi, als Wert, der die Qualität einer Elektroinstallation unter dem Aspekt der Energieeinsparung misst. Tatsächlich hängt die Energiemenge, die der Last zugeführt wird, wenn sie von einer Quelle geliefert wird, vom Wert des cos φ ab. Daher ist es durchaus möglich, nicht sehr viel zu verwenden kraftvolle Quelle, dann geht dementsprechend weniger Energie ins Nichts.

Wie kann Blindleistung kompensiert werden?

Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, muss die Last im Fall einer induktiven Last mithilfe von Kondensatoren kompensiert werden, und die kapazitive Last sollte mithilfe von Drosseln und Drosseln kompensiert werden. Auf diese Weise können Sie den Cosinus Phi auf ausreichende Werte von 0,7-0,9 anheben. So funktioniert es Blindleistungskompensation.

Welche Vorteile bietet die Blindleistungskompensation?

Blkönnen enorme wirtschaftliche Vorteile bringen. Laut Statistik können sie in verschiedenen Teilen der Russischen Föderation bis zu 50 % der Stromrechnungen einsparen. Dort, wo sie installiert sind, amortisiert sich das dafür ausgegebene Geld in weniger als einem Jahr.

In der Entwurfsphase von Anlagen trägt die Einführung von Kondensatoreinheiten dazu bei, die Kosten für den Kauf von Kabeln zu senken, indem deren Querschnitt verringert wird. Beispielsweise kann eine automatische Kondensatorinstallation dazu führen, dass der Cosinus Phi von 0,6 auf 0,97 erhöht wird.

Ziehen wir eine Linie:

Nach unserem Verständnis tragen Blaus folgenden Gründen dazu bei, erheblich Geld zu sparen und die Lebensdauer der Geräte zu verlängern:

1) Die Belastung der Leistungstransformatoren wird reduziert, was ihre Lebensdauer erhöht.

2) Die Belastung von Kabeln und Leitungen wird reduziert und Sie können auch Geld sparen, indem Sie Kabel mit kleinerem Querschnitt kaufen.

3) Verbesserung des Qualitätsniveaus der elektrischen Energie von elektrischen Empfängern.

4) Es besteht keine Gefahr, Strafen für die Reduzierung des cos φ zu zahlen.

5) Die Größe höherer Harmonischer im Netzwerk nimmt ab.

6) Der Stromverbrauch wird reduziert.

Erinnern wir uns noch einmal daran, dass Blindenergie und Blindleistung die Betriebsergebnisse des Energiesystems beeinträchtigen, da die Belastung der Kraftwerksgeneratoren mit Blindströmen zu einer Erhöhung der verbrauchten Brennstoffmenge und der Größe der Verluste führt Auch die Belastung der Versorgungsnetze und Empfänger nimmt zu und schließlich auch der Spannungsabfall in den Netzen.

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Einerseits kann die Arbeit des Stroms einfach berechnet werden, indem die Stromstärke, die Spannung und der Lastwiderstand bekannt sind. So sehen schmerzlich bekannte Formeln aus einem Schulphysikkurs aus.

Reis. 1. Formeln

Und über die reaktive Komponente gibt es kein Wort.

Andererseits legen eine Reihe physikalischer Prozesse diesen Berechnungen tatsächlich ihre eigenen Eigenschaften fest. Es geht um re aktive Energie. Probleme beim Verständnis reaktiver Prozesse treten bei Stromrechnungen in großen Unternehmen auf, da in Haushaltsnetzen nur für Wirkenergie bezahlt wird (der Blindenergieverbrauch ist so gering, dass er einfach vernachlässigt wird).

Definitionen

Um das Wesen physikalischer Prozesse zu verstehen, beginnen wir mit Definitionen.

Aktiver Strom- Hierbei handelt es sich um vollständig umgewandelte Energie, die dem Stromkreis von der Stromquelle zugeführt wird. Die Umwandlung kann in Wärme oder in eine andere Art von Energie erfolgen, aber das Wesentliche bleibt dasselbe – die empfangene Energie kehrt nicht zur Quelle zurück.

Ein Beispiel für die Funktionsweise aktiver Energie: Strom, der durch ein Widerstandselement fließt, wandelt einen Teil der Energie in Wärme um. Diese perfekte Stromarbeit ist aktiv.

Blindstrom ist die Energie, die an die aktuelle Quelle zurückgegeben wird. Das heißt, der zuvor vom Zähler empfangene und berücksichtigte Strom wird ohne Abschluss der Arbeiten zurückgegeben. Unter anderem macht der Strom einen Sprung (die Belastung steigt kurzzeitig stark an).

Ohne Beispiele ist der Prozess schwer zu verstehen.

Das offensichtlichste ist die Funktionsweise eines Kondensators. Der Kondensator selbst wandelt keinen Strom um nützliche Arbeit, er sammelt es und verschenkt es. Wenn ein Teil der Energie dennoch für die Erwärmung des Elements aufgewendet wird, kann es natürlich als aktiv betrachtet werden. Das reaktive sieht so aus:

1. Wenn der Kondensator mit Wechselspannung betrieben wird, steigt mit der Erhöhung von U auch die Ladung des Kondensators.

2. In dem Moment, in dem der Spannungsabfall beginnt (der zweite Viertelzyklus einer Sinuswelle), stellt sich heraus, dass die Spannung am Kondensator höher ist als die der Quelle. Und so beginnt sich der Kondensator zu entladen und gibt Energie an den Stromkreis zurück (der Strom fließt in die entgegengesetzte Richtung).

3. In den nächsten zwei Viertelperioden wiederholt sich die Situation vollständig, nur die Spannung ändert sich ins Gegenteil.

Da der Kondensator selbst keine Arbeit verrichtet, erreicht die empfangene Spannung ihren maximalen Amplitudenwert (d. h. √2=1,414-mal mehr als die aktuellen 220 V oder 220·1,414=311 V).

Bei der Arbeit mit induktiven Elementen (Spulen, Transformatoren, Elektromotoren usw.) ist die Situation ähnlich. Das Indikatordiagramm ist im Bild unten zu sehen.

Reis. 2. Indikatordiagramme

Aufgrund der Tatsache, dass modern Haushaltsgeräte Wenn sie aus vielen verschiedenen Elementen mit und ohne „Blindleistungseffekt“ bestehen, leistet der in die entgegengesetzte Richtung fließende Blindstrom eine echte Arbeit bei der Erwärmung der aktiven Elemente. Somit drückt sich die Blindleistung eines Stromkreises im Wesentlichen in Kollateralverlusten und Spannungsspitzen aus.

Bei der Berechnung ist es sehr schwierig, einen Leistungsindikator von einem anderen zu trennen. Und ein hochwertiges und effizientes Messsystem ist teuer, was tatsächlich dazu geführt hat, dass die Messung des Blindstromverbrauchs im Alltag verweigert wird.

In großen Gewerbeanlagen hingegen ist der Blindenergieverbrauch viel größer (aufgrund der Fülle an Energieanlagen, die mit leistungsstarken Elektromotoren, Transformatoren und anderen Blindstrom erzeugenden Elementen ausgestattet sind), weshalb für sie eine separate Messung eingeführt wird.

Wie wird Wirk- und Blindstrom berechnet?

Die meisten Hersteller von Stromzählern für Unternehmen implementieren einen einfachen Algorithmus.

Q=(S 2 - P 2) 1/2

Dabei wird (in leicht verständlicher Form) die Wirkleistung P von der Gesamtleistung S abgezogen.

Somit muss der Hersteller keine komplett separate Buchhaltung organisieren.

Was ist cosϕ (Cosinus Phi)

Um das Verhältnis von Wirk- und Blindleistung numerisch auszudrücken, wird ein spezieller Koeffizient verwendet – Kosinus Phi.

Die Berechnung erfolgt nach der Formel.

cosϕ = P akt /P gesamt

Dabei ist die Gesamtleistung die Summe aus Wirk- und Blindleistung.

Der gleiche Koeffizient ist auf den Typenschildern von Elektrowerkzeugen mit Motoren angegeben. In diesem Fall wird cosϕ zur Schätzung des Spitzenstromverbrauchs verwendet. Wenn beispielsweise die Nennleistung des Geräts 600 W beträgt und der cosϕ = 0,7 (der Durchschnitt für die überwiegende Mehrheit der Elektrowerkzeuge), dann wird die zum Starten des Elektromotors erforderliche Spitzenleistung als Pnomin / cosϕ = 600 W berechnet / 0,7 = 857 VA (Blindleistung wird in Voltampere ausgedrückt).

Anwendung von Blindleistungskompensatoren

Um Verbraucher dazu zu ermutigen, das Stromnetz ohne Blindlast zu betreiben, führen Stromversorger einen zusätzlichen kostenpflichtigen Tarif für Blindleistung ein, der jedoch nur dann erhoben wird, wenn der durchschnittliche monatliche Verbrauch einen bestimmten Koeffizienten überschreitet, beispielsweise wenn das Verhältnis von Gesamt- und Wirkleistung gleich ist über 0,9 wird die Rechnung für die Blindleistungsvergütung nicht ausgestellt.

Um die Kosten zu senken, installieren Unternehmen spezielle Geräte – Kompensatoren. Es gibt zwei Arten von ihnen (je nach Funktionsprinzip):

• Kapazitiv;
• Induktiv.

In diesem Fall werden zwei Indikatoren identifiziert, die die Kosten für die volle Leistung bei der Wartung des Verbrauchers widerspiegeln. Diese Indikatoren werden Wirk- und Blindenergie genannt. Die Gesamtleistung ist die Summe dieser beiden Indikatoren. Wir werden versuchen, in diesem Artikel darüber zu sprechen, was Wirk- und Blindstrom ist und wie man die Höhe der aufgelaufenen Zahlungen überprüft.

Volle Kraft

Nach gängiger Praxis zahlen Verbraucher nicht für die Nutzleistung, die direkt im Haushalt verbraucht wird, sondern für die volle Leistung, die vom Versorger geliefert wird. Diese Indikatoren unterscheiden sich durch Maßeinheiten – die Gesamtleistung wird in Voltampere (VA) und die Nutzleistung – in Kilowatt – gemessen. Wirk- und Blindstrom wird von allen aus dem Netz gespeisten Elektrogeräten verbraucht.

Aktiver Strom

Der Wirkanteil der Gesamtleistung leistet Nutzarbeit und wird in die Energiearten umgewandelt, die der Verbraucher benötigt. Bei einigen Haushalts- und Industrieelektrogeräten stimmen Wirk- und Scheinleistung in den Berechnungen überein. Zu diesen Geräten gehören Elektroherde, Glühlampen, Elektroöfen, Heizgeräte, Bügeleisen usw.

Wenn im Reisepass eine Wirkleistung von 1 kW angegeben ist, beträgt die Gesamtleistung eines solchen Geräts 1 kVA.

Blindstromkonzept

Diese Art von Elektrizität kommt in Schaltkreisen vor, die reaktive Elemente enthalten. Blindstrom ist der Teil der gesamten eingehenden Leistung, der nicht für Nutzarbeit aufgewendet wird.

In Gleichstromkreisen gibt es kein Konzept der Blindleistung. In Stromkreisen tritt eine Blindkomponente nur dann auf, wenn eine induktive oder kapazitive Last vorhanden ist. In diesem Fall besteht eine Fehlanpassung zwischen der Phase des Stroms und der Phase der Spannung. Diese Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom wird durch das Symbol „φ“ angezeigt.

Bei einer induktiven Last ist eine Phasenverzögerung im Stromkreis zu beobachten, bei einer kapazitiven Last wird die Phase voreilend. Daher gelangt nur ein Teil der vollen Leistung zum Verbraucher und die Hauptverluste entstehen durch nutzlose Erwärmung von Geräten und Instrumenten während des Betriebs.

Aufgrund der Anwesenheit von kommt es zu Leistungsverlusten elektrische Geräte induktive Spulen und Kondensatoren. Dadurch sammelt sich für einige Zeit Strom im Stromkreis an. Anschließend wird die gespeicherte Energie wieder in den Kreislauf eingespeist. Zu den Geräten, die einen reaktiven Stromanteil enthalten, gehören tragbare Elektrowerkzeuge, Elektromotoren und verschiedene Haushaltsgeräte. Dieser Wert wird unter Berücksichtigung eines speziellen Leistungsfaktors berechnet, der als cos φ bezeichnet wird.

Berechnung der Blindleistung

Der Leistungsfaktor liegt zwischen 0,5 und 0,9; Den genauen Wert dieses Parameters finden Sie im Datenblatt des Elektrogeräts. Die Scheinleistung muss als Wirkleistung dividiert durch den Faktor ermittelt werden.

Wenn beispielsweise im Pass einer elektrischen Bohrmaschine eine Leistung von 600 W und ein Wert von 0,6 angegeben ist, beträgt die vom Gerät verbrauchte Gesamtleistung 600/06, also 1000 VA. In Ermangelung von Pässen zur Berechnung der Gesamtleistung des Geräts kann der Koeffizient mit 0,7 angenommen werden.

Da eine der Hauptaufgaben bestehender Stromversorgungssysteme darin besteht, den Endverbraucher mit Nutzstrom zu versorgen, werden Blindleistungsverluste als negativer Faktor angesehen und ein Anstieg dieses Indikators stellt die Effizienz des gesamten Stromkreises in Frage. Das Gleichgewicht von Wirk- und Blindleistung in einem Stromkreis lässt sich in Form dieses lustigen Bildes visualisieren:

Der Wert des Koeffizienten unter Berücksichtigung von Verlusten

Je höher der Wert des Leistungsfaktors ist, desto geringer sind die Verluste an Wirkstrom – was bedeutet, dass der Endverbraucher verbrauchen wird elektrische Energie es wird etwas weniger kosten. Um den Wert dieses Koeffizienten zu erhöhen, werden in der Elektrotechnik verschiedene Techniken eingesetzt, um nicht zielgerichtete Stromverluste auszugleichen. Kompensationsgeräte sind führende Stromgeneratoren, die den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung glätten. Für den gleichen Zweck werden manchmal Kondensatorbänke verwendet. Sie werden parallel zum Betriebsstromkreis geschaltet und dienen als Synchronkompensatoren.

Berechnung der Stromkosten für Privatkunden

Bei der individuellen Nutzung erfolgt keine Trennung von Wirk- und Blindstrom in der Abrechnung – auf der Verbrauchsskala ist der Anteil der Blindenergie gering. Daher zahlen Privatkunden mit einem Stromverbrauch bis 63 A eine Rechnung, in der der gesamte verbrauchte Strom als aktiv gilt. Zusätzliche Verluste im Blindstromkreis werden nicht gesondert ausgewiesen und nicht vergütet.

Blindstrommessung für Unternehmen

Eine andere Sache sind Unternehmen und Organisationen. In Produktionsanlagen und Industriewerkstätten sind zahlreiche elektrische Geräte installiert und der insgesamt gelieferte Strom enthält einen erheblichen Anteil an Blindenergie, die für den Betrieb von Stromversorgungen und Elektromotoren notwendig ist. Wirk- und Blindstrom, der an Unternehmen und Organisationen geliefert wird, erfordern eine klare Trennung und eine unterschiedliche Zahlungsweise dafür. Grundlage für die Regelung der Beziehungen zwischen dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen und den Letztverbrauchern ist in diesem Fall ein Standardvertrag. Gemäß den in diesem Dokument festgelegten Regeln benötigen Organisationen, die Strom über 63 A verbrauchen, ein spezielles Gerät, das Blindenergiewerte für die Abrechnung und Zahlung liefert.
Netzwerkunternehmen installiert einen Blindstromzähler und berechnet entsprechend seinen Messwerten.

Blindenergiefaktor

Wie bereits erwähnt, werden Wirk- und Blindstrom in Zahlungsrechnungen in separaten Zeilen ausgewiesen. Überschreitet das Verhältnis der Mengen an Blindstrom und verbrauchtem Strom die festgelegte Norm nicht, wird keine Gebühr für Blindenergie erhoben. Der Verhältniskoeffizient kann auf unterschiedliche Weise geschrieben werden, sein Durchschnittswert beträgt 0,15. Bei Überschreitung dieses Grenzwertes wird dem Verbraucherunternehmen der Einbau von Ausgleichseinrichtungen empfohlen.

Blindenergie in Mehrfamilienhäusern

Ein typischer Stromverbraucher ist ein Mehrfamilienhaus mit einer Hauptsicherung, das Strom über 63 A verbraucht. Befinden sich in einem solchen Gebäude ausschließlich Wohnräume, fällt keine Gebühr für Blindstrom an. Somit sehen die Bewohner eines Mehrfamilienhauses in den Gebühren nur die Zahlung für den gesamten Strom, den der Versorger dem Haus liefert. Die gleiche Regelung gilt für Wohnungsbaugenossenschaften.

Sonderfälle der Blindleistungsmessung

Es gibt Fälle, in denen ein mehrstöckiges Gebäude sowohl Gewerbebetriebe als auch Wohnungen beherbergt. Die Stromversorgung solcher Häuser wird durch gesonderte Gesetze geregelt. Die Aufteilung kann beispielsweise die Größe der Nutzfläche sein. Beanspruchen gewerbliche Organisationen in einem Mehrfamilienhaus weniger als die Hälfte der Nutzfläche, wird keine Blindenergievergütung erhoben. Bei Überschreitung des Schwellenwerts entstehen Zahlungsverpflichtungen für Blindstrom.

In manchen Fällen sind Wohngebäude nicht von der Blindenergievergütung befreit. Verfügt ein Gebäude beispielsweise über Aufzugsanschlüsse für Wohnungen, fallen gesondert Gebühren für den Blindstromverbrauch nur für diese Anlagen an. Wohnungseigentümer zahlen weiterhin nur für Wirkstrom.

Das Verständnis des Wesens von Wirk- und Blindenergie ermöglicht es, die wirtschaftlichen Auswirkungen der Installation verschiedener Kompensationsgeräte, die Verluste durch Blindlasten reduzieren, richtig zu berechnen. Laut Statistik können Sie mit solchen Geräten den cos φ-Wert von 0,6 auf 0,97 erhöhen. So helfen automatische Kompensationseinrichtungen, bis zu einem Drittel des dem Verbraucher zur Verfügung gestellten Stroms einzusparen. Eine deutliche Reduzierung der Wärmeverluste erhöht die Lebensdauer von Geräten und Mechanismen an Produktionsstandorten und senkt die Kosten für Fertigprodukte.

Derzeit wird die Beziehung zwischen Energieversorgungsunternehmen und Stromverbrauchern von einem breiten Spektrum von Nicht-Energie-Personen (kaufmännischen Managern, Rechtsanwälten und anderen Spezialisten) betrachtet. Die Verwendung des Konzepts der Blindleistung (Blindenergie) in der Praxis der Geldabrechnung zwischen Stromlieferanten und Verbrauchern und das Vorhandensein getrennter Wirk- und Blindenergiezähler wecken bei vielen Menschen die Idee, Verbraucher mit zwei Arten von Produkten zu versorgen. Das ist falsch. Elektronen unterschiedlicher Farbe werden nicht durch das Stromnetz übertragen – rot für Wirkenergie und Blau für Blindenergie. Was ist also Blindleistung und Blindenergie?

Betrachten wir im in einfacher Form Eigenschaften von Wechselstrom. Wechselstrom wird nicht in dem Sinne so genannt, dass sich sein Wert ändert, wenn Energie verbraucht wird. Es kann auch dauerhaft bleiben. Wechselstrom im engeren Sinne bedeutet periodischer Strom, deren Momentanwerte während jeder kurzen Periode (bei Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz ist dies 1/50 Sekunde) einen Änderungszyklus von Minimum zu durchlaufen Maximalwert und umgekehrt. Grafisch wird dieser Zyklus durch eine Sinuswelle dargestellt. Auch die Spannung ist in diesem Sinne variabel. Im Allgemeinen wird für Stromkreise, in denen sowohl Spannung als auch Strom zyklisch variieren, die Bezeichnung „Wechselstromkreis“ verwendet.

In Wechselstromkreisen gibt es viele Elemente, die durch Luftspalte getrennt sind – die Hoch- und Niederspannungswicklungen von Transformatoren oder Stator und Rotor einer rotierenden Maschine (Motor und Generator) haben keine elektrische Verbindung miteinander. Durch diesen Luftraum, der eigentlich ein nichtleitendes Dielektrikum ist, wird jedoch elektrische Energie übertragen. Dies geschieht aufgrund des Auftretens eines magnetischen Wechselfelds in der Induktivität unter dem Einfluss von Wechselstrom und unter dem Einfluss von Wechselspannung- elektrisches Wechselfeld im Behälter (in Kombination - elektromagnetisches Feld). Wie Sie wissen, ist Luft kein Hindernis für Felder. Das von einer der getrennten Wicklungen erzeugte magnetische Wechselfeld kreuzt mit seinen Magnetlinien ständig die Windungen der anderen Wicklung und induziert elektromotorische Kraft. Seine Größe ist so groß, dass die gesamte Leistung der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung übertragen wird. In einem Kondensator übernimmt ein elektrisches Feld die gleichen Funktionen.

Um jeden Leiter, der unter Spannung steht und Strom führt, existieren magnetische und elektrische Felder.

Elektromagnetische Energie wird in Elementen mit aktivem Widerstand, bezeichnet mit R, direkt in thermische, mechanische, chemische und andere Arten nützlicher Arbeit umgewandelt. In Elementen, die die Induktivität L und die Kapazität C darstellen, wird elektromagnetische Energie in der Hälfte der Periode und in der zweiten Hälfte gespeichert der Zeitraum, in dem es an die Quelle zurückgegeben wird. In diesem Fall liegt die Sinuskurve des Stroms, der das Magnetfeld erzeugt, immer eine Viertelperiode (90 elektrische Grad) hinter der Sinuskurve der Spannung, und die Sinuskurve des Stroms, der das elektrische Feld erzeugt, liegt vor.

Der Widerstand solcher Elemente hängt von der Induktivität und Kapazität sowie der Frequenz f durch die Verhältnisse ab: X L = 2πfL und X C = 1/2πfС. Aus diesen Beziehungen ist klar, dass diese Widerstände nur in Wechselstromkreisen existieren und in Gleichstromkreisen (f = 0) X L zu 0 wird ( Kurzschluss) und X C - bis ins Unendliche (Unterbrechung der Kette). Aufgrund der Wechselwirkung ihrer Wirkung werden diese Widerstände Blindstrom und der durch den Austausch elektromagnetischer Energie verursachte Strom Blindstrom genannt. Da der Blindstrom gegenüber dem Wirkstrom um 90° verschoben ist, ergibt sich naturgemäß der Gesamtstrom aus der Quadratwurzel der Summe der Quadrate von Wirk- und Blindstrom.

Der Durchgang eines „verschobenen“ Stroms durch ein Netzwerk kann mit der Bewegung von Menschen durch einen Durchgang verglichen werden, dessen Kapazität beispielsweise 10 Personen gleichzeitig beträgt. Außerdem gehen die Leute in acht Reihen immer in die gleiche Richtung, und in zwei Reihen gehen die gleichen Leute und kommen dann wieder zurück. Als Ergebnis sollte die Anzahl der Personen berechnet werden, die die Seite gewechselt haben Bandbreite acht Personen, und der Gang ist immer mit zehn Reihen besetzt. Ähnlich verhält es sich mit der Kapazität des Stromnetzes. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Wirk- und Blindanteil des Stroms nicht rechnerisch addiert, sondern quadriert werden, sodass der Blindanteil den Querschnitt in geringerem Maße einnimmt. Um den Vergleich zu vervollständigen, können wir davon ausgehen, dass zwei Personenreihen seitwärts gehen und daher weniger Platz beanspruchen.

Die Halbwellen der Speicherung und Rückgabe elektromagnetischer Energie durch Induktivität und Kapazität sind um 180° verschoben (im ersten ist der Strom um -90° und im zweiten um +90° verschoben), also gegenphasig . Wenn also Widerstände X L = X C in der Nähe sind, kehrt der Austauschteil der elektromagnetischen Energie nicht zur Quelle zurück, sondern diese Elemente tauschen ihn ständig miteinander aus. Der Gedanke sollte schon aufkommen: Sollte der Stromverbraucher, dessen Netze voller Induktivitäten sind, nicht eine Kapazität einbauen? Und lassen Sie sie diesen Teil der elektromagnetischen Energie untereinander austauschen, das Netzwerk davon entlasten und ihm die Möglichkeit geben, nur den Teil der elektromagnetischen Energie zu übertragen, der in nützliche Arbeit umgewandelt wird? Dieser Vorgang wird als Blindleistungskompensation (RPC) bezeichnet.

Blindenergie leistet keine Arbeit in dem Sinne, dass sie als Wirkenergie nicht in thermische oder mechanische Energie umgewandelt werden kann. Da in der Physik die Begriffe Energie und Arbeit identisch sind, ist der Begriff „Blindenergie“ streng genommen physikalisch bedeutungslos. Dennoch ist die praktische Anwendung dieses herkömmlichen Konzepts praktisch. Da ein zusätzlicher Strom entsteht, der als Blindstrom bezeichnet wird, können sein Produkt und seine Spannung nicht anders als Leistung genannt werden, und die Integration der Leistung über die Zeit wird formal als Energie bezeichnet. Darüber hinaus können Sie durch Verschieben der Wicklung eines Stromzählers um 90° diesen dazu zwingen, nur das Produkt und die Spannung des um 90° verschobenen Stroms zu zählen – es gibt eine visuelle Bestätigung der Existenz von Blindenergie (der Zähler zeigt sie tatsächlich an! ).

Der Blindstrom entzieht dem Wirkstrom nicht nur einen Teil der Netzkapazität, sondern es wird auch ein gewisser Teil der Wirkenergie für seinen Durchgang durch die Leitungen aufgewendet, da die Verlustleistung ΔР = 3I²R beträgt, wobei I der Gesamtstrom ist. Ein Wirkenergiezähler (im Großen und Ganzen kann nur dieser als Energie bezeichnet werden, daher wird er einfach als Stromzähler bezeichnet) zeigt sowohl bei Vorhandensein als auch bei Abwesenheit der Blindkomponente des Stroms den gleichen Wert an. Daher ist es allein anhand seiner Messwerte unmöglich, die Modi der Stromübertragungsleitungen richtig einzuschätzen (im obigen Beispiel zeigt das Messgerät die Bewegung von acht Reihen an, wobei die beiden Hin- und Herbewegungen völlig ignoriert werden). Um den Netzwerkmodus beurteilen zu können, müssen Sie beide Komponenten kennen. Aktive und reaktive Komponenten Scheinstrom haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Spannung an Energieverbrauchspunkten. Spannungsverluste aus der Übertragung des Wirkanteils des Stroms werden überwiegend durch den Widerstand R und des Blindanteils durch den Widerstand X L bestimmt. In Stromleitungselementen ist normalerweise X L >> R vorhanden, sodass der Durchgang von Blindstrom durch das Netzwerk zu einer viel stärkeren Spannungsreduzierung führt als Wirkstrom gleicher Größe.

In einem Wechselstromnetz gibt es also nichts anderes als sich zyklisch ändernde Momentanwerte von Strom und Spannung, deren Zyklen um einen Teil der Periode gegeneinander verschoben sind. Bei der grafischen Darstellung als Vektoren spricht man von einer Verschiebung um einen bestimmten Winkel φ. Daher kann die anekdotische Antwort des Studenten während der Prüfung, dass drei Drähte benötigt werden, weil über den ersten Spannung, über den zweiten Strom und über den dritten Cos φ übertragen werden, als wahrheitsnäher angesehen werden als die Idee, Verbraucher mit zu versorgen zwei Arten von Produkten.