Які типи електричних споживачів бувають?

Активне і реактивне навантаження, активно-індуктивне й активно-ємнісне, у чому відмінності?

У повсякденному житті і спілкуваннях з клієнтами інтернет-магазину PowerSol ми з’ясовуємо безліч технічних питань і максимально точно підбираємо обладнання під інженерні завдання. Маючи великий досвід робіт і вибору технічних рішень, фахівцями компанії НТС-ГРУП (ТМ PowerSol) було зібрано масу корисної інформації, яку ми спробували структурувати і в стислому вигляді донести нашим клієнтам шляхом публікації на сайті. Нижче наведено своєрідну класифікацію типу навантажень із невеликими коментарями, а в наступній статті буде описано особливості вибору потужності, запасу потужності та варіанти використання джерел безперебійного живлення, стабілізаторів напруги та електрогенераторів у мережах із незбалансованим розподілом споживачів, із різними видами активного та реактивного навантажень тощо.

Стосовно вибору обладнання класифікуємо типи навантажень таким чином

1. За типом електричного споживання навантаження поділяють на:

АКТИВНЕ: – Активне (або ще відоме, як резистивне) навантаження. У цьому випадку закон Ома виконується в кожен момент часу й аналогічний закону Ома для схем постійного струму. Як приклади: електрична лампочка розжарювання, нагрівальний елемент (ТЕН), електрична плита, бойлер тощо.

РЕАКТИВНУ, яка також поділяється на такі:

• Індуктивне навантаження – навантаження, через яке струм відстає від напруги і навантаження споживає реактивну потужність. Приклади: асинхронні двигуни, електромагніти, котушки дроселів, трансформатори, випрямлячі, перетворювачі побудовані на тиристорах. Індуктивне (реактивне) навантаження перетворює протягом однієї половини напівперіоду енергію електричного струму в магнітне поле, а протягом наступної половини перетворює енергію магнітного поля в електричний струм. При цьому в індуктивному навантаженні крива струму відстає від кривої напруги на ту саму половину напівперіоду. Прикладом для цього виду навантажень може бути дросель або котушка індуктивності.
• Ємнісне (реактивне) навантаження перетворює протягом однієї половини напівперіоду енергію електричного струму на електричне поле, а протягом наступної половини перетворює енергію електричного поля на електричний струм. При цьому в ємнісному навантаженні крива струму випереджає криву напруги на ту саму половину напівперіоду. Прикладом цього виду навантажень може бути конденсатор.

На практиці чисті реактивні навантаження в електротехніці не зустрічаються. Уся електротехніка працює з коефіцієнтом корисної дії, нижчим за 100%, внаслідок розсіювання частини енергії у вигляді теплових втрат, втрат під час випромінювання та ін. побічних явищ. Таким чином у практичній електротехніці застосовується поняття активно-реактивного навантаження. Активно-реактивне навантаження також підрозділяється на два: активно-індуктивне й активно-ємнісне.

Активно-індуктивне навантаження може розглядатися як послідовне або паралельне з’єднання активного опору та ідеальної індуктивності. Прикладом таких навантажень може бути обмотувальний електромагнітний трансформатор, електродвигун, електромагнітний пускорегулювальний пристрій для люмінесцентних ламп, котушка запалювання в автомобілі. Для цього виду навантажень характерний кидок напруги в момент розмикання електричного кола.

Активно-ємнісне навантаження може розглядатися як послідовне або паралельне з’єднання активного опору та ідеальної ємності. Прикладом таких навантажень може бути конденсатор, електронні блоки живлення галогенних або люмінесцентних ламп. Для цих навантажень характерний кидок струму в момент замикання електричного кола, особливо якщо він стався в той момент, коли напруга в мережі максимальна, або близька до максимальної.

Під час протікання струму через активно-реактивне навантаження частина струму буде протікати через прилад, не виробляючи ніякої корисної роботи. При цьому максимуми і мінімуми струму і напруги досягатимуться в різний час, а криві зміни в часі струму і напруги не збігатимуться – залишаючись, при цьому, періодичними функціями. Відбувається зсув струму і напруги за фазою. Для позначення залежності такого зсуву застосовується поняття Косинус кута між струмом і напругою, і позначається як cos(ϕ). Цей параметр є дуже важливим в електротехніці, яким не варто нехтувати під час розрахунків і вибору стабілізаторів напруги, джерел безперебійного живлення та електрогенераторів.

2. Фазність електроспоживачів:

• однофазні – споживачі розраховані на електроживлення від 220/230В за схемою фаза-нуль-земля.
• трифазні – споживачі, для яких необхідно подати напругу 380В/400В у схемі з нейтраллю і землею.

3. За способом розподілу навантаження (для трифазних схем)

• Збалансовані – збалансованими вважають такий розподіл споживачів, коли на кожній фазі в трифазній схемі потужності навантажень розподілено рівномірно (з перекосом не більше +/- 20%). Як приклад можна навести котедж із трифазним введенням електропостачання, у якому під час проєктування і монтажу електричних споживачів 15 кВт потужності рівномірно розподілили по 5 кВт на кожну фазу. Ще одним прикладом можна виокремити промисловий цех, у якому переважають трифазні споживачі, а отже, всі три фази будуть навантажені рівномірно.
• Незбалансовані – характеризуються як хаотично-навантажені фази, де навантаженість фаз може відрізнятися на 100% між собою. Прикладом може слугувати приватний триповерховий будинок, у якому на кожен поверх відводиться одна фаза. Як показує практика, перший поверх будинку (тобто одна з фаз) зазвичай перевантажений через те, що на першому поверсі розміщують кухню, бойлерну і кімнату відпочинку, а на інших поверхах – спальні з побутовою технікою. У підсумку одна фаза може бути навантажена на 100%, а інші використовуються рідко або не сильно навантажені.