Quando si parla di potenza degli elettrodomestici, di solito si intende energia attiva. Ma molti apparecchi consumano anche energia reattiva. Questo articolo spiega cos'è kVA e in che modo kVA differisce da kW.
Energia attiva e reattiva
In una rete a corrente alternata, l'entità della corrente e della tensione varia in modo sinusoidale con la frequenza della rete. Questo può essere visto sullo schermo dell'oscilloscopio. Tutti i tipi di consumatori possono essere suddivisi in tre categorie:
- I resistori, o resistenze attive, consumano solo corrente attiva. Si tratta di lampade a incandescenza, stufe elettriche e dispositivi simili. La differenza principale è la coincidenza di fase di corrente e tensione;
- Induttanze, induttori, trasformatori e motori elettrici asincroni– utilizzare l’energia reattiva e convertirla in campi magnetici e back EMF. In questi dispositivi la corrente è sfasata di 90 gradi rispetto alla tensione;
- Condensatori: convertono la tensione in campi elettrici. Nelle reti CA vengono utilizzati nei compensatori potere reattivo o come resistori limitatori di corrente. In tali dispositivi, la corrente anticipa la tensione di 90 gradi.
Importante! Condensatori e induttori spostano la corrente rispetto alla tensione in direzioni opposte e, se collegati alla stessa rete, si annullano a vicenda.
Attiva è l'energia rilasciata da una resistenza attiva, come una lampada a incandescenza, un riscaldatore elettrico e altri apparecchi elettrici simili. In essi le fasi di corrente e tensione coincidono e tutta l'energia viene utilizzata dall'apparecchio elettrico. In questo caso, le differenze tra kilowatt e kilovolt-ampere scompaiono.
Oltre all’energia attiva c’è l’energia reattiva. Viene utilizzato da dispositivi il cui design contiene condensatori o bobine con resistenza induttiva, motori elettrici, trasformatori o induttanze. Anche i cavi lunghi ce l'hanno, ma la differenza con un dispositivo con resistenza puramente attiva è piccola e viene presa in considerazione solo quando si progettano linee elettriche lunghe o in dispositivi ad alta frequenza.
Piena potenza
In condizioni reali, i carichi puramente resistivi, capacitivi o induttivi sono molto rari. Tipicamente, tutti gli apparecchi elettrici utilizzano la potenza attiva (P) insieme alla potenza reattiva (Q). Questa è la potenza totale, denominata “S”.
Per calcolare questi parametri vengono utilizzate le seguenti formule, che è necessario conoscere per poter eseguire, se necessario conversione da kVA a kW e viceversa:
- Attiva è l'energia utile convertita in lavoro, espressa in W o kW.
I KVA possono essere convertiti in kW utilizzando la formula:
dove “φ” è l'angolo tra corrente e tensione.
Queste unità misurano il carico utile di motori elettrici e altri dispositivi;
- Capacitivo o induttivo:
Visualizza la perdita di energia dovuta a campi elettrici e magnetici. Unità di misura – kVar (kilovolt-ampere reattivo);
- Pieno:
- U – tensione di rete,
- I – corrente attraverso il dispositivo.
Rappresenta il consumo totale di energia elettrica di un dispositivo ed è espresso in VA o kVA (kilovolt-ampere). I parametri del trasformatore sono espressi in queste unità, ad esempio 1 kVA o 1000 kVA.
Per vostra informazione. Tali dispositivi da 6000/0,4 kV e una potenza di 1000 kVA sono tra i più comuni per l'alimentazione di apparecchiature elettriche di aziende e quartieri residenziali.
Kvar, kVA e kW sono legati da una formula simile al famoso teorema di Pitagora (Pantagoni di Pitagora):
Importante! Va notato che un motore elettrico da 10 kW non può essere collegato a un trasformatore da 10 kVA, poiché l'elettricità consumata da questo dispositivo, tenendo conto del cosφ, sarà di circa 14 kilovolt-ampere.
Portare cosφ a 1
L'energia reattiva utilizzata dai consumatori crea un carico aggiuntivo sul cavo e sulle apparecchiature di avviamento. Inoltre bisogna pagarlo, proprio come per uno attivo, e nei generatori portatili la mancanza di compensazione aumenta il consumo di carburante. Ma può essere compensato utilizzando dispositivi speciali.
Consumatori che necessitano di una compensazione del cosφ
Uno dei principali consumatori di energia reattiva sono i motori elettrici asincroni, che consumano fino al 40% di tutta l'elettricità. Il Cosφ di questi dispositivi è di circa 0,7-0,8 al carico nominale e scende a 0,2-0,4 al minimo. Ciò è dovuto alla presenza di avvolgimenti nella struttura che creano un campo magnetico.
Un altro tipo di dispositivi sono i trasformatori, il cui cosφ diminuisce e il consumo di energia reattiva aumenta nei dispositivi scarichi.
Dispositivi di compensazione
Utilizzato per compensazione tipi diversi dispositivi:
- Motori sincroni. Quando all'avvolgimento di eccitazione viene fornita una tensione superiore a quella nominale, compensano l'energia induttiva. Ciò consente di migliorare i parametri di rete senza costi aggiuntivi. Quando si sostituisce una parte motori asincroni le capacità di compensazione sincrona aumenteranno, ma ciò richiederà costi aggiuntivi per l'installazione e il funzionamento. La potenza di tali motori elettrici raggiunge diverse migliaia di kilovolt-ampere;
- Compensatori sincroni. Questi motori elettrici sincroni hanno un design semplificato e una potenza fino a 100 kilovolt-ampere, non sono destinati ad azionare alcun meccanismo e funzionano in modalità X.X. Il loro scopo è compensare l'energia reattiva. Durante il funzionamento, questi dispositivi utilizzano il 2-4% dell'energia attiva della quantità di energia compensata. Il processo stesso è automatizzato al fine di ottenere un valore cosφ il più vicino possibile a 1;
- Batterie di condensatori. Oltre ai motori elettrici, come compensatori vengono utilizzate batterie di condensatori. Si tratta di gruppi di condensatori collegati in un “triangolo”. La capacità di questi dispositivi può essere modificata collegando e scollegando i singoli elementi. Il vantaggio di tali dispositivi è la loro semplicità e il basso consumo di potenza attiva: 0,3-0,4% di quella compensata. Lo svantaggio è l'impossibilità di una regolazione fluida.
Quindi quanti kW ci sono in 1 kVA? A questa domanda non è possibile rispondere in modo inequivocabile. Ciò dipende da diversi fattori e soprattutto dal cosφ. Per eseguire calcoli e interpretare i risultati è possibile utilizzare un calcolatore online.
Conoscere tutti i componenti della potenza, qual è la differenza tra loro e come convertire kVA in kW è necessario quando si progettano reti elettriche.
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L'unità di misura della potenza di base per le apparecchiature elettriche è kW (kilowatt). Ma c'è un'altra unità di potere che non tutti conoscono: kvar.
kvar (chilovar)– unità di misura della potenza reattiva (volt-ampere reattivo – var, kilovolt-ampere reattivo – kvar). In conformità con i requisiti dello standard internazionale per le unità di misura dei sistemi SI, l'unità di misura della potenza reattiva è scritta "var" (e, di conseguenza, "kvar"). Tuttavia, la designazione "kvar" è ampiamente utilizzata. Questa designazione è dovuta al fatto che l'unità di misura SI per la potenza totale è VA. Nella letteratura straniera, la designazione generalmente accettata per l'unità di misura della potenza reattiva è " kvar". L'unità di misura della potenza reattiva è equiparata a unità non di sistema, accettabili per l'uso alla pari delle unità SI.
I ricevitori di alimentazione CA consumano sia potenza attiva che reattiva. Il rapporto di potenza di un circuito CA può essere rappresentato come un triangolo di potenza.
Sul triangolo della potenza, le lettere P, Q e S indicano rispettivamente la potenza attiva, reattiva e apparente, φ è lo sfasamento tra corrente (I) e tensione (U).
Il valore della potenza reattiva Q (kVAr) viene utilizzato per determinare la potenza apparente dell'impianto S (kVA), che in pratica è necessaria, ad esempio, per calcolare la potenza apparente di un trasformatore che alimenta un'apparecchiatura. Se consideriamo più in dettaglio il triangolo di potenza, è ovvio che compensando la potenza reattiva ridurremo anche il consumo di potenza totale.
È estremamente poco redditizio per le imprese consumare energia reattiva dalla rete di alimentazione, poiché ciò richiede l'aumento delle sezioni trasversali dei cavi di alimentazione e l'aumento della potenza di generatori e trasformatori. Esistono modi per riceverlo (generarlo) direttamente dal consumatore. Il modo più comune ed efficace è utilizzare unità condensatore. Poiché la funzione principale svolta dai condensatori è la compensazione della potenza reattiva, l'unità di potenza generalmente accettata è kVAR e non kW come per tutte le altre apparecchiature elettriche.
A seconda della natura del carico, le aziende possono utilizzare sia unità di condensatori non regolate che unità con regolazione automatica. Nelle reti con carichi fortemente variabili, vengono utilizzate installazioni controllate da tiristori, che consentono di collegare e scollegare i condensatori quasi istantaneamente.
L'elemento di lavoro di qualsiasi installazione di condensatori è un condensatore di fase (coseno). La caratteristica principale di tali condensatori è la potenza (kVAr) e non la capacità (μF), come per altri tipi di condensatori. Tuttavia, il funzionamento sia dei condensatori coseno che di quelli convenzionali si basa sugli stessi principi fisici. Pertanto, la potenza dei condensatori coseno, espressa in kVAr, può essere convertita in capacità, e viceversa, utilizzando tabelle di corrispondenza o formule di conversione. La potenza in kvar è direttamente proporzionale alla capacità del condensatore (μF), alla frequenza (Hz) e al quadrato della tensione (V) della rete di alimentazione. Serie standard le potenze nominali dei condensatori per la classe 0,4 kV vanno da 1,5 a 50 kVAr e per la classe 6-10 kV da 50 a 600 kVAr.
Un importante indicatore di efficienza energetica è l’equivalente economico della potenza reattiva kE (kW/kVAr). È definito come una riduzione delle perdite di potenza attiva fino a una riduzione del consumo di potenza reattiva.
Valori dell'equivalente economico della potenza reattiva
| Caratteristiche dei trasformatori e dei sistemi di alimentazione | Al carico massimo del sistema (kW/kVAr) | Al carico minimo del sistema (kW/kVAr) |
|---|---|---|
| Trasformatori alimentati direttamente dai bus di stazione utilizzando la tensione del generatore | 0,02 | 0,02 |
| Trasformatori di rete alimentati da una centrale elettrica che utilizza la tensione del generatore (ad esempio trasformatori imprese industriali alimentati da centrali elettriche di fabbrica o cittadine) | 0,07 | 0,04 |
| Trasformatori abbassatori 110-35 kV, alimentati da reti distrettuali | 0,1 | 0,06 |
| Trasformatori abbassatori 6-10 kV, alimentati da reti distrettuali | 0,15 | 0,1 |
| Trasformatori abbassatori alimentati da reti distrettuali, il cui carico reattivo è coperto da compensatori sincroni | 0,05 | 0,03 |
Esistono anche unità di misura “più grandi”, ad esempio, per la potenza reattiva megavar (Mvar). 1 Mvar equivale a 1000 kVAr. I Megavar solitamente misurano la potenza di speciali sistemi di compensazione della potenza reattiva ad alta tensione: banchi di condensatori statici (SCB).
In questo articolo vedremo cosa sono kVA, kW, kVAr? Cosa significa ciascuna quantità e qual è il significato fisico di queste quantità.
Cos'è il KVA? KVA è la parola più misteriosa per il consumatore di elettricità, nonché la più importante. Per essere precisi dovremmo scartare il prefisso kilo- (10 3) e ottenere il valore originale (unità di misura) VA, (VA), Volt-Ampere. Questo valore caratterizza Potenza elettrica totale, che ha un accettato designazione della lettera secondo il sistema - S. Pieno energia elettrica- è la somma geometrica della potenza attiva e reattiva, che si trova dalla relazione: S2 =P2 +Q2, oppure dalle seguenti relazioni: S=P/
O S=Q/seno(φ). Il significato fisico di Total Power è descrivere l'intera portata energia elettrica per eseguire qualsiasi azione apparecchi elettrici.
Il rapporto di potenza può essere rappresentato come un triangolo di potenza. Sul triangolo le lettere S(VA), P(W), Q(VAr) indicano rispettivamente la potenza Totale, Attiva e Reattiva. φ è l'angolo di sfasamento tra la tensione U(V) e la corrente I(A), che è essenzialmente responsabile dell'aumento della potenza totale di un impianto elettrico. Le prestazioni massime dell'impianto elettrico saranno pari a tendente a 1.
Cosa sono i kW? kW non è meno una parola misteriosa di kVA. Ancora una volta, scartiamo il prefisso kilo- (10 3) e otteniamo il valore originale (unità di misura) W, (W), Watt. Questo valore caratterizza la potenza elettrica consumata attiva, che ha una designazione letterale accettata secondo il sistema -P. La potenza elettrica attiva consumata è la differenza geometrica tra la potenza totale e quella reattiva, che si trova dalla relazione: P2 =S2-Q2 P=S*
.
La potenza attiva può essere descritta come la parte della potenza totale spesa per eseguire un'attività azione utile apparecchi elettrici. Quelli. fare un lavoro "utile".
Rimane la designazione meno utilizzata: kVAR. Ancora una volta, scartiamo il prefisso kilo- (10 3) e otteniamo il valore originale (unità di misura) VAR, (VAR), Volt-ampere reattivo. Questo valore caratterizza la potenza elettrica reattiva, che ha una designazione letterale accettata secondo il sistema - Q. La potenza elettrica reattiva è la differenza geometrica tra la potenza totale e quella attiva, che si trova dalla relazione: Q2 =S2 -P2, oppure dalla seguente relazione: Q =S* peccato(φ).
La potenza reattiva può avere o carattere.
Un tipico esempio di reazione di un impianto elettrico: linea aerea rispetto a “terra” è caratterizzato da una componente capacitiva, può essere considerato come condensatore piatto con un traferro tra le “piastre”; mentre il rotore del motore ha uno spiccato carattere induttivo, apparendoci come un induttore avvolto.
La potenza reattiva può essere descritta come la porzione di potenza apparente spesa processi transitori avere in sé. A differenza della potenza Attiva, la Potenza Reattiva non svolge lavoro “utile” quando un apparecchio elettrico è in funzione.
Riassumiamo: Qualsiasi installazione elettrica è caratterizzata da due indicatori principali tra i seguenti: Potenza (Piena (kVA), Attiva (kW)) e il coseno dell'angolo di spostamento della tensione rispetto alla corrente - . I rapporti di valore sono indicati nell'articolo sopra. Il significato fisico della Potenza attiva è la prestazione di lavoro “utile”; Reattivo: spende parte dell'energia in processi transitori, molto spesso si tratta di perdite dovute all'inversione della magnetizzazione.
Esempi di come ottenere una quantità da un'altra:
Installazione elettrica fornita con indicatori: potenza attiva (P) - 15 kW, Cos(φ)=0,91. Pertanto, la potenza totale (S) sarà - P/Cos(φ)=15/0,91=16,48 kVA. La corrente operativa di un impianto elettrico si basa sempre sulla potenza apparente (S) ed è per rete monofase- I=S/U=15/0,22=68,18A, per rete trifase- I=S/(U*(3)^0,5))=15/(0,38*1,73205)=22,81A.
Installazione elettrica fornita con indicatori: potenza totale (S) - 10 kVA, Cos(φ)=0,91. Pertanto, la componente attiva della potenza (P) sarà - S*Cos(φ)=10*0,91=9,1 kW.
Installazione elettrica fornita- TP 2x630 kVA con indicatori: potenza totale (S) - 2x630 kVA, la potenza attiva deve essere allocata. Per le abitazioni plurifamiliari con stufe elettriche applichiamo Cos(φ) = 0,92. Pertanto, la componente attiva della potenza (P) sarà - S*Cos(φ)=2*630*0,92=1159,2 kW.
La sezione Riferimento fornisce spiegazioni dei vari termini utilizzati per descrivere caratteristiche tecniche apparecchiature che potrebbero non essere facili da comprendere per una persona non addestrata.
Differenze tra "kVA" e "kW"
Spesso, nei listini prezzi di vari produttori, la potenza elettrica delle apparecchiature non è indicata nei soliti kilowatt (kW), ma nei “misteriosi” kVA (kilovolt-ampere). Come può un consumatore capire di quanti “kVA” ha bisogno?
Esiste il concetto di potenza attiva (misurata in kW) e apparente (misurata in kVA).
La potenza totale della corrente alternata è il prodotto del valore efficace della corrente nel circuito e del valore efficace della tensione ai suoi capi. Ha senso chiamare il potere totale “apparente”, poiché questo potere potrebbe non partecipare tutto alla realizzazione del lavoro. La potenza totale è la potenza trasmessa dalla sorgente, mentre una parte viene convertita in calore o compie lavoro (potenza attiva), l'altra parte viene trasmessa ai campi elettromagnetici del circuito - di questa componente si tiene conto introducendo la so- chiamato. potere reattivo.
La potenza totale e quella attiva sono quantità fisiche diverse che hanno la dimensione della potenza. Per evitare la necessità di indicare ancora una volta sulle etichette dei vari apparecchi elettrici o nella documentazione tecnica di quale potenza si tratta, e allo stesso tempo per non confondere queste grandezze fisiche, come unità di misura si utilizza il volt-ampere per la potenza totale invece che in watt.
Se consideriamo il valore pratico della potenza totale, allora questo è un valore che descrive i carichi effettivamente imposti dal consumatore sugli elementi della rete elettrica di alimentazione (fili, cavi, quadri di distribuzione, trasformatori, linee elettriche, gruppi elettrogeni... ), poiché questi carichi dipendono dalla corrente consumata e non dall'energia effettivamente utilizzata dal consumatore. Ecco perché la potenza nominale dei trasformatori e quadri di distribuzione misurato in volt-ampere e non in watt.
Il rapporto tra la potenza attiva e la potenza apparente di un circuito è chiamato fattore di potenza.
Il fattore di potenza (cos phi) è una quantità fisica adimensionale che caratterizza il consumatore AC corrente elettrica dal punto di vista della presenza di una componente reattiva nel carico. Il fattore di potenza mostra quanto la corrente alternata che scorre attraverso un carico è sfasata rispetto alla tensione applicata ad esso.
Numericamente, il fattore di potenza è uguale al coseno di questo sfasamento.
Valori del fattore di potenza:
La maggior parte dei produttori definisce il consumo energetico delle proprie apparecchiature in watt.
Se il consumatore non dispone di potenza reattiva (dispositivi di riscaldamento come bollitore, caldaia, lampada a incandescenza, elemento riscaldante), le informazioni sul fattore di potenza sono irrilevanti, poiché sono pari all'unità. Cioè, in questo caso, la potenza totale consumata dal dispositivo e necessaria per il suo funzionamento è pari alla potenza attiva in Watt.
P = I*U* С os (fi) →
P = I*U*1 →
P=I*U
Esempio: la scheda tecnica di un bollitore elettrico indica che il consumo energetico è di 2 kW. Ciò significa che la potenza totale richiesta per il corretto funzionamento del dispositivo sarà di 2 kVA.
Se il consumatore è un dispositivo che include un relè resistenza attiva(capacità, induttanza), i dati tecnici indicano sempre la potenza in Watt e il valore del fattore di potenza per un determinato dispositivo. Questo valore è determinato dai parametri del dispositivo stesso e in particolare dal rapporto tra le sue resistenze attive e reattive.
Esempio: la scheda tecnica di un martello perforatore indica il consumo energetico - 5 kW e il fattore di potenza (Cos(fi)) - 0,85. Ciò significa che la potenza totale richiesta per il suo funzionamento sarà
P totale= Patto/Cos(fi)
P pieno = 5/0,85 = 5,89 kVA
Quando si sceglie un gruppo elettrogeno, spesso sorge una domanda ragionevole: "Quanta energia può ancora produrre?" Ciò è dovuto al fatto che le caratteristiche dei gruppi elettrogeni indicano la potenza apparente in kVA. Questo articolo è la risposta a questa domanda.
Esempio: gruppo elettrogeno da 100 kVA. Se i consumatori hanno solo resistenza attiva, allora kVA = kW. Se è presente anche una componente reattiva, è necessario tenere conto del fattore di potenza del carico.
Ecco perché le specifiche dei gruppi elettrogeni indicano la potenza apparente in kVA. E come lo utilizzerai spetta a te decidere.
Differenza tra kVA e kW | Qual è la differenza tra kVA e kW
| Convertire kVA in kW
In termini di consumo: kW è la potenza utile e kVA è la potenza totale. kVA-20%=kW o 1kVA=0,8kW. Per convertire kVA in kW,è necessario sottrarre il 20% dai kVA e si ottengono kW con un piccolo errore, che può essere ignorato.
Ad esempio, uno stabilizzatore di tensione domestico indica una potenza di 10 kVA e devi convertire le letture in kW, dovresti utilizzare 10 kVA * 0,8 = 8 kW o 10 kVA - 20% = 8 kW. Pertanto, per convertire kVA in kW, è applicabile la formula:
Come convertire kW in kVA
Vediamo ora come ottenere la potenza totale (S) indicata in kVA.Ad esempio, su un generatore portatile la potenza è indicata come 8 kW ed è necessario convertire i dati di lettura in kVA, dovrebbe essere 8 kW / 0,8 = 10 kVA.Pertanto, per convertire kW in kVA, è applicabile la formula:
Potrai ricevere informazioni più dettagliate telefonicamente o via e-mail, i nostri specialisti ti consiglieranno durante l'orario lavorativo;