6.5 Полная мощность

Полная S мощность выражается как произведение эффективных значений напряжения и тока:

S = U∙I

Как такая мощность не имеет физической интерпретации; однако, используется при проектировании оборудования распределительных сетей. Она равна по величине максимальной активной мощности, которая может быть подана в нагрузку при данных эффективных значениях напряжения и тока. Таким образом, полная мощность определяет максимально возможную способность источника для доставки полезной энергии к приемнику.

Мерой эффективности использования подаваемой в приемник мощности является коэффициент мощности, другими словами отношение полной мощности к активной мощности.

В синусоидальных системах:

В несинусоидальных системах такое упрощение недопустимо и коэффициент мощности рассчитывается на основе реального соотношения активной и полной мощности:

В однофазных сетях полная мощность рассчитывается, так это как показано в приведенной выше формуле, и здесь нет никаких сюрпризов. Оказывается, однако, что в трехфазных сетях расчет этой мощности также вызывает серьезные проблемы, как и те, что связаны с реактивной мощностью. Конечно, это касается реальных сетей с несинусоидальными процессами, которые дополнительно могут быть несбалансированными.

Исследования показали, что формулы, используемые до сих пор, могут давать ошибочные результаты, если сеть не является сбалансированной. Так как полная мощность — это условная величина и не имеет физической интерпретации, установить какое из предлагаемых определений полной мощности, является подходящим, может вызывать затруднения. Тем не менее, были предприняты попытки, опираясь на наблюдения, что полная мощность тесно связана с потерями при передаче и коэффициентом мощности. Зная потери передачи и коэффициент мощности можно косвенно определить правильное определение полной мощности.

До сих пор используемые определения, среди прочих, арифметическая полная мощность и геометрическая полная мощность. Проведенные исследования показали, однако, что ни арифметическое, ни геометрическое определения не дают в результате правильного значения коэффициента мощности. Единственным, что удовлетворяло такой ситуации, оказалась определение, которое уже в 1922 году предложил немецкий физик Ф. Бухгольц (F. Buchholz):

S_e = 3U_e∙I_e

Оно основано на эффективных значениях напряжения и тока, а сама мощность называется эффективной полной мощностью (по этой причине, для трехфазных цепей в обозначение добавлен индекс «e»). Эти эффективные значения напряжения и тока — это такие теоретические значения, которые представляют напряжения и токи в сбалансированной энергетической симметричной трехфазной системе. Поэтому ключевыми являются определения величин U_e и I_e.

Стандарт IEEE 1459 дает следующие формулы.

В трехпроводных сетях:

В четырехпроводных сетях:

где I_a, I_b, I_c, соответственно эффективные значения токов отдельных фаз (линейные и фазные), I_n — эффективное значение тока нулевого проводника, U_a, U_b, U_c — это эффективные значения фазных напряжений, а U_ab, U_bc, U_ca являются эффективные значения линейных напряжений.

Таким образом, расчетная величина S_e рассматривается, как потери мощности в нулевом проводе (в четырехпроводных сетях), как и влияние несбалансированности.