КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением U, током I и активной мощностью Р. Но для удобства расчетов и учета применяют и другие параметры, в том числе реактивную мощность Q. Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрического полей. Ин­дуктивная нагрузка рассматривается как потребитель реактивной мощности, а емкостная — как ее генератор.

В цепи постоянного тока существует только активная электрическая нагрузка. Мощность в этой цепи

Р = U*I

Для характеристики мощности цепи переменного тока требуется дополнительный показатель, отражающий сдвиг фаз тока и напряжения — угол φ (рис. 6.1, а).

Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью S, для трехфазной цепи S = U*I

Средняя за период переменного тока мощность называется активной мощностью Р=

На основании этих выражений полную мощность S можно представить как гипотенузу прямоугольного треугольника (рис. 6.1, б), один катет которого представляет собой активную мощность Р = S*соsφ, а другой — реактивную мощность Q = S*sinφ. Q названа мощностью по аналогии с активной мощностью Р. Из треуголь­ника мощностей получают следующие зависимости:

S=

cosφ = P/S; tgφ = Q/P

где cosφ — коэффициент мощности; tgφ — коэффициент реактивной мощности.

Таким образом, для характеристики мощности в цепи переменного тока введены понятия полной S, активной Р и реактивной Q мощностей и коэффициента мощности cosφ. Для расчета реактивной мощности удобней пользоваться не cosφ, a tgφ, так как расчетное значение реактивной мощности легко найти из выражения

Q_p=P_p*tgφ

Когда угол φ близок к нулю, подсчет Q_p дает меньшую погрешность, чем подсчет по формуле, в которую входит соsφ, так как в зоне малых углов φ изменение коэффициента мощности на 1 % приводит к изменению коэффициента реактивной мощности на 10%.

Работа машин и аппаратов переменного тока, основанная на принципе электромагнитной индукции, сопровождается процессом непрерывного изменения магнитного потока в их магнитопроводах и полях рассеяния. Поэтому подводимый к ним поток мощности должен содержать не только активную составляющую Р, но и реактивную составляющую индуктивного характера Q, необходимую для создания магнитных полей, без которых процессы преобразования энергии, тока и напряжения невозможны.

Передача значительной реактивной мощности в системе электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам

1. Возникают дополнительные потери активной мощности во всех элементах системы электроснабжения

2. Возникают дополнительные потери напряжения. Дополнительные потери напряжения приводят к снижению качества электроэнергии и дополнительным затратам на ввод средств регулирования напряжения.

3. Загрузка реактивной мощностью линий электропередачи и трансформаторов требует увеличения площади сечений проводов воздушных и кабельных линий, повышения номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций и оборудования ячеек распределительных устройств.

Из сказанного следует, что технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению передачи реактивной мощности, которые можно разделить на две группы:

1.снижение потребления реактивной мощности приемниками электроэнергии без применения компенсирующих устройств;

2. применение компенсирующих устройств.

Мероприятия первой группы должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных вложений. К таким мероприятиям относятся:

· упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования;

· замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

· понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

· ограничение продолжительности холостого хода двигателей;

· применение синхронных двигателей вместо асинхронных той же мощности в случаях, когда это возможно но условиям технологического процесса;

· повышение качества ремонта двигателей;

· замена и перестановка малозагруженных трансформаторов;

· отключение части трансформаторов в периоды снижения их нагрузки (например, в ночное время).

Мероприятия второй группы предусматривают установку специальных компенсирующих устройств (КУ) на предприятиях для выработки реактивной мощности в местах ее потребления. Примером КУ может быть конденсаторная батарея, подключаемая параллельно активно-индуктивной нагрузке, например асин­хронному двигателю. Подключение конденсатора С уменьшает угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки и соответственно повышает коэффициент мощности нагрузки.

Для стимулирования проведения мероприятий по компенсации реактивной мощности на действующих предприятиях Госэнергонадзором установлена шкала скидок и надбавок к тарифу на электроэнергию. Скидки и надбавки к тарифу определяются по таблице в зависимости от степени компенсации реактивной мощ­ности, которая оценивается коэффициентами

tgφ_э= Q_э/P_э.м;, tgφ_M= Q_м.ф/P_э.м,

где tgφ_э, tgφ_м — соответственно оптимальный и фактический коэффициенты реактивной мощности; Q_э — оптимальная реактивная нагрузка предприятия в часы максимума активной нагрузки, заданная энергосистемой на границе балансового раздела сетей системы и предприятия и зафиксированная в договоре на пользование электроэнергией, квар; Р_{м э} — заявленная предприятием активная мощность, участвующая в максимуме энергосистемы и зафиксированная в договоре на пользование электроэнергией, кВт; Q_м.ф — фактическая реактивная нагрузка предприятия, участвующая в максимуме энергосистемы, квар.