Теоретическое обоснование компенсации реактивной мощности.
Компенсация реактивной мощности (КРМ) является неотъемлемой частью задачи электроснабжения промышленного предприятия. Компенсация реактивной мощности одновременно с улучшением качества электроэнергии в сетях промышленных предприятий является одним из основных способов сокращения потерь электроэнергии.
К сетям напряжением до 1 кВ промышленных предприятий подключают большую часть электроприемников, потребляющих реактивную мощность. Коэффициент мощности нагрузки обычно составляет 0,7 — 0,8, при этом сети 380 - 660 В электрически удалены от источников питания энергосистемы. Поэтому передача реактивной мощности в сеть напряжением до 1 кВ приводит к повышенным затратам на увеличение сечений проводов и кабелей, на повышение мощности трансформаторов, на потери активной и реактивной мощности. Эти затраты можно уменьшить и даже устранить, если обеспечить компенсацию реактивной мощности непосредственно в сети напряжением до 1 кВ.
Основными потребителями электрической энергии на промышленных предприятиях являются главным образом асинхронные двигатели и трансформаторы. Для их работы требуется создание переменного магнитного поля, для чего необходим намагничивающий или, так называемый реактивный ток. Поэтому в электрических сетях переменного тока, кроме активной мощности (P), необходимой для обеспечения работы электроприемников, происходят перетоки реактивной мощности (Q).
Активная мощность генерируется только электрическими станциями, а реактивная мощность вырабатывается не только генераторами электрических станций, но и конденсаторными установками.
Векторную сумму активной (P) и реактивной (Q) мощностей называют полной мощностью (S), которая потребляется электроприемником из сети.
где P – активная мощность, кВт
Q – реактивная мощность, кВАр
S – полная мощность кВА
где ϕ– разность фаз напряжения и тока.
Принято считать, если потребляемый ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощность имеет положительное значение (потребления реактивной мощности), а если ток опережает по фазе напряжение (емкостной характер нагрузки), то реактивная мощность имеет отрицательное значение (генерация реактивной мощности, режим перекомпенсации).
Получаемую электроприемником из сети реактивную мощность характеризуют значением коэффициента мощности (cos ϕ), представляющим отношение потребляемой активной мощности (P) к полной (S). Более удобным показателем, отражающим отношение потребляемой реактивной (Q) и активной (P) мощностей, является коэффициент реактивной мощности (tan ϕ), значение которого равно числу единиц получаемой электроприемником или передаваемой по сети реактивной мощности на каждую единицу активной мощности.
Для экономичного режима работы системы электроснабжения необходимо стремиться к уменьшению передаваемой реактивной мощности по электрическим сетям за счет установки специальных компенсирующих устройств.
Передача реактивной мощности по линиям и через трансформаторы невыгодна по следующим основным причинам:
1. Возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью. Так при передаче активной (P) и реактивной (Q) мощностей через элемент сети с сопротивлением (R), потери активной мощности составляют:
Дополнительные потери активной мощности (ΔPр), вызванные протеканием реактивной мощности (Q), пропорциональны ее квадрату.
2. Возникают дополнительные потери напряжения, которые особенно существенны в сетях промышленных предприятий. Например, при передаче мощностей (P) и (Q) через элементы сети с активным сопротивлением (R) и реактивным (X) потери напряжения составят:
где ΔUа – потери напряжения, обусловленные активной мощностью;
ΔUр – потери напряжения, обусловленные реактивной мощностью.
3. Загрузка реактивной мощностью линий электропередачи и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует увеличения сечения проводов воздушных и кабельных линий, увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций.
Уменьшение пропускной способности происходит вследствие возрастания тока (I) за счет передачи реактивной мощности (Q), что видно из следующей формулы:
Данное обстоятельство, снижая (cos ϕ) электроустановок, приводит к удорожанию их стоимости.
Включение компенсирующих устройств позволяет:
1. Снизить потери активной мощности на величину:
где Q – потребляемая реактивная мощность при отсутствии компенсирующих устройств.
Qку – мощность установленных компенсирующих устройств.
Уменьшить величину тока в элементах электросети до величины:
3. Регулирование напряжения в электросети на величину добавки.
где δU – величина добавки напряжения в %, создаваемая компенсирующим устройством;
Qку – мощность установленных компенсирующих устройств, кВАр;
U – напряжение сети в месте присоединения компенсирующего устройства, кВ;
Uном– номинальное напряжение сети, кВ;
X – эквивалентное сопротивление внешней сети, Ом.
Наиболее распространенным средством компенсации реактивной мощности в промышленных электросетях является применение конденсаторных установок.
Широкое применение конденсаторов для компенсации реактивной мощности объясняется их значительными преимуществами по сравнению с другими существующими в промышленности способами компенсации реактивной мощности, а именно:
1. Более высоким КПД, иначе говоря, малыми удельными потерями;
2. Отсутствием вращающихся частей;
3. Простотой монтажа и эксплуатации;
4. Невысокими капиталовложениями;
5. Широкой возможностью подбора любой необходимой мощности конденсаторов;
6. Возможность установки в любых точках электросети.
Подробнее о компенсации реактивной мощности Вы можете прочитать в:
1. СПРАВОЧНИК по проектированию электроснабжения. Под редакцией Ю. Г. БАРЫБИНА, Л. Е. ФЕДОРОВА, М. Г. ЗИМЕНКОВА, А. Г. СМИРНОВА. МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1990.
2. СПРАВОЧНИК по электроснабжению и электрооборудованию. Под общей редакцией А. А. ФЕДОРОВА. МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1986.
Которые можно скачать с нашего сайта в соответствующем разделе.