22. Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения с нелинейной (вентильной) нагрузкой.

Система электроснабжения — совокупность источников и систем преобразования, передачи и распределения электрической энергии. Система электроснабжения не включает в себя потребителей (или приёмников электроэнергии).

В реальных условиях электроснабжения звенья электропередачи и нагрузка потребителя всегда содержат наряду с активным сопротивлением составляющие индуктивного и емкостного сопротивлений. Устройства, потребляющие индуктивный ток, принято называть приемниками реактивной мощности (энергии), а устройства, потребляющие емкостный ток, – источниками реактивной мощности (энергии). Большая часть промышленных устройств потребляет реактивную мощность.

При подключении к электросети с напряжением активно-индуктивной нагрузки ток в ней отстает от напряжения на угол сдвига j:

Электроприемник с такой нагрузкой потребляет как активную

так и реактивную

мощность.

Текущий коэффициент мощности в каждый момент времени:

где Pi, Qi, Si – соответственно активная, реактивная и полная мощности в момент времени ti (кВт, квар, кВА).

Реактивная мощность не связана с полезной работой электроприемника и расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, линиях.

Эффективнее вместо снижения активной мощности генераторов электростанций применять для выработки реактивной мощности компенсирующие устройства. Поэтому, как правило, в сетях для покрытия потребности в реактивной мощности применяют компенсирующие устройства

Компенсация реактивной мощности – ее выработка или потребление с помощью компенсирующих устройств для повышения производительности сети переменного тока. Во-вторых, установка компенсирующих устройств применяется для снижения потерь электрической энергии в сети. И, наконец, в-третьих, компенсирующие устройства применяются для регулирования напряжения.

А именно это усиление регулирования напряжения, а также устранение гармонических составляющих крупных колебаний нелинейных промышленных нагрузок. Поддержание напряжения, как правило, требуется для уменьшения колебания напряжения в линии электропередачи передачи. Компенсация реактивной мощности повышает стабильность системы переменного тока за счет увеличения максимальной активной мощности, которая может быть передана.

Рис. 1. Реактивная и активная мощности, в любой электрической цепи. Если цепь не имеет специальных мер по взаимокомпенсации реактивных синусоид 1 и 2, то приводу генератора приходится преодолевать механическое тормозящее усилие магнитной природы от обеих этих синусоид. И всё ради того, чтобы в нагрузке получить полезный эффект от присутствия активной синусоиды 3.

Принципы компенсации реактивной мощности

Принцип компенсации реактивной мощности заключается в следующем.

Ток, проходящий через конденсатор, опережает приложенное к нему напряжение на 90°, в то время как ток, проходящий через катушку индуктивности, отстает от приложенного напряжения на 90°. Таким образом, емкостный ток противоположен индуктивному току и реактивная мощность, идущая на создание электрического поля, противоположна по направлению реактивной мощности, идущей на создание магнитного поля. Поэтому емкостный ток и емкостная мощность считаются условно отрицательными по отношению к току намагничивания и мощности намагничивания, условно принятыми положительными.

Таким образом, численно равные реактивные мощности емкости и намагничивания взаимно "уничтожаются" (QC – QL = 0) и сеть разгружается от протекания реактивной составляющей тока нагрузки.

Принцип компенсации при помощи емкостного тока поясняет векторная диаграмма на рисунке 1.

Рисунок 1 – Принцип компенсации реактивного тока намагничивания[2]: а – схема до компенсации; б – схема с компенсацией

Емкость конденсатора С, подключенного параллельно нагрузке, содержащей R и L, подбирают такой, чтобы ток IC, проходящий через конденсатор, был по возможности близок по абсолютной величине к намагничивающему току IL, потребляемому индуктивностью L. Из векторной диаграммы видно, что подключение конденсатора С дало возможность уменьшить угол сдвига фаз между током и напряжением нагрузки с величины j1 до величины j2 и соответственно повысить коэффициент мощности нагрузки. Увеличивая емкость, можно полностью скомпенсировать реактивную мощность нагрузки, когда j = 0[2].

Компенсация реактивной мощности, как всякое важное техническое мероприятие, может применяться для нескольких различных целей. Традиционно для компенсации реактивной мощности используются фиксированные или механически переключаемые конденсаторы, катушки индуктивности, синхронные компенсаторы. Но появились два новых семейства генераторов реактивной мощности с использованием силовой электроники: статические тиристорные компенсаторы и самостоятельно коммутируемые статические преобразователи.