Контрольні питання

1. Які стандартизовані значення мають можливі відхилення напруги на споживачах електроенергії від її номінальних значень?

2. Які способи і засоби регулювання використовуються для підтримування напруги на споживачах електроенергії у допустимих межах?

3. У чому полягає суть методу зміни реактивного опору лінії для регулювання падіння напруги в лініях?

4. Як впливає характер опору споживача електроенергії на значення кута зсуву фаз ?

5. Які умови виникнення резонансу напруг у лінії передачі електроенергії і які негативні наслідки він може мати?

Лабораторна робота 3

ДОСЛІДЖЕННЯ лінії передачі енергії змінного струму з компенсацією реактивної потужності

Мета роботи

Дослідити лінію передачі енергії змінного струму з компенсацією реактивної потужності та визначити її параметри.

Теоретичні положення

До найпоширеніших споживачів електроенергії належать споживачі, які мають активно-індуктивний характер. До них, зокрема, належать різні електромагнітні пристрої, дія яких принципово неможлива без надходження (споживання) певної реактивної потужності Q (асинхронні і синхронні двигуни тощо). Тому такі пристрої завжди споживають як активну потужність Р , так і реактивну (індуктивну) потужність Q .

Розвантаження лінії передачі електроенергії від реактивної потужності (компенсація реактивної потужності) дає можливість при тій самій активній потужності лінії і тих самих її опорах зменшувати (регулювати) струм у цій лінії І_л . При цьому, в свою чергу, в лінії передачі електроенергії певним чином змінюється падіння напруги U_л і зменшуються втрати активної потужності Р_л :

де – повний опір лінії; – відповідно активний і реактивний (індуктивний) опір проводів лінії.

Змінюванням реактивної потужності в лінії передачі електроенергії можна у певних межах регулювати напругу на споживачах елек­троенергії U_нв та відповідно підвищувати ККД цієї лінії. Для цього поблизу споживача електроенергії з активним R_нв та індуктивним X_нв опорами паралельно до нього вмикають ємнісний елемент, зокрема, додатковий конденсатор С_дод з ємнісним опором X_Сдод (рис.3.1).

Рис. 3.1. Схема енергосистеми змінного струму з компенсацією реактивної потужності

Теоретичною основою способу компенсації (зменшення) ре­активної потужності, якою завантажується лінія передачі елек­троенергії, є властивості розгалуженого кола синусоїдного змінного струму з індуктивним і ємнісним елементами у різних вітках (рис. 3.2, а).

а б

Рис. 3.2. Схема розгалуженого кола (а) і його векторна діаграма (б)

У такому колі струм І₁ у вітці з індуктивним елементом Х_L відстає за фазою від напруги U на кут , а струм І₂ у вітці з ємнісним елементом Х_С – навпаки випереджає її на кут , як це показано на рис. 3.2, б.

Струм у нерозгалуженій ділянці цього кола

,

де – активна і реактивна (індуктивна) складові струму І₁; – активна і реак­тивна (ємнісна) складові струму І₂ .

Оскільки , а , струм у нерозгалуженій ділянці кола І може бути набагато меншим, ніж струми у вітках. При цьому певна частка струму віток замикається не через джерело елек­троенергії, а безпосередньо у замкненому контурі, який утворений паралельними вітками і показаний замкненою пунктирною лінією на рис. 3.2, а.

Залежно від співвідношення реактивних провідностей індуктивного та ємнісного елементів у колі (рис. 3.2, а) можливі такі випадки:

1) B₁ > B₂ , тоді струм у нерозгалуженій ділянці цього кола відстає за фазою від прикладеної до нього напруги;

2) B₁ < B₂ , тоді цей струм випереджає за фазою прикладену напругу;

3) B₁= B₂ , тоді цей струм збігається за фазою з прикладеною напругою, що є ознакою резонансу струмів.

У разі резонансу струмів, коли , струм у нерозгалуженій ділянці кола має найменше значення.

Реактивна потужність , як відомо, визначає інтенсивність обміну енергією між магнітними і електричними полями електромагнітних елементів електричного кола, до яких належить і джерело електроенергії. Активна потужність на відміну від реактивної потужності Q визначає інтенсивність безповоротного споживання енергії та враховує втрати енергії (потужності).

В енергосистемі (див. рис. 3.1) відбувається обмін енергією (потужністю) між магнітним полем споживача і електричним полем додатково встановленого конденсатора С_дод , тобто поза лінією передачі електроенергії. Отже, лінія частково розвантажується від реактивної потужності і струм у ній І_л відповідно зменшується, а у разі резонансу струмів стає мінімальним. Слід зауважити, що реактивна потужність самого споживача і його струм залишаються тими самими, що і до встановлення конденсатора С_дод , який, виходячи з цього, не впливає на працездатність споживача.

На практиці для розвантаження лінії передачі електроенергії від реактивної потужності використовуються режими, наближені до резонансу струмів. При цьому відбувається збільшення коефіцієнта потужності енергосистеми, зменшується падіння напруги й втрати потужності в лінії і більш ефективно використовується повна потужність джерела електроенергії.

Подібний перерозподіл реактивної потужності з метою розвантаження від неї лінії передачі електроенергії (електромережі) зазвичай називають компенсацією реактивної потужності і широко застосовують на практиці. Зрозуміло, що встановлення додаткового конденсатора біля джерела електроенергії або на значній відстані від споживача електроенергії не призводить до розвантаження від реактивної потужності ділянки лінії, яка знаходиться між точками підключення конденсатора і споживача.