18. Реактивті қуаттың физикалық анықтамасы.

Реактивная мощность

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (VAr, ВАр, вар)

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз   между ними: Q=U*I*sin  (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью P соотношением: Q= .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin  для значений   от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin  для значений   от 0 до −90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q=U*I*sin  , реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

19. Реактивті қуаттың тұтынушылары және генераторлары

Реактивті қуат тұтыну

Реактивті қуаттың жүктемеге байланысты 2 түрлі:  индуктивті немесе сыйымдылықты болатыны белгілі. Егер тоқ фаза бойынша кернеуден қалып отырса, онда жүктеме индуктивті болады, ал оның таңбасы оң (+) болады және мұнда реактивті қуат тұтынылады. Торап элементтерінде реактивті қуаттың шығыны да болып тұрады, олар электрэнергия қабылдағыштары тұтынған реактивті қуатпен өлшемдес. Өндіріс орындарындағы реактивті қуаттың ең негізгі тұтынушылары мыналар: асинхронды қозғалтқыштар (АҚ) (барлық тұтынылған қуаттың 60-65 % құрайды), трансформаторлар (20-25%), бұрандалы түрлендіргіштер, реакторлар, ауалы және кабелді электр тораптары және басқа қабылдағыштар (10%).

Салыстыру үшін активті қуат P, реактивті қуат сияқты қабылдағыштармен тұтынылады және торап элементтері мен электр қондырғыларында шығынға ұшырайды.

Реактивті қуатты өндіру

Егер тоқ кернеуден озатын болса, онда жүктеме сыйымдылықты болады да, реактивті қуат өндіріледі және ол теріс (-) таңбалы болып келеді. Реактивті қуат – электр станциялардағы генераторлармен, синхронды қозғалтқыштармен, күштік конденсаторлар батареяларымен, тиристорлар және желілермен өндіріледі.

Салыстыру үшін: активті қуатты тек электр станциялардың генераторлары өндіреді.

Реактивті қуаттың теңдігі немесе балансы:

  Q_i=0_i, Q_потр= Q_ист,

Q_потр=Q_нагр+∆Q_{(потери)}.

Q_ист=Q_ген+Q_сд+Q_бк+Q_лэп+Q_{тиристист р.м.}+….

 Салыстыру үшін: активті қуаттың балансы: Р_i=0_i, Р_ген=Р_нагр+∆Р_{(потери)}.

Реактивті жүктемелерге арналған өтемелегіш қондырғылар.

Электр станциялардың  синхронды генераторлары.

Реактивті қуаттың қорек көзі ретінде тұтынушылардан алыс емес орналасқан станциялардың генераторларын атап өткен орынды (мысалы, ЖЭС), бұл басқа қорек көздері арқылы реактивті қуатты генерациялау шектелген кезде (авариялардан кейін) өте маңызды. Электрстанциялардың немесе энерготораптардың мүмкіндігіне байланысты генератор реактивті қуаттың тұрақты қорек көздері болып табылады. Бұл кезде энерготорапQ_э  есептелетін қажетті tg_э мәнін де береді:

Q_э=tg _э* Р_р.нагр

мұндағы Q_э – энерготорап өндіретін реактивті қуат;

Р_р - өндіріс орнының қосынды активті қуаты.

Синхронды қозғалтқыштар

         АҚ қарағанда синхронды қозғалтқыштардың ең бірінші артықшылығы - ол қоздыру тоғын өзгерту арқылы синхронды қозғалтқыштардағы реактивті қуаттың мәнін өзгертуге болады. Қоздыру тоғының мәніне байланысты реактивті қуатты торапқа жіберуге  (асқын қоздырылғанда) және тораптан тұтынуға (қоздырылмағанда) болады.

Электр жетектерінде қолданатын синхронды қозғалтқыштарды озатын токпен = 0,9 күйінде орындайды. Синхронды қозғалтқыштар - реактивті қуатты өтемелеудің ыңғайлы түрі болып табылады. Синхронды қозғалтқыштардың ең жоғарғы қоздыру шегі уақыт ұстанымы кезіндегі ротор орамаларының рұқсат етілген температурамен анықталады. Реактивті қуаттың максималды мәні қозғалтқыштың активті қуат бойынша жүктелуіне к_з байланысты болады және қозғалтқыштың техникалық берілулеріне

мұндағы Р_ном-қозғалтқыштың номиналды активті қуаты;

               К_п.р.м.- реактивті қуат бойынша асқын жүктемелік коэффициент;

               К_пд- пайдалы әсер коэффициенті.

Синхронды қозғалтқыштардың рационалды қоздыру режимін таңдаудағы басты критерий - реактивті қуатты өндіруге кететін активті қуаттың қосымша шығындары.

мұндағы Д₁ және Д₂ - қозғалтқыштың параметріне тәуелді есептік коэффициенттер (кестелерде келтіріледі),кВт;

Q_сд- синхронды қозғалтқыш беретін реактивті қуат;

Q_ном- синхронды қозғалтқыштың номиналды қуаты;

 және  - қуаттың меншікті шығындары, кВт/Мвар; кВат/Мвар².

 

Синхронды қозғалтқыштардың артықшылықтары:

а) білігінде пайдалы жүктемеге ие бола торапқа реактивті қуаты орнатылған орнынан береді;

б) қоздырудың форсировкасын және беретін реактивті қуатты кең шектерде реттеуді мүмкін етеді;

в) конденсаторларға қарағанда (М_вр=U) кернеу тербелісіне тәуелділігі аз;

г) тораптың тұрақтылығын арттырады;

д) синхронды қозғалтқыштардың бағасы олар өндіретін реактивті қуаттың шығындар формуласына кірмейді.

Синхронды қозғалтқыштардың кемшіліктері:

а) активті қуаттың меншікті шығыны анағұрлым жоғары:

0,0090,054   [954 ].

Синхронды өтемелер (СК)

Синхронды өтемелер білігінде жүктемесі жоқ құрылысы жеңілдетілген синхронды қозғалтқыштарға. Олар реактивті өндіру режимінде де (синхронды өтемелегіштердің асқын қоздырылуы кезінде) және оны тұтыну режимінде де (жеткіліксіз қоздырылуы кезінде) жұмыс істей алады.

Қазіргі уақытта ТМД (СНГ) өндірісі қуаты 5000-160000 кВА-ге жететіндей синхронды өтемелегіштер дайындайды.

Синхронды өтемелегіштер негізінде өндіріс орындарында сирек қолданылады: аудандық БТП-да, ірі электрпештер қондырғыларында. Бұл әдіс   өтемелейтін құрылғылардың қуаты жоғары болған кезде тиімді.

Реактивті қуат көзі ретінде қолданған кездегі синхронды өтемелегіштердің артықшылықтары мыналар:

а) тораптағы кернеу төмендеген кезде синхронды өтемелегіштер өндіретін қуат торапта арта береді, ондық реттеуші эффект;

б) өтемеленетін реактивті қуатыболу және автоматты реттеу мүмкіндігі торап жұмысының тұрақтылығын жоғарылатады және тораптың режимдік параметрлерін жақсартады;

в) синхронды өтемелегіштердің қысқа тұйықталу кезінде орамаларының термиялық және электродинамикалық беріктігінің жеткіліктілігі.

Синхронды өтемелегіштердің кемшіліктеріне жатады:

а) бағасының жоғары болуы;

б) іске қосудың қиындылығы және эксплуатацияның қиындауы;

в) жұмыс кезіндегі шуы;

г) активті қуаттың меншікті шығынының анағұрлығы жоғары болуы (11-30 ).

Реактивті қуатты өндіруге кететін активті қуаттың шығыны синхронды  қозғалтқыштар үшін қолданылатын формуламен анықталады

 

.

Статикалық конденсаторлар

Өндіріс орындарында реактивті қуатты өтемелеу үшін қолданылатын негізгі құрал күштік конденсаторлар батареялары болып табылады. Статикалық конденсатор құрылғылар бірнеше конденсаторлардан тұрады. Оларды жұмыстық кернеуге және есептік реактивті қуатына байланысты бір -бірімен параллель, тізбектей-параллель немесе тізбектей қосады.

Өндірістік кәсіпорындарында құрылғылардың рективті қуатын ЭҚ-қа параллель қосылатын (көлденең өтемелеу) статикалық конденсаторлар көмегімен өтейді. Ал кейбір жағдайларда, атап айтқандай, торап жүктемесі аса тез өзгеретін жағдайларында, мысалы, қорек көзіне доғалық пештер, дәнекерлеу құрылғылары және басқалар қосылғанда конденсаторды тізбектей (тігінен өтелеу) жалғанғаны дұрыс.

Конденсаторлар батареясын 1000В-қа дейінгі және жоғары кернеудегі торапқа қосу үшін, оның ең бірінші шарты ретінде реактивті жүктеме кесірінен болатын активті қуат шығынының төмендігін ескерту қажет.

Бұл жағдайда рұқсат етілетін өтемелер:

а) жеке - конденсатор батареяларын ЭҚ-дың қасында орналастырады. Бұл жағдайда реактивті тоқтан барлық СЭС тораптары жүктемелесізденеді;

б) топтық- конденсатор батареялары цехтардағы күштік қораптарға және шиналық желілерде орналасады. Бұл жағдайда ЭҚ-ға дейінгі торап реактивті тоқтардан жүктемеленбейді;

в) орталықтандырылған конденсатор батареялары 0,38; 6; 10 кВ қосалқы станцияларының шиналарына қосылады, бұл кезде:

1)  U=0,38 кВ - реактивті токтардан қосалқы станцияда трансформаторлар жүктемесізденеді, бірақ төменгі кернеудегі қоректену және тарату тораптары емес;

2) U=6-10кВ - реактивті токтардан энергожүйелеріндегі тораптар ғана жүктемесізденеді, ал қосалқы станция трансформаторлары жүктемесізденбейді.

Конденсатор батареяларының артықшылықтары:

а) құрылысының қарапайымдылығы;

б) бағасының анағұрлым төмендігі;

в) материалдардың тапшылық еместігі;

г) активті қуаттың меншікті шығынының аздығы (Р_БК=24,5 кВт/Мвар);

Конденсатор батареясының кемшілігі:

а) торапқа беретін реактивті қуаттың біркелкі автоматты реттелуінің болмауы ( тек сатылы реттелу қолданады);

б) өртке қауіптілігі;

в) қалдық зарядтардың бар болуы;

г) жоғарғы гармоника тоқтары мен аса жүктелу қауіптілігі;

д) берілетін реактивті қуат кернеудің квадратына тәуелді Q=U².

Өтемелеуші қондырғыларды таңдағанда, жақын маңда орналасқан электростанциялардағы генератордың реактивті қуаттарын қолдану дәрежесін анықтау керек. Мұндай мақсаттылықтың критерийі ретінде реактивті қуатты өндіруге және тасымалдауға кететін келтірілген шығындар табылады. Бұл кезде өндіруге кететін шығындар тек қана генератордағы қосымша шығындарының бағасымен анықталады. Егер  желілердің санының және қимасының артуын, трансформаторлардың санының артуын қажет етпесе ғана  көптеген жағдайларда станция генераторынан реактивті қуат тасымалдау экономикалық жағынан тиімді болады.