2. Основные показатели, характеризующие реактивную мощность.

1. Реактивная мощность

Реактивная мощность- мощность, которую источник переменного тока в течение одной четверти периода отдаёт во внешнюю цепь, обладающую реактивным сопротивлением, а в течение другой четверти периода получает её обратно. Характеризует энергию, не потребляемую во внешней цепи, а колеблющуюся между внешней цепью и источником, т.е. ёмкостную и индуктивную энергию, временно накапливаемую, а затем отдаваемую источнику.

Выражается произведением напряжения на зажимах данной цепи на реактивную составляющую тока в ней. Если реактивная составляющая тока больше активной составляющей, то и реактивная мощность будет больше фактически потребляемой в цепи мощности.

2.Компенсация реактивной мощности.

2.1 Потребители реактивной мощности и меры по её уменьшению

При подключении к электрической сети активно-индуктивной нагрузки  ток   отстаёт от напряжения  на угол сдвига  . Косинус этого угла (cos   ) называется коэффициентом мощности.

Электроприёмники с такой нагрузкой потребляют как активную   , так и реактивную  мощность. Реактивная мощность .

Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т.п. Определённый процент активной энергии расходуется на потери. Реактивная мощность   не связана с полезной работой ЭП и расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, линиях.

Из курса ТОЭ известно, что реактивная мощность может иметь индуктивный или ёмкостной характер. Условимся считать реактивную индуктивную мощность   нагрузочной или потребляемой, а реактивную ёмкостную мощность  генерируемой.

Прохождение в электрических сетях реактивных токов обусловливает добавочные потери активной мощности в линиях, трансформаторах, генераторах электростанций, дополнительные потери напряжения, требуют увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов, снижает пропускную способность всей СЭС .

Полная мощность

; (1)

потери активной мощности

; (2)

коэффициент мощности

; (3)

потери напряжения

, (4)

где P , Q , S -соответственно активная, реактивная и полная мощности; R и X – соответственноактивное и реактивное сопротивления элементов электрической сети;  -номинальное напряжение сети.

Основным потребителем реактивной мощности индуктивного характера на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели АД (60-65 % общего её потребления), трансформаторы, включая сварочные (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы и прочие ЭП .

Реактивной мощностью дополнительно нагружаются питающие и распределительные сети предприятия, соответственно увеличивается общее потребление электроэнергии. Меры по снижению потребления реактивной мощности: естественная компенсация (естественный  ) без применения специальных компенсирующих устройств (КУ); искусственная компенсация, называемая чаще просто компенсацией.

Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших материальных затрат и должна проводится на предприятиях в первую очередь. К естественной компенсации относятся:

упорядочение и автоматизация технологического процесса, ведущие к выравниванию графика нагрузки и улучшению энергетического режима оборудования (равномерное размещение нагрузок по фазам, смещение времени обеденных перерывов отдельных цехов и участков, перевод энергоёмких крупных ЭП на работу вне часов максимума энергосистемы и, наоборот, вывод в ремонт мощных ЭП в часы максимума в энергосистемы и т.п.);

создание рациональной схемы электроснабжения за счёт уменьшения количества ступеней трансформации;

замена трансформаторов и другого электрооборудования старых конструкций на новые, более совершенные с меньшими потерями на перемагничивание;

замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка;

применение СД вместо АД , когда это допустимо по условиям технологического процесса;

ограничение продолжительности ХХ двигателя и сварочных трансформаторов, сокращение длительности и рассредоточение во время пуска крупных ЭП ;

улучшение качества ремонта электродвигателей, уменьшение переходных сопротивлений контактных соединений;

отключение при малой нагрузке (например, в ночное время, в выходные и праздничные дни) части силовых трансформаторов.

Б-6.1. Сравнительная оценка методов определения расчетных электрических нагрузок.

4.2. Сравнение экономических методов

4.2.1. Принцип сравнения методов

Наиболее важной особенностью экономических методов расчета удельных расходов условного топлива является возможность перераспределения экономии между продуктами ТЭЦ. Сравнение экономических методов производим в два этапа.

На первом этапе устанавливаем, позволяет ли метод перераспределять экономию топлива между продуктами ТЭЦ. Если метод позволяет гибко перераспределять экономию в зависимости от рыночных ожиданий, то считаем его эффективным; если метод не обеспечивает указанную возможность, но разносит экономию между разными продуктами в заданной пропорции, то считаем метод менее эффективным; методы, относящие экономию лишь на один продукт ТЭЦ, считаем неэффективными.

На втором этапе упорядочиваем методы внутри подгруппы эффективных методов по мере уменьшения числа переменных, позволяющих перераспределять экономию; для подгруппы неэффективных — по мере сокращения их применимости.

4.2.2. Эффективность, достоинства и недостатки методов

Результаты сравнения экономических методов расчета удельных расходов условного топлива представлены в табл. 4.

Таблица 4. Результаты сравнения экономических методов

№	Метод	Перераспределение экономии между продуктами ТЭЦ	Механизм перераспределения	Эффективность
1)	Метод разнесения экономии и риска (п. 2.3.7)	Позволяет гибкое перераспределение в зависимости от рыночных ожиданий	Переменное значение КПД водогрейного котла, величина ожидаемого рыночного изменения цены на электроэнергию	Эффективные методы
2)	Метод альтернативного производства тепла (п. 2.3.4)	Позволяет гибкое перераспределение в зависимости от рыночных ожиданий	Переменное значение КПД водогрейного котла
3)	Метод разнесения экономии (п. 2.3.6)	Не позволяет перераспределение, разносит экономию топлива между продуктами в установленной пропорции	Учет альтернативного производства как тепла, так и электроэнергии	Менее эффективный метод
4)	Метод альтернативного производства электроэнергии (п. 2.3.5)	Не позволяет перераспределение, относит всю экономию на тепло		Неэффективные методы
5)	Энергетический метод (п. 2.3.3)	Не позволяет перераспределение, относит всю экономию на электроэнергию

1) Метод разнесения экономии и риска (п. 2.3.7) является наиболее гибким, его достоинством является возможность учета риска изменения рыночной цены на электроэнергию [2]. Метод позволяет перераспределять экономию топлива между продуктами ТЭЦ в зависимости от рыночных ожиданий. Недостатком данного метода является существенное повышение волатильности (изменчивости) рыночных цен при его широком применении, что недопустимо в странах со слабо развитыми рынками электроэнергии и тепла [2].

2) Метод альтернативного производства тепла (п. 2.3.4) является одним из наиболее широко применяемых методов расчета. Изменение величины КПД водогрейного котла позволяет гибко перераспределять экономию топлива между теплом и электроэнергией в зависимости от рыночных ожиданий [2]. Эта гибкость является достоинством метода. Широкое применения данного метода приводит к повышению волатильности рыночных цен, что можно отнести к его недостаткам.

3) Метод разнесения экономии (п. 2.3.6) также широко применяется в странах с развитыми рынками электроэнергии и тепла. Недостатком метода является отсутствие гибкости перераспределения экономии топлива в зависимости от рыночных ожиданий, поскольку экономия разносится на электроэнергию и тепло в установленной пропорции. Разделение экономии между продуктами ТЭЦ считают достоинством данного метода [2].

4) Метод альтернативного производства электроэнергии (п. 2.3.5) менее широко применяется на практике. Его недостатком является полное отнесение экономии топлива на тепловую энергию, что снижает конкурентоспособность ТЭЦ на рынке электроэнергии. Достоинством данного метода является его простота [2].

5) Энергетический метод (п. 2.3.3) — наименее гибкий экономический метод. Его единственным достоинством считают простоту вычислений [2], [6].

Одной из первых и основополагающих частей проекта электроснабжения промышленного предприятия любой отрасли является определение ожидаемых электрических нагрузок всех элементов заводских электрических сетей. Именно нагрузки определяют необходимые технические характеристики элементов электрических сетей - сечения токоведущих частей, мощности и типы трансформаторов.     Промышленные предприятия потребляют около двух третей вырабатываемой электроэнергии, поэтому требования к точности расчетов нагрузок достаточно велики. Их результат сказывается на технико-экономических показателях системы электроснабжения, а в целом на эффективности работы предприятия и его конкурентоспособности. Завышение электрических нагрузок ведет к необоснованному увеличению сечений токведущих частей, мощностей трансформаторов, что увеличивает капиталовложения. Эксплуатация недогруженных трансформаторов нецелесообразна из-за больших потерь электроенергии в них по сравнению с трансформаторами меньшей мощности. Занижение расчётной нагрузки приводит к перегреву элементов электрических сетей, ускореному старению изоляции электрооборудования и токоведущих частей, нарушению электромагнитной совместимости электроприёмников (ЭП).    Для определения расчётной электрической нагрузки необходимо знать закон вероятностного распределения температуры перегрева проводника. Эта задача не имеет аналитического решения и по мере развития теории электрических нагрузок предлагались различные инженерные методы её расчёта : метод упорядоченных диаграмм [1] , статистический [1] , инерционный [3], [2] методы. С развитием вычислительной техники для задач, не имеющих аналитического решения, всё шире используются имитационные методы расчёта. В [4] предложено использование имитационного метода для определения электрических нагрузок, а в [9] предложен модифицированный имитационный метод. Недостатком имитационного метода является значительная продолжительность расчётов, связанная с необходимостью моделирования большого количества реализаций группового графика электрической нагрузки.

Целью работы является разработка более точного инженерного метода расчёта электрических нагрузок на основе закономерностей, полученных с помощью модифицированного имитационного метода . Это обеспечит повышение точности расчёта электрических нагрузок и снизит затраты времени на выполнение расчётов по сравнению с имитационными методами. В общем случае все методы расчёта электрических нагрузок делятся на эмпирические и аналитические. Эмпирические методы основаны на информации об энергопотреблении или о норме расхода энергии на единицу продукции для предприятий-аналогов. К эмпирическим методам относятся : метод коэффициента спроса, метод технологического графика и др.