28

Компенсация реактивной мощности Общие сведения

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как потребление, генерация, передача и потери. Считают, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощность потребляется, а если ток опережает напряжение (ёмкостный характер нагрузки), реактивная мощность генерируется.

Рассмотрим понятие реактивной мощности. Пусть приёмник питается синусоидальным напряжением и потребляет ток. При этом мгновенная мощность будет определяться по выражению:

. (5.1)

Любая гармоническая функция может быть разложена в ряд Фурье, очевидно, что будет основная и соответствующая гармоники (см. рис. 1).

Рис. 1.

Для выделения основной и дополнительной гармоники преобразуем (5.1) с помощью тригонометрического выражения

Получим:

(5.2)

где (первая составляющая) - активная мощность;

(вторая составляющая) – реактивная мощность, имеет место при наличии элементов способных накапливать электрическую энергию и возвращать её.

Выражение полной мощности:

. (5.3)

где ,- коэффициент активной и реактивной мощности.

Рис. 2. Графическое пояснение выражения (45).

С точки зрения генерации и потребления между реактивной и активной мощностью существуют значительные различия. Если большую часть активной мощности потребляют приёмники и лишь незначительная теряется в элементах сети, то потери реактивной мощности в элементах сети соизмеримы с реактивной мощностью, потребляемой приёмниками электроэнергии. Источниками реактивной мощности являются: генераторы электростанций, синхронные двигатели, воздушные и кабельные линии, а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства (КУ).

Производство дополнительного количества реактивной мощности генераторами электростанций (ЭС) экономически нецелесообразно по следующим причинам:

1)При передаче активной и реактивной мощностей через элемент системы электроснабжения с активным сопротивлением потери активной мощности составляют

Дополнительные потери реактивной мощности , вызванные протеканием реактивной мощности по сети, пропорциональны её квадрату. Большие потери реактивной мощности и электроэнергии во всех элементах системы электроснабжения требуют приближать источники реактивной мощности к местам её потребления и уменьшать передачу её от мощных генераторов.

2)Возникают дополнительные потери напряжения. Например, при передаче мощностейРи Qчерез элемент системы электроснабжения с активным и реактивным сопротивлением потери напряжения составляют

где - потери напряжения, обусловленные соответственно активной и реактивной мощностью. В результате передача значительного количества реактивной мощности по сети, не может быть осуществлена в связи с недопустимым падением напряжения.

С влиянием реактивной мощности на режим напряжения связаны понятия баланса, резерва и дефицита реактивной мощности.Под балансом реактивной мощности понимают равенство генерируемой и потребляемой мощностей при допустимых отклонениях напряжения у приемников электроэнергии. Наибольшее значение реактивной мощности, которая может дополнительно потребляться в данном узле при допустимых отклонениях напряжения, называют резервом реактивной мощности. Наименьшее значение реактивной мощности, которая должна быть скомпенсирована в узле, чтобы режим напряжения вошел в допустимые пределы, называют дефицитом. Понятия баланса, резерва и дефицита реактивной мощности условны, так как реактивная мощность, которая может быть передана в рассчитываемый узел, зависит от нагрузок других узлов, мощности КУ и места их установки, а также от режима работы устройств регулирования напряжения. Они являются характеристикой узла только при определенных конкретных условиях, при которых их вычисляют.

3)Загрузка реактивной мощностью систем промышленного электроснабжения и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует увеличения сечений проводов и кабельных линий, увеличения номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций и т.п.

Мероприятия, проводимые по компенсации реактивной мощности, могут быть разделены на связанные со снижением потребления реактивной мощности приёмниками электроэнергии и требующие установки КУ в соответствующих точках системы электроснабжения.

Значительного экономического эффекта можно достичь при правильном сочетании различных мероприятий, которые должны быть технически и экономически обоснованы. При этом критерием экономичности является минимум приведенных затрат:

.

Выбор типа, мощности и места установки КУ является сложной многофакторной задачей, требующей расчёта всей системы электроснабжения с одновременным учётом питающих и распределительных сетей промышленных предприятий.