145. Компенсация реактивной мощности. Общие положения.
Пусть приемник электроэнергии присоединен к источнику синусоидального напряжения u=корень(2)*Usin(wt) потребляет синусоидальный ток i=корень(2)*I*sin(wt-фи), сдвинутый по фазе относительно напряжения на угол фи.
Значение мгновенной мощности на зажимах приемника определяется выражением
Эта величина, в дальнейшем именуемая активной мощностью, характеризует энергию, выделяемую в единицу времени на производство полезной работы, например в виде тепла в приемнике с активным сопротивлением R
Р = U-1-cos (p=f&
Среднее значение от второго слагаемого мгновенной мощности (1) за время T равно нулю, т. е. на ее создание не требуется каких-либо материальных затрат и поэтому она не может совершать полезной работы. Ее присутствие указывает, что между источником и приемником происходит обмен энергией. А это возможно лишь в том случае, если имеются особые реактивные элементы, способные накапливать и отдавать электромагнитную энергию - емкость и индуктивность.
Таким образом, полную мощность на зажимах приемника в комплексной форме можно представить следующим образом:
Для реактивной мощности приняты такие понятия, как потребление генерация, передача, потери, баланс. Считается, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощносп потребляется и имеет положительный знак, а если ток опережает напряжение (емкостный характер нагрузки), то реактивная мощность генерируется и имев! отрицательное значение. С точки зрения генерации и потребления междз реактивной и активной мощностью существуют значительные различия. Бель большая часть активной мощности потребляется приемниками и лишь незначительная теряется в элементах сети и электрооборудования, то потер» реактивной мощности в элементах сети могут быть соизмеримы с реактивно! мощностью, потребляемой приемниками электроэнергии. Активная мощносп генерируется электростанциями, а реактивная — генераторам* электростанций, синхронными компенсаторами, синхронными двигателями батареями конденсаторов, тиристорными источниками реактивной мощносп и линиями.
Концентрация производства реактивной мощности во многих случая? экономически нецелесообразна по следующим причинам.
I. При передаче значительной реактивной мощности возникаю: дополнительные потери активной мощности и электроэнергии во все? элементах системы электроснабжения, обусловленные загрузкой и? реактивной мощностью. Так, при передаче активной Р и реактивной £ мощностей через элемент системы электроснабжения с сопротивлением / потери активной мощности составят
Дополнительные потери активной мощности ДPр, вызванным протеканием реактивной мощности Q пропорциональны ее квадрату. Поэтому во многих случаях передача значительной реактивной мощности о: генераторов электростанций к потребителям нецелесообразна, несмотря на низкие удельные затраты, связанные с ее генерацией.
2. Возникают дополнительные потери напряжения, которые особенно существенны в сетях районного значения. Например, при передаче мощностей Р и Q через элемент системы
Относительное значение потерь напряжения в трехфазной сел определяется в основном реактивной мощностью и мощностью КЗ ] рассматриваемой точке сети Sк:
С влиянием реактивной мощности, передаваемой по элементам сети, на напряжение тесно связано понятие баланса реактивной мощности. Под балансом реактивной мощности понимают равенство генерируемой и потребляемой мощностей при допустимых отклонениях напряжения у приемников электроэнергии.
3. Загрузка реактивной мощностью систем промышленного электроснабжения и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует увеличения сечений проводов воздушных и кабельных линий, увеличения номинальной мощности или числа тр-ров подстанций и т. п.
Основными потребителями реактивной мощности на промышленных предприятиях являются асинхронные двигателя (60+65 % общего потребления), трансформаторы (20+25 %), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные электрические сети и прочие приемники (10%).
Из (2) следует
До недавнего времени основным нормативным показателем, характеризующим реактивную мощность, был коэффициент мощности cos фи. На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этого коэффициента должно было находиться в пределах 0,92+0,93. С переходом на рыночные отношения и введением закона о техническом регулировании этот показатель не является в настоящее время нормативным.
Потребитель электрической энергия среди прочих технических условий (план, схема, заявляемый уровень надежности, максимальная мощность, технические характеристики энергопринимающего устройства, количество, мощность присоединяемых к сети трансформаторов и т.д.), которые он заявляет для получения технических условий энергоснабжающей организации для технологического подключения, указывает характер и наличие нагрузок, искажающих форму кривой электрического тока и вызывающих несимметрию напряжения в точках присоединения. И их наличие, также как я низкого коэффициента мощности cos фи не является основанием для ограничения на присоединение дополнительной мощности. Исключения возникают в случае, если полное использование потребляемой (генерирующей) мощности всех ранее присоединенных потребителей услуг по передаче электрической энергии и мощности вновь присоединяемого энергопринимающего устройства может привести к загрузке энергетического оборудования сетевой организации с превышением значений, определенных принятыми на предприятии техническими нормативами.
Таким образом, потребитель сам определяет мощность, местоположение и режим работы компенсирующих устройств на основании технико-экономическими расчетами по критерию минимума приведенных затрат.
Иногда удобнее оперировать соотношением Xpm=Q/P=tan(fi), которое называют коэффициентом реактивной мощности.