5.3. Реактивная мощность и потеря напряжения

Рассмотрим зависимость потери напряжения в ЛЭП от мощности КБ, подключенной в ее конце.

Потеря напряжения:

(5.2)

Максимальное значение потери напряжения имеет место при отключенной батарее. Этот случай изображен на векторной диаграмме рис.5.2а: ток нагрузки I=Iп отстает от напряжения Uп на угол φ, вектор падения напряжения в ЛЭП ΔU почти совпадает по фазе с напряжениями Uпит и Uп, напряжение Uп по величине значительно меньше напряжения Uпит, т. е. имеет место значительная потеря напряжения.

При подключении батареи потеря напряжения в ЛЭП снижается тем больше, чем мощнее батарея. При мощности Qк , значительно превышающей Qп (режим перекомпенсации ), потеря напряжения в ЛЭП может стать отрицательной:

, , ΔU<0, т. е. напряжение в конце ЛЭП по величине превышает напряжение в начале. Этот случай изображен на рис. 5.2б: ток нагрузки I, равный геометрической сумме токов Iп и Iс , опережает напряжение Uп на угол φ, падение напряжения ΔU по модулю близко к ΔU в случае “а”, но сдвинуто почти на 90⁰ по отношению к Uпит и Uп. Потеря напряжения отрицательна, т. е. напряжение Uп больше, чем Uпит. Напряжения Uпит в случаях “а” и “б” одинаковы, поэтому видно, как значительно увеличилось напряжение Uп в случае “б” за счет подключения КБ.

Рис.5.2. Векторные диаграммы напряжений в ЛЭП.

а) батарея отключена (Qк=0); б) батарея подключена, Qк › Qп.

5.4 Потребители реактивной мощности (рм)

1. АД – асинхронные двигатели;

2. Силовые трансформаторы;

3. Сварочные трансформаторы;

4. Индукционные печи;

5. Газоразрядные лампы;

Величину получаемой электроприемником РМ характеризуют cosφ и tgφ:

; ;

Реактивная мощность, потребляемая АД зависит от величины подведенного напряжения U* = U / Uн и от нагрузки на валу Кз = Р / Рн.

Рис. 5.3. Зависимость tgφ АД от напряжения и загрузки.

Из графиков зависимости tgφ = f(Кз, U*) видно, что tgφ, (т.е. относительное потребление РМ) минимален при высокой загрузке двигателя и пониженном напряжении на его зажимах. Он возрастает при увеличении напряжения и при снижении нагрузки. .

Статические характеристики узла нагрузки – это зависимость потребления активной и реактивной мощности в узле нагрузки от напряжения P = f(U), Q = f(U).

На рисунке 5.4. показан пример статических характеристик узла нагрузки с преимущественно асинхронной нагрузкой.

Рис. 5.4. Статические характеристиcки узла нагрузки.

5.5 Методы снижения потребляемой Р.М. (методы повышения cosφ)

Эти методы делятся на 2 группы:

а) без применения компенсирующих устройств (КУ):

- замена малозагруженных двигателей и трансформаторов на менее мощные;

- ограничение времени работы двигателей на холостом ходу;

- переключение малозагруженных двигателей с наY для уменьшения напряжения на каждой обмотке;

- применение синхронных двигателей (СД) вместо АД;

- применение схемы выходного дня в эл.сетях предприятий (большую часть из трансформаторов отключают, а их небольшую нагрузку переводят на оставшиеся в работе трансформаторы, рис.5.5).

Рис. 5.5. Схема выходного дня.

Для схемы выходного дня нужна связь по низкому напряжению между ТП посредством ЛЭП 0,4 кВ.

б) Применение КУ позволяет разгрузить электропередачу от РМ и снизить в ней потери активной мощности. Максимальное снижение потерь имеет место при идеальной компенсации, когда мощность КУ Qк равна потребляемой РМ Qп (рис.5.6).

Рис. 5.6. Зависимость потерь активной мощности ΔР от мощности КУ.

Дополнительное снижение потерь активной мощности ΔР происходит также благодаря увеличению напряжения U₂ на зажимах потребителя в результате компенсации РМ. Например предположим, что в электроустановке до компенсации:

tgφ = 1, cosφ = 0,7.

После компенсации tgφ_ПК= 0,3.

а) Электроустановка питается по кабельной ЛЭП (индуктивное сопротивление мало):

_{x ≈ 0} => U_2ПК ≈U_2ДК (ПК- после компенсации, ДК- до компенсации), т.е. компенсация РМ не привела к увеличению напряжения U₂.

Потери активной мощности в сопротивлении электропередачи r:

(принято: Р = 1, U₂ = 1);

;

Благодаря компенсации РМ потери активной мощности снизились с 2r до 1,09r.

б) Электроустановка питается по воздушной ЛЭП (индуктивное сопротивление велико), компенсация РМ привела к увеличению напряжения U₂ на 5%, r = Const:

.

Увеличение напряжения U₂ на 5%, привело к дополнительному снижению на 10% потерь активной мощности в ЛЭП. Это снижение объясняется снижением тока, протекающего по ЛЭП.