12. Источники реактивной мощности в электрических системах
Генерация реактивной мощности, в отличие от активной, не требует затрат энергии. Источниками реактивной мощности являются:
1) линии электропередачи;
2) синхронные машины: генераторы, двигатели, синхронные компенсаторы;
3) батареи статических конденсаторов (БСК);
4) вентильные источники реактивной мощности.
Синхронные генераторы и двигатели
Основная часть энергии в электрических системах вырабатывается синхронными генераторами. Как и любой источник питания в цепях переменного тока, генератор вырабатывает не только активную, но и реактивную мощность. Величину реактивной мощности можно регулировать путем изменения тока возбуждения. При этом необходимо соблюдать технические ограничения по нагреву ротора, статора и по устойчивости.
Синхронные двигатели могут не только потреблять реактивную мощность, но и выдавать ее в сеть. Генерация реактивной мощности происходит при большом токе возбуждения, когда ЭДС двигателя больше напряжения сети (режим перевозбуждения). Верхний предел вырабатываемой двигателем реактивной мощности ограничен условиями нагрева статора и ротора, причем чем меньше загрузка двигателя по активной мощности, тем выше этот предел.
13 Синхронные компенсаторы
Синхронный компенсатор – это специальная синхронная машина облегченной конструкции, работающая на холостом ходу и используемая только как источник реактивной мощности. Схема замещения компенсатора показана на рис. 3.1.
Так как синхронный компенсатор работает на холостом ходу, то генерируемая им мощность является почти целиком реактивной:
.
(.3.1)
Так
как активная мощность отсутствует, то
разность фаз напряжения и тока составляет
90°.
Тогда ЭДС компенсатора
совпадает по фазе с напряжением сети
.
Следовательно, модуль тока равен:
.
(3.2)
Подставив (3.2) в (3.1), получим
.
(3.3)
ЭДС компенсатора можно регулировать путем изменения тока возбуждения. При этом возможны следующие случаи:
1) E >U – такой режим называется режимом перевозбуждения. Реактивная мощность в этом случае положительна и выдается в сеть;
2) E <U – этот режим называется режимом недовозбуждения. Реактивная мощность отрицательна и потребляется из сети.
Номинальная мощность синхронного компенсатора соответствует режиму перевозбуждения. Максимальная потребляемая мощность в режиме недовозбуждения примерно в два раза меньше номинальной.
14 Батареи статических конденсаторов
Батареи статических конденсаторов (БСК) представляют собой устройства, собранные из конденсаторов, которые включаются на полное напряжение сети и предназначены для выработки реактивной мощности. Конденсаторы в БСК могут соединяться в звезду или в треугольник (рис. 3.2). При соединении в звезду генерируемая мощность равна:
,
где Uф и U – соответственно фазное и линейное напряжения; – круговая частота; C – емкость конденсатора.
При соединении в треугольник:
.
Достоинства БСК перед синхронными компенсаторами:
1) потери активной мощности в БСК на порядок меньше, чем в синхронном компенсаторе;
2) возможность установки в любом сухом помещении;
3) у БСК больший диапазон номинальных напряжений;
4) простота эксплуатации в связи с отсутствием вращающихся частей;
5) простота монтажа.
Недостатки:
1) малый срок службы (8 – 10 лет);
2) невозможность потребления реактивной мощности;
3) сильная зависимость реактивной мощности от напряжения сети;
4) невозможность плавного регулирования мощности;
5) низкая электрическая прочность при несинусоидальном напряжении.
При генерируемой реактивной мощности ниже 7,5 Мвар более экономичными оказываются БСК; при мощности более 7,5 Мвар выгоднее синхронные компенсаторы.