23. Каким образом компенсация реактивной мощности приводит к уменьшению расхода электроэнергии

На рисунке 1 показано относительное изменение полной мощности, потребляемой из

сети в зависимости от cos(φ).

На рисунке 2 представлен график относительного изменение реактивной мощности

в зависимости от cos(φ).

В этих двух графиках за единицу принято изменение активной мощности.

На рисунке 3 представлен график относительного значения тока, протекающего по

фазам, в зависимости от cos(φ). На этом графике за единицу принято значение тока при

чисто активной нагрузке. В относительных величинах этот график численно совпадает с

графиком полной мощности.

Интересен график, приведенный на рисунке 4. На этом графике показаны относитель-

ные активные потери в проводах в зависимости от cos(φ).

Потери в проводах и шинах пропорциональны квадрату протекающего через них

тока. Из графика видно, что уже при cos(φ)=0,7 происходит удвоение потерь в линиях.

При этом под линиями следует понимать не только провода и шины, но и обмотки транс-

форматора, в которых также происходит удвоение потерь.

Большое значение имеет правильный выбор места установки компенсирующего

устройства. Общее правило: реактивную мощность надо компенсировать в месте ее

потребления. Если источником реактивной мощности является двигатель насоса или

компрессора, то целесообразно ставить компенсирующие конденсаторы непосредс-

твенно в шкаф управления этими устройствами. Если потребление реактивной мощ-

ности происходит на стороне низкого напряжения (НН), то компенсировать ее надо

также на стороне НН, не допуская прохождения реактивной мощности через трансфор-

матор. При этом следует отметить, что срок службы значительной доли силовых транс-

форматоров, эксплуатируемых на российских предприятиях, перешагнул 15-летний

рубеж. Для продления оставшегося срока службы необходимо разгрузить трансформа-

торы по току, что уменьшит температуру перегрева обмоток и, следовательно, умень-

шит скорость старения изоляции. Известно, что уменьшение температуры перегрева

обмоток на 10 oС позволяет в среднем удвоить оставшийся срок службы. Учитывая зна-

чительную стоимость силовых трансформаторов, этот аспект, наряду с уменьшением

платы за реактивную энергию, позволяет существенно улучшить экономические пока-

затели предприятия.

Теория компенсации реактивной мощности

В электрических цепях протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает)

с напряжением, если нагрузка имеет активный характер. Когда ток отстает от напряже-

ния, нагрузка индуктивная (двигатели, трансформаторы на холостом ходу), когда ток

опережает напряжение, нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы).

Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой I = Ia + Ipu , где:

1) Iа - активный ток;

2) Iри - реактивный ток индуктивного характера.

К этим токам привязаны мощности, потребляемые двигателем:

1) Р – активная мощность, привязана к Iа (по всем гармоникам суммарно);

2) Q – реактивная мощность, привязана к Iри (по всем гармоникам суммарно);

3) A – полная мощность, потребляемая двигателем (по всем гармоникам суммарно).

Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима

для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять

ее от энергоснабжающей организации. Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и

кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную

мощность, имеем возможность подключить дополнительное оборудование за счет

снижения тока, потребляемого с силового трансформатора.

Параметр, определяющий потребление реактивной мощности, называется POWER

FACTOR, коэффициент мощности или сos (φ).

P1гарм - активная мощность первой гармоники 50 Гц;

А 1гарм - полная мощность первой гармоники 50 Гц.

Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности на-

грузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий

сos (φ) несет следующие проблемы:

1) высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной

мощности);

2) высокие перепады напряжения в электрических линиях (например, 330…370 В вмес-

то 380 В);

3) необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей,

мощности силовых трансформаторов.

Из всего вышеприведенного понятно, что компенсация реактивной мощности необ-

ходима. Один из наиболее эффективных путей компенсации - применение конденсато-

ров.