Основные положения

Компенсация реактивной мощности (КРМ) (расчет и выбор компенсирующих устройств) является частью задачи электроснабжения промышленного производства и городских сетей. Большая часть приемников в процессе работы потребляет из сети помимо активной мощности Р реактивную мощность Q. Коэффициент мощности нагрузки обычно 0,7…0,8. Основными потребителями реактивной мощности являются: трансформаторы, асинхронные двигатели, вентильные преобразователи, электрические сети, реакторы, электротехнологические установки (дуговые сталеплавильные печи, индукционные печи, установки дуговой и контактной сварки) и др. Значительное количество реактивной мощности потребляют и приемники, подключенные к сетям до 1 кВ.

Передача значительного количества реактивной мощности по линиям и через трансформаторы системы электроснабжения невыгодна из-за возникающих дополнительных потерь активной мощности и энергии во всех элементах системы электроснабжения, дополнительных потерь напряжения, уменьшения пропускной способности сетей (проводов, кабельных линий, трансформаторных подстанций) и т.п.:

,

аналогично для реактивной мощности.

Уменьшение потребления реактивной мощности может быть достигнуто путем компенсации реактивной мощности проведением естественных мероприятий. Компенсация реактивной мощности одновременно с улучшением качества электрической энергии является одним из основных способов сокращения потерь электроэнергии. К естественным мерам можно отнести мероприятия по улучшению режима работы приемников, применения электродвигателей более совершенной конструкции, устранения недогрузки двигателей, трансформаторов и т.п.

Асинхронные электродвигатели (АД) и трансформаторы (Тр) потребляют 60…80% реактивной энергии в промышленных электросетях, при чем суммарное потребление реактивной мощности трансформаторами соизмеримо с потреблением АД, поскольку суммарная номинальная мощность Тр, как правило, во много раз больше, чем АД. Для уменьшения потребления реактивной мощности АД выбирают двигатели с небольшим запасом по активной мощности. Если загрузка двигателей ниже 40-50%выполняют переключения статорных обмоток с треугольника на звезду; исключают режим холостого хода путем установки соответствующих ограничителей. Если по технико-экономическим соображениям возможно, то асинхронные двигатели заменяют синхронными той же мощности.

Для уменьшения потерь реактивной мощности в Тр, загруженного менее 40% номинальной мощности, рекомендуется его перевод в резерв либо замена на менее мощный. Другим способом уменьшения потребления реактивной мощности является установка специальных компенсирующих устройств реактивной мощности в соответствующих точках системы электроснабжения. В зависимости от типа и режима работы компенсирующие устройства (КУ) могут генерировать или потреблять реактивную мощность , компенсируя недостаток реактивной мощности или ее избыток в электросети, уменьшать или увеличивать индуктивное сопротивление. Например, включение КУ в сети приведет к изменению полной мощности узла нагрузки, что показано векторными диаграммами (рис. 7.12) [5].

а б

Рис. 7.12. Компенсация недостатка (а) и избытка (б)

реактивной мощности в узле сети

В результате включения КУ изменяется передаваемая по участкам сети реактивная мощность и, следовательно, потери напряжения составят

. (1)

Создаются возможности регулирования напряжения в узлах сети и на зажимах электропотребителей: .

Реактивная мощность, передаваемая от электростанций и других центральных источников, загружает все элементы электрической сети, тем самым уменьшается возможность передачи активной мощности. Поэтому выгодно потребность в реактивной мощности удовлетворять за счет установки местных источников реактивной мощности. В этом случае уменьшается передача реактивной мощности по участкам сетей и снижаются потери активной и реактивной мощности в них

В сетях с избытком реактивной мощности (активно-емкост-ная мощность), например, в узлах сетей 330 кВ и более, в периоды малых нагрузок напряжения могут превысить допустимые значения. Для удержания напряжения в допустимых пределах необходимо потребить (компенсировать) избыточную реактивную мощность (рис. 7.12, б).

При включении КУ потребляют из сети некоторую активную мощность, которая в случае приближенных расчетов не оказывает существенного влияния на результаты. При выборе и размещении средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения электрические сети в зависимости от состава их нагрузок подразделяют на сети общего назначения (сети с режимом прямой последовательности основной частоты 50 Гц) и сети со специфическими (нелинейными, несимметричными и резкопеременными) нагрузками [1, 6, 7, 23 и др.].