Компенсация реактивной мощности

Для перемещения электрической энергии от мест производства до мест потребления не используются другие ресурсы, используется часть самой передаваемой энергии, поэтому ее потери неизбежны, задача состоит в определении их экономически обоснованного уровня.

Снижение потерь электроэнергии - одна из задач энергосбережения.

Классификация потерь включает в себя четыре составляющие.

1) Технические потери электроэнергии, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии по электрическим сетям и выражающимися в преобразовании части электроэнергии в тепло в элементах сетей.

2) Расход электроэнергии на собственные нужды, необходимый для работы технологического оборудования подстанций и жизнедеятельности обслуживающего персонала.

3) Инструментальные потери, определяются метрологическими характеристиками и режимами работы используемых приборов.

4) Коммерческие потери, обусловлены несоответствием показаний счетчиков оплате за электроэнергию потребителями и другими причинами в сфере организации контроля за потреблением энергии (т.е., в первую очередь, воровством).

В электрических цепях, содержащих комбинированную нагрузку, в частности, активную (лампы накаливания, электронагреватели и др.) и индуктивную (электродвигатели, распределительные трансформаторы, сварочное оборудование, люминесцентные лампы и др.) общую мощность, забираемую от сети, можно выразить следующей векторной диаграммой (рисунок 3.2).

Активная нагрузка Индуктивная нагрузка Емкостная нагрузка

Рисунок 3.2– Векторные диаграммы активной, индуктивной и ёмкостной нагрузок

Активная энергия преобразуется в полезную - механическую, тепловую и др. энергии. Реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, однако она необходима для создания электромагнитного поля, наличие которого является необходимым условием для работы электродвигателей и трансформаторов. Потребление реактивной мощности от энергоснабжающей организации нецелесообразно, т.к. приводит к увеличению мощности генераторов, трансформаторов, сечения подводящих кабелей, а так же повышению активных потерь и падению напряжения. Поэтому реактивную мощность необходимо получать (генерировать) непосредственно у потребителя. Эту функцию выполняют установки компенсации реактивной мощности (КРМ), основными элементами которых являются конденсаторы.

Рисунок 3.3 – Векторная диаграмма мощностей

Полная мощность складывается из активной мощности, совершающей полезную работу, и реактивной мощности, расходуемой на создание магнитных полей и создающей дополнительную нагрузку на силовые линии питания.

,

где P – активная мощность;

Q – реактивная мощность.

Модуль полной мощности:

.

Соотношение между полной и активной мощностью, выраженное через косинус угла между их векторами, называется коэффициентом мощности (рисунок 3.3).

.

В настоящее время в расчётах широко используется :

.

Отставание тока по фазе от напряжения в индуктивных элементах обуславливает интервалы времени, когда напряжение и ток имеют противоположные знаки: напряжение положительно, а ток отрицателен и наоборот.

В эти моменты мощность не потребляется нагрузкой, а подается обратно по сети в сторону генератора.

При этом электроэнергия, запасаемая в каждом индуктивном элементе, распространяется по сети, не рассеиваясь в активных элементах, а совершая колебательные движения (от нагрузки к генератору и обратно).

Соответствующую мощность называют реактивной.

Реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами - индуктивными обмотками нагрузки и компенсатором. Такая компенсация реактивной мощности (снижение индуктивного тока в системе «генератор - нагрузка») позволяет, в частности, передать в нагрузку большую активную мощность при той же номинальной полной мощности генератора.

На уровне отдельных потребителей, особенно в жилых домах с однофазной нагрузкой, выравнивание фаз таким способом произвести нельзя из-за непрерывно меняющейся величины и характера нагрузки.

Поэтому компенсация реактивной мощности на объектах должна производиться на каждой отдельной фазе.

При этом в каждом случае должны учитываться гармонические составляющие, при необходимости устройства по компенсации реактивной мощности должны иметь фильтры с автоматическим регулированием емкости.

В данном случае важно правильно произвести подбор фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ).

Таким образом, для решения задачи по компенсации реактивной мощности необходимо проводить работу в несколько этапов.

1) Централизованная (грубая) компенсация, которая проводится на подстанциях и включает в себя проведение мониторинга показателей качества электроэнергии, выравнивание фаз, фильтрацию тока и установку компенсации реактивной мощности.

2) Индивидуальная (точечная) компенсация проводится на уровне каждой квартиры или параллельно нагрузке, посредством подключения установок КРМ (косинусных конденсаторов небольшой емкости). Данное мероприятие позволяет обеспечить синусоидальность тока, тем самым значительно уменьшая технические потери. Такие же мероприятия должны проводиться и внутри электроустановок зданий.

Хотя основными потребителями индуктивной мощности являются асинхронные электродвигатели. Так как в настоящее время наблюдается увеличение потребления индукционной мощности в социально-бытовой сфере за счет увеличения числа различных электроприводов, стабилизирующих и преобразовательных устройств. Применение полупроводниковых преобразователей приводит к ухудшению формы кривой тока, что ухудшает работу других электроприемников, сокращает срок их службы, создает дополнительные потери электроэнергии.

Современные люминесцентные светильники, все шире применяемые в квартирах и офисах, для продажи в России комплектуются дешевыми китайскими конденсаторами, срок службы которых обычно составляет несколько часов. Косинус φ у таких источников света составляет менее 0,5.

Предельные значения коэффициента реактивной мощности устанавливаются для потребителей электроэнергии, присоединенная мощность которых более 100 кВт.

Необходимо поэтапное решение трех основных задач:

- повышения качества электроэнергии;

- компенсации реактивной мощности;

- обеспечение нормативных уровней специальных показателей качества электроэнергии: колебаний напряжения, несимметрии напряжений; высших гармоник [22].