Что такое реактивная мощность

Реактивная мощность

Реактивная мощность представляет собой часть полной мощности, которая не производит работы, но необходима для создания электромагнитных полей в сердечниках магнитопроводов. Ее величина определяется конструктивными особенностями двигателей (оборудования), их режимами работы и характеризуется коэффициентом мощности – PF. В отечественной практике показателем реактивной мощности является значение cos (φ) и требования к нему находится в пределах 0,75 — 0,85 для нормального режима работы асинхронных двигателей, самого распространенного вида электрических машин в современной промышленности. Режимы работы электрических сетей предприятий могут значительно отличаться от этих значений. В таких случаях соотношение активных и реактивных мощностей могут измениться в худшую сторону, т.е. потребление реактивной мощности от поставщиков электроэнергии может увеличиться. Это приводит к дополнительным потерям в проводниках, вследствие увеличения тока, отклонения напряжения сети от номинального значения. В результате таких изменений параметров сети ухудшаются режимы работы как технологического (основного), так и энергетического (вспомогательного) оборудования – трансформаторов подстанций, кабелей (ускоренное старение изоляции).

Представим себе асинхронный электромотор, который работает на холостом ходу, едва не входя в синхронизм. В этом случае обмотка возбуждения имеет максимальную реактивную мощность, так как в короткозамкнутых витках ротора (беличьей клетке) практически не наводятся вихревые токи. С точки зрения источника питания эта конструкция представляет собой огромную индуктивную катушку с сотнями метров провода. На неё подается напряжение, которое не в состоянии создать электрический ток в таком количестве проводов, он, в свою очередь, и должен производить работу. В результате напряжение есть, а тока почти нет. Но этому двигателю и не нужно много энергии он работает вхолостую, преодолевая только сопротивление подшипников и вязкость воздуха. В данном случае нет синхронного воздействия на потребителя тока и напряжения.

На рисунке 1 изображен треугольник мощностей. P – активная мощность, Q – реактивная мощность, S – полная мощность, φ – сдвиг фаз между током и напряжением. Из треугольника мощностей видно, что при компенсации реактивной мощности будет снижаться и полная мощность потребляемая из сети.

Треугольник мощностей

Рисунок 1.

Конденсаторная установка для компенсации реактивной мощности

Как осуществляется компенсация реактивной мощности. Параллельно индуктивной нагрузке устанавливается емкостная. Напряжение не в силах быстро протолкнуть электрический ток через сотни метров проводов в статоре мотора. Но ток не будет из-за этого отставать от напряжения, он будет в это время заполнять (заряжать) батарею конденсаторов, включенную параллельно с мотором. И источник энергии не почувствует препятствия для протекания тока. Ток и напряжение для источника энергии будут работать синфазно.

Поэтому для разгрузки электрических сетей промышленных предприятий необходима компенсация реактивной мощности, т. е. оборудование, потребляющее реактивную мощность, должно быть оснащено соответствующими установками. Подключение установок компенсации реактивной мощности (КРМ, УКРМ) должно осуществляться как можно ближе к оборудованию потребителей с целью уменьшения влияния реактивных токов на силовые линии связи (кабельные и воздушные).

Реактивная мощность и ее влияние на напряжение в электрической сети Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Пак Виктор Евгеньевич, Султанов Рахман Алимирзаевич, Якубова Екатерина Евгеньевна, Тимохин Роман Владимирович, Лавренчук Ольга Эдуардовна

В условиях эксплуатации электрических сетей, непрерывно требуется поддержание желаемого уровня напряжения в узлах электрической сети. Одним из мероприятий для обеспечения желаемого уровня напряжения является установка компенсирующих устройств .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Реактивная мощность и ее влияние на напряжение в электрической сети»

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА НАПРЯЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Пак В.Е.1, Султанов Р.А.2, Якубова Е.Е.3, Тимохин Р.В.4, Лавренчук О.Э.5

1Пак Виктор Евгеньевич — студент;

2Султанов Рахман Алимирзаевич — студент;

3Якубова Екатерина Евгеньевна — студент;

4Тимохин Роман Владимирович — студент;

5Лавренчук Ольга Эдуардовна — студент, специальность электроэнергетических сетей и системы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва

Аннотация: в условиях эксплуатации электрических сетей, непрерывно требуется поддержание желаемого уровня напряжения в узлах электрической сети. Одним из мероприятий для обеспечения желаемого уровня напряжения является установка компенсирующих устройств.

Ключевые слова: реактивная мощность, напряжение, активная мощность, компенсирующие устройства.

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как потребление, генерация, передача и потери. Считают, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощность потребляется, а если ток опережает напряжение (емкостной характер нагрузки), реактивная мощность генерируется. С точки зрения генерации и потребления между реактивной и активной мощностью существует значительные отличия. Если большую часть активной мощности потребляют приемники и лишь незначительная теряется в элементах сети и электрооборудовании, то потери реактивной мощности в элементах сети могут быть соизмеримы с реактивной мощностью потребляемой приемниками электроэнергии [1].

Активная мощность генерируется электростанциями; источниками реактивной мощности являются как генераторы электростанции, так и синхронные двигатели, воздушные и кабельные линии, а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства — синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов, статические источники реактивной мощности.

Расчёты установившихся режимов выбранной схемы сети заключаются в определении потокораспределения, потерь мощности и уровней напряжения для условий годового максимума (зимний максимум) и минимума (летний минимум) электрических нагрузок.

потери активной мощности: коэффициент мощности: потери напряжения

со Бф = — = . ,Р _ ; (3)

где Р, Р, 8 -соответственно активная, реактивная и полная мощности; Я и X -соответственно активное и реактивное сопротивления элементов электрической сети; иНОМ — номинальное напряжение сети.

Производство значительного количества реактивной мощности генераторами электростанций во многих случаях экономически нецелесообразно по причине того, что дополнительные потери активной мощности, вызванные протеканием реактивной мощности по сети, пропорциональны ее квадрату (2). Большие потери электроэнергии вынуждают насколько это технически возможно приближать источники реактивной мощности к местам ее потребления и уменьшать ее от мощных генераторов.

Также передача значительного количества реактивной мощности по сети, не может быть осуществлена в связи с недопустимым падением напряжения (4). Загрузка реактивной мощностью систем электроснабжения и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует увеличение сечений проводов и кабельных линий, увеличение номинальных мощностей или числа трансформаторов подстанций.

Компенсация реактивной мощности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии, осуществляется с использованием компенсирующих устройств.

Компенсация реактивной мощности необходима для снижения потерь активной мощности и электроэнергии в элементах электрических сетей, улучшения качества электроэнергии по отклонению напряжения за счет уменьшения потерь напряжения в элементах электрических сетей .

Компенсация реактивной мощности на ПС, позволяет:

1) уменьшить нагрузку на трансформатор, тем самым увеличить срок службы;

2) уменьшается нагрузка на провода, кабели, что позволяет при проектировании выбрать сечение меньшим диаметром;

3) улучшить качество электроэнергии у электроприёмников;

4) уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов в цепях;

5) не допустить снижения качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности, что приведёт к штрафу.

При подключении к электрической сети активно-индуктивной нагрузки ток 1н отстаёт от напряжения и на угол сдвига ф. Косинус этого угла (cosф) называется коэффициентом мощности.

Электроприёмники с такой нагрузкой потребляют как активную Р, так и реактивную Q мощность. Реактивная мощность

Основным потребителем реактивной мощности индуктивного характера на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели АД (60-65 % общего её потребления), трансформаторы, включая сварочные (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы и прочие ЭП.

Мерами по снижению потребления реактивной мощности являются: естественная компенсация (естественный cosф) без применения специальных компенсирующих устройств (КУ); искусственная компенсация, называемая чаще просто компенсацией.

Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших материальных затрат и должна проводится на предприятиях в первую очередь. К естественной компенсации относятся [1]:

1) понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

2) создание рациональной схемы электроснабжения за счёт уменьшения количества ступеней трансформации;

3) замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка;

4) применение синхронного двигателя (СД) вместо АД, когда это допустимо по условиям технологического процесса;

5) ограничение продолжительности холостого хода двигателя и сварочных трансформаторов, сокращение длительности и рассредоточение во время пуска крупных ЭП;

6) улучшение качества ремонта электродвигателей, уменьшение переходных сопротивлений контактных соединений;

7) отключение при малой нагрузке (например, в ночное время, в выходные и праздничные дни) части силовых трансформаторов.

1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию [Текст]: в 2-х т. / А.В. Алистратов [и др.] / Под общ. ред. А.А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. -Т.1. — 568с.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 110 КВ. И ВЫШЕ Султанов Р.А.1, Пак В.Е.2, Якубова Е.Е.3, Тимохин Р.В.4, Лавренчук О.Э.5

1Султанов Рахман Алимирзаевич — студент;

2Пак Виктор Евгеньевич — студент;

3Якубова Екатерина Евгеньевна — студент;

4Тимохин Роман Владимирович — студент;

Аннотация: в статье рассматриваются основные положения и факторы влияющие на выбор сечения проводов воздушной линии электропередачи. Определяется, что при выборе сечений проводов воздушной линии электропередачи решение определяется минимумом дисконтированных затрат. Минимум дисконтированных затрат определяется зависимостями конкурирующих эффектов — затратами на сооружение воздушной линии электропередачи и издержками на возмещение потерь мощности в проводах ВЛЭП.

Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, оптимальное сечение проводов воздушной линии электропередачи, конкурирующие эффекты при выборе сечений проводов воздушной линии электропередачи.

Одним из основных элементов электроэнергетических систем (ЭЭС) и систем электроснабжения (СЭС) являются воздушные и кабельные линии электропередачи (ЛЭП), обеспечивающие транспорт электроэнергии от источников мощности до потребителей. Требования к ЛЭП все время возрастают, причем в первую очередь в отношении повышения надежности, увеличения пропускной способности и одновременно снижения потерь электроэнергии, уменьшения экологического влияния, сокращения полосы отчуждения. Сечение проводов — важнейший параметр линии электропередачи. С увеличением сечения проводов линии возрастают затраты на ее сооружение, ремонт и обслуживание. Но с другой стороны уменьшается стоимость потерь электроэнергии. Выбор экономически обоснованных сечений проводов воздушных линий электропередачи способствует повышению

Что такое реактивная мощность и её компенсация

Асинхронные двигатели, трансформаторы, газоразрядные и люминесцентные лампы, индукционные и дуговые печи и т.д. в силу своих физических свойств вместе с активной энергией потребляют из сети также и реактивную энергию, которая необходима для создания электромагнитного поля. В отличие от активной энергии, реактивная не преобразуется в другие виды – механическую или тепловую – и не выполняет полезной работы, однако вызывает потери при ее передаче. На Рис.1 изображены направления протекания тока при работе с реактивными нагрузками.
Тепловой компонент = полезная работа, циркулирующий компонент работы не совершает Рис.1. Полная мощность.
Наличие в сети реактивной мощности (Q, Вар) характеризуется коэффициентом мощности (PF, cos ф) и является соотношением активной (P, Вт) к полной (S, ВА). Ниже можно увидеть зависимость полной мощности от ее составляющих как на векторной диаграмме, так и на более житейском уровне – бокале пива, где пиво является активной составляющей, а пена – реактивной. Никто же не хочет иметь бокал только с пеной? Что такое коэффициент мощности? Рис.2. Треугольник мощностей. Расчет коэффициента мощности.
При низких значениях коэффициента мощности в сети будет возникать ряд нежелательных явлений, которые могут привести к существенному уменьшению срока службы оборудования. Рекомендуется иметь cos ф не менее 0,9 (например, в Чехии за cos ф менее 0,95 штрафуют). Для этого разработан ряд мероприятий по регулированию баланса реактивной мощности в сети – компенсация реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности (КРМ).

Индивидуальная компенсация

Размещение конденсаторов у устройств с низким cos ф и включение одновременно с последними.

Групповая компенсация

Размещение конденсаторов у группы устройств (например, пожарных насосов).

Централизованная компенсация

Предусматривает установку КУ на главном распределительном щите. Если предыдущие варианты могли быть как регулируемыми, так и нет, то этот, как правило, регулируемый.

Способы компенсации реактивной мощности

Рис.3. Способы компенсации.

При правильном подборе КУ мероприятия по компенсации реактивной мощности позволяют:

существенно уменьшить нагрузку на трансформаторах, а следовательно уменьшить их нагрев и увеличить срок службы
при включении КУ в расчет при проектировании новых объектов, существенно уменьшить сечение проводников
при включении КУ в уже существующие сети, разгрузить их, повышая пропускную способность без реконструкции
снизить расходы на электроэнергию за счет снижения потери в проводниках
повысить стабильность напряжения (все) и качество электроэнергии (при использовании ФКУ)

Где мы можем сэкономить видно невооруженным глазом, но для начала придется и потратиться.

Во-первых, необходимо заказать проект, который следует доверить проверенной организации. Которая в свою очередь проведет ряд измерений или сделает расчеты для новых объектов и исходя из них даст рекомендации по способу компенсации, типу КУ и их параметрам.

Во-вторых, следует выбрать организацию-сборщика, которая соберет, установит и настроит наши КУ.

Что может входить в состав КУ?

Рассмотрим максимально возможную комплектацию конденсаторной установки:

Вводное устройство – автоматический выключатель, разъединитель предохранительный или выключатель нагрузки (при наличии еще одного вводного устройства, например, в ГРЩ).
Защитные устройства ступеней – большинство производителей (например, ZEZ Silko) рекомендуют использовать плавкие вставки с характеристикой gG (см. таблицу ниже), но нередко можно встретить и защиту автоматическими выключателями.
Коммутационное устройство (для статической компенсации НН) – контактор с токоограничевающей приставкой (контакты предварительного включения с сопротивлениями). Важно выбрать качественного производителя, т.к. через контактор при включении ступени проходят огромные токи (до 200Iе), обусловленные зарядом конденсатора, например, Benedict-Jager или Eaton (Moeller).
Антирезонансные дроссели (реакторы) – используются для защиты от перегрузки токами конденсаторов при наличии в сети высших гармоник.
Компенсационные конденсаторы – главный компонент всей установки – емкостной элемент. Читать подробнее о применении, конструкции и монтаже низковольтных цилиндрических компенсационных конденсаторов в предыдущей статье.
Регулятор реактивной мощности – своего рода анализатор сети с функцией управления ступенями. В зависимости от модели разные регуляторы кроме основных параметров (U, I, P, cos ф, количество подключенных ступеней) контролируют и ряд дополнительных (нелинейные искажения, температура и т.д). Также могу быть и дополнительные функции, например, коммуникация или автонастройка.

* Рассмотрена только основная комплектация без оболочек и микроклимата, защиты вторичных цепей.

Номинальный ток 3-фазного конденсатора

3-фазн. компенсационная мощность при 400 V

Рекомендуемое сечение Cu проводников

Номинальный ток предохранителя

Теория реактивной мощности (Реактивная мощность).

Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности. потребляемой нагрузкой. составляющей. которая формирует электромагнитные паля и обеспечивает вращающий момент двигателя. Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер.

В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резиставный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения. Если нагрузка имеет индуктивный характер (двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения. Когда нагрузка имеет емкостной характер (конденсаторы), ток опережает напряжение.

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 дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.

Параметр определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (<р)

Cos (ϕ) = Р1гарм / А1гарм

Р1гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц
А1гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц
где

Таким образом, cos (ϕ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности
нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению cos (ϕ). т.к. низкий cos (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. вместо 380 В)

3. Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.

Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность
двигателей.

Потребители реактивной мощности.

Потребителями реактивной мощности, необходимой дтя создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи (трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии которые по принципу своего действия используют магнитное поле (асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.). До S0-S5% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминесцентное освещение и т.п.

Дополнительная информация, консультации, цены

Мы предложим эффективное и экономичное решение. Воспользуйтесь опытом наших технических специалистов — заполните форму справа, или позвоните.

Расчет, производство и поставка конденсаторных установок. Установки компенсации реактивной мощности, в наличии и под заказ.