Что такое компенсация реактивной мощности?
Полная (кажущаяся) мощность, вырабатываемая синхронными генераторами, условно делится на активную и реактивную.
Схема подключения конденсаторной установки.
Активная составляющая мощности полезно используется, превращаясь в механическую, химическую, световую и т. д. энергию.
Реактивная составляющая мощности не выполняет полезной работы, она служит лишь для создания магнитных полей в индуктивных приемниках (электродвигатели, трансформаторы и т. п.), циркулируя все время между источником и приемником. Она может рассматриваться как характеристика скорости обмена энергии между генератором и магнитным полем приемника электроэнергии.
Отсюда следует, что традиционный термин “потребители реактивной мощности”, широко используемый как электротехническим персоналом в повседневной практике, так и в технической литературе, является условным, не отражающим физической сущности реактивной мощности. Тем более неправильно понятие “реактивная энергия”. Более точным будет “индукционные приемники электроэнергии” или в ряде случаев “реактивные нагрузки”.
Схемы устройств для индивидуальной, групповой и централизованной компенсации реактивной мощности.
Коэффициент мощности указывается на щитке синхронного генератора. Он показывает, какую часть от полной мощности, вырабатываемой генератором, составляет активная мощность. Влияние коэффициента мощности на работу электроустановок очень велико. Так, например, генератор с номинальной мощностью 1250 кВА при номинальном коэффициенте мощности cos?=0,8 может отдать потребителю активную мощность, равную 1250?0,8 = 1000 кВт.
Мощность первичного двигателя при непосредственном сочленении с генератором составит также 1000 кВт. Предположим, что этот генератор работает с той же номинальной мощностью, но с соs?=0,6. В этом случае он отдает в сеть 1250?0,6=750 кВт, т. е. недоиспользуется по активной мощности на 25%. То же и в отношении первичного двигателя генератора (паровая или гидравлическая турбина), который в этом случае также недоиспользуется на 25%.
Эксплуатационные показатели работы электростанции: расход топлива, воды, пара, смазочных и других вспомогательных материалов на один выработанный кВт·ч – при снижении cos? также заметно снижаются, уменьшается выработка активной энергии.
Уменьшение cos? при той же вырабатываемой генератором активной мощности (при неизменной активной нагрузке у потребителя) ведет к увеличению полной мощности генератора. В нашем примере при снижении cos? с 0,8 до 0,6 потребуется генератор мощностью 1000:0,6=1700 кВА вместо 1250 кВА, т. е. увеличение полной мощности на 27%.
У трансформаторов при уменьшении cos? уменьшается пропускная способность по активной мощности вследствие увеличения реактивной нагрузки. Для передачи потребителям 1000 кВт активной мощности при cos?=0,8 требуется трансформатор мощностью 1250 кВА. При снижении cos? до 0,6 для передачи той же активной нагрузки потребуется трансформатор мощностью 1700 кВА.
Увеличение полной мощности при снижении cos? приводит к возрастанию тока и, следовательно, потерям мощности, которые пропорциональны квадрату тока. Увеличение тока требует повышения сечения линии электропередачи, а следовательно, веса проводов и кабеля.
Компенсация реактивной мощности для промышленных и сельскохозяйственных предприятий.
Увеличение тока при снижении cos? ведет к увеличению потери напряжения во всех звеньях энергосистемы, что вызывает понижение напряжения у потребителей электрической энергии.
На промышленных предприятиях понижение напряжения нарушает нормальную работу электроприемников. Снижается частота вращения электродвигателей, что приводит к снижению производительности рабочих машин и ухудшению качества продукции. Уменьшается производительность электрических печей, ухудшается качество сварки, снижается световой поток ламп, уменьшается пропускная способность заводских электрических сетей.
Рассмотренные случаи влияния низкого коэффициента мощности на работу электроустановок показывают, что снижение cos? отрицательно сказывается на всех звеньях энергосистемы, в том числе и на работе промышленного предприятия. Поэтому вопросы повышения коэффициента мощности имеют большое народнохозяйственное значение.
Решение задач, связанных с наличием в системе электропотребления реактивных нагрузок, идет по пути компенсации реактивной мощности. Это обусловлено проведением двух взаимно дополняющих групп мероприятий: снижением потребления реактивной мощности электроприемниками и установкой непосредственно у потребителей и в узлах сетей специальных источников реактивной мощности – компенсирующих устройств.
Электрические установки переменного тока.
Для снижения потребления реактивной мощности при эксплуатации электроустановок рекомендуются следующие мероприятия:
- упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования и к снижению расчетного максимума реактивной нагрузки;
- сокращение холостой работы асинхронных электродвигателей, сварочных трансформаторов и других электроприемников путем внедрения ограничителей холостого хода;
- замена или отключение трансформаторов, загруженных менее чем на 30% их номинальной мощности, если это допускается по условиям режима работы сети электроприемников;
- замена по возможности загруженных менее чем на 60% асинхронных электродвигателей электродвигателями меньшей мощности при условии технико-экономического обоснования;
- замена асинхронных электродвигателей синхронными, допустимая по условиям работы электропривода, если асинхронные электродвигатели подлежат демонтажу вследствие износа, изменения технологического процесса или возможности использования в других установках, не нуждающихся в искусственной компенсации реактивных нагрузок, а также в других случаях, если замена обоснована технико-экономическими расчетами;
- понижение напряжения у малозагруженных асинхронных электродвигателей путем переключения статорной обмотки с треугольника на звезду, секционирования статорных обмоток; понижение напряжения в сетях, питающих асинхронные электродвигатели, путем переключения ответвлений цехового трансформатора;
- повышение качества ремонта электродвигателей (недопустимы обточка ротора, уменьшение числа проводников в пазу, расточка пазов, выжигание обмотки).
Для преобразовательных установок, получающих все более широкое распространение на промышленных предприятих, снижение реактивной мощности может быть достигнуто уменьшением угла открывания вентилей и пределов его регулирования, несимметричным управлением вентилями, применением схем с искусственной коммутацией.
Пример схемы электрической принципиальной главных цепей установки.
Мероприятия по снижению потребления реактивной мощности электроприемниками, проводимые на предприятиях, снижают суммарную реактивную нагрузку обычно не более чем на 10%. Поэтому основная роль отводится компенсирующим устройствам.
Компенсирующими установками являются: косинусные конденсаторы, синхронные электродвигатели, синхронные компенсаторы, компенсационные преобразователи. Преимущественное применение на промышленных предприятиях получили косинусные конденсаторы и синхронные электродвигатели.
Косинусные конденсаторы изготавливаются следующих типов: КМ, КМ2, КМА, КМ2А, КС, КС2, КСА, КС2А, где
- К означает косинусный;
- М и С – с пропиткой минеральным маслом или синтетическим жидким диэлектриком;
- А – исполнение для наружной установки (без буквы А – для внутренней);
- 2 – исполнение в корпусе второго габарита (без цифры 2 – в корпусе первого габарита).
После обозначения типа конденсатора цифрами указываются его номинальное напряжение (кВ) и номинальная мощность (квар).
Так, например, КМ-0,38-26 расшифровывается как конденсатор косинусный (для компенсации реактивной мощности в сети переменного тока с частотой 50 Гц), с пропиткой минеральным маслом, для внутренней установки, первого габарита, на напряжение 380 В, мощностью 26 квар.
Конденсаторы выпускаются четырех серий – I, II, III, IV. Шкала напряжений и мощностей конденсаторов серий I, II, III приведена в табл
В IV серии конденсаторы мощностью 37,5 и 75 квар заменяются конденсаторами мощностью 50 и 100 квар при тех же габаритных размерах.
Промышленность изготавливает комплектные конденсаторные установки на напряжение 380 В для внутренней установки и на напряжение 6-10 кВ – для внутренней и наружной установки. Большинство типов этих установок оборудовано устройствами для одно- и многоступенчатого автоматического регулирования мощности.
Все более широкое применение находит автоматическое устройство регулирования мощности конденсаторных батарей типа АРКОН. Оно позволяет включать и отключать секции конденсаторных батарей в зависимости от следующих параметров: реактивной мощности, напряжения сети, напряжения сети и тока.
“Указания по компенсации реактивной мощности в распределительных сетях” предусматривают контроль следующих показателей режима реактивной мощности:
- наибольшей реактивной мощности, потребляемой за получасовой период в режиме наибольшей активной нагрузки энергосистемы;
- реактивной энергии, выданной в сеть энергосистемы за период ночного провала графика активной нагрузки энергосистемы.
Периоды наибольшей активной нагрузки энергосистемы и ночного провала графика ее нагрузки должны указываться энергоснабжающей организацией в договоре на отпуск электроэнергии потребителю.
Для экономического стимулирования потребителей за проведение мероприятий по компенсации реактивной мощности применяются скидки с тарифа на электрическую энергию и надбавки к нему.
