Редакция бюллетеня «ЭНЕРГОСОВЕТ» - Энергосбережение при компенсации реактивной мощности у потребителей

Аннотация

Редакция бюллетеня «ЭНЕРГОСОВЕТ» . Энергосбережение при компенсации реактивной мощности у потребителейЛаконичная обзорная статья про реактивную мощность, в простой и понятной форме.

Введение

В зависимости от вида используемого оборудования нагрузка бывает следующая: активная, индуктивная и емкостная. Потребитель в повседневной практике обычно включает в работу лампы накаливания, электронагреватели и т.д. (активная нагрузка) и электродвигатели, распределительные трансформаторы, люминесцентные лампы и т.д. (индуктивная нагрузка).

Активная составляющая мощности полезно используется, превращаясь в механическую, световую и другие виды энергии. Реактивная составляющая мощности не выполняет полезной работы, она служит для создания магнитных полей в индуктивных приемниках, 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).

Показателем потребления реактивной мощности Q является коэффициент мощности cosφ=P/S, который показывает соотношение активной мощности Р и полной мощности S. Полная мощность, в свою очередь, это .

Для чего нужна компенсация реактивной мощности в распределительных электрических сетях

Активная мощность вырабатывается только генераторами электрических станций. Реактивная мощность вырабатывается генераторами электрических станций (синхронными двигателями станций в режиме перевозбуждения), а также компенсирующими устройствами (например, батареями конденсаторов).

Передача реактивной мощности от генераторов по электрической сети к потребителям (индукционным приемникам энергии) вызывает в сети затраты активной мощности в виде потерь и дополнительно загружает элементы электрической сети, снижая их общую пропускную способность.

Так, например, генератор с номинальной мощностью 1250 кВА при номинальном коэффициенте мощности cosφ=0,8 может отдать потребителю активную мощность, равную 1250×0,8=1000 кВт. Если генератор будет работать с соsφ=0,6, то в сеть будет отдаваться активная мощность равная 1250×0,6=750 кВт (активная мощность недоиспользуется на четверть).

Поэтому, как правило, увеличение выдачи реактивной мощности генераторами станций с целью доставки ее потребителям нецелесообразно. Наибольший экономический эффект достигается при размещении компенсирующих устройств (генерации реактивной мощности) вблизи потребляющих реактивную мощность индукционных приемников энергии.

Индукционные приемники энергии или потребители реактивной мощности

Трансформатор. Он является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от источника электрической энергии до потребителя и предназначен для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.
Асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 65% реактивной мощности энергосистемы.
Индукционные печи. Это крупные электроприемники, требующие для своего действия большое количество реактивной мощности. Индукционные печи промышленной частоты часто используются для плавки металлов.
Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей. Данные установки широко применяются на промышленных предприятиях и железнодорожном транспорте, использующем постоянный ток.
Социально-бытовая сфера. Увеличение числа различных электроприводов, стабилизирующих и преобразовательных устройств, применение полупроводниковых преобразователей приводит к росту потребляемой реактивной мощности, а это, в свою очередь, влияет на работу других электроприемников, сокращает срок их службы, создает дополнительные потери электроэнергии. Современные люминесцентные светильники, которые все шире применяются в квартирах и офисах, также являются потребителями реактивной мощности.

К чему приводит отсутствие компенсации реактивной мощности у абонентов

У трансформаторов при уменьшении cosφ уменьшается пропускная способность по активной мощности вследствие увеличения реактивной нагрузки.
Увеличение полной мощности при снижении cosφ приводит к возрастанию тока и, следовательно, потерям мощности, которые пропорциональны квадрату тока.
Увеличение тока требует повышения сечений проводов и кабелей, растут капитальные затраты на электрические сети.
Увеличение тока при снижении cosφ ведет к увеличению потери напряжения во всех звеньях энергосистемы, что вызывает понижение напряжения у потребителей.
На промышленных предприятиях понижение напряжения нарушает нормальную работу электроприемников. Снижается частота вращения электродвигателей, что приводит к снижению производительности рабочих машин, уменьшается производительность электрических печей, ухудшается качество сварки, снижается световой поток ламп, уменьшается пропускная способность заводских электрических сетей, а как итог - ухудшается качество продукции.

Оборудование для решения проблем компенсации реактивной мощности у потребителей

Компенсировать реактивную мощность возможно синхронными компенсаторами, косинусными конденсаторами (конденсаторными установками) (рис.), шунтирующими реакторами, фильтрами высших гармоник, статическими тиристорными компенсаторами. Применение оборудования для компенсации реактивной мощности полностью зависит от места и цели его установки.

Конденсаторные батареи предназначены для выдачи реактивной мощности в систему. Снижение перетоков реактивной мощности от генератора к нагрузке в сети приводит к снижению потерь активной энергии, снижению потерь напряжения.

Статические тиристорные компенсаторы могут работать как на выдачу, так и на потребление реактивной мощности. В электрических сетях они требуются для оптимизации режимов работы с целью повышения пропускной способности и устойчивости линий электропередачи, стабилизации напряжения в узлах нагрузки, уменьшения потерь электроэнергии и повышения ее качества.

Шунтирующие реакторы используются для компенсации емкостной реактивной мощности, генерируемой протяженными слабонагруженными линиями передач.

Фильтрокомпенсирующие устройства предназначены для снижения гармонических искажений напряжения и компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях электроснабжения промышленных предприятий и в электрических сетях.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронную машину, работающую в режиме двигателя без активной нагрузки и генерирующую в сеть реактивную мощность. Синхронные компенсаторы применяют для регулирования энергетических систем, для поддержания напряжения, снижения потерь электроэнергии в сетях, увеличения пропускной способности и обеспечения устойчивости энергосистем.

Выводы

При проведении мероприятий по энергосбережению должны рассматриваться механизмы компенсации реактивной мощности непосредственно в индукционных приемниках энергии или у потребителей, потому что реактивная мощность, как и активная, учитывается в тарифе за электроэнергию, за рост ее потребления платит абонент.

В распределительных сетях коммунально-бытовых потребителей, содержащих преимущественно однофазную нагрузку, устройства компенсации реактивной мощности применяются крайне редко, но расход электроэнергии в жилом секторе увеличивается, поэтому рассмотрение установки устройств компенсации у таких абонентов становится актуальной темой.

Колебательные процессы в технике имеют большое значение. Электромагнитные колебания лежат в основе всех современных электронных средств передачи и обработки информации.

Для облегчения понимания общих закономерностей колебательных процессов целесообразно начинать их изучение с простых и наглядных систем, например, замкнутая цепь, содержащая конденсатор и катушку индуктивности. Изменение во времени физических величин, характеризующих разные колебательные системы, описывается одинаковыми дифференциальными уравнениями.

Исследование компьютерных программ при моделировании разных способов возбуждения колебаний позволяет определить точностные и частотные характеристики программ.