WordPress

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 1

Актуальная концепция компенсации реактивной мощности

Несмотря на активное использование в информационном пространстве и литературе сочетания слов «компенсация реактивной мощности», а тем более вариантов для названия технических средств с аббревиатурой КРМ, следует признать недостаточную техническую корректность и актуальность таких обозначений, поскольку:

Для текущего состояния подавляющего большинства потребительских силовых сетей с обилием нелинейных нагрузок сложного характера перетоки реактивной мощности на фундаментальной частоте 50 Гц являются возможно главной, но отнюдь не единственной проблемой, проявляющейся снижением качества электроэнергии и сопутствующими производственными, технологическими и экономическими негативами.

Эти вопросы уже рассмотрены и формализованы в IEEE 1459-2010, где были введены определения фундаментальной, нефундаментальной, активной, неактивной мощностей, мощности гармоник, искажений тока, напряжения и т. д.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 2Мощности в несинусоидальных однофазных силовых сетях согласно IEEE 1459-2010 Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 3Мощности в несинусоидальных трехфазных силовых сетях согласно IEEE 1459-2010

Т. е. по факту, при определении коэффициента мощности (PF), на повышение которого ориентирована и собственно компенсация реактивной мощности, и конденсаторные установки (КРМ, УКРМ, УКМ, АКУ и пр.), нужно учитывать всю полную мощность — PF=P/S, — включая ее неактивную (nonactive) составляющую — мощность гармоник, искажений тока и напряжения. Иначе при выходе на PF1 на фундаментальной частоте уровня 0.95-0.97 реальный коэффициент мощности PF в сети может быть не более 0.5-0.6 и без принятия соответствующих мер по нивелированию искажений на нефундаментальных частотах сеть объекта будет нестабильной, ненадежной, а электроэнергия низкого качества.

Традиционно под компенсацией реактивной мощности в сетях низкого (до 1 кВ) напряжения понимают «генерацию реактивной энергии» конденсаторными установками (или батареями, единичными конденсаторами), однако:

  • Любая развернутая силовая сеть имеет нагрузки разного характера (резистивные, индуктивные, емкостные, комбинированные), что определяет в разных сегментах сети, а часто и в разное время, выбросы индуктивных или емкостных токов, в идеале отстающих или опережающих соответственно напряжение на полупериод синусоиды.
  • Ни о какой «генерации» реактивной энергии (или мощности) конденсаторными установками КРМ, УКРМ или более прогрессивными Static var generator (SVG) речь идти не может.

Т. е. реактивная энергия может быть, как индуктивной, так и емкостной, а конденсаторы батарей и установок при разряде выбрасывают в сеть только емкостные токи.

По факту, для генерации электроэнергии нужно оборудование, преобразующее механическую, тепловую или солнечную энергию в электрическую, а конденсаторы, катушки и даже работающие на холостом ходу синхронные двигатели не более, чем накопители. Сама «компенсация реактивной мощности» происходит не за счет генерации реактивной энергии, а путем вброса накопителями в сеть токов, противофазных токам реактивной нагрузки, что приводит к их «взаимоуничтожению». Или проще — индуктивная нагрузка в первую четверть периода накапливает энергию и создает магнитное поле, во второй четверти — сбрасывает в сеть индуктивные токи, отстающие от напряжения на полпериода по фазе, а емкостная — наоборот.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 4Синусоиды тока и напряжения индуктивной (сверху) и емкостной (снизу) нагрузки

Тогда, чтобы «загасить» искажающие параметры сети индуктивные токи, отстающие от напряжения на полпериода, достаточно вбросить в сеть емкостные токи той же амплитуды, опережающие напряжение на полпериода, а значит противофазные индуктивным. Так работает компенсация реактивной мощности индуктивной нагрузки конденсаторными установками или емкостной нагрузки синхронными двигателями.

В то же время SVG — конвертор с выпрямителем, инвертором и накопителями (катушками, конденсаторами), который с определенными допущениями мощно считать универсальным по возможности вброса в сеть, как индуктивных, так и емкостных токов в зависимости от текущего (в течение полупериода-периода) характера искажающих токов в сети.

Справка: По факту любой SVG, как и любой активный фильтр гармоник — активное фильтрокомпенсирующее устройство (АФКУ), способное выбрасывать в сеть противофазные токи индуктивного или емкостного характера, как на фундаментальной, так и нефундаментальных частотах. Из-за очень большой стоимости АФКУ располагают возможно ближе к нагрузке, часто используют вместе с конденсаторными установками КРМ и пассивными фильтрами (дросселями, L-C-контурами), что позволяет снизить мощность полупроводниковых ключей, АФКУ в целом и цену устройства.

Все это определяет необходимость выбора компенсирующего устройства, его места подключения и способа компенсации реактивной мощности только на основании анализа полноценного энергоаудита силовой сети, что позволит определить:

  • необходимость компенсации реактивной мощности на фундаментальной частоте и оптимальное по эффективности и стоимости оборудование для решения этой задачи (конденсаторную установку КРМ (релейную, быстродействующую с тиристорными ключами, фильтровую), SVG или АФКУ+КРМ);
  • наличие гармоник большой интенсивности и необходимость компенсации активной мощности гармоник и неактивной мощности на нефундаментальных частотах.

http://www.elec.ru/articles/aktualnaya-koncepciya-kompensacii-reaktivnoj-moshn/

Что такое реактивная мощность и как её рассчитать?

Многие потребители электроэнергии не подозревают того, что часть учтённого электричества расходуется бесполезно. В зависимости от вида нагрузки уровень потерь электроэнергии может достигать от 12 до 50%. При этом счетчики электроэнергии засчитывают эти потери, относя их к полезной работе, за что приходится платить. Виной завышения оплаты за потребление электроэнергии, не выполняющей полезной работы, является реактивная мощность, присутствующая в сетях переменных токов.

Чтобы понять, за что мы переплачиваем и как компенсировать влияние реактивных мощностей на работу электрических установок, рассмотрим причину появления реактивной составляющей при передаче электроэнергии. Для этого придётся разобраться в физике процесса, связанного с переменным напряжением.

Что такое реактивная мощность?

Для начала рассмотрим понятие электрической мощности. В широком смысле слова, этот термин означает работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электрической энергии, понятие мощности немного откорректируем: под электрической мощностью будем понимать физическую величину, реально характеризующую скорость генерации тока или количество переданной либо потреблённой электроэнергии в единицу времени.

Понятно, что работа электричества в единицу времени определяется электрической мощностью, измеряемой в ваттах. Мгновенную мощность на участке цепи находят по формуле: P = U×I, где U и I – мгновенные значения показателей параметров напряжения и силы тока на данном участке.

Строго говоря, приведённая выше формула справедлива только для постоянного тока. Однако, в цепях синусоидального тока формула работает лишь тогда, когда нагрузка потребителей чисто активная. При резистивной нагрузке вся электрическая энергия расходуется на выполнение полезной работы. Примерами активных нагрузок являются резистивные приборы, такие как кипятильник или лампа накаливания.

При наличии в электрической цепи ёмкостных или индуктивных нагрузок, появляются паразитные токи, не участвующие в выполнении полезной работы. Мощность этих токов называют реактивной.

На индуктивных и ёмкостных нагрузках часть электроэнергии рассеивается в виде тепла, а часть препятствует выполнению полезной работы.

К устройствам с индуктивными нагрузками относятся:

  • электромоторы;
  • дроссели;
  • трансформаторы;
  • электромагнитные реле и другие устройства, содержащие обмотки.

Ёмкостными сопротивлениями обладают конденсаторы.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.

Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению (см. рис.1).

При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 5 Рис. 1. Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой

Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно запомнить:

  • резистор потребляет исключительно активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
  • катушки индуктивности провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают её в виде магнитных полей;
  • Ёмкостные элементы (конденсаторы) являются причиной появления реактивных сопротивлений.

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную мощность и её составляющие в виде векторов (см. рис. 2). Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющей присвоим символы P и Q, соответственно. Поскольку вектор S является суммой составляющих тока, то, по правилу сложения векторов, образуется треугольник мощностей.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 6 Рис. 2. коэффициент мощности

Применяя теорему Пифагора, вычислим модуль вектора S:

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 7

Отсюда можно найти реактивную составляющую:

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 8Реактивная составляющая

Выше мы уже упоминали, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выражать через cos φ. По определению cos φ = P/S. Данную величину называют коэффициентом мощности и обозначают Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить эффективность работы тока. Данная величина находится в промежутке от 0 до 1.

Если угол сдвига фаз принимает нулевое значение, то cos φ = 1, а это значит что P = S, то есть полная мощность состоит только из активной мощности, а реактивность отсутствует. При сдвиге фаз на угол π/2 , cos φ = 0, откуда следует, что в цепи господствуют только реактивные токи (на практике такая ситуация не возникает).

Из этого можно сделать вывод: чем ближе к 1 коэффициент Pf , тем эффективнее используется ток. Например, для синхронных генераторов приемлемым считается коэффициент от 0,75 до 0,85.

Формулы

Поскольку реактивная мощность зависит от угла φ, то для её вычисления применяется формула: Q = UI×sin φ. Единицей измерения реактивной составляющей является вар или кратная ей величина – квар.

Активную составляющую находят по формуле: P = U*I×cosφ. Тогда

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 9

Зная коэффициент Pf (cos φ), мы можем рассчитать номинальную мощность потребителя тока по его номинальному напряжению, умноженному на значение силы потребляемого тока.

Способы компенсации

Мы уже выяснили, как влияют реактивные токи на работу устройств и оборудования с индуктивными или ёмкостными нагрузками. Для уменьшения потерь в электрических сетях с синусоидальным током их оборудуют дополнительными устройствами компенсации.

Принцип действия установок компенсации основан на свойствах индуктивностей и ёмкостей по сдвигу фаз в противоположные стороны. Например, если обмотка электромотора сдвигает фазу на угол φ, то этот сдвиг можно компенсировать конденсатором соответствующей ёмкости, который сдвигает фазу на величину – φ. Тогда результирующий сдвиг будет равняться нулю.

На практике компенсирующие устройства подключают параллельно нагрузкам. Чаще всего они состоят из блоков конденсаторов большой ёмкости, расположенных в отдельных шкафах. Одна из таких конденсаторных установок изображена на рисунке 3. На картинке видно группы конденсаторов, используемых для компенсации сдвигов напряжений в различных устройствах с индуктивными обмотками.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 10Рис. 3. Устройство компенсации

Компенсацию реактивной мощности ёмкостными нагрузками хорошо иллюстрируют графики на рисунке 4. Обратите внимание на то, как эффективность компенсации зависит от напряжения сети. Чем выше сетевое напряжение, тем сложнее компенсировать паразитные токи (график 3).

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 11Рис. 4. Компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторов

Устройства компенсации часто устанавливаются в производственных цехах, где работает много устройств на электроприводах. Потери электричества при этом довольно ощутимы, а качество тока сильно ухудшается. Конденсаторные установки успешно решают подобные проблемы.

Нужны ли устройства компенсации в быту?

На первый взгляд в домашней сети не должно быть больших реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают электрическая техника с резистивными нагрузками:

  • электрочайник (Pf = 1);
  • лампы накаливания (Pf = 1);
  • электроплита (Pf = 1) и другие нагревательные приборы;

Коэффициенты мощности современной бытовой техники, такой как телевизор, компьютер и т.п. близки к 1. Ими можно пренебречь.

Но если речь идёт о холодильнике (Pf = 0,65), стиральной машине и микроволновой печи, то уже стоит задуматься об установке синхронных компенсаторов. Если вы часто пользуетесь электроинструментом, сварочным аппаратом или у вас дома работает электронасос, тогда установка устройства компенсации более чем желательна.

Экономический эффект от установки таких устройств ощутимо скажется на вашем семейном бюджете. Вы сможете экономить около 15% средств ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы не электроэнергию.

Попутно вы решите следующие вопросы:

  • уменьшение нагрузок на индуктивные элементы и на проводку;
  • улучшение качества тока, способствующего стабильной работе электронных устройств;
  • понижение уровня высших гармоник в бытовой сети.

Для того чтобы ток и напряжение работали синфазно, устройства компенсации следует размещать как можно ближе к потребителям тока. Тогда реальная отдача индуктивных электроприёмников будет принимать максимальные значения.

http://www.asutpp.ru/reaktivnaya-moschnost.html

Емкостная компенсация

Компенсация реактивной мощности, достигаемая при помощи дополнительной емкостной нагрузки, называется емкостной компенсацией. Данный тип компенсации является традиционным для тяговых подстанций переменного тока в РФ, где таким способом удается существенно повысить эффективность работы оборудования и снизить потери.

К примеру, пропускная способность железнодорожного электротранспорта значительно повышается благодаря именно емкостной компенсации реактивной мощности, то есть путем применения конденсаторных установок. А поскольку напряжение сети так или иначе изменяется, то и конденсаторные установки должны быть регулируемыми. Емкостная компенсация бывает продольной, поперечной и продольно-поперечной, что подробно раскроем далее по тексту.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 12

Поперечная емкостная компенсация — КУ

Под поперечной емкостной компенсацией понимают уменьшение реактивной компоненты тока благодаря подключению непосредственно рядом с нагрузкой дополнительного источника реактивной мощности. Настраиваемые конденсаторные установки включают в себя не только конденсаторы, но еще и реакторы, включенные последовательно или параллельно с конденсаторами. Установки со ступенчатым регулированием позволяют отключать и включать отдельные ступени конденсаторов или вообще изменять схему соединения установки.

Регулируемые конденсаторные установки с реакторами

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 13

Если параллельно конденсаторной батарее подключен регулируемый реактор, то общая реактивная мощность такой конденсаторной установки будет равна разности реактивных мощностей реактора и емкости. В частности, если реактивная мощность батареи конденсаторов равна реактивной мощности реактора, то установка в целом вообще не будет вырабатывать реактивной мощности.

Регулируя параметры реактора, уменьшая его мощность, повышают соответственно реактивную мощность, генерируемую всей конденсаторной установкой. Настройка состояния реактора осуществляется за счет регулировки насыщения стали магнитопровода, когда он поперечно или продольно подмагничивается постоянным током. Сегодня поперечное подмагничивание реакторов уже не применяют в силу нерентабельности такого подхода.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 15

На сегодняшний день почти везде в сетях, начиная от 35кВ, регулирование реакторов производят тиристорами. Величину тока реактора от ноля до номинала задают в таких схемах через угол отпирания тиристоров. Данный способ управления реакторами является достаточно надежным, хотя и сопряжен с наличием высших гармоник, которые приходится устранять фильтрами нечетных гармоник.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 16

Чтобы снизить напряжение, с которым работают здесь тиристоры, применяют реактор-трансформатор либо включают и конденсаторную батарею и схему с тиристорами через понижающий трансформатор (автотрансформатор).

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 17

На рисунке приведена схема статического тиристорного компенсатора с реакторной группой, который управляется тиристорами и имеет фильтрокомпенсирующие цепи. В целом компенсатор включает в себя:

однофазную тиристорно-реакторную группу, позволяющую плавно регулировать реактивную мощность;

фильтрокомпенсирующую цепь, служащую фильтром высших гармоник и источником реактивной мощности;

ФНЧ, снижающий разрушительное для тиристорного компенсатора действие резонансных явлений.

Кроме того, в состав статического компенсатора входит система управления и защиты, состоящая из блоков управления тиристорами и релейной защиты, а также модуля охлаждения тиристоров.

Установки со ступенчатым регулированием

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 18

Установка со ступенчатой регулировкой включает в себя несколько секций, чтобы при необходимости отрегулировать ток, напряжение или реактивную мощность, можно было бы отключить или подключить ту или иную секцию. Установка содержит конденсаторную батарею, реактор, демпферную цепь и главный выключатель.

Самое главное при проектировании конденсаторной установки со ступенчатым регулированием — грамотно организовать ограничение перенапряжений и токов в моменты подключения и отключения секций. Переходные процессы — фактор пониженной надежности таких установок.

Продольная емкостная компенсация — УПК

Чтобы уменьшить влияние индуктивной составляющей тяговой сети и трансформатора на напряжение токоприемников электровозов, применяют установки продольной емкостной компенсации, то есть включают последовательно с ними емкости.

На тяговых подстанциях России установки продольной компенсации ставят в отсасывающие линии, где данные установки повышают напряжение, помогают устранить эффекты опережения или отставания фаз, способствуют симметрии напряжений при равных токах в плечах, понижают класс напряжения оборудования и вообще упрощают конструкцию установки.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 19

На рисунке представлена одна из таких секций. Здесь через конденсаторы и резистор, через тиристорный ключ, напряжение подается на соединенные последовательно низковольтные обмотки двух трансформаторов. Высоковольтные обмотки этих трансформаторов соединены встречно. В момент короткого замыкания напряжение на конденсаторах установки нарастает. И как только напряжение достигнет уровня уставки, тиристорный ключ открывается, тут же зажигается дуга в разряднике, и продолжает гореть, пока через долю секунды не замкнется вакуумный контактор.

Такие установки помогают снизить колебания напряжения на токоприемниках и сделать напряжения шин симметричными. К недостаткам относятся более тяжелые условия эксплуатации конденсаторов, в связи с чем установкам такого рода требуется сверхбыстродействующая защита. Лучше всего использовать УПК совместно с КУ.

http://electricalschool.info/main/elsnabg/2043-emkostnaya-kompensaciya.html

Компенсация реактивной мощности в теории

Компенсация реактивной мощности (КРМ). Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности, потребляемой нагрузкой, составляющей, которая формирует электромагнитные поля 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 (резистивный) 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.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 20Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 21Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 22

Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой

1. Iа — активный ток
2. Iри — реактивный ток индуктивного характера

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 23

К этим токам привязаны мощности потребляемые двигателем.

  1. Р – активная мощность привязана к Iа(по всем гармоникам суммарно)
  2. Q – реактивная мощность привязана к Iри(по всем гармоникам суммарно)
  3. A – полная мощность потребляемая двигателем. (по всем гармоникам суммарно)

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 (φ)

Cos (φ) = P1гарм/ A1гарм

P1гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц
А1гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц
где,

Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий сos (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 для 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 80-85% 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.

Трансформатор как потребитель реактивной мощности. Трансформатор является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от электростанции до потребителя. В зависимости от расстояния между электростанцией и потребителем и от схемы передачи электроэнергии число ступеней трансформации лежит в пределах от двух до шести. Поэтому установленная трансформаторная мощность обычно в несколько раз превышает суммарную мощность генераторов энергосистемы. Каждый трансформатор сам является потребителем реактивной мощности. Реактивная мощность необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую.

Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 60-65% всей реактивной мощности нагрузок энергосистемы. По принципу действия асинхронный двигатель подобен трансформатору. Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя– статора передаётся во вторичную– ротор посредствам магнитного поля.

Индукционные печи как потребители реактивной мощности. К крупным электроприемникам, требующим для своего действия большой реактивной мощности, прежде всего, относятся индукционные печи промышленной частоты для плавки металлов. По существу эти печи представляют собой мощные, но не совершенные с точки зрения трансформаторостроения трансформаторы, вторичной обмоткой которых является металл (садка), расплавляемый индуктированными в нём токами.

Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей, также относятся к крупным потребителям реактивной мощности. Выпрямительные установки нашли широкое применение в промышленности и на транспорте. Так, установки большей мощности с ртутными преобразователями используются для питания электроизоляционных ванн, например при производстве алюминия, каустической соды и др. Железнодорожный транспорт в нашей стране почти полностью электрифицирован, причём значительная часть железных дорог использует постоянный ток преобразовательных установок.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях

Смотрите также: Конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности (КРМ)

С другой стороны, элементы распределительной сети(линии электропередачи, повышающие и понижающие трансформаторы) в силу особенностей конструктивного исполнения имеют продольное индуктивное сопротивление. Поэтому, даже для нагрузки потребляющей только активную мощность, в начале распределительной сети будет иметь место индуктивная составляющая– реактивная мощность. Величина этой реактивной мощности зависит от индуктивного сопротивления распределительной сети и полностью расходуется на потери в элементах этой распределительной сети.
Действительно, для простейшей схемы:

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 25

Р– активная мощность в центре питания,
Рн– активная мощность на шинах потребителя,
R – активное сопротивление распределительной сети,
Q – реактивная мощность в центре питания,
Qн– реактивная мощность на шинах потребителя.
U – напряжение в центре питания,
Uн– напряжение на шинах потребителя,
Х– индуктивное сопротивление распределительной сети.

В результате, независимо от характера нагрузки, по распределительной сети от источника питания будет передаваться реактивная мощностьQ. При двигательном характере нагрузки ситуация ухудшается– значения мощности в центре питания увеличивается и становится равными:

Р= Рн + ( Рн² + Qн² ) * R / Uн²;
Q = Qн + ( Рн² + Qн² ) * X / Uн².

Передаваемая от источника питания к потребителю реактивная мощность имеет следующие недостатки:

В распределительной сети возникают дополнительные потери активной мощности – потери при транспорте электрической энергии:
∆Р= ( Рн² + Qн² ) * R ,
часть которых(а иногда и значительную) составляют потери от транспорта реактивной мощности.

Величина напряжения у потребителя, а, следовательно, и качество электрической энергии, снижается:
Uн= U – ( P * R + Q * X ) / U .

Увеличивается загрузка распределительной сети током, что лишает потребителя возможности перспективного развития.

Таким образом, транспортировка реактивной мощности по распределительным сетям от центров питания к потребителям превращается в сложную технико-экономическую проблему, затрагивающую как вопросы экономичности так и вопросы надежности систем электроснабжения.

Классическим решением данной проблемы в распределительных сетях является компенсация реактивной мощности у потребителя путём установки у него дополнительных источников реактивной мощности– потребительских статических конденсаторов.

Тэги: реактивная мощность, компенсация реактивной мощности, КРМ

http://kvar.su/teoriia-reaktivnoi-moshchnosti/

Что такое реактивная мощность и как с ней бороться

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 26Физика процесса и практика применения установок компенсации реактивной мощности

Чтобы разобраться с понятием реактивной мощности, вспомним сначала, что такое электрическая мощность. Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость генерации, передачи или потребления электрической энергии в единицу времени.

Чем больше мощность, тем большую работу может совершить электроустановка в единицу времени. Измеряется мощность в ваттах (произведение Вольт х Ампер). Мгновенная мощность – это произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-то участке электрической цепи.

Физика процесса

В цепях постоянного тока значение мгновенной и средней мощности за какой-то промежуток времени совпадают, а понятие реактивной мощности отсутствует. В цепях переменного тока так происходит только в том случае, если нагрузка чисто активная. Это, например, электронагреватель или лампа накаливания. При такой нагрузке в цепи переменного тока фаза напряжения и фаза тока совпадают и вся мощность передается в нагрузку.

Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели), то ток отстает по фазе от напряжения, если нагрузка емкостная (различные электронные устройства), то ток по фазе опережает напряжение. Поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе (реактивная нагрузка), то в нагрузку (потребителю) передается только часть мощности (полной мощности), которая могла бы быть передана в нагрузку, если бы сдвиг фаз был равен нулю (активная нагрузка).

Активная и реактивная мощности

Часть полной мощности, которую удалось передать в нагрузку за период переменного тока, называется активной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между ними (cos φ ).

Мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение, называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между ними (sin φ).

Таким образом, реактивная мощность является величиной характеризующей нагрузку. Она измеряется в вольт амперах реактивных (вар, var). На практике чаще встречается понятие косинус фи, как величины характеризующей качество электроустановке с точки зрения экономии электроэнергии.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 27

Действительно, чем выше cos φ, тем больше энергии, подаваемой от источника, попадает в нагрузку. Значит можно использовать менее мощный источник и меньше энергии пропадает зря.

Реактивная мощность бытовых потребителей

Итак, потребители переменного тока имеют такой параметр, как коэффициент мощности cosφ.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 28

На графике ток сдвинут на 90° (для наглядности), то есть на четверть периода. Например, электрооборудование имеет cosφ = 0,8, что соответствует углу arccos 0,8 ≈ 36.8°. Этот сдвиг происходит из-за наличия в потребителе электроэнергии нелинейных компонентов – ёмкостей и индуктивностей (например, обмотки электродвигателей, трансформаторов и электромагнитов).

Для дальнейшего понимания происходящего требуется учет того факта, что, чем выше коэффициент мощности (максимум 1), тем более эффективно потребитель использует получаемую из сети электроэнергию (то есть большее количество энергии преобразуется в полезную работу) – такую нагрузку называют резистивной.

При резистивной нагрузке ток в цепи совпадает с напряжением. А при низком коэффициенте мощности нагрузку называют реактивной, то есть часть потребляемой мощности не совершает полезной работы.

Таблица ниже демонстрирует классификацию потребителей по коэффициенту мощности.

Классификация потребителей переменного тока

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 29

Следующая таблица демонстрирует коэффициент мощности распространённых в быту потребителей электроэнергии.

Коэффициент мощности бытовых электроприборов

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 30

Юмор электрика

Что такое реактивная мощность? Все очень просто!

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 31

Способы компенсации реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 32Из сказанного выше вытекает, если нагрузка индуктивная, то следует компенсировать ее с помощью емкостей (конденсаторов) и наоборот емкостную нагрузку компенсируют с помощью индуктивностей (дросселей и реакторов). Это помогает увеличить косинус фи (cos φ) до приемлемых значений 0.7-0.9. Этот процесс называется компенсацией реактивной мощности.

Экономический эффект от компенсации реактивной мощности

Экономический эффект от внедрения установок компенсации реактивной мощности может быть очень большим. По статистике он составляет от 12 до 50% от оплаты электроэнергии в различных регионах России. Установка компенсации реактивной мощности окупается не более чем за год.

Для проектируемых объектов внедрение конденсаторной установки на этапе разработки позволяет экономить на стоимости кабельных линий за счет снижения их сечения. Автоматическая конденсаторная установка, например, может поднять cos φ с 0.6 до 0.97.

Выводы

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 34Итак, установки по компенсации реактивной мощности приносят ощутимые финансовые выгоды. Они также позволяют дольше сохранять оборудование в рабочем состоянии.

Вот несколько причин, по которым это происходит.

1. Уменьшение нагрузки на силовые трансформаторы, увеличение в связи с этим срока их службы.

2. Уменьшение нагрузки на провода и кабели, возможность использования кабелей меньшего сечения.

3. Улучшение качества электроэнергии у электроприемников.

4. Ликвидация возможности штрафов за снижение cos φ.

5. Уменьшение уровня высших гармоник в сети.

6. Снижение уровня потребления электроэнергии.


http://electrik.info/main/school/333-chto-takoe-reaktivnaya-moschnost-i-kak-s-ney-borotsya.html

Увеличение энергоэффективности путем компенсации реактивной мощности

Мы работаем
по всей России

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 36

Необходимость увеличения энергоэффективности промышленного производства становится все более актуальной. Это обусловлено все большим дефицитом и увеличением стоимости энергоресурсов, ростом объемов производства и в конце концов необходимостью увеличения конкурентоспособности предприятия за счет уменьшения энергоемкости производства.

Большинство промышленных потребителей электроэнергии наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и является бесполезной. Наличие в электросети реактивной мощности снижает качество электроэнергии, приводит к увеличению платы за электроэнергию, дополнительным потерям и перегреву проводов, перегрузке подстанций, необходимости завышения мощности силовых трансформаторов и сечения кабелей, просадкам напряжения в электросети.

В настоящее время нагрузкой электрической сети переменного тока промышленных предприятий в основном являются асинхронные двигатели и распределительные трансформаторы, имеющие значительную индуктивность. Поэтому данные устройства в процессе работы за счет ЭДС самоиндукции генерируют реактивную мощность, которая, совершая колебательные движения от нагрузки к источнику (генератору) и обратно, распространяется по сети.

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.

Потребителя обычно интересует активная мощность в нагрузке, которая и определяет полезную работу. Генерация нагрузкой реактивной мощности повышает полную мощность, проходящую по сети. Полная мощность (S) равна корню из геометрической суммы P — активной мощности и Q — реактивной мощности.

Генерация реактивной мощности нагрузкой сопровождается отрицательными явлениями, такими как:

  • повышение активных потерь (т. к. величина полной мощности повышается);
  • снижение нагрузочной способности (т. к. увеличивается токовая нагрузка на питающий кабель и распределительный трансформатор);
  • большее падение напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Хотя на выработку реактивной мощности не тратится энергия генератора, но для передачи ее по сети требуется дополнительная, активная энергия генератора. Дополнительный реактивный ток, проходя по сети, вызывает не только активные потери мощности в проводах сети и генератора, но и уменьшает допустимую активную составляющую тока питающей сети, т. к. сечение питающего кабеля рассчитано под максимальную нагрузку. Уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом характеризуется коэффициентом мощности cos φ — это численное отношение активной мощности к полной мощности: cos φ = P/S. Например: cos φ асинхронных двигателей составляет примерно 0,7; cos φ сварочных трансформаторов — примерно 0,4; cos φ станков не превышает 0,5 и т. д. Поэтому полное использование мощностей сети возможно только при компенсации реактивной составляющей мощности.

К чему приводит отсутствие компенсации реактивной мощности у потребителей

  • У трансформаторов при уменьшении cos φ уменьшается пропускная способность по активной мощности вследствие увеличения реактивной нагрузки.
  • Увеличение полной мощности при снижении cos φ 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 cos φ 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.

Применение емкостных компенсаторов реактивной мощности позволяет снизить объем потребляемой индуктивной реактивной мощности и добиться экономического эффекта в вопросах энергосбережения. Существует несколько способов снижения реактивной мощности, однако применение для этих целей именно конденсаторных установок представляется наиболее предпочтительным. Конденсаторные установки имеют малые потери, просты в наладке и эксплуатации, их можно подключить в любой точке электросети. С их помощью можно компенсировать практически любой объем реактивной мощности.

Принцип работы емкостного компенсатора реактивной мощности заключается в том, что реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами — индуктивными обмотками нагрузки и емкостным компенсатором. При этом для снижения потерь, вызываемых перетоком реактивной мощности, необходимо компенсатор располагать как можно ближе к нагрузке.

В качестве коммутирующего элемента в конденсаторных установках могут применяться контакторы или тиристоры.

Контакторные конденсаторные установки получили наиболее широкое распространение в силу более простой реализации и низкой стоимости по сравнению с тиристорными (статическими) конденсаторными установками. Однако на промышленных предприятиях довольно часто нагрузка имеет резкопеременный характер, в таких случаях контакторные компенсаторы малоэффективны из-за недостаточного быстродействия механики контакторов. Более того, контакторы имеют ограниченное расчетное количество срабатываний, что при интенсивных переключениях приводит к преждевременному выходу из строя компенсатора.

Указанных выше недостатков контакторных компенсаторов лишены тиристорные компенсаторы реактивной мощности. Тиристоры обладают гораздо большим быстродействием, что позволяет выполнять компенсацию реактивной мощности в условиях быстропеременной нагрузки. А также не имеют ограничений на количество переключений, так как являются полностью электронными элементами, без движущихся механических частей. А то, что коммутация конденсаторов в тиристорных конденсаторных установках происходит при нулевом значении тока, значительно увеличивает срок службы как конденсаторных батарей, так и всей установки в целом.

НПП «РУМИКОНТ» производит тиристорные компентаторы реактивной мощности (ТКРМ) в диапазоне 50 . 1000 кВАр для трехфазных электрических сетей 380 В и 660 В.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 38

Тиристорный компенсатор ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4

номинальная мощность 500 кВАр,

напряжение питания 380 В, номинальный потребляемый ток 750 А

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 39

Тиристорный компенсатор ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4

(компоновка шкафов — вид спереди)

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 40

Тиристорный компенсатор ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4

(компоновка шкафов — вид сзади)

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 41

Модуль тиристорного компенсатора мощностью 120 кВАр

Состав: емкости компенсации, предохраниети, тиристоры,

формирователь импульсов управления тиристорами,

ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4 является законченным комплектным устройством, однако требует подключения трансформаторов тока по двум фазам для измерения и регулирования мощности. Состоит из системы управления, панели индикации, четырех регулируемых блоков и одного нерегулируемого блока с конденсаторами.

Тиристорный компенсатор реактивной мощности укомплектован вводным автоматическим выключателем, обеспечивающим защиту ТКРМ от сверхтоков, а также защиту оборудования подстанции от внутренних коротких замыканий в ТКРМ.
Каждый из конденсаторных блоков снабжен дополнительно предохранителями, установленными в двух фазах. Предохранители обеспечивают селективную защиту ТКРМ от сверхтоков внутри отдельных блоков. Защита от перенапряжений осуществляется блоком варисторов, которым укомплектован стационарный блок. Микропроцессорная система управления укомплектована внутренними датчиками, позволяющими отследить пропадание напряжения собственных нужд и отключить ТКРМ.

На панели индикации отображаются следующие параметры:

  • линейное напряжение a-b, В;
  • линейное напряжение b-c, В;
  • ток нагрузкм фазы а, А;
  • ток нагрузки фазы с, А;
  • ток конденсаторной батареи фазы а;
  • ток конденсаторной батареи фазы с;
  • коэффициент мощность (cos φ);
  • реактивная мощность, вКАр;
  • активная мощность, кВт;
  • полная мощность, кВА.

В современных сетях электроснабжения из-за нелинейности нагрузки (например при работе импульсных стабилизаторов и преобразователей электроэнергии) возникают высшие гармоники тока, которые по своей величине часто становятся соизмеримыми с основной гармоникой. Конденсаторы установок компенсации реактивной мощности в совокупности с индуктивностью нагрузки могут образовывать колебательные контуры, близкие по частоте резонанса к частоте одной из высших гармоник. Это приводит к значительному увеличению тока конденсаторов и существенно сокращает их срок службы. Перенапряжения, возникающие при резонансе на элементах конденсаторной установки и нагрузки могут привести к пробою изоляции. Для устранения подобных проблем, а также для оптимизации характеристик компенсатора, до внедрения ТКРМ выполняется исследование электросети заказчика. Для подавления резонансов применяются реакторы, настроенные на частоту наиболее значительных гармоник.

Ниже приведены реальные результаты исследования электросети потребителя до и после внедрения ТКРМ.

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 42

Суточный график потребления активной (P) и реактивной (Q) мощности производственного участка

до внедрения компенсатора реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 43

Суточный график коэффициента мощности (cos φ) производственного участка

до внедрения компенсатора реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 44

Суточный график потребления активной (P) и реактивной (Q) мощности производственного участка

после внедрения компенсатора реактивной мощности

Компенсация реактивной мощности при емкостной нагрузке - картинка 45

Суточный график коэффициента мощности (cos φ) производственного участка

после внедрения компенсатора реактивной мощности

Технические характеристики моделей тиристорных компенсаторов реактивной мощности

http://rumikont.com/articles/uvelichenie-energoeffektivnosti-putem-kompensatsii-reaktivnoy-moshchnosti/

Литература

  1. Все о пожарной безопасности юридических лиц и индивидуальных предпринимателей. — М.: Альфа-пресс, 2010. — 480 c.
  2. Лебедева, С. Н. Международный коммерческий арбитраж. Комментарий законодательства / Под редакцией А.С. Комарова, С.Н. Лебедева, В.А. Мусина. — М.: Редакция журнала «Третейский суд», 2014. — 416 c.
  3. Смолина, Л. В. Защита деловой репутации организации / Л.В. Смолина. — М.: Дашков и Ко, БизнесВолга, 2010. — 160 c.
  4. Ганапольский Правосудие для дураков, или Самые невероятные судебные иски и решения / Ганапольский, Матвей. — М.: АСТ, 2017. — 416 c.
  5. Толкушкин, А.В. Налогообложение физических лиц при операциях с недвижимостью / А.В. Толкушкин. — М.: ЮРИСТЪ, 2000. — 344 c.

Добавить комментарий

Мы в соцсетях

Подписывайтесь на наши группы в социальных сетях