Компенсация реактивной мощности

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/electro-scooterz.ru/data/www/electro-scooterz.ru/wp-content/plugins/fotorama/fotorama.php on line 73

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/electro-scooterz.ru/data/www/electro-scooterz.ru/wp-content/plugins/fotorama/fotorama.php on line 74

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/electro-scooterz.ru/data/www/electro-scooterz.ru/wp-content/plugins/fotorama/fotorama.php on line 73

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/electro-scooterz.ru/data/www/electro-scooterz.ru/wp-content/plugins/fotorama/fotorama.php on line 74

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/electro-scooterz.ru/data/www/electro-scooterz.ru/wp-content/plugins/fotorama/fotorama.php on line 73

Warning: Undefined array key 9 in /var/www/electro-scooterz.ru/data/www/electro-scooterz.ru/wp-content/plugins/fotorama/fotorama.php on line 74

Введение

До сих пор обсуждалась компенсация реактивной мощности в первом и втором квадрантах системы координат. В последнее время всё чаще промышленные предприятия, к примеру, на которых сжигается древесная пыль, используют генераторы с приводом от паровых машин, работающие параллельно сети.

В этой главе рассматриваются технические и экономические аспекты, относящиеся к требуемому коэффициенту мощности или величине реактивной энергии, которая должна оплачиваться. Если генераторы подают активную энергию обратно к поставщику, это означает, что речь идёт о 4-квадрантной работе. При этом возникают новые аспекты, относящиеся к тарификации потребления реактивной энергии. Как показано далее, тариф, требующий обеспечения среднего коэффициента мощности cosφ = 0,9 (отстающий) (см. главу 4), становится некорректным.

Также разъясняется, что понятия «коэффициент мощности» (cosφ) и «реактивная мощность» (Q) характеризуют совершенно разные электрофизические величины. Это можно выразить следующим неравенством:

cosφ ≠ Q ≠ cosφ

То есть коэффициент мощности — это отнюдь не то же самое, что реактивная мощность и наоборот.

Основные понятия о коэффициенте мощности

Значение коэффициента мощности (наряду, разумеется, с другими показателями) демонстрирует, насколько эффективно предприятие использует электроэнергию. С помощью коэффициента мощности можно определить количество полезной работы, которая получена с помощью общего количества потребляемой энергии. Коэффициент мощности определяет отношение полезной мощности, резистивной по своей природе и измеряемой в кВт, к полной электрической мощности, часто называемой кажущейся мощностью и измеряемой в кВА.

Коэффициент мощности 1,00 или единица означает, что вся мощность, потребляемая предприятием, идёт на полезную работу, например, на питание электронагревателей и ламп накаливания, которые имеют коэффициент мощности, близкий к единице. С другой стороны, имеются реактивные устройства, то есть устройства, использующие индуктивности или конденсаторы (электродвигатели, трансформаторы и т.п.), значительная часть мощности, необходимой для их работы, идёт на создание электромагнитного поля, а не на полезную работу. Эту часть электрической мощности обычно называют реактивной мощностью. Соотношение между полной мощностью (кВА), активной или полезной мощностью (кВт) и реактивной мощностью (кВАр) определяется выражением, приведённым ниже. Эффективный коэффициент мощности может быть меньше при наличии нелинейных устройств (полупроводниковых или импульсных источников питания, регулируемых приводов, приводов постоянного тока) и гармонических искажений, которые производят такие устройства. Гармонические искажения, по сути, преобразуют часть полезной энергии в энергию колебаний высоких частот, которая не может быть полезной для большинства устройств и которая, в конце концов, теряется, превращаясь в тепло. Следовательно, наличие гармонических искажений дополнительно уменьшает эффективный коэффициент мощности.

Обычно электродвигатели, которые работают при полной номинальной нагрузке (например, двигатель с номинальной мощностью 100 л.с. производит работу с мощностью 100 л.с.) имеют коэффициент мощности от 0,90 до 0,95. А если такой же двигатель не нагружен, значение его коэффициента мощности может составлять 0,30 или меньше. К примеру, электродвигатели в больших машинах с гидроприводом, таких как машины для литья пластмассы, работают большую часть времени малонагруженном состоянии и имеют общий коэффициент мощности около 0,60.

Значение коэффициента мощности 0,60 означает, что для получения полезной работы с мощностью 100 кВт требуется полная или кажущаяся мощность 167 кВА. При напряжении 480 В значение тока составит 347 А. Установка оборудования коррекции коэффициента мощности для получения значения 0,95 уменьшит полную мощность до 105 кВА, а ток – до 219 А, то есть на 37%.

Здесь находится первый резерв энергосбережения. Как оценить его потенциал?

Как известно, существует несколько видов компенсации РМ:

• единичная;
• групповая;
• общая, (централизованная).

Рассмотрим единичную компенсацию трех основных электроприемников РМ:

• силовые трансформаторы;
• сварочные аппараты;
• электродвигатели.

При единичной компенсации силового трансформатора компенсируется только реактивная мощность холостого хода трансформатора. Для трехфазных трансформаторов, в зависимости от их мощности, компенсируемая мощность составляет от 3-х до 10% от номинальной мощности трансформатора(см.талб.1).

Следовательно потенциал энергосбережения одного силового трансформатора при единичной компенсации в зависимости от его мощности составляет 3-10%.

При единичной компенсации сварочных аппаратов мощность конденсаторов составляет от 30 до 40% от его полной мощности.

Следовательно, потенциал энергосбережения сварочных аппаратов при единичной компенсации составляет 30-40%.

При единичной компенсации электродвигателей реактивная мощность конденсаторов должна соответствовать току холостого ходя электродвигателя (см.Табл.2)

При единичной компенсации электродвигателей мощность конденсаторов составляет от 30 до 40% от его полной мощности.

Следовательно, потенциал энергосбережения электродвигателей при единичной компенсации составляет 30-40%.

Таким образом, при единичной компенсации достигается максимальный эффект энергосбережения, поскольку компенсируется каждый повышенный источник потребления РМ в сети предприятия. При ограниченной мощности, передаваемой от ЭСО к потребителю эти меры дают совокупный эффект экономии электроэнергии в размере 10-20%.

Но экономически невыгодно ставить конденсаторную установку возле каждого электродвигателя, поэтому используют групповую компенсацию, которая компенсирует, например один отходящий фидер от трансформаторной подстанции. Эта мера позволяет компенсировать РМ, потребляемую группой потребителей. Хотя она не так эффективна, как единичная, но позволяет достаточно эффективно управлять потреблением РМ. 

В этом случае экономия электроэнергии составляет 5-10%. Если рассматривать групповую компенсацию с точки зрения соотношения: инвестиции/экономия энергии, то это самый оптимальный способ сокращения затрат на потребление электроэнергии.

Представляет интерес оценка технико-экономической эффективности повышения к-та мощности Cos Fi у потребителей средствами компенсации РМ (при допущении, что потребляемая активная мощность является постоянной)

В Табл.3 приведены результаты снижения нагрузки (полной мощности), а также потерь активной мощности в реальной сети предприятия до и после компенсации:

Табл. 3 Снижение потерь активной мощности

Tg Fi (Cos Fi) до компенсации	Tg Fi (Cos Fi) после компенсации	Снижение полной мощности в %	Снижение потерь активной мощности в %
2,24 (0,4)	0,5 (0,89)	54,42	79,23
2,0 (0,46)	0,5 (0,89)	50,00	75,00
1,0 (0,71)	0,5 (0,89)	20,94	37,5
0,8 (0,77)	0,5 (0,89)	12,7	23,78
0,6 (0,86)	0,5 (0,89)	4,13	8,09
1,0 (0,71)	0,4 (0,93)	23,84	42,0
0,8 (0,77)	0,4 (0,93)	15,90	29,2
0,6 (0,86)	0,4 (0,93)	7,65	14,71
1,0 (0,71)	0,35 (0,94)	25,08	43,88
0,8 (0,77)	0,35 (0,94)	17,27	31,55
0,6 (0,86)	0,35 (0,94)	9,15	17,46

Смысл реактивной нагрузки

В электрической цепи с реактивной нагрузки фаза тока и фаза напряжения не совпадают во времени. В зависимости от характера подключенного оборудования напряжение либо опережает ток (в индуктивности), либо отстаёт от него (в ёмкости). Для описания вопросов используют векторные диаграммы. Здесь одинаковое направление вектора напряжения и тока указывает на совпадение фаз. А если вектора изображены под некоторым углом, то это и есть опережение или отставание фазы соответствующего вектора (напряжения или тока). Давайте рассмотрим каждый из них.

В индуктивности напряжение всегда опережает ток. «Расстояние» между фазами измеряется в градусах, что наглядно иллюстрируется на векторных диаграммах. Угол между векторами обозначается греческой буквой «Фи».

В идеализированной индуктивности угол сдвига фаз равен 90 градусов. Но в реальности это определяется полной нагрузкой в цепи, а в реальности не обходится без резистивной (активной) составляющей и паразитной (в этом случае) емкостной.

В ёмкости ситуация противоположна – ток опережает напряжение, потому что индуктивность заряжаясь потребляет большой ток, который уменьшается по мере заряда. Хотя чаще говорят, что напряжение отстаёт от тока.

Если сказать кратко и понятно, то эти сдвиги можно объяснить законами коммутации, согласно которым в ёмкости напряжение не может изменится мгновенно, а в индуктивности – ток.

Определение коэффициента мощности

Коэффициент мощности – это отношение активной или полезной мощности, измеряемой в кВт, к полной мощности (активной и реактивной), измеряемой в кВА. Полная мощность, потребляемая индуктивной нагрузкой, представляет собой векторную сумму активной (кВт) и реактивной (кВА). Коэффициент реактивной мощности – это косинус угла между этими двумя величинами.

Значение коэффициента мощности теоретически может меняться от 1 до 100%, при значении 100% (единичный коэффициент мощности) вся мощность является активной. Значение 0% говорит о том, что вся потребляемая мощность является реактивной, при этом никакие двигатели не могут вращаться и не может выполняться другая полезная работа. Энергоснабжающие компании должны поставлять полную мощность (кВА), а потребители получают полезную работу только от активной мощности (кВт)

Поэтому важно иметь высокий коэффициент мощности. Реактивная мощность, потребляемая электрическим оборудованием, таким как трансформаторы, электродвигатели, сварочные установки и статические преобразователи, является дополнительной нагрузкой для генераторов, линий передачи, выключателей и кабелей

Она может также стать причиной значительных потерь из-за теплового рассеяния.

Основные компоненты УКРМ

Что такое коэффициент мощности

Для компенсации индуктивной составляющей реактивной мощности применяют конденсаторные установки. Иногда их объединяют в целые батареи и оснащают различной коммутирующей аппаратурой. Она необходима для автоматического переключения конденсаторов с целью повышения или понижения конечной ёмкости батареи. Дополнительно требуется к.л. измерительный прибор для отслеживания коэффициента мощности cosф и прочих параметров УКРМ. На сегодняшний день такие контроллеры выполняются на основе микропроцессоров, которые делают всю работу без вмешательства человека.

Конденсаторный компенсатор

Ёмкостная составляющая компенсируется похожим образом. Здесь уже в качестве выравнивающего cosф устройства выступают синхронные двигатели или специальные реакторы (катушки, дроссели). Ёмкостная составляющая свойственна протяжённым кабельным и воздушным линиям, а не самому промышленному оборудованию.

Состав установок КРМ 6(10) кВ

УКРМ комплектуется из отдельных шкафов (модулей), в каждом из которых размещается аппаратура одного функционального назначения и присоединения к сборным шинам.

В стандартный комплект поставки УКРМ входят:

• шкафы УКРМ в соответствии с опросным листом заказа;
• комплект эксплуатационных принадлежностей согласно спецификации на заказ (рукоятки оперирования разъединителем, ключи для электромагнитных блокировок и ключи от дверей отсеков шкафов УКРМ);
• комплект монтажных принадлежностей согласно рабочей документации по заказу (контрольные кабели, жгуты соединительные, сборные шины, проходные и тупиковые изоляторы сборных шин, панели под изоляторы, метизы и смазка);
• комплект ЗИП по нормам завода-изготовителя (предохранители, метизы, краска, лампы освещения, наконечники и трубки для маркировки проводов и т.п.);
• паспорт;
• руководство по эксплуатации;
• рабочая документация, содержащая принципиальные и монтажные электрические схемы главных и вспомогательных цепей, монтажные чертежи сборных шин и шин заземления, а также чертежи общего вида УКРМ.

Типы оборудования, применяемого в УКРМ:

Наименование оборудования	Тип, марка	Предприятие-изготовитель
Разъединители	РВЗ	Трейд Инжиниринг
Контакторы	VSC	ABB
HCA	Hyudai
КВТ	АО «НПП «Контакт»
Трансформаторы напряжения	ЗНОЛП	ПАО «СЗТТ»
ЗНОЛП-ЭК	Электрощит-К
ЗНОЛП-НТЗ	ООО «НТЗ «Волхов»
Трансформаторы тока	ТОЛ-10, ТЛО-10	Различные
Конденсаторные батареи	A TEFA	LIFASA
Токоограничивающий реактор	ICR	LIFASA
Ограничители перенапряжений	ОПН	Различные
Контроллер	Master control VAR	LIFASA

Конструкция шкафов УКРМ с разъединителем и кабельными вводами обеспечивает возможность подключения высоковольтных кабелей сечением до 240 мм².

По согласованию с заводом изготовителем в шкафах УКРМ возможно применение оборудования других предприятий-изготовителей.

Как правило, принципиальные схемы вспомогательных цепей УКРМ предоставляются заказчиком. При отсутствии таких схем предприятие-изготовитель может предоставить заказчику типовую схему для согласования их применения или корректировки.

Возможно выполнение схем вспомогательных цепей УКРМ по Техническому заданию Заказчика.

Монтаж вспомогательных цепей в пределах УКРМ производиться многопроволочным проводом или кабелем с медными жилами с сечением не менее 2,5 мм² для токовых цепей и не менее 1 мм² для остальных цепей.

Принципиальные и монтажные схемы вспомогательных цепей входят в состав рабочей документации УКРМ, поставляемой с заказом.

Компенсация мощности силовых трансформаторов

Основными потребителями реактивной мощности являются силовые трансформаторы, поэтому установка конденсаторов вместе с силовыми трансформаторами для подключения полной нагрузки имеет ряд технических преимуществ.

При определении суммарных потерь реактивной мощности необходимо учитывать, что ток намагничивания является практически постоянным в диапазоне от нулевой до полной нагрузки, благодаря чему в трансформаторе сохраняется практически постоянная мощность холостого хода, независимо от режима нагрузки. Вышеуказанная величина определяет величину компенсации реактивной мощности холостого хода.

Кроме того трансформаторы обеспечивают подачу реактивной мощности подключенных нагрузок, которая несомненно изменяется в зависимости от колебаний нагрузки.

Таблица характеристик нерегулируемой компенсации реактивной мощности высоковольтных силовых трансформаторов:

Номинальная мощность, МВА	Первичное напряжение, В	Вторичное напряжение, В	Мощность короткого замыкания (Ucc %)	Мощность конденсатора для компенсации реактивной мощности холостого хода (кВАр)	Мощность конденсатора для компенсации реактивной мощности с нагрузкой (кВАр)
2500	20 — 30	3 — 16	6,7	45	149
3150	20 — 30	3 — 16	7	57	198
4000	20 — 30	3 — 16	7	72	251
5000	20 — 30	3 — 16	7,5	90	330
6300	10 — 36	3 — 20	8,1	114	440
8000	10 — 36	3 — 20	8,4	144	574
10000	10 — 36	3 — 20	8,9	180	750
12500	10 — 36	3 — 20	9	225	945
16000	45 — 66	3 — 20	9,3	288	1240
20000	45 — 66	3 — 20	9,4	360	1563
25000	45 — 66	3 — 20	9,7	450	2002
31500	45 — 66	3 — 20	11	567	2785
40000	45 — 66	3 — 20	12	720	3792

 Указанные значения являются ориентировочными

Примечание:

Qt = Sn • Io + Ucc • (S / Sn)2 • Sn

С помощью указанной выше формулы рассчитывается величина реактивной мощности, потребляемой трансформатором, где:

Qt – полная реактивная мощность;
Sn – номинальная мощность трансформатора;
Io – ток холостого хода;
Ucc – напряжение короткого замыкания;
S – фактическая нагрузка трансформатора.

Данная мощность включает в себя две составляющих:

Первая составляющая (Sn. lo) является постоянной величиной, зависящей от тока намагничивания, и равна 0,5 — 2,5% от номинальной мощности трансформатора.

Величина второй составляющей пропорциональна квадрату фактической нагрузки на трансформатор, испытываемой в любой момент времени.

Полная потребляемая реактивная мощность распределительного трансформатора составляет около 10% от полной нагрузки.

Производители трансформаторов рекомендуют не использовать для постоянной нерегулируемой компенсации конденсаторы, номинальная реактивная мощность которых составляет более 15% от номинальной реактивной мощности при полной нагрузке трансформатора. Это позволит избежать возможных повреждений трансформатора, работающего в течение длительного времени в режиме холостого хода.

Средства компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения.

Все средства компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения условно делят на пассивные и активные, причем реализация пассивных средств приводит к уменьшению объемов потребляемой реактивной мощности, а активные средства генерируют реактивную мощность и интегрируются в электрические сети в соответствии с оптимальным способом компенсации.

Пассивные средства компенсации реактивной мощности.

Типовыми средствами компенсации реактивной мощности, используемыми для разгрузки сети по реактивным токам, сегодня являются:

• организационно-технические мероприятия по оптимизации административных, производственных и технологических процессов, позволяющие обеспечить улучшение энергетического режима работы энергоприемников – оборудования, устройств, систем. Это замена устаревшего не энергоэффективного оборудования, модернизация систем освещения, контроля и управления процессами, не одновременное, а распределенное (несмимметричное) пол времени включение реактивных нагрузок, оптимизация режима работы подразделений и т.д. и т.п;
• использование переключения с треугольника на звезду статорных обмоток асинхронных двигателей с загрузкой в часы работы менее, чем на 40%;
• снижение объемов потребляемой реактивной мощности за счет отключения асинхронных двигателей, работающих на холостом ходу, а также вывода из эксплуатации (или отключения) трансформаторов с загрузкой менее, чем на треть;
• применение в проектах и замена в действующих приводах асинхронных двигателей синхронными, где это допустимо в техническом и технологическом аспектах;
• модернизация приводов с применением тиристорного управления регулированием напряжения, преобразователей с заменой на модели с большим числом фаз выпрямления;
• интеграция в электрические сети систем с искусственной коммутацией вентилей или ограничениями по генерации токов высших гармоник;
• применение в новых сегментах электрической сети и поэтапная замена действующих реактивных нагрузок на оборудование, устройства, сертифицированные по энергосбережению.

Активные средства компенсации реактивной мощности.

К активным средствам компенсации реактивной мощности, генерирующим реактивную энергию в электрические сети, относят:

• единичные косинусные конденсаторы и конденсаторные батареи, применяемые в способах индивидуальной и групповой компенсации реактивной мощности;
• конденсаторные батареи с коммутационной аппаратурой, средствами защиты и управления – комплектные установки повышения коэффициента мощности – нерегулируемые и автоматические с релейными контакторами;
• синхронные двигатели и их разновидность – синхронные компенсаторы, работающие без нагрузки на валу и используемые для стабилизации напряжения в точке подключения в пределах интервала ±5% от номинального значения;
• многоступенчатые установки коррекции коэффициента мощности на конденсаторных батареях и с тиристорными ключами. Установка устройств с тиристорными ключами дает возможность снизить броски тока при включении ступеней — конденсаторных батарей и риски перенапряжения при отключении ступеней;
• статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности — мостовые генераторы реактивной мощности с индуктивным накопителем, реакторы насыщения с нелинейной или линейной вольтамперной характеристикой, а также последовательным подключением встречно-параллельных управляемых вентилей – работающие принципу прямой и косвенной компенсации.
• тиристорные компенсаторы реактивной мощности для сетей с резкопеременной нагрузкой напряжением 6-10 кВ, тиристорно-реакторные группы для ЛЭП и т.д.

Архив номеров

Выпуски за 2009 год: №1 (1), №2 (2), №3 (3), №4 (4), №5 (5),

Выпуски за 2010 год: №1 (6), №2 (7), №3 (8), №4 (9), №5 (10), №6 (11), №7 (12), №8 (13),

Выпуски за 2011 год: №1 (14), №2 (15), №3 (16), №4 (17), №5 (18), №6 (19),

Выпуски за 2012 год: №1 (20), №2 (21), №3 (22), №4 (23), №5 (24), №6 (25),

Выпуски за 2013 год: №1 (26), №2 (27), №3 (28), №4 (29), №5 (30), №6 (31),

Выпуски за 2014 год: №1 (32), №2 (33), №3 (34), №4 (35), №5 (36), №6 (37),

Выпуски за 2015 год: №1 (38), №2 (39), №3 (40), №4 (41), №5 (42),

Выпуски за 2016 год: №1 (43), №2 (44), №3 (45), №4 (46),

Выпуски за 2017 год: №1 (47) , №2 (48), №3 (49), №4 (50),

Выпуски за 2018 год: №1 (51), №2 (52), №3 (53), №4 (54).

Статические тиристорные компенсаторы

 Как и в случае синхронных компенсаторов, в целях обеспечения точного контроля над всей реактивной мощностью, регулирование компенсатора было выполнено на тиристорах, преимущество которых заключается в быстром времени отклика и снижении затрат. Компенсаторы состоят из стандартных генераторов реактивной мощности (реакторов и конденсаторов), которые управляются с помощью тиристоров для обеспечения быстрого переключения реактивной мощности. Эти компенсаторы могут быть сгруппированы в две основные категории: тиристорно-коммутируемые конденсаторы (ТКК) и тиристорно-управляемые реакторы (ТУР).

В ТКК ступенчато-регулируемые конденсаторы индивидуально переключаются помощью двунаправленных тиристорных переключателей. Каждое однофазное отделение состоит из двух основных частей, конденсаторов и пары тиристорных коммутаторов. Конденсатор может быть включен с минимальной выдержкой, если тиристор включен в тот момент, когда напряжение на конденсаторе и напряжение сети имеют одинаковые значения. Несмотря на привлекательную теоретическую простоту тиристорно-переключаемых конденсаторов, их популярности препятствует ряд практических недостатков: компенсация реактивной мощности не является непрерывной, и каждый из конденсаторов требует отдельного переключателя-тиристора. Поэтому строительство экономически нецелесообразно.

ТУР использует двунаправленный переключатель, реализованый с помощью пары противоположно связанных тиристоров, в серии с L индуктивностью и шунтирующим конденсатором C (рис. 3). Поскольку используется фазовый угол для управления, получается непрерывный спектр потребления реактивной мощности. При увеличении угла тиристорного пропускания от 90° до 180° — ток реактора уменьшается. Это эквивалентно увеличению индуктивности, т.е. снижению реактивной мощности, потребляемой реактором. Основным недостатком этой конфигурации является генерация гармоник, которые заставляют реализовывать более сложной топологии (с пассивными фильтрами, с помощью дельта-соединения или двенадцати-импульсный конфигурации).

Рисунок 3 – Тиристорно-управляемые реакторы (ТУР)

Тиристоры используются также для продольной компенсации. Тиристорно-управляемый продольный компенсатор (ТУПР) представляет собой технологию, которая устраняет определенные проблемы в динамических системах передачи электроэнергии (рис. 4). ТУПР являются отличным инструментом демпфирования при соединении больших электрических систем. Кроме того, они уменьшают проблемы подсинхронного резонанса – явление, которое включает в себя взаимодействие между крупными энергоблоками ТЭС и компенсацией систем передачи.

Рисунок 4 – Тиристорно-управляемый продольный компенсатор (ТУПР)

Основные выражения, имеющие отношение к коррекции коэффициента мощности

Формулы, приведённые ниже, могут быть использованы при проектировании систем коррекции коэффициента мощности и батарей фильтров гармоник.

Условные обозначения:

C – ёмкость, Ф; F – частота, Гц; KVAR – реактивная мощность, квар; KVA – полная мощность, кВА; KV – напряжение, кВ;
KW — активная мощность, кВт; Q – реактивная мощность, квар; S – полная мощность, кВА; P- активная мощность, кВт;
PF – коэффициент мощности (без размерности); I – ток, А.

Коэффициент мощности: , tg .

Реактивная мощность, необходимая для изменения коэффициента мощности:,
где – исходный угол между током и напряжением, – конечный угол между током и напряжением.

Выражения для определения полной мощности для трёх фаз и одной фазы:,,
.

Выражения для реактивной мощности:,.

Выражения для активной мощности:,.

Приблизительное значение увеличения напряжения при установке конденсатора:
увеличения напряжения ,
где .

Высвобождаемая мощность системы при коррекции коэффициента мощности:.

Уменьшение потерь при коррекции коэффициента мощности:.

Ток конденсатора:.

Компенсация реактивной мощности в сетях 0,4 кВ: зачем?

В электрических цепях, содержащих только активное сопротивление, ток совпадает по фазе с напряжением. В присутствии индуктивностей (двигатели, трансформаторы без нагрузки) ток отстает от напряжения, а конденсаторов — опережает.

Полный ток, потребляемый, например, двигателем, представляет собой векторную сумму двух составляющих:

• I_R – активный ток;
• I_L – реактивный (индуктивный ток).

Каждая из этих составляющих связана с соответствующей мощностью:

• активная мощность создается током I_R;
• реактивная мощность создается током I_L.

Реактивная мощность не совершает механическую работу, но является дополнительной нагрузкой на оборудование поставщика электроэнергии.

Доля реактивной мощности характеризуется параметром, называемым «коэффициентом мощности».

Коэффициент мощности мощно определить как отношение активной мощности к полной:

Если в цепи отсутствуют токи высших гармоник, коэффициент мощности численно равен cos φ (φ – это угол между векторами тока и напряжения). По мере увеличения реактивной мощности, cos φ уменьшается.

При низком cos φ возникают следующие нежелательные явления:

• Повышенные потери в электрических линиях
• Рост падения напряжения в линиях
• Рост необходимой мощности генераторов, трансформаторов, линий электропередачи.

Отсюда ясна необходимость улучшения (повышения) коэффициента мощности – компенсации реактивной мощности в сети. Эту задачу можно решить с помощью конденсаторов.

Компенсация реактивной мощности (КРМ).

Следует понимать, что реактивная мощность бывает двух характеров – индуктивная и емкостная. Нас интересует компенсация только первого типа, т.к. второй встречается редко. В нашем случае – сетях с индуктивной нагрузкой – для увеличения cos ф требуется устанавливать компенсационные конденсаторы. Но как это сделать?

Выбор способа компенсации предполагает определение места установки конденсаторов (зачастую в составе конденсаторной установки (далее КУ)). Существует три основных варианта:

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.

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.