Нагрузок

 

Снижение реактивных нагрузок потребителей может осуществляться: выполнением мероприятий, не требующих установки компенсирующих устройств, снижающих реактивную мощность; установкой компенсирующих устройств для частичной или полной компенсации реактивной мощности.

Реактивная мощность потребляется как электроприемниками, так и элементами сети. Например, суммарная реактивная мощность, потребляемая трансформаторами энергосистемы, обычно превышает реактивную мощность, потребляемую всеми асинхронными двигателями, присоединенными к ее сетям. Потребление реактивной мощности, по существу, не связано с потреблением активной мощности и обусловлено параметрами сети переменного тока и режимами ее работы. Реактивная мощность потребляется любым элементом электрической сети, в которой ток отстает от приложенного напряжения. Реактивная мощность генераторов, даже в сумме с реактивной мощностью, генерируемой линиями передач, недостаточна для покрытия потребности в ней, особенно в режимах наибольших нагрузок.

Вследствие неэкономичности передачи реактивной мощности потребителям компенсирующие устройства устанавливают непосредственно в распределительных сетях. Они обеспечивают регулирование их мощности в соответствии с изменяющейся нагрузкой сети.

Для любой электрической сети должен существовать баланс полной мощности при соблюдении условий поддержания нормального режима с обеспечением необходимой пропускной способности сетей. При этом необходимо обеспечить баланс реактивной мощности как для системы в целом, так и для отдельных узлов витающей сети с наличием в них необходимого резерва реактивной мощности для возможности регулирования напряжения.

Баланс реактивной мощности следует предусматривать для каждого

 

характерного режима работы сети в отдельности. К этим режимам относятся:

а) наибольшая реактивная нагрузка при наибольшем потреблении реактивной мощности и наибольшей необходимой мощности компенсирующих устройств;

б) наибольшая активная нагрузка, связанная с наибольшей нагрузкой генераторов активной мощностью и наименьшей их реактивной мощностью;

в) наименьшая активная нагрузка, связанная с отключением части генераторов и невозможностью генерации ими заметного количества реактивной мощности;

г) режимы послеаварийные и ремонтные, связанные с наибольшими ограничениями на передачу реактивной мощности по сети.

Рассмотрим явления, влияющие на передачу реактивной мощности по электрической сети, и их воздействие на технико-экономические показатели системы электроснабжения.

Как следует из формулы, потери напряжения U = (Pr+Qx)/U. Таким образом, с увеличением реактивной мощности возрастают потери напряжения в сети и, следовательно, снижается активная мощность, что влечет за собой увеличение мощности оборудования электрических станций и тем самым дополнительные расходы на выработку электроэнергии. Увеличение передаваемой реактивной^; мощности вызывает также рост потерь реактивной мощности и, следовательно, общее увеличение реактивной мощности в системе электроснабжения.

Следует также отметить и вторичное явление, связанное с увеличением потери напряжения из-за увеличения реактивной мощности, — снижение напряжения у электроприемников, что при неизменном значении их мощности приводит к увеличению токов и снижению пропускной способности всех элементов системы электроснабжения.

Учитывая, что снижение напряжения в сети обычно связано с недостатком реактивной мощности, а повышение напряжения — с ее избытком, в системе электроснабжения большинства промышленных предприятий рекомендуется применять при изменяющейся во времени нагрузке автоматически управляемые батареи конденсаторов, чем можно обеспечить поддержание баланса реактивной мощности и устойчивого режима отдельных узлов нагрузки .

Потребители электроэнергии, например асинхронные двигатели, для нормальной работы нуждаются как в активной, так и в реактивной мощности. Оба вида мощности вырабатываются синхронными генераторами и передаются по системе электроснабжения трехфазного переменного тока от электростанции к потребителям.

В процессе передачи потребителям активной (Р) и реактивной (Q) . мощностей в сетях системы электроснабжения появляются потери активной мощности

Р = 3I² R = R =R = R + R = Р_а + Р_Р, (13.1)

где Р_а и Р_Р — потери соответственно активной и реактивной мощностей.

 

Коэффициент мощности cos = P/S = P/, откуда

Р² + Q² = P²/cos²; (13.2.)

подставляя значение (13.2) в (13.1), находим

P = P_Д + P_p = P²R/(U²cos²). (13.3)

Следовательно, потери активной мощности обратно пропорциональны квадрату коэффициента мощности. Этим подтверждается значение коэффициента мощности при передаче электроэнергии от источников питания к потребителям.

Из (13.1) следует, что при снижении передаваемой реактивнойI мощности (Q) потеря активной мощности в сети снижается с величины Р₁ до Р₂. Это может быть достигнуто применением компенсирующих устройств. Получаемое при этом снижение потерь активной мощности Р = Р₁ — Р₂ по отношению к передаваемой реактивной мощности Q называется коэффициентом снижения потерь или экономическим эквивалентом к_ЭК. Последний составляет 0,02—0,12 кВт/квар и зависит от cosсхемы электроснабжения предприятия и его удаленности от источника питания.

Реактивная мощность, потребляемая промышленными предприятиями, распределяется между отдельными видами электроприемников следующим образом: 65—70% приходится на асинхронные двигатели, 20—25% — на трансформаторы и около 10% — на воздушные электрические сети и другие электроприемники (люминесцентные лампы, реакторы, индуктивные приборы и т.п.); Увеличение потребления реактивной мощности электроустановкой вызывает рост тока в проводниках любого звена системы электроснабжения и снижение коэффициента мощности электроустановки cos . Повышение cos зависит от снижения потребления реактивной мощности. При снижении потребления реактивной мощности Q до Q — Q_КОМП, где Q_КОМП — мощность компенсирующего устройства, угол ₁ также уменьшается до ₂ (рис. 13.1) и, следовательно, коэффициент мощности увеличивается с cos ₁ до cos ₂.

 

Рис. 13.1. Векторная диаграмма компенсирующего устройства

 

Применение устройств, компенсирующих реактивную мощность, несколько удорожает эксплуатацию электрических установок. Кроме того, в них создаются некоторые дополнительные потери активной мощности Р_КОМП, которые, однако, значительно меньше потерь мощности Р.

В каждый момент времени текущее значение коэффициентов мощности промышленного предприятия

 

cos _i = Pi/Si = Pi /; tg _i = Q_i /Pi, (13.4)

 

где Pi, Si и Qi — соответственно активная, кажущаяся и реактивная мощности в момент времени t, кВт, кВА, квар.