Для чого потрібна компенсація реактивної потужності і як вона реалізується

Електрообладнання під час роботи споживає енергію. При цьому повна потужність складається з двох складових: активна і реактивна. Реактивна потужність не виконує корисної роботи, але вносить в ланцюг додаткові втрати. Тому її прагнуть знизити, для чого і приходять до різних технічних рішень для компенсації реактивної потужності в електричних мережах. У цій статті ми розглянемо, що це таке і для чого потрібно компенсує пристрій.

Визначення

Повна електрична потужність складається з активної і реактивної енергії:

S = Q + P

Тут Q - реактивна, P - активна.

Реактивна потужність виникає в магнітних і електричних полях, які характерні для індуктивної і ємнісний навантаження при роботі в ланцюгах змінного струму. При роботі активного навантаження, фази напруги і струму однакові і співпадають. При підключенні індуктивного навантаження - напруга відстає від струму, а при ємнісний - випереджає.

Косинус кута зсуву між цими фазами називається коефіцієнтом потужності.

cosФ = P / S

P = S * cosФ

Косинус кута завжди менше одиниці, відповідно активна потужність завжди менше повної. Реактивний струм протікає в зворотному напрямку щодо активного і перешкоджає його проходженню. Так як по проводах протікає струм повного навантаження:

S = U * I

Раз у при розробці проектів ліній електропередач потрібно враховувати споживання активної та реактивної енергії. Якщо останній буде занадто багато, то доведеться збільшувати перетин ліній, що веде до додаткових витрат. Тому з нею борються. Компенсація реактивної потужності знижує навантаження на мережі та економить електроенергію промислових підприємств.

Де важливо враховувати косинус Фі

Давайте розберемося, де і коли потрібна компенсація реактивної потужності. Для цього потрібно проаналізувати її джерела.

Прикладом основний реактивного навантаження є:

  • електричні двигуни, колекторні і асинхронні, особливо якщо в робочому режимі його навантаження мала для конкретного двигуна;
  • електромеханічні виконавчі механізми (соленоїди, клапана, електромагніти);
  • електромагнітні комутаційні прилади;
  • трансформатори, особливо на холостому ходу.

На графіку зображено зміна cosФ електродвигуна при зміні навантаження.

Основу електрогосподарства більшості промислових підприємств становить електропривод. Звідси і високе споживання реактивної потужності. Приватні споживачі не оплачують її споживання, а підприємства оплачують. Це викликає додаткові витрати, від 10 до 30% і більше від загальної суми рахунку за електроенергію.

Види компенсаторів і їх принцип дії

З метою зниження реактиву використовують пристрої компенсації реактивної потужності, т.зв. УКРМ. Як компенсатора потужності на практиці використовують найчастіше:

  • батареї конденсаторів;
  • синхронні двигуни.

Так як в плині часу кількість реактивної потужності може змінюватися, значить і компенсатори можуть бути:

  • Нерегульовані - зазвичай конденсаторна батарея без можливості відключення окремих конденсаторів для зміни ємності.
  • Автоматичні - ступені компенсації змінюються в залежності від стану мережі.
  • Динамічні - компенсують, коли навантаження швидко змінює свій характер.

У схемі використовується, в залежності від кількості реактивної енергії від одного до цілої батареї конденсаторів, які можна вводити і виводити з ланцюга. Тоді і управління може бути:

  • ручним (автоматичні вимикачі);
  • напівавтоматичним (кнопкові пости з контакторами);
  • некерованими, тоді вони під'єднані безпосередньо до навантаження, включаються і відключаються разом з нею.

Конденсаторні батареї можуть встановлюватися як на підстанціях, так і безпосередньо біля споживачів, тоді пристрій підключається до їх кабелям або шинам харчування. В останньому випадку зазвичай розраховуються на індивідуальну компенсацію реактиву конкретного двигуна або іншого приладу - часто зустрічається на обладнанні в електричних мережах 0,4 кВ.

Централізована компенсація виконується або на межі балансового розділу мереж, або на підстанції, при чому може виконуватися в високовольтних мережах 110 кВ. Хороша тим, що розвантажує високовольтні лінії, але погано те, що не розвантажуються лінії 0,4 кВ і сам трансформатор. Цей спосіб дешевше інших. При цьому можна і централізовано розвантажити і низьку сторону 0,4 кВ, тоді УКРМ підключається до шин, до яких підключена вторинна обмотка трансформатора, відповідно розвантажується і він.

Також може бути і варіант групової компенсації. Це проміжний вид між централізованим і індивідуальним.

Інший спосіб - компенсація синхронними двигунами, які можуть компенсувати реактивну потужність. Виявляється, коли двигун працює в режимі перезбудження. Таке рішення використовується в мережах 6 кВ та 10 кВ, також зустрічається і до 1000В. Перевагою цього методу перед установкою конденсаторних батарей - можливість використання компенсатора для здійснення корисної роботи (обертання потужних компресорів і насосів, наприклад).

На графіку зображена U-образна характеристика синхронного двигуна, яка відображає залежність струму статора від струму збудження. Під нею ви бачите, чому дорівнює косинус фі. Коли він більше нуля - двигун має ємнісний характер, а коли косинус менше нуля - навантаження є ємнісний і компенсує реактивну потужність решти індуктивних споживачів.

Висновок

Підіб'ємо підсумки, перерахувавши основні тези про компенсації реактивної енергії:

  • Призначення - розвантаження ліній електропередач і електричних мереж підприємств. До складу пристрою можуть входити антирезонансні дроселі для зменшення рівня гармонік в мережі.
  • За неї не сплачують рахунки приватні особи, але платять підприємства.
  • До складу компенсатора входять батареї конденсаторів або в цих же цілях використовують синхронні машини.

Також рекомендуємо переглянути корисні відео по темі статті:

Матеріали по темі:

 

Додати коментар


Захисний код
Оновити