4.5. Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением
При выработке и потреблении энергии на переменном токе равенству вырабатываемой и потребляемой электро- энергии в каждый момент времени отвечает равенство вы- рабатываемой и потребляемой не только активной, но и ре- активной мощности. Эти условия можно записать так:
где PГ и QГ — генерируемые активная и реактивная мощности станций за вычетом собственных нужд; PН, QН — активная и реактивная мощности потребителей; P, Q — суммарные потери активной и реактивной мощностей в сетях; PП , QП — суммарное потребление ак- тивной и реактивной мощностей.
Уравнения (4.12) и (4.13) являются уравнениями балан- сов активной и реактивной мощностей. Баланс реактивной мощности по всей системе в целом определяет некоторый уровень напряжения. Напряжения в узловых точках сети электрической системы в той или иной степени отличаются от среднего уровня, причем это отличие определяется кон- фигурацией сети, нагрузкой и другими факторами, от ко- торых зависит падение напряжения. Баланс реактивной мощности для всей системы в целом не может исчерпываю- ще определить требования, предъявляемые к мощности ис- точников реактивной мощности. Надо оценивать возмож- ность получения необходимой реактивной мощности как по системе, так и по отдельным ее районам.
Необходимость в оценке баланса реактивной мощности возникает прежде всего при проектировании подсистемы регулирования напряжения — реактивной мощности АСДУ (автоматизированной системы диспетчерского управления). В ряде случаев оценка изменений условий баланса произ- водится и в практике эксплуатации, например при вводе новых регулирующих устройств, установленных мощностей электростанций, изменениях схемы сети.
Нарушение баланса реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения в сети. Если генерируе- мая реактивная мощность становится больше потребляемой (QГ>QП), то напряжение в сети повышается. При дефи- ците реактивной мощности (QГQП), напряжение в сети понижается. Для пояснения указанной связи напомним, что, например, емкостный ток линии на холостом ходу (см. рис. 3.2, г) повышает напряжение на ее конце. Соот- ветственно избыток генерируемой реактивной мощности приводит к повышению, а ее недостаток – к понижению напряжения.
В дефицитных по активной мощности энергосистемах уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Не- достающая для выполнения баланса активная мощность пе- редается в такие системы из соседних энергосистем, в ко- торых имеется избыток генерируемой мощности.
Обычно энергосистемы дефицитные по активной мощ- ности, дефицитны и по реактивной мощности. Однако не- достающую реактивную мощность эффективнее не переда- вать из соседних энергосистем, а генерировать в ком- пенсирующих устройствах, установленных в данной энергосистеме.
4.6. РЕГУЛИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ НАГРУЗКИ
Статические характеристики нагрузки по напряжению (см. гл. 2) повторены на рис. 4.4. Рассмотрим, как реаги- рует нагрузка на изменение режима в простейшей электри- ческой системе, представленной на рис. 4.5. Пусть из-за аварии или по другим причинам напряжение в конце ли- ии понижается. Покажем, что нагрузка в силу своего по-
ложительного регулирующего эффекта повысит напряже- ние U2. Напряжение в конце линии можно представить в следующем виде:
где P12 K , Q12 K – активная и реактивная мощности в конце ли- нии; r12, x12 – активное и реактивное сопротивления линии.
При понижении U2 в соответствии со статическими ха- рактеристиками (рис. 4.4) будут уменьшаться значения P2 и Q2, а также P12 K и Q12 K , следовательно, будут уменьшаться потери U12, а значение U2 вследствие этого будут увели- чиваться. Рост U2 при уменьшении U12 понятен из приве- денной выше формулы в предположении, что U1 поддержи- вается постоянным. Все это справедливо в случае, когда
Нагрузка имеет положительный регулирующий эффект при U>UКР и отрицательный регулирующий эффект при UUКР. В последнем случае понижение U2 вызывает рост потребляемой реактивной мощности Q2, соответственно большая реактивная мощность течет и по линии. Это вы- зывает увеличение потерь напряжения в линии U12, сле- довательно, уменьшается напряжение в конце линии у по- требителя. В соответствии со статической характеристикой при UUКР Q2 снова растет. Это приводит к дополнитель- ному понижению U2 и т. д. Возникает явление, называемое лавиной напряжения. При такой аварии останавливаются (опрокидываются) асинхронные двигатели. Реактивная мощность асинхронных двигателей растет, баланс Q нару- шается, причем QП>>QГ, что в свою очередь приводит к понижению U. Остановить снижение напряжения при этой аварии можно, лишь отключив нагрузку. В настоящее время применяются автоматические регуляторы возбужде— ния (АРВ) на генераторах и мощных синхронных двигате- лях, стабилизирующие напряжение, поэтому напряжение в системе не понижается ниже критического.
4.7. ПОТРЕБИТЕЛИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Основными потребителями реактивной мощности в элек- трических системах являются трансформаторы, воздушные электрические линии, асинхронные двигатели, вентильные преобразователи, индукционные электропечи, сварочные агрегаты и другие нагрузки. Суммарные абсолютные и от- носительные потери реактивной мощности в элементах се- ти весьма велики и достигают 50 % мощности, поступаю- щей в сеть. Примерно 70—75 % всех потерь реактивной мощности составляют потери в трансформаторах различ- ных ступеней напряжения. Так, в трехобмоточном транс- форматоре ТДТН-40000/220 при коэффициенте загрузки, равном 0,8, потери реактивной мощности составляют около 12 % номинальной мощности [4].
На промышленных предприятиях основными потребите- лями реактивной мощности являются асинхронные двига- тели – на их долю приходится 65—70 % реактивной мощ- ности, потребляемой предприятием, 20—25 % приходится на трансформаторы, около 10 % – на другие приемники и воздушные линии электропередачи.
Общая потребляемая реактивная мощность в соответ- ствии с (4.13) равна
где QН – суммарная реактивная мощность нагрузки; Q – суммарные потери реактивной мощности.
Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением
При выработке и потреблении энергии на переменном токе равенству вырабатываемой и потребляемой электрической энергии в каждый момент времени отвечает равенство вырабатываемой и потребляемой не только активной, но и реактивной мощности. Эти условия можно записать так:
где Г и QГ – генерируемые активные и реактивные мощности станций за вычетом собственных нужд; Н, QН – активная и реактивная мощности потребителей; , Q – суммарные потери активной и реактивной мощностей в сетях; П,QП – суммарное потребление активной и реактивной мощностей.
Эти уравнения являются уравнениями баланса активной и реактивной мощностей. Баланс реактивной мощности по всей системе в целом определяет некоторые уровень напряжения. Напряжения в узловых точках сети электроэнергетической системы в той или в иной степени отличаются от среднего уровня, причем это отличие определяется конфигурацией сети, нагрузкой и другими факторами, от которых зависит падение напряжения. Баланс реактивной мощности для всей системы в целом не может исчерпывающе определить требования, предъявляемые к мощности источников реактивной мощности. Надо оценивать возможность получения необходимой реак-й мощ-ти как по системе, так и по отдельным ее районам.
Необходимость в оценке баланса реак-й мощ-ти возникает прежде всего при проектировании подсистемы регулирования напряжения – реак-й мощ-ти АСДУ. В ряде случаев оценка изменений условий баланса производится и в практике эксплуатации, например при вводе новых регулирующих устройств, установленных мощностей электрических станций, изменениях схемы сети.
Нарушение баланса реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения в сети. Если генерируемая реактивная мощность становится больше потребляемой (QГQП), то напряжение в сети повышается. При дефиците реактивной мощности (QГQП) напряжение в сети понижается. Для пояснения указанной связи напомним, что например, емкостный ток линии на х.х. повышает напряжение на ее конце. Соответственно реактивной мощности приводит к повышению, а ее недостаток – к понижению напряжения.
В дефицитных по активной мощности энергетических систем уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Недостающая для выполнения баланса активной мощности передается в такие системы из соседних энергетических систем, в которых имеется избыток генерируемой мощности.
Обычно энергетические системы дефицитные по активной мощности и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не передавать, а генерировать в компенсирующих устройствах в данной энергетической системе.
16.3. Последствия нарушения качества электроэнергии
Основными являются частота переменного тока (f) и напряжение (U).Остальные показатели качества не рассматриваем, т.к. они не влияют на расчет режимов электрической сети.
Качество электроэнергии влияет на работу электроприемников и на работу электрических аппаратов, присоединенных к электрическим сетям. Все электрические приемники и аппараты характеризуются определенными номинальными параметрами (fHOM, UHOM, IHOM и т.д.). Изменение частоты и напряжения вызывают изменение технических и экономических показателей работы электрических приемников и аппаратов.
Различают электромагнитное и технологическое влияние отклонения частоты на работу электроприемников. Электромагнитная составляющая обусловливается увеличением потерь активной мощности и ростом потребления активной и реактивной мощностей. Можно считать, что снижение частоты на 1% увеличивает потери в сетях на 2%. Технологическая составляющая вызвана в основном недовыпуском промышленными предприятиями продукции. Согласно экспертным оценкам, значение технологического ущерба на порядок выше электромагнитного.
Технологическая составляющая связана с существенным влиянием (f) частоты на число оборотов электродвигателей, а, следовательно, и на производительность механизмов. Большинство технологических линий оборудовано механизмами, где в качестве приводов служат асинхронные двигатели. Частота вращения этих двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя. При значительном повышении частоты в энергосистеме, что может быть, например, в случае уменьшения (сброса) нагрузки, возможно повреждение оборудования.
Кроме того, пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных элементов.
При проектировании в расчетах электросетей влияние изменения (f)частоты не рассматривается. Предполагается, что электрическая система обеспечивает поддержание стандартной частотыf=50 Гц.
Изменение U оказывает неблагоприятное влияние на работу осветительных ламп и асинхронных двигателей, которые составляют значительную часть всех электроприемников в энергосистеме. Нежелательно как повышение U, так и его понижение на зажимах электроприемников. Снижение U вызывает резкое уменьшение () светового потока ламп накаливания и их к.п.д. При снижении U на 5% световой поток уменьшается на 18%, а снижение U на 10% приводит к уменьшению потока уже более чем на 30%. Это приводит к значительному уменьшению освещенности рабочих мест на производстве и к снижению производительности труда и ухудшению его качества, может увеличиться число несчастных случаев.
При увеличении U световой поток заметно повышается, но значительно уменьшается срок службы ламп. Так при повышении U на 10% световой поток ламп увеличивается приблизительно на 30%, а срок службы ламп сокращается почти в 3 раза.
Снижение U в сети энергосистемы может явиться причиной массового останова асинхронных двигателей и может привести к возникновению тяжелой системной аварии. При снижении крутящего момента асинхронных двигателей, пропорционального квадрату напряжения на зажимах двигателей, может произойти остановка или невозможность запуска двигателей. При пониженном напряжении у двигателей ухудшается к.п.д. и происходит процесс более интенсивного старения изоляции из-за увеличения тока, проходящего по обмоткам. Одновременно увеличивается скольжение и уменьшается число оборотов двигателя. При этом может снизиться производительность соединенных с двигателем механизмов.
Увеличение U на зажимах асинхронных двигателей неблагоприятно сказывается на условиях их работы. Существенно увеличивается их ток, что вызывает перегрузку обмотки статора. Может заметно возрасти потребление реактивной мощности двигателями.
Изменение напряжений на зажимах электроприемников технологических установок промышленных предприятий также является неблагоприятным фактором, который приводит к снижению технико-экономических показателей работы этих установок, т.е. при снижении U уменьшается производительность установок, удорожается выпускаемая продукция, увеличивается расход электроэнергии на единицу продукции.
Анализируя влияние изменения U у потребителей в качестве потребителей должны рассматриваться и трансформаторы (автотрансформаторы), устанавливаемые на подстанции. Снижение U у трансформаторов при неизменной мощности приводит к увеличению тока в обмотках. Во многих случаях это не представляет опасности для трансформаторов, т.к. их SНОМ часто превышает нагрузку, и конструкция трансформаторов позволяет допускать некоторую перегрузку. Однако при оценке возможности перегрузки необходимо правильно определять ожидаемый максимальный ток, на величину которого может оказать влияние снижение напряжения на зажимах трансформатора.
Более опасным для трансформатора может оказаться повышение подводимого к нему напряжения. Связано это с существенным увеличением намагничивающего тока, которое у трансформаторов более заметно вследствие резкого увеличения реактивного сопротивления намагничивания. Это характерно при превышении номинального напряжения регулировочного ответвления обмотки. Значительный рост тока намагничивания (I) при увеличении напряжения на ответвлении объясняется работой трансформаторов в области нелинейной характеристики намагничивания, а это приводит к искажению кривой тока намагничивания (I) и появлению высших гармоник, которые обуславливают увеличение потерь активной мощности (Р) в магнитопроводе и его дополнительный нагрев.
Существенное изменение характеристик нагрузки при отклонениях напряжения от номинального на ее зажимах приводит к необходимости ограничивать эти отклонения предельно допустимыми значениями. Опыт показывает, что допустимые отклонения от номинального напряжения должны быть относительно малыми. Поэтому электросеть должна быть построена таким образом, чтобы напряжения в ее отдельных пунктах (узлах) существенно не отличались друг от друга и от напряжения источника питания. При этом часто приходится применять специальные устройства для регулирования напряжения.
Реактивная мощность и ее влияние на напряжение в электрической сети Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Пак Виктор Евгеньевич, Султанов Рахман Алимирзаевич, Якубова Екатерина Евгеньевна, Тимохин Роман Владимирович, Лавренчук Ольга Эдуардовна
В условиях эксплуатации электрических сетей, непрерывно требуется поддержание желаемого уровня напряжения в узлах электрической сети. Одним из мероприятий для обеспечения желаемого уровня напряжения является установка компенсирующих устройств .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Пак Виктор Евгеньевич, Султанов Рахман Алимирзаевич, Якубова Екатерина Евгеньевна, Тимохин Роман Владимирович, Лавренчук Ольга Эдуардовна
Основные положения выбора сечений проводов воздушных линий электропередачи 110 кв. И выше
Компенсирующие устройства реактивной мощности при наличии быстропеременных нагрузок
Оценка способов снижения тарифа на передачу электроэнергии для сетевой компании
Анализ методики выбора сечений проводов воздушной линии электропередачи с использованием экономической плотности тока
Анализ субъектов рынка электроэнергии и процесса формирования тарифа электроэнрегии для конечного потребителя
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Текст научной работы на тему «Реактивная мощность и ее влияние на напряжение в электрической сети»
РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА НАПРЯЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Пак В.Е.1, Султанов Р.А.2, Якубова Е.Е.3, Тимохин Р.В.4, Лавренчук О.Э.5
1Пак Виктор Евгеньевич — студент;
2Султанов Рахман Алимирзаевич — студент;
3Якубова Екатерина Евгеньевна — студент;
4Тимохин Роман Владимирович — студент;
5Лавренчук Ольга Эдуардовна — студент, специальность электроэнергетических сетей и системы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва
Аннотация: в условиях эксплуатации электрических сетей, непрерывно требуется поддержание желаемого уровня напряжения в узлах электрической сети. Одним из мероприятий для обеспечения желаемого уровня напряжения является установка компенсирующих устройств.
Ключевые слова: реактивная мощность, напряжение, активная мощность, компенсирующие устройства.
Для реактивной мощности приняты такие понятия, как потребление, генерация, передача и потери. Считают, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощность потребляется, а если ток опережает напряжение (емкостной характер нагрузки), реактивная мощность генерируется. С точки зрения генерации и потребления между реактивной и активной мощностью существует значительные отличия. Если большую часть активной мощности потребляют приемники и лишь незначительная теряется в элементах сети и электрооборудовании, то потери реактивной мощности в элементах сети могут быть соизмеримы с реактивной мощностью потребляемой приемниками электроэнергии [1].
Активная мощность генерируется электростанциями; источниками реактивной мощности являются как генераторы электростанции, так и синхронные двигатели, воздушные и кабельные линии, а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства — синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов, статические источники реактивной мощности.
Расчёты установившихся режимов выбранной схемы сети заключаются в определении потокораспределения, потерь мощности и уровней напряжения для условий годового максимума (зимний максимум) и минимума (летний минимум) электрических нагрузок.
потери активной мощности: коэффициент мощности: потери напряжения
со Бф = — = . ,Р _ ; (3)
где Р, Р, 8 -соответственно активная, реактивная и полная мощности; Я и X -соответственно активное и реактивное сопротивления элементов электрической сети; иНОМ — номинальное напряжение сети.
Производство значительного количества реактивной мощности генераторами электростанций во многих случаях экономически нецелесообразно по причине того, что дополнительные потери активной мощности, вызванные протеканием реактивной мощности по сети, пропорциональны ее квадрату (2). Большие потери электроэнергии вынуждают насколько это технически возможно приближать источники реактивной мощности к местам ее потребления и уменьшать ее от мощных генераторов.
Также передача значительного количества реактивной мощности по сети, не может быть осуществлена в связи с недопустимым падением напряжения (4). Загрузка реактивной мощностью систем электроснабжения и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует увеличение сечений проводов и кабельных линий, увеличение номинальных мощностей или числа трансформаторов подстанций.
Компенсация реактивной мощности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии, осуществляется с использованием компенсирующих устройств.
Компенсация реактивной мощности необходима для снижения потерь активной мощности и электроэнергии в элементах электрических сетей, улучшения качества электроэнергии по отклонению напряжения за счет уменьшения потерь напряжения в элементах электрических сетей .
Компенсация реактивной мощности на ПС, позволяет:
1) уменьшить нагрузку на трансформатор, тем самым увеличить срок службы;
2) уменьшается нагрузка на провода, кабели, что позволяет при проектировании выбрать сечение меньшим диаметром;
3) улучшить качество электроэнергии у электроприёмников;
4) уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов в цепях;
5) не допустить снижения качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности, что приведёт к штрафу.
При подключении к электрической сети активно-индуктивной нагрузки ток 1н отстаёт от напряжения и на угол сдвига ф. Косинус этого угла (cosф) называется коэффициентом мощности.
Электроприёмники с такой нагрузкой потребляют как активную Р, так и реактивную Q мощность. Реактивная мощность
Основным потребителем реактивной мощности индуктивного характера на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели АД (60-65 % общего её потребления), трансформаторы, включая сварочные (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы и прочие ЭП.
Мерами по снижению потребления реактивной мощности являются: естественная компенсация (естественный cosф) без применения специальных компенсирующих устройств (КУ); искусственная компенсация, называемая чаще просто компенсацией.
Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших материальных затрат и должна проводится на предприятиях в первую очередь. К естественной компенсации относятся [1]:
1) понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;
2) создание рациональной схемы электроснабжения за счёт уменьшения количества ступеней трансформации;
3) замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка;
4) применение синхронного двигателя (СД) вместо АД, когда это допустимо по условиям технологического процесса;
5) ограничение продолжительности холостого хода двигателя и сварочных трансформаторов, сокращение длительности и рассредоточение во время пуска крупных ЭП;
6) улучшение качества ремонта электродвигателей, уменьшение переходных сопротивлений контактных соединений;
7) отключение при малой нагрузке (например, в ночное время, в выходные и праздничные дни) части силовых трансформаторов.
1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию [Текст]: в 2-х т. / А.В. Алистратов [и др.] / Под общ. ред. А.А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. -Т.1. — 568с.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 110 КВ. И ВЫШЕ Султанов Р.А.1, Пак В.Е.2, Якубова Е.Е.3, Тимохин Р.В.4, Лавренчук О.Э.5
1Султанов Рахман Алимирзаевич — студент;
2Пак Виктор Евгеньевич — студент;
3Якубова Екатерина Евгеньевна — студент;
4Тимохин Роман Владимирович — студент;
5Лавренчук Ольга Эдуардовна — студент, специальность электроэнергетических сетей и системы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва
Аннотация: в статье рассматриваются основные положения и факторы влияющие на выбор сечения проводов воздушной линии электропередачи. Определяется, что при выборе сечений проводов воздушной линии электропередачи решение определяется минимумом дисконтированных затрат. Минимум дисконтированных затрат определяется зависимостями конкурирующих эффектов — затратами на сооружение воздушной линии электропередачи и издержками на возмещение потерь мощности в проводах ВЛЭП.
Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, оптимальное сечение проводов воздушной линии электропередачи, конкурирующие эффекты при выборе сечений проводов воздушной линии электропередачи.
Одним из основных элементов электроэнергетических систем (ЭЭС) и систем электроснабжения (СЭС) являются воздушные и кабельные линии электропередачи (ЛЭП), обеспечивающие транспорт электроэнергии от источников мощности до потребителей. Требования к ЛЭП все время возрастают, причем в первую очередь в отношении повышения надежности, увеличения пропускной способности и одновременно снижения потерь электроэнергии, уменьшения экологического влияния, сокращения полосы отчуждения. Сечение проводов — важнейший параметр линии электропередачи. С увеличением сечения проводов линии возрастают затраты на ее сооружение, ремонт и обслуживание. Но с другой стороны уменьшается стоимость потерь электроэнергии. Выбор экономически обоснованных сечений проводов воздушных линий электропередачи способствует повышению
Что такое реактивная мощность и как с ней бороться
Реактивная мощность определяет периодический обмен электрической энергией между источником и электроприемником с двойной частотой по отношению к частоте переменного тока без преобразования ее в другой вид энергии и может рассматриваться как характеристика скорости обмена электроэнергией между источником и магнитным полем электроприемника.
Суммарная энергия, связанная с существованием этой составляющей мгновенной мощности, равна нулю. Ее появление, очевидно, связано с наличием в системе производства, передачи и распределения электроэнергии элементов, в которых возможно периодическое накопление и последующий возврат определенного количества энергии. В противном случае обмен электрической энергией между источником и электроприемником был бы невозможен.
Физика 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.
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 может рассматриваться как характеристика скорости обмена электрической энергией между источником и магнитным полем электроприемника. В отличие от активной мощности реактивная мощность не выполняет непосредственно полезной работы, она служит для создания переменных магнитных полей в индуктивных электроприемниках (например, в асинхронных двигателях, силовых трансформаторах и др.), непрерывно циркулируя между источником и потребляющими ее электроприемниками.
Реактивная мощность бытовых потребителей
Итак, потребители переменного тока имеют такой параметр, как коэффициент мощности cosφ.
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
Следующая таблица демонстрирует коэффициент мощности распространённых в быту потребителей электроэнергии.
Коэффициент мощности бытовых электроприборов
Юмор электрика
Что такое реактивная мощность? Все очень просто!
Способы компенсации реактивной мощности
Из 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
Итак, 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.
- Что надо знать об электромагнитных пускателях
- Классификация систем заземления электроустановок
- Логические микросхемы. Часть 9. JK триггер
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями: