При нормальных рабочих
условиях все электрические потребители, чей режим сопровождается постоянным
возникновением и исчезновением магнитных полей (например, индукционные
двигатели, оборудование сварки, световая дуга и люминесцентные лампы) забирают
от сети не только активную, но также индуктивную реактивную мощность (кВар). Эта
реактивная мощность необходима для нормальной работы оборудования и в то же
время может быть рассмотрена
как нежелательная дополнительная
нагрузка сети.
Коэффициент
мощности потребителя cosφ
определяется как
соотношение потребляемой активной мощности к полной мощности, действительно
взятой из сети (KW
кkVA
).
Чем ближе значение cosφ
к единице, тем меньше
доля взятой из сети реактивной мощности.
Пример: при
cosφ
=1 для передачи 500
KW
в сети переменного тока 400V
необходим ток значением 722А. Для передачи той же активной мощности при
коэффициенте
cosφ
=0,6 значение тока
повышается до 1203А. Соответственно все оборудование питающей сети, передачи и
распределения энергии должны быть рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, в
результате больших нагрузок срок эксплуатации этого оборудования может
соответственно снизится.
На следующем рисунке пример
двух потребителей индуктивного характера, которые получают одинаковую активную
мощность, но при разном коэффициенте мощности:
S
1- потребитель№1
S
2- потребитель №2
Видим, что первый потребитель нагружает
сеть в два раза большей мощностью, чем второй потребитель, который работает с
лучшим коэффициентом мощности.
Чтобы
коэффициент мощности первого потребителя был такой же, как и у второго
потребителя необходимо установить компенсационное оборудование с мощностью:
Qk= Q
1 - Q
2 = P
* (tgφ
1 - tgφ
2)
и в пересчете на cosφ
:
Qk= P
*[(1– cos
2φ
1)1/2
/ cosφ
1
- (1-cos
2φ
2)1/2
/ cosφ
2]
—
В системах с низким коэффициентом мощности передача энергии,
соответствующая стандарту, требует
значительно больших
затрат у потребителя и на генераторной стороне.
Дальнейшим фактором повышения затрат является
возникающая из-за повышенного значения общего тока теплоотдача в кабелях и
других распределительных устройствах, в трансформаторах и генераторах.
Возьмем, к примеру, в нашем выше приведенном случае при cosφ
=1
мощностью
потерь равную 10 KW
. При
cosφ
=0,6 она повышается на 180%и составляет уже 28
KW
.
—
С уменьшением cosφ
, и
таким образом, с возрастанием тока увеличиваются потери в сети переменного тока
в квадратичном соотношении.
Сказанное выше является основной причиной того,
что электроснабжающие
предприятия требуют от потребителей снижения доли реактивной
мощности и используют для этого
специальные тарифы на реактивную мощность.
Выводы:
—
С улучшением коэффициента
мощности потребитель может снизить общие расходы на электроэнергию.
—
Уменьшение реактивной нагрузки
позволяет производителю энергии при той же общей мощности снабжать
дополнительных потребителей полезной нагрузкой.
—
Улучшение коэффициента мощности
уменьшает нагрузку компонентов распределительной сети. Это удлиняет срок их
службы.
Виды компенсации реактивной мощности
Индуктивной реактивной нагрузке, необходимой электрическим
потребителям, можно противодействовать, с помощью емкостной нагрузки.
Это позволяет снизить реактивную мощность, забираемую, из сети и называется
корректировкой коэффициента мощности или компенсацией реактивной мощности.
Наиболее распространенной является компенсация реактивной
мощности путем включения статических конденсаторов.
В зависимости от подключения и формы применения
конденсаторов различают:
индивидуальную или постоянную компенсацию, при
которой индуктивная реактивная мощность компенсируется непосредственно в месте
ее возникновения, что ведет к разгрузке подводящих проводов (типично для
отдельных, в продолжительном режиме работающих потребителей с постоянной или
относительно большой мощностью - асинхронные двигатели, разрядные лампы и т.д.);
групповую компенсацию,
в которой
аналогично локальной компенсации для нескольких одновременно работающих
индуктивных потребителей подключается совместный постоянный конденсатор. Здесь
так же разгружается подводящая линия, правда только до распределителя на
отдельные потребители;
централизованную компенсацию,
при которой определенное число конденсаторов подключается к
главному или групповому распределительным шкафам. Такую компенсацию применяют
обычно в больших электрических системах с переменной нагрузкой. Конденсаторы
управляются электронным регулятором, который постоянно анализирует потребность
реактивной мощности в сети. Такие регуляторы включают или отключают
конденсаторы, с помощью которых компенсируется мгновенная реактивная мощность
общей нагрузки и, таким образом, уменьшается суммарная потребность сети.
Компенсационная конденсаторная установка
состоит из определенного числа конденсаторных ветвей, которые в своем построении
и ступенях подгоняются к особенностям отдельной конкретной сети и к потребностям
ее в реактивной мощности.
Необходимо отметить, что в настоящее время особого подхода
требует вопрос компенсации реактивной мощности в узлах нагрузки, где имеются
значительные нелинейные искажения формы кривых тока и напряжения.
Количество предприятий, использующих современные
технологические линии с большой долей искажающих нагрузок, на территории Украины
стремительно растет.
В связи с этим остро необходимым является учет требований
электромагнитной совместимости различных видов электрооборудования, в том числе
и конденсаторных установок.
