Реактивна потужність - ще раз коротко про головне

2 жовтня 2013 р о 16:32, 2930

Все частіше в різних виданнях та ЗМІ, в рамках інформації про реалізацію Федерального закону від 23 листопада 2009 р N 261-ФЗ «Про енергозбереження і про підвищення енергетичної ефективності ...» зустрічається інформація про боротьбу з реактивною потужністю в мережевих компаніях і на промислових підприємствах. Що ж це за таке зло, що для боротьби з ним мережевими компаніями витрачаються сотні мільйонів рублів, розробляються спеціальні довгострокові цільові програми заходів з управління реактивною потужністю в електричних мережах, ведуться агітації серед великих споживачів електроенергії на установку пристроїв по компенсації реактивної потужності . Так вона важлива і необхідна ця компенсація?

Найчастіше, багато споживачів підсвідомо вважають, що генеруючі компанії поставляють два типу електричної енергії, так як оплачують рахунки за спожиту активну і реактивну потужність, що становлять повної потужності видається генеруючими підстанціями. Хоча насправді поняття реактивної потужності хоч і загальноприйнято і уживана, але не зовсім коректно, тому що фізично реактивної потужності (саме в класичному розумінні потужності, як відносини роботи до часу) не існує, так як ніякої роботи вона не робить.

Активна потужність - та частина електричної енергії, яка йде на вчинення корисної роботи і в процесі споживання перетворюється в інші види енергії, наприклад теплову, механічну або світлову.

Назва реактивна потужність, за аналогією з реактивним опором, обумовлено здатністю індуктивних і ємнісних елементів накопичувати і віддавати назад в мережу, запасені магнітну або електричну енергію, і проявляти здаються опір тільки в ланцюгах змінного струму. У той час як активний опір залежить тільки від конкретного матеріалу провідника.

Згідно із загальноприйнятою твердженням, під умовною терміном «реактивна потужність» розуміють другу складову повної потужності в мережах змінного струму, що характеризує інтенсивність обміну / циркуляції електричної енергії між джерелом і підключеною до нього реактивного навантаження (елементів індуктивності і / або конденсаторів), яка необхідна тільки для розрахунків що визначають вплив реактивних елементів на мережу.

Індуктивні (котушки в трансформаторах, дроселях, індукційних печах, двигунах тощо.) І ємнісні (конденсаторні батареї) елементи практично не витрачають електроенергії (без урахування магнітного розсіювання і витоків в конденсаторах), хоча вона і використовується для створення електромагнітних і електричних / електростатичних полів , але в процесі розряду повертається назад в мережу. Так як енергія циркулює, то відповідно є зміни струму і напруги, які можна порахувати у вигляді умовної реактивної потужності використовується лише для здійснення даних перетворень.

Для електричних ланцюгів в залежності від обладнання, що підключається можна виділити три ситуації:

• якщо обладнання має практично чисту активну (резистивную) навантаження, наприклад, лампи розжарювання, праски, електроплити і ін. прилади, то протікає через ланцюг змінний струм буде сінфазен напрузі (див. рис. нижче). Тобто струм і напруга будуть збігатися по фазі, кут між напругою і струмом φ = 0. Для даного випадку потужність є повністю активної та визначається як добуток струму на напругу. Потужність, передана джерелом, повністю витрачається на здійснення роботи.

Мал. Діаграма напруги, струму і потужності для активної (резистивной) навантаження.

• в обладнанні переважає тільки індуктивне навантаження. В даному випадку мається ситуація коли струм відстає від напруги на уголφ (див. Рис. Нижче), це пов'язано з властивою індуктивності інерційністю, затримувати появу струму. Для ідеального випадку, коли φ = 90 ° (в деякій мірі підходить для асинхронних двигунів і трансформаторів, що працюють на холостому ходу φ> 80 °), як видно з малюнка, в першій чверті періоду відбувається споживання енергії для створення магнітного поля, а в другій чверті його зворотна генерація в мережу, тобто відбувається обмін потужністю.

Мал. Діаграма напруги, струму і потужності для індуктивного навантаження.

• третя ситуація аналогічна попередній, але в даному випадку для обладнання з тільки ємнісний навантаженням, що проходить через нього струм буде випереджати напруга (див. рис. нижче).

Мал. Діаграма напруги, струму і потужності для ємнісний навантаження.

В реальності навантаження має більш-менш виражену індуктивно-ємнісний навантаження (див. Рис. Нижче), що залежить від параметрів самого обладнання. Через зсув фаз напруги і струму зменшується величина активної потужності, використовуваної для здійснення корисної роботи в системах з індуктивним навантаженням, так як частина електричної енергії (реактивної потужності) буде циркулювати в енергосистемі і витрачатися тільки на створення магнітних полів, не здійснюючи нічого корисного, що в свою чергу призводить до збільшення струму необхідного для повноцінної роботи обладнання. У той же час, як відомо, все провідники мають активним опором, і циркуляція великих струмів в системі буде приводити до їх нагрівання (величина нагріву, а відповідно і втрат, як відомо, пропорційна квадрату струму), а відповідно і до втрат електричної енергії.

Мал. Діаграма напруги, струму і потужності для індуктивно-ємнісний навантаження.

Для розрахунків повної потужності застосовується формула,

де, P - активна потужність, визначається за формулою,

Q - реактивна потужність, визначається за формулою,

U - напруга, I - сила струму, φ - кут між напругою і струмом.

Як було сказано вище, перетоки реактивної потужності в мережі не виконують корисної роботи, при цьому завантажують джерело, силові лінії, і все комутаційне обладнання, встановлене між генеруючими станціями і кінцевими споживачами, а також нагріваючи кабелі та лінії високовольтних передач, знижуючи тим самим їхню пропускну здатність (зі збільшенням температури зростає опір проводів) і створюючи марне тепло. Навіщо ж гріти навколишнє середовище і ще платити за це гроші?

Крім цього зниження пропускної здатності і збільшення втрат через нагрівання проводів веде до значних відхилень напруги, нормованих відповідно до ГОСТ 13109-97, що в кінцевому підсумку негативно позначається на:

• зменшення крутного моменту і частоти обертання асинхронних двигунів, що в кінцевому підсумку, при відповідній навантаженні може призвести до його зупинки. Одночасно зі зменшенням напруги (зниження реактивної потужності на 2-3% за кожен відсоток напруги) пропорційно виростить струм двигуна, що може привести до перегріву ізоляції обмоток і зменшення його терміну служби.
• зменшення світлової віддачі освітлювальних приладів, що позначиться на продуктивності праці робітників. Для люмінесцентних ламп зниження / підвищення напруги на 10% призводять до зменшення їх терміну служби на 20-25%. Крім цього, з огляду на те, що багато виробників компактних люмінесцентних ламп не використовують в ЕПРА коректори коефіцієнта потужності (ККФ), збільшення напруги живлення веде до збільшення споживання реактивної потужності. Без ККФ значення коефіцієнта потужності перебувати на рівні 0.5, що робить проблему компенсації також актуальною для індивідуальних споживачів електроенергії із значною кількістю даних ламп.
• якість роботи і тривалість експлуатації різної побутової електроапаратури.
• на якість роботи зварювального устаткування, так при відхиленнях напруги до 15%, на машинах для точкового зварювання буде гарантовано виходити шлюб.
• якість і стійкість роботи енергетичних систем, можлива поява такої ситуації як «лавина напрузі», обумовлена ​​наростаючим дефіцитом реактивної потужності.

Виходячи з усього вищесказаного, рішення проблем по компенсації реактивної потужності займають одне з найважливіших місць серед заходів спрямованих на підвищення ефективності розподілу, передачі і споживання електроенергії. Адже від їх результатів залежить якісне електропостачання, а також економія коштів по оплаті за спожиту електроенергію (активну і реактивну) і матеріальних ресурсів. Тому в залежності від конкретної ситуації, всі питання по компенсації реактивної потужності необхідно вирішувати з урахуванням сучасних розробок і рішень для даної області.

Основний безрозмірною величиною, що характеризує переважання реактивної складової в обладнання, є коефіцієнт потужності, який чисельно дорівнює косинусу зсуву струму щодо прикладеного до навантаження напруги або відношенню споживаної обладнанням активної потужності (Р), до повної (S).

Таким чином, багато підприємств і генеруючі / розподільні мережеві компанії прагнуть збільшити cos (φ) до 1, щоб в значній мірі знизити величину споживаної реактивної потужності. Як було наведено вище, в побуті і промисловості в основному переважає обладнання з індуктивним характером навантаження, з відставанням струму від напруги, тому використовуючи пристрої з ємнісний навантаженням, вдається зменшити зрушення між струмом і напругою в фазі, а відповідно домогтися cos (φ), близького до одиниці.

Цього можна досягти з мінімальними витратами шляхом використання компенсуючих установок побудованих на базі конденсаторів ( конденсаторні установки КРМ, АУКРМ , Батареї статичних конденсаторів), більш дорогих синхронних двигунів в режимі перезбудження або тиристорних схем з фільтрами, що встановлюються безпосередньо біля обладнання з переважаючою реактивним навантаженням або групами, на розподільних підстанціях підприємства. Так створення електричної енергії з переважаючою ємнісний характеристикою з генеруючих синхронними генераторами підстанцій, в цілому не доцільно, з огляду на тих же самих втрат при передачі і розподілі електричної енергії.

Останнім часом все більш затребуваними стають конденсаторні установки АУКРМ , Що дозволяють виробляти більш точну корекцію коефіцієнта потужності з урахуванням зміни значень, споживаної потужності від струмів навантаження, напруги, часу доби.

При цьому при формуванні конденсаторної установки бажано забезпечувати максимально малий крок регулювання, але з використанням мінімальної кількості конденсаторів. В кінцевому підсумку грамотний вибір певного обладнання для компенсації реактивної потужності визначається на підставі техніко-економічних розрахунків, характеру переважної в мережах підприємства реактивного навантаження, що дозволить досягти позитивного економічного ефекту при мінімальних терміни окупності впровадженого обладнання.

За матеріалами компанії «Нюкон»