Потребители реактивной мощности в электрических сетях

Зачем компенсация реактивной мощности в электрических сетях

Мощность, которую потребляет двигатель связана с указанными ниже токами
Q – реактивная мощность привязана к Iри (суммарно по всем гармоникам)
Р – активная мощность привязана к Iа (суммарно по всем гармоникам)
A – полная мощность потребляемая двигателем. (суммарно по всем гармоникам)
Ток потребляемый двигателем суммарно можно определить такой векторной суммой: Iа — активный ток 2. Iри — реактивный ток индуктивного характера

Таким образом, реактивная мощность нужна для работы двигателей, но не делает никакой механической работы. Необходимость получения реактивной мощности на месте обусловлена несколькими причинами.

• Снижение нагрузок на кабели и провода.
• Повышение напряжения на клеммах двигателей.
• Возможность уменьшения платежей и возможности подключения дополнительных устройств благодаря снижению тока, который потребляется от силового трансформатора.

Расчет по формуле компенсации реактивной мощности в электрических сетях

Есть параметры, которые определяют потребление реактивной мощности Cos (φ).
A Cos (φ) = P1 гарм / A1 гарм P1 гарм — активная мощность первой гармоники 50 Гц А 1 гарм — полная мощность первой гармоники 50 Гц.
В формуле ниже A = √P² + Q²

Очевидно, что сos (φ) будет уменьшаться, когда потребление реактивной мощности под нагрузкой растет. При этом низкий сos (φ) может вызывать проблемы, поэтому его значения надо стремиться повышать.

1. Первая проблема: ток реактивной мощности имеет высокие потери в электрических сетях.
2. Вторая проблема: могут быть перепады напряжения на электрической линии, к примеру, 350 В вместо 370 В.
3. Третья проблема: приходится увеличивать мощность силовых трансформаторов на предприятии, а также затраты на кабели большего сечения и увеличение габаритной мощности генераторов.

Следовательно, на предприятиях необходима компенсация реактивной мощности. А компенсируют реактивную мощность двигателей — конденсаторы.

Свяжитесь с нами!

Оставьте заявку, и наши специалисты свяжутся с вами в течении 30 минут.
Каждый сотрудник проходит квалификацию и сможет помочь в решении вопроса компенсации
реактивной мощности на вашем предприятии.
Так же мы можем проконсультировать вас и подобрать оптимальное решение.

Потребители реактивной мощности

Работа потребителей емкостного характера основана на создании электрического поля, энергия которого в нечетную четверть (первая, третья) периода отдается источнику, а в четную четверть (вторая, четвертая) периода берется от источника. Для потребителей индуктивного характера работа основана на создании магнитного поля. При этом в нечетную четверть (первая, третья) периода энергия берется от источника, а в четную четверть (вторая, четвертая) периода отдается источнику.

Колебания энергии в магнитном и электрическом полях различных устройств переменного тока обусловливает потребление ими реактивной индуктивной или реактивной емкостной мощности. В инженерной практике под реактивной мощностьюподразумеваютиндуктивнуюмощность, которая потребляется индуктивными элементами электрической системы, и генерируется в емкостных элементах.

Основными потребителями реактивной мощности в электрических системах являются трансформаторы, воздушные линии электропередач, асинхронные двигатели, вентильные преобразователи, индукционные электропечи, сварочные агрегаты.

На промышленных предприятиях основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели. На их долю приходится 65-70 % реактивной мощности, которая потребляется предприятием. 20-25% потребления реактивной мощности приходится на трансформаторы предприятий и около 10 % – на другие приемники и линии электропередач.

Суммарные потери реактивной мощности в сети составляют около 50 % от мощности, поступающей в сеть. Это гораздо больше, чем потери активной мощности. Для сравнения, среднестатистические потери активной мощности в ЛЭП состаляют 3%, а в трансформаторах – 2%. Примерно 70-75 % всех потерь реактивной мощности составляют потери в трансформаторах. Например, в трехобмоточном трансформаторе мощностью 40 МВ·А напряжением 220 кВ (ТДТН-40000/220)при коэффициенте загрузки, равном 0,8, потери реактивной мощности составляют около 12% от номинальной мощности трансформатора.

Суммарные потери реактивной мощности в системе складываются из потерь в сопротивлениях и проводимостяхлиний электропередач и потерь в трансформаторах:

.

Потери реактивной мощности в сопротивлениях ЛЭП рассчитываются по формуле

и составляют примерно 5 % от мощности, проходящей по ЛЭП.

Генерация реактивной мощности в проводимостях ЛЭП определяется так:

Среднее значение реактивной мощности, генерируемой в ЛЭП длиной 100 км, составляет:

Для воздушных ЛЭП напряжением 110 – 150 кВ потери реактивной в сопротивлениях и генерация в проводимостях приблизительно одинаковы:

В этом случае по ЛЭП передается натуральная мощность.

Потери реактивной мощности в сопротивлениях трансформаторов рассчитывают по формуле:

и составляют приблизительно 10 % от передаваемой мощности.

Генерация реактивной мощности генераторами эс

Полная мощность, которая вырабатывается генератором, включает активную и реактивную составляющие:

.

Модуль полной мощности может быть найден через активную мощность и коэффициент мощности генератора:

.

Изменение реактивной мощности происходит при изменении тока возбуждения . В номинальном режиме при номинальном коэффициенте мощности генератор вырабатывает номинальные значения активнойР_номи реактивнойQ_номмощностей. Генератор может увеличить выработку реактивной мощности сверх номинальной, но при снижении выработки активной мощности по отношению к номинальной. Такое увеличение допускается в пределах, которые ограничиваются номинальными значениями токов статора и ротора.

Условия ограничения по выработке реактивной мощности можно определить их векторной диаграммы. Схема замещения генератора для построения векторной диаграммы представлена на рис. 16.3. В нее генератор входит синхронным индуктивным сопротивлениемx_d и ЭДС E_q.

Величина комплексной ЭДС равна сумме векторов U_ги падения напряжения в сопротивленииx_d:

E_q = U_г+j.

Построим ВД (рис. 16.4).

По действительной оси откладываем напряжение U_г. Получаем точкуа. Под угломφ_номоткладываем токI_ном. Раскладываем его на активнуюI_номаи реактивнуюI_номрсоставляющие. Из точкиаоткладываем вектор падения напряжения в сопротивленииx_d от реактивной составляющей номинального тока. Он совпадает по направлению с напряжениемU_г. Получаем точкус. Из точкисоткладываем вектор падения напряжения в сопротивленииx_d от активной составляющей номинального тока. Этот вектор перпендикулярен напряжениюU_г. Получаем точкуb.Вектор– это вектор полного падения напряжения от номинального тока в сопротивленииx_d: . Соединяем начало координат с точкойb. Вектор пропорционален ЭДСE_q и току возбуждения.

Из начала координат радиусом равным E_qпроведем дугу. Она определяет допустимые значения тока возбуждения или ЭДСE_qпо условиям нагрева ротора генератора. Из точкиарадиусомпроведем дугу. Она определяет допустимые параметры генератора по условиям нагрева статора.

Стороны треугольника abcпропорциональны следующим величинам:

.

Рассмотрим работу генератора при угле , то есть при(при пониженном косинусе). Построение векторной диаграммы выполняется аналогично. Получим треугольникДопустимый для генератора режим соответствует значению ЭДСE_q1. В этом случае имеем:

(отрезок ас₁> ас); (отрезокаb₁ аb).

Таким образом, генератор может выдавать реактивную мощность большую чем номинальная

но при снижении активной мощности по отношению к номинальной

Генератор при работе с повышенным косинусом (и) вырабатывает активную мощность большую, чем номинальная. При этом реактивная мощность становится меньше номинальной:

Значение ЭДС E_q2ограничивается нагревом статора.

Работа генератора при большей, чем номинальная, активной мощности связана с перегрузкой турбины и не всегда допустима.

Возможность увеличения реактивной мощности за счет уменьшения активной допустимо использовать в случае избытка активной мощности, то есть в режиме минимальной нагрузки. В этом случае часть генераторов может переводится на работу с пониженным коэффициентом мощности.

Резерв реактивной мощности и возможность перегрузок по реактивной мощности важны при аварийном снижении напряжения. Все генераторы имеют устройства АВР, которые при снижении напряжения на зажимах генераторов автоматически увеличивают ток возбуждения и выработку реактивной мощности.

Влияние реактивной мощности на потери потребителя

Анонс: Влияние реактивной мощности на потери в сетях потребителя, финансовые выгоды компенсации реактивной энергии. Преимущества технически грамотной компенсации реактивной мощности в потребительских сетях.

С увеличением объемов реактивной нагрузки в сетях и интенсивным ростом сложности характера этой нагрузки регулирование и управление реактивной мощностью становится приоритетной задачей, как электроснабжающих организаций, на оборудовании-источниках которых собственно происходит генерация основной доли потребляемой реактивной энергии, так электросетевых компаний и потребителей, по факту ответственных за потери мощности, ее учет и влияние дисбаланса на качество электроэнергии. Несмотря на морально устаревшую концепцию реактивной энергии, как паразитного фактора, наличие в сетях разного напряжения перетоков реактивной мощности практически неизбежно, хотя определяет:

• перегрев и износ воздушных, кабельных линий и проводов коммуникаций сетевого оборудования из-за увеличения тока;
• снижение пропускной способности сетей практически всех уровней напряжения, а особенно потребителей на шинах подстанций 6/10 кВ и 0.4 кВ;
• отклонение напряжения в сетях и их отдельных сегментах, как правило, в сторону снижения из-за увеличения доли реактивной (индуктивной) составляющей тока;
• негативное влияние на электромагнитную совместимость оборудования, коммутаций сети возмущений по току и/или напряжению из-за реактивных токов гармоник высшего порядка и т.д.

Поэтому управление реактивной мощностью, включающее максимально возможное сближение источника генерации с потребителем для нивелирования или существенного снижения перетоков реактивной энергии должно стать приоритетной задачей менеджмента любого объекта, тем более, что:

• реальная стоимость электроэнергии для электросетевой компании по факту может быть меньше отпускной цены при эффективной компенсации реактивной мощности на подстанции;
• увеличение пропускной способности сети за счет снижения объема передаваемой реактивной мощности формирует «запас» в рамках договорной мощности, который можно использовать для расширения производства;
• оплата счетов за электроэнергию может быть de afcto снижена за счет генерации реактивной мощности в сети потребителя-абонента электросетевой компании.

Справка: Даже после нивелирования в 2018-2019 гг. изменениями Постановления Правительства РФ от 29 декабря 2011 года N 1178 и Приказа Федеральной службы по тарифам от 6 августа 2004 года N 20-э/2 скидок и надбавок к тарифам оплаты электроэнергии за потребление и генерацию реактивной мощности, финансовая выгода потребителя безусловна и образуется за счет снижения потерь активной мощности на передачу реактивной составляющей (см. актуальный расчет экономической целесообразности компенсации реактивной мощности в этом материале). Кроме того, негативное влияние перетоков реактивной энергии на качество электроэнергии может быть существенно снижено за счет компенсации реактивной мощности, а это – увеличение срока службы оборудования, формирование лучших условий для производственно-технологических процессов, повышение качества, снижение себестоимости и потребительской цены продукции/услуг, повышение конкурентоспособности предприятия и т.д.

Преимущества технически грамотной компенсации реактивной мощности в потребительских сетях.

Помимо снижения оплаты за электроэнергию посредством интеграции компенсирующих конденсаторов, конденсаторных батарей или установки коррекции коэффициента мощности с ручным или автоматическим регулированием по способам централизованной, групповой, индивидуальной или комбинированной компенсации (более подробно о средствах и способах компенсации реактивной энергии в этом материале) можно добиться:

• высвобождения части мощности трансформаторов для подключения новых нагрузок при развитии производства (см. детально о компенсации реактивной мощности силовых трансформаторов подстанций с расчетами здесь);
• уменьшения потерь активной составляющей при передаче реактивной мощности;
• снижения потерь активной составляющей тока при уменьшении фазных токов в сети объекта;
• возможности применения кабельных линий и коммутаций оборудования с меньшим сечением провода;
• снижения числа и рисков аварий в сети и ее сегментах;
• увеличения сроков эксплуатации энергопринимающего оборудования благодаря выводу на оптимальный режим работы, уменьшению рисков перегрева и критических нагрузок;
• повышения качества электроэнергии, в том числе по уменьшению амплитуды и скорости отклонения напряжения, уровня гармонических искажений в сети и т.д.

Измерение, съем показателей, учет перетоков реактивной энергии по сети потребителя и анализ влияния реактивной мощности на сетевые параметры осуществляется профильной компанией в период энергоаудита объекта. По данным съема показателей и результатам анализа учета и влияния реактивной мощности профильные специалисты определяют:

• метод расчета устройства или установки компенсации реактивной мощности;
• тип установки и оптимальный способ компенсации реактивной энергии;
• ручное или автоматическое регулирование генерации мощности установкой, число ступеней регулирования;
• способы и мероприятия по оптимизации работы установки коррекции коэффициента мощности или конденсаторной батареи и т.д.

Компенсация реактивной мощности: способы и средства

Эффективность работы энергосистемы со временем ухудшается из-за воздействия на нее реактивной мощности и энергии. Иными словами, из-за загрузки генераторов реактивными токами происходит сильное увеличение расхода топлива, что провоцирует увеличение потерь в внутри проводящих сетей и в приемниках, а также ускоряется спад показателей напряжения. Дополнительную нагрузку на электролинии оказывает реактивный ток , вследствие чего происходит увеличение сечения кабельно-проводниковой продукции. Данный процесс чреват ростом расходов как на внешние, так и на внутриплощадочные сети.

Избежать возникновения подобных последствий, а также решить проблему энергосбережения на разного рода предприятиях поможет компенсация реактивной мощности . По анализам как отечественных, так и зарубежных специалистов, выяснилось, что энергоресурсы занимают большую часть от стоимости продукции (до 40%). Что, как не этот факт, может послужить сильным аргументом для руководителя предприятия, чтобы всерьез заняться аудитом и анализом потребления энергии? Компенсация реактивной мощности является главным решением вопроса энергосбережения. Для того, чтобы разработать эффективную методику, первоначально необходимо разобраться в том, какие потребители реактивной мощности существуют.

Виды потребителей реактивной мощности

Для начала нужно понять, что есть реактивная мощность ?

Реактивная мощность – это такая физическая величина, которая характеризует нагрузки, появляющиеся в электроустановках из-за колебания энергии электромагнитного поля в электроцепи с синусоидальным переменным током. Грубо говоря, реактивная мощность представляет собой энергию, которая переходит от источника к реактивным элементам приемника, после чего возвращается назад к источнику в период одного колебания. Показатель реактивной мощности напрямую зависит от полной и активной мощностей.

Самым главным потребителем являются асинхронные двигатели , потребляющие до 40% мощности в совокупности с иными (бытовыми, собственными) нуждами. После них идут трансформаторы (до 35%), преобразователи (до 10%), электропечи (до 8%), ЛЭП (7%). Переменный магнитный поток внутри электромашин напрямую зависит от обмоток. Именно поэтому протекание переменного тока через обмотки вызывает индуктирование реактивных электродвижущих сил (ЭДС), которые обуславливают сдвиг по фазе (напряжение-ток). Данный сдвиг ( fi ), как правило, растет, но косинус при небольших нагрузках становится меньше. Приведем пример: cos fi двигателя переменного тока (полная нагрузка) равен приблизительно 0,75-0,80, значит, что при малой нагрузке показатель снизится до 0,20-0,40.

Трансформаторы с малой нагрузкой аналогично отличаются низким коэффициентом cos fi (т.е. коэффициент мощности). Следовательно, прибегая к методу компенсации реактивной мощности, результирующий cos fi энергосистемы будет низким, а ток нагрузки системы (без компенсации) будет расти при одинаковом показателе потребляемой активной мощности.

Следовательно, в момент компенсации реактивной мощности (с применением автоматических компенсаторных установок — КРМ ), показатель потребляемого из электросети тока понижается (на 30-50%, в зависимости от cos fi ). Данный процесс напрямую влияет на уменьшение нагрева проводящих проводов и на предотвращение старения изоляционного материала.

Стоит помнить, что реактивная мощность, как и активная, учитывается поставщиком электрической энергии. То есть, подразумевается полная оплата по действующему тарифу, а это является внушительной частью затрат на электричество.

Методы уменьшения потребления реактивной мощности

Наилучший метод снижения показателя реактивной мощности – использование специального оборудования, а именно конденсаторных установок.

Для чего используются автоматические КРМ?

• для разгрузки питающих ЛЭП, трансформаторов, распределительных устройств;
• для снижения расходов за электричество;
• для снижения уровня высших гармоник (в определенных установках);
• для подавления помех в электросети, а также для снижения перекоса фаз;
• для повышения надежности и экономичности распределительных сетей.

Торговая сеть «Планета Электрика» является официальным партнером НЭМЗ ( Новосибир ский Электромеханический Завод ), поэтому мы представляем широкий выбор продукции от данного производителя. В ассортимент товаров входит средневольтное оборудование , в том числе установки компенсации реактивной мощности, которые Вы можете приобрести напрямую с завода.