Меню

Перетоки реактивной мощности что это

Что такое реактивная мощность и как её рассчитать?

Многие потребители электроэнергии не подозревают того, что часть учтённого электричества расходуется бесполезно. В зависимости от вида нагрузки уровень потерь электроэнергии может достигать от 12 до 50%. При этом счетчики электроэнергии засчитывают эти потери, относя их к полезной работе, за что приходится платить. Виной завышения оплаты за потребление электроэнергии, не выполняющей полезной работы, является реактивная мощность, присутствующая в сетях переменных токов.

Чтобы понять, за что мы переплачиваем и как компенсировать влияние реактивных мощностей на работу электрических установок, рассмотрим причину появления реактивной составляющей при передаче электроэнергии. Для этого придётся разобраться в физике процесса, связанного с переменным напряжением.

Что такое реактивная мощность?

Для начала рассмотрим понятие электрической мощности. В широком смысле слова, этот термин означает работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электрической энергии, понятие мощности немного откорректируем: под электрической мощностью будем понимать физическую величину, реально характеризующую скорость генерации тока или количество переданной либо потреблённой электроэнергии в единицу времени.

Понятно, что работа электричества в единицу времени определяется электрической мощностью, измеряемой в ваттах. Мгновенную мощность на участке цепи находят по формуле: P = U×I, где U и I – мгновенные значения показателей параметров напряжения и силы тока на данном участке.

Строго говоря, приведённая выше формула справедлива только для постоянного тока. Однако, в цепях синусоидального тока формула работает лишь тогда, когда нагрузка потребителей чисто активная. При резистивной нагрузке вся электрическая энергия расходуется на выполнение полезной работы. Примерами активных нагрузок являются резистивные приборы, такие как кипятильник или лампа накаливания.

При наличии в электрической цепи ёмкостных или индуктивных нагрузок, появляются паразитные токи, не участвующие в выполнении полезной работы. Мощность этих токов называют реактивной.

На индуктивных и ёмкостных нагрузках часть электроэнергии рассеивается в виде тепла, а часть препятствует выполнению полезной работы.

К устройствам с индуктивными нагрузками относятся:

  • электромоторы;
  • дроссели;
  • трансформаторы;
  • электромагнитные
    реле и другие устройства, содержащие обмотки.

Ёмкостными сопротивлениями обладают конденсаторы.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.

Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению (см. рис.1).

При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.

Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

  • резистор потребляет исключительно активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
  • катушки индуктивности провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают её в виде магнитных полей;
  • Ёмкостные элементы (конденсаторы) являются причиной появления реактивных сопротивлений.

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную мощность и её составляющие в виде векторов (см. рис. 2). Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющей присвоим символы P и Q, соответственно. Поскольку вектор S является суммой составляющих тока, то, по правилу сложения векторов, образуется треугольник мощностей.

Применяя теорему Пифагора, вычислим модуль вектора S:

Отсюда можно найти реактивную составляющую:

Выше мы уже упоминали, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выражать через cos φ. По определению cos φ = P/S. Данную величину называют коэффициентом мощности и обозначают P f. Таким образом, P f = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить эффективность работы тока. Данная величина находится в промежутке от 0 до 1.

Если угол сдвига фаз принимает нулевое значение, то cos φ = 1, а это значит что P = S, то есть полная мощность состоит только из активной мощности, а реактивность отсутствует. При сдвиге фаз на угол π/2 , cos φ = 0, откуда следует, что в цепи господствуют только реактивные токи (на практике такая ситуация не возникает).

Читайте также:  Параметры усилителя по напряжению току мощности

Из этого можно сделать вывод: чем ближе к 1 коэффициент P f , тем эффективнее используется ток. Например, для синхронных генераторов приемлемым считается коэффициент от 0,75 до 0,85.

Формулы

Поскольку реактивная мощность зависит от угла φ, то для её вычисления применяется формула: Q = UI×sin φ. Единицей измерения реактивной составляющей является вар или кратная ей величина – квар.

Активную составляющую находят по формуле: P = U*I×cosφ. Тогда

Зная коэффициент P f (cos φ) , мы можем рассчитать номинальную мощность потребителя тока по его номинальному напряжению, умноженному на значение силы потребляемого тока.

Способы компенсации

Мы уже выяснили, как влияют реактивные токи на работу устройств и оборудования с индуктивными или ёмкостными нагрузками. Для уменьшения потерь в электрических сетях с синусоидальным током их оборудуют дополнительными устройствами компенсации.

Принцип действия установок компенсации основан на свойствах индуктивностей и ёмкостей по сдвигу фаз в противоположные стороны. Например, если обмотка электромотора сдвигает фазу на угол φ, то этот сдвиг можно компенсировать конденсатором соответствующей ёмкости, который сдвигает фазу на величину – φ. Тогда результирующий сдвиг будет равняться нулю.

На практике компенсирующие устройства подключают параллельно нагрузкам. Чаще всего они состоят из блоков конденсаторов большой ёмкости, расположенных в отдельных шкафах. Одна из таких конденсаторных установок изображена на рисунке 3. На картинке видно группы конденсаторов, используемых для компенсации сдвигов напряжений в различных устройствах с индуктивными обмотками.

Компенсацию реактивной мощности ёмкостными нагрузками хорошо иллюстрируют графики на рисунке 4. Обратите внимание на то, как эффективность компенсации зависит от напряжения сети. Чем выше сетевое напряжение, тем сложнее компенсировать паразитные токи (график 3).

Устройства компенсации часто устанавливаются в производственных цехах, где работает много устройств на электроприводах. Потери электричества при этом довольно ощутимы, а качество тока сильно ухудшается. Конденсаторные установки успешно решают подобные проблемы.

Нужны ли устройства компенсации в быту?

На первый взгляд в домашней сети не должно быть больших
реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают
электрическая техника с резистивными нагрузками:

  • электрочайник (P f = 1);
  • лампы накаливания
    (P f = 1);
  • электроплита (P f =
    1) и другие нагревательные приборы;

Коэффициенты
мощности современной бытовой техники, такой как телевизор, компьютер и т.п.
близки к 1. Ими можно пренебречь.

Но если речь идёт о холодильнике (P f = 0,65), стиральной машине и микроволновой печи, то уже стоит задуматься об установке синхронных компенсаторов. Если вы часто пользуетесь электроинструментом, сварочным аппаратом или у вас дома работает электронасос, тогда установка устройства компенсации более чем желательна.

Экономический эффект от установки таких устройств
ощутимо скажется на вашем семейном бюджете. Вы сможете экономить около 15%
средств ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы не
электроэнергию.

Попутно вы решите следующие вопросы:

  • уменьшение нагрузок на индуктивные элементы и на проводку;
  • улучшение качества тока, способствующего стабильной работе электронных устройств;
  • понижение уровня высших гармоник в бытовой сети.

Для того чтобы ток и напряжение работали синфазно, устройства компенсации следует размещать как можно ближе к потребителям тока. Тогда реальная отдача индуктивных электроприёмников будет принимать максимальные значения.

Источник



Компенсация реактивной мощности, теория

ТЕОРИЯ. ПРОБЛЕМА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ

По данным ведущих экспертов, доля стоимости энергоресурсов в себестоимости продукции для различных видов производств может достигать 40%. Это означает, что в условиях постоянно усиливающейся конкурентной борьбы и растущих цен, для успешного функционирования производственных компаний необходимо повышение энергоэффективности. В сегодняшней экономической ситуации отказ от этого как минимум затруднит дальнейшее развитие предприятия. Важность данного вопроса подтверждают и законодательные требования к энергопотребителям, изложенные в Федеральном законе от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности». Таким образом, имеется несколько весомых аргументов, заставляющих серьезно задуматься о выработке методики энергосбережения.

Одним из способов энергосбережения и повышения энергоэффективности является решение проблемы реактивной энергии. Реактивная мощность – это часть полной мощности, которая служит для перемагничивания сердечников электродвигателей, трансформаторов и дросселей. Единицу измерения реактивной мощности называют вольт ампер реактивный (вар), а показателем ее потребления принято считать «косинус φ» – отношение активной мощности к полной.

Читайте также:  Мощность трехфазной сети при 25 амперах

вектор полная активная и реактивная мощность

φ — угол между фазами тока и напряжения

Р — активная мощность

S -полная мощность

Q — реактивная мощность

На рисунке показаны направления векторов мощностей. Значение реактивной мощности (Q) зависит от значения угла φ.

Несмотря на то, что реактивная энергия нужна для создания магнитных полей, она не преобразуется ни в какие другие виды энергии,постоянно циркулируя в виде двусторонних потоков (перетоков) между потребителем и генератором. В результате происходит бесполезный нагрев кабелей, сердечников трансформаторов и других токопроводящих устройств, что приводит к потерям активной энергии и ускоренному старению изоляции. Перетоки также создают дополнительную загрузку передающих сетей и электростанций,что ведет к повышенным затратам на производство, передачу и распределение электроэнергии. В этой связи сетевые организации стремятся сократить свои расходы. Основывая свои требования на Приказе Минпромэнерго № 49 от 22.02.2007 г. «О Порядке расчетазначений соотношения потребления активной и реактивной мощности. », они обязывают потребителей использовать в своих сетях индивидуальные компенсаторы реактивной энергии.

Во всем мире наиболее выгодными и удобными в эксплуатации компенсаторами реактивной мощности принято считать конденсаторные установки (КРМ). Эти устройства позволяют не только выполнить требования снабжающих организаций, но и значительно улучшить качество электрической энергии в сети предприятия за счет снижения нагрузки на силовой трансформатор и распределительное оборудование. Конденсаторные установки являются одновременно и накопителями, и локальными источниками реактивной энергии, благодаря чему устраняют ее перетоки, как показано на рисунке ниже.

до внедрения конденсаторной установки схема эффект после внедрения конденсаторной установки схема

Таким образом, после внедрения компенсаторов в сеть сокращается потребление полной энергии, устраняются ненужные потоки реактивной мощности и повышается показатель сos φ.

Обобщая все преимущества использования КРМ, в том числе вышеперечисленные, следует отметить, что применение конденсаторных установок марки «СлавЭнерго» позволяет:

■ уменьшить загруженность сети и увеличить ее надежность;

■ избежать штрафов со стороны снабжающей организации за несоблюдение коэффициента мощности (cos φ);

■ выполнить требования законодательства по повышению энергоэффективности;

■ снизить расходы на электроэнергию (снижение потребления до 100 % реактивной части + до 5 % активной);

■ разгрузить силовой трансформатор и ВРУ;

■ поднять напряжение в линии;

■ высвободить дополнительные резервы для увеличения мощностей благодаря разгрузке трансформатора;

■ снизить уровень опасных высших гармоник в сети (для этой цели используются фильтровые конденсаторные установки либо фильтр гармоник);

■ не допустить перегрева изоляции и использовать проводники меньшего сечения;

■ устранить ложные срабатывания устройств защиты;

■ облегчить пуск энергоемкого оборудования.

Ознакомиться с производимыми компанией ПК «СлавЭнерго» конденсаторными установками компенсации реактивной мощности можно здесь

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Переток — реактивная мощность

В зависимости от группы соединений силового и вольтодобавочного трансформаторов можно получить продольное или поперечное регулирование напряжения. Продольное регулирование напряжения в основном ведет к изменению перетоков реактивных мощностей , а поперечное — активных мощностей, поэтому последнее используют для принудительного перераспределения активных мощностей. Ввиду того что у элементов сети более высокого напряжения неоднородность сети sx / R может быть больше, чем у элементов сети более низкого напряжения, активные мощности по сетям распределяются так, что недопустимо загружается сеть более низкого напряжения, а сеть более высокого напряжения разгружается. Поэтому в данных условиях требуется принудительное перераспределение мощностей. [31]

Потери реактивной мощности в трансформаторах составляют в среднем 30 — 40 % реактивной составляющей нагрузки потребителей на шинах 6 — 10 кВ и ( так же как и потери активной мощности) состоят из потерь XX AQX, не зависящих от нагрузки, и потерь КЗ AQK, пропорциональных квадрату загрузки трансформатора. Влияние этих двух составляющих потерь на годовой график перетока реактивной мощности по питающей трансформатор сети противоположное: первая увеличивает годовое число часов использования максимума перетока реактивной мощности, вторая — уменьшает. [32]

В зависимости от группы соединений силового и регулировочного трансформаторов можно получить продольное или поперечное регулирование напряжения. Продольное регулирование напряжения в основном ведет к изменению перетоков реактивных мощностей , а поперечное — активных мощностей. Последнее поэтому используют для принудительного перераспределения активных мощностей в электрических сетях. [33]

Читайте также:  Модульные атомные станции с малой мощностью

Источниками реактивной мощности в этом случае могут быть синхронные двигатели напряжением 380 — 660 В и низковольтные конденсаторные батареи. Недостающая часть ( нескомпенсированная реактивная нагрузка) покрывается перетоком реактивной мощности QT с шин 6 — 10 кВ, т.е. из сети напряжением выше 1 кВ предприятия. [34]

При наличии на подстанции, являющейся центром питания ( ЦП), управляемых ИРМ, например синхронных компенсаторов GC с АРВ ( рис. 7.24), координация функционирования УРПН трансформаторов и АРВ СК, обеспечивающая устойчивость автоматического регулирования напряжения, целесообразна на основе управляющей ЭВМ. При этом могут достигаться и оптимальные загрузка реактивной мощностью ИРМ и переток реактивной мощности через трансформаторы. Функционирование управляющей ЭВМ зависит от типа ИРМ, режимного параметра управления их мощностью и способа ее автоматического изменения. [36]

При наличии на подстанции, являющейся центром питания ( ЦП), управляемых ИРМ, например синхронных компенсаторов GC с АРВ ( рис. 7.24), координация функционирования УРПН трансформаторов и АРВ СК, обеспечивающая устойчивость автоматического регулирования напряжения, целесообразна на основе управляющей ЭВМ. При этом могут достигаться и оптимальные загрузка реактивной мощностью ИРМ и переток реактивной мощности через трансформаторы. Функционирование управляющей ЭВМ зависит от типа ИРМ, режимного параметра управления их мощностью и способа ее автоматического изменения. [38]

Задача оптимизации баланса реактивной мощности в системе электроснабжения промышленного предприятия, выбора типа и мощности, а также места установки компенсирующих устройств должна решаться как задача поиска удовлетворительного технического решения при соблюдении требования минимума затрат в системе электроснабжения. Исходя из расчетной нагрузки предприятия, имеющихся источников реактивной мощности и задания энергосистемы на переток реактивной мощности из системы на данное предприятие в час максимума нагрузки [4], необходимо найти ту мощность дополнительных источников — конденсаторов, синхронных компенсаторов, статических управляемых компенсирующих устройств, при которой народнохозяйственные затраты на компенсацию реактивной нагрузки предприятия получаются наименьшими. Компенсация реактивной мощности с одновременным улучшением качества электроэнергии непосредственно в сетях промышленных предприятий является одним из основных направлений сокращения потерь электроэнергии и повышения эффективности электроустановок предприятий. [39]

Потери реактивной мощности в трансформаторах составляют в среднем 30 — 40 % реактивной составляющей нагрузки потребителей на шинах 6 — 10 кВ и ( так же как потери активной мощности) состоят из потерь холостого хода AQK, не зависящих от нагрузки, и потерь при коротком замыкании ( КЗ) AQK, пропорциональных квадрату загрузки трансформатора. Влияние этих двух составляющих потерь на годовой график перетока реактивной мощности по питающей трансформатор сети противоположное: первая увеличивает годовое число часов использования максимума перетока реактивной мощности , вторая — уменьшает. [40]

Потери реактивной мощности в трансформаторах составляют в среднем 30 — 40 % реактивной составляющей нагрузки потребителей на шинах 6 — 10 кВ и ( так же как и потери активной мощности) состоят из потерь XX AQX, не зависящих от нагрузки, и потерь КЗ AQK, пропорциональных квадрату загрузки трансформатора. Влияние этих двух составляющих потерь на годовой график перетока реактивной мощности по питающей трансформатор сети противоположное: первая увеличивает годовое число часов использования максимума перетока реактивной мощности , вторая — уменьшает. [41]

Оно позволяет регулировать напряжение, поддерживать заданные уровни напряжения в системообразующей сети и в контрольных точках, осуществлять снижение потерь активной мощности за счет оптимизации перетоков реактивной мощности , обеспечивать заданные запасы статической устойчивости. [42]

При компенсации реактивной мощности снижаются потери электрической мощности в сетях, уменьшаются установленные мощности генераторов и синхронных компенсаторов энергосистемы, разгружаются электрические линии и трансформаторы от перетоков реактивной мощности и одновременно улучшается качество напряжения. Все эти четыре эффекта от компенсации реактивной мощности в полной мере проявляются в часы максимальных нагрузок энергосистем. В остальное время при компенсации реактивной мощности — также снижаются потери электроэнергии в сетях и улучшается качество напряжения. В ряде случаев в часы минимальных нагрузок уменьшение реактивных нагрузок в узлах потребления может приводить к увеличению потерь электроэнергии в сетях и ухудшению качества электроэнергии. [43]

Регулирование напряжения на трансформаторах связи питающих сетей осуществляется таким Образом, чтобы обеспечить необходимый диапазон регулирования для трансформаторов ЦП распределительных электросетей, уменьшить потери в сетях от перетоков реактивной мощности и уменьшить суммарные потери мощности в сетях путем выбора оптимального общего уровня напряжения. [44]

Источник