Для чего нужна компенсация реактивной мощности
Реактивная мощность и энергия, реактивный ток, компенсация реактивной мощности
Реактивная мощность необходима для создания переменных магнитных полей в индуктивных электроприемниках и не выполняет непосредственно полезной работы. Вместе с тем, реактивная мощность оказывает существенное влияние на такие параметры системы электроснабжения, как потери мощности и электроэнергии, пропускная способность и уровни напряжения в узлах электрической сети.
Потребители реактивной мощности
Малонагруженные трансформаторы также имеют низкий коэффициент мощности (косинус фи). Поэтому, применять компенсацию реактивной мощности, то результирующий косинус фи энергетической системы будет низок и ток нагрузки электрической, без компенсации реактивной мощности, будет увеличиваться при одной и той же потребляемой из сети активной мощности. Соответственно при компенсации реактивной мощности (применении автоматических конденсаторных установок КРМ) ток потребляемый из сети снижается, в зависимости от косинус фи на 30-50%, соответственно уменьшается нагрев проводящих проводов и старение изоляции.
Структура потребителей реактивной мощности в сетях энергосистем (по установленной активной мощности):
Прочие преобразователи: переменного тока в постоянный, тока промышленной частоты в ток повышенной или пониженной частоты, печная нагрузка (индукционные печи, дуговые сталеплавильные печи), сварка (сварочные трансформаторы, агрегаты, выпрямители, точечная, контактная).
Так, в трехобмоточном трансформаторе ТДТН-40000/220 при коэффициенте загрузки, равном 0,8, потери реактивной мощности составляют около 12%. На пути от электростанции происходит самое меньшее три трансформации напряжения, и поэтому потери реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах достигают больших значений.
Способы снижения потребления реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности
Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:
Компенсация реактивной мощности обеспечивает соблюдение условия баланса реактивной мощности, снижает потери мощности и электроэнергии в сети, а также позволяет осуществлять регулирование напряжения посредством применения компенсирующих устройств.
Значительного экономического эффекта от компенсации реактивной мощности можно достичь при правильном сочетании различных мероприятий, которые должны быть технически и экономически обоснованы.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Средства компенсации реактивной мощности
Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхронный двигатель облегченной конструкции, работающий только в режиме холостого хода (рисунок 1). При работе в режиме перевозбуждения СК является генератором реактивной мощности. Наибольшая мощность СК в этом режиме называется его номинальной мощностью. При работе в режиме недовозбуждения СК является потребителем реактивной мощности.
Рисунок 1. Синхронный компенсатор.
СК потребляет относительно небольшую активную мощность, вызванную лишь потерями в статоре и роторе и трением в подшипниках.
Основное достоинство СК — то, что при аварийном понижении напряжения в сети он способен увеличить выдаваемую реактивную мощность, особенно при автоматическом форсировании возбуждения, что способствует повышению напряжения в сети. Следовательно, СК обладает положительным регулирующим эффектом. Другим достоинством СК является возможность его работы в режиме потребления реактивной мощности и плавность регулирования изменения мощностьи. Таким образом, в одном агрегате совмещены возможности и конденсатора и реактора.
Необходимость в потреблении реактивной мощности возникает в часы малых нагрузок, когда воздушные линии напряжением свыше 330 кВ резко увеличивают генерацию реактивной мощности вследствие повышения напряжения, что в свою очередь повышает его еще более. В режиме недовозбуждения СК подобен катушке индуктивности (реактору), включенной параллельно емкостной проводимости воздушной линии, потребляющей избыточную реактивную мощность и тем самым стабилизирующей напряжение.
Синхронный компенсатор является дорогим компенсирующим устройством и по капиталовложениям, и по потерям активной мощности. Применяют его в энергосистемах для обеспечения устойчивости их работы в послеаварийных режимах. В нормальных режимах загрузка компенсатора по реактивной мощности определяется максимальным снижением потерь активной мощности и электроэнергии. Устанавливают СК обычно на концевых и промежуточных подстанция напряжением 220, 330 и 500 кВ.
Силовые конденсаторы (СК) изготовляют на различные напряжения о однофазными и трехфазными, мощностью 5—100 квар в одной банке. В установках с большей мощностью и на большее напряжение применяют батареи конденсаторов с параллельным и последовательно-параллельным включением отдельных банок. Увеличение номинального напряжения батареи конденсаторов достигается последовательным соединением банок, а для увеличения мощности применяют параллельное соединение банок.
Рисунок 2. Силовые конденсаторы.
Конденсаторы (рисунок 2) — экономичный источник реактивной мощности. Их удельная стоимость невысока. Удорожание низковольтных конденсаторов объясняется технологическими особенностями их изготовления. Дело в том, что при одинаковой мощности в конденсаторах меньшего номинального напряжения должна быть обеспечена большая емкость.
Повышение емкости БСК достигается в основном увеличением площади пластин конденсаторов, так как уменьшение слоя диэлектрика снижает их электрическую прочность.
Более дорогие низковольтные конденсаторы дают, однако, больший экономический эффект при компенсации по сравнению с высоковольтными, поскольку их устанавливают ближе к электроприемникам и они разгружают большие участки сети от перетоков реактивной мощности.
Основной технический недостаток конденсаторов заключается в том, что снижение напряжения в сети приводит к значительному снижению их мощности, компенсирующий эффект падает, что способствует дальнейшему снижению напряжения. При повышении напряжения в сети (например, в ночное время) конденсаторы способствуют его дальнейшему росту. Следовательно, в отличие от СК конденсаторам свойствен отрицательный регулирующий эффект, и их чрезмерное сосредоточение у потребителей понижает устойчивость узлов нагрузок по напряжению.
Аналогичным конденсатору действием обладает синхронный двигатель. Основное назначение синхронных двигателей (СД) — выполнение механической работы; генерирование реактивной мощности — их побочная хоти и важная функция. В этом отношении СД полностью аналогичны СК и также не являются экономичными КУ. поскольку имеют значительные потерн на нагрев при работе с максимальным током возбуждения.
Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения
Реактивной мощностью называется та доля полной мощности, которая идет на поддержание электромагнитных процессов в нагрузках, имеющих индуктивную и емкостную реактивные составляющие.
Реактивная мощность сама по себе не расходуется на выполнение какой-либо полезной работы, в отличие от активной мощности, однако наличие в проводах реактивных токов приводит к их нагреву, то есть к потерям мощности в форме тепла, что вынуждает поставщика электроэнергии все время подавать потребителю повышенную полную мощность. А между тем, в соответствии с приказом Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации №267 от 4 октября 2005 года, реактивная мощность отнесена к техническим потерям в электрических сетях.
И хотя без реактивной мощности многие потребители, содержащие ощутимые индуктивные составляющие, не смогли бы работать в принципе, поскольку им необходима реактивная мощность, как часть полной мощности, реактивная мощность зачастую фигурирует как вредная чрезмерная нагрузка по отношению к электрическим сетям.
Вред от реактивной мощности без компенсации
Но такие системы, которые всегда требуют пополнений за счет соседей, всегда получаются в итоге неэффективными, а ведь их можно легко превратить в эффективные, достаточно создать условия для генерации реактивной мощности прямо на месте, в специально приспособленных компенсирующих устройствах, подобранных для активно-реактивных нагрузок данной энергосистемы.
Дело в том, что реактивную мощность не обязательно генерировать на электростанции генератором, вместо этого ее можно получать в компенсирующей установке (в конденсаторе, синхронном компенсаторе, в статическом источнике реактивной мощности), расположенной на подстанции.
Компенсация реактивной мощности сегодня является не только ответом на вопросы об энергосбережении и о способе оптимизации нагрузок на сеть, но и ценным инструментом влияния на экономику предприятий. Ведь конечная стоимость любой производимой продукции формируется не в последнюю очередь из расходуемой электроэнергии, которая будучи снижена — уменьшит себестоимость продукции. К такому выводу пришли аудиторы и специалисты по энергоресурсам, что побудило многие компании прибегнуть к расчету и установке систем компенсации реактивной мощности.
Активные потери теперь становятся не более 500 мВт на 1 кВар, при этом движущиеся части у установок отсутствуют, шума нет, а эксплуатационные затраты мизерны. Установить конденсаторы можно в принципе в любой точке электросети, а мощность компенсации подбирается индивидуально. Установка производится в металлических шкафах или в настольном исполнении.
Способы компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения
В зависимости от схемы подключения конденсаторов к потребителю, есть несколько видов компенсации: индивидуальная, групповая и централизованная.
Групповая компенсация подразумевает подключение одного общего конденсатора или общей группы конденсаторов сразу к нескольким потребителям со значительными индуктивными составляющими. В этом случае постоянная одновременная работа нескольких потребителей сопряжена с циркуляцией общей реактивной энергии между потребителями и конденсаторами. Линия подводящая электроэнергию к группе потребителей окажется разгружена.
Централизованная компенсация предполагает установку конденсаторов с регулятором в главном или групповом распределительном щите. Регулятор оценивает в режиме реального времени текущее потребление реактивной мощности, и оперативно подключает и отключает необходимое количество конденсаторов. В итоге потребляемая от сети суммарная мощность всегда сводится к минимуму в соответствии с мгновенной величиной требуемой реактивной мощности.
Каждая установка компенсации реактивной мощности включает в себя несколько ветвей конденсаторов, несколько ступеней, которые формируются индивидуально для той или иной электросети, в зависимости от предполагаемых потребителей реактивной мощности. Типичные размеры ступеней: 5; 10; 20; 30; 50; 7,5; 12,5; 25 кВар.
Для получения больших ступеней (100 и более кВар) — объединяют параллельно несколько небольших. В результате нагрузки на сети снижаются, токи включения и сопровождающие их помехи уменьшаются. В сетях с большим количеством высших гармоник сетевого напряжения, конденсаторы компенсирующих установок защищают дросселями.
Выгоды от компенсации реактивной мощности
Автоматические компенсирующие установки дают ряд преимуществ оборудованной ими сети:
снижают загрузку трансформаторов;
упрощают требования к сечению проводов; позволяют больше нагрузить электрические сети, чем это было возможно без компенсации;
устраняют причины для снижения напряжения сети, даже если потребитель присоединен протяженными проводами;
повышают КПД мобильных генераторов на жидком топливе;
облегчают пуск электродвигателей;
автоматически повышают косинус фи;
устраняют реактивную мощность из линий;
избавляют от перенапряжений;
улучшают контроль за параметрами сетей.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Средства компенсации реактивной мощности
Средства компенсации реактивной мощности
В отличие от активной мощности, вырабатываемой на электростанциях, реактивную мощность можно генерировать в любом узле электрической сети с помощью установки в этом узле источника реактивной мощности.
Полное или частичное покрытие потребности узла нагрузки в реактивной мощности путем установки в этом узле источников реактивной мощности называется компенсацией реактивной мощности. Источники реактивной мощности называются еще компенсирующими устройствами (КУ).
В качестве КУ используются батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели и статические источники реактивной мощности.
Потребители реактивной мощности имеют, как правило, индуктивный характер нагрузки. Рассмотрим с позиций теоретической электротехники совместную работу конденсаторов и потребителей с индуктивным характером нагрузки, подключенных параллельно к одной точке электрической сети.
Работа потребителей индуктивного характера основана на создании магнитного поля, энергия которого в первую четверть периода берется от источника, во вторую четверть — отдается обратно источнику, в третью четверть энергия для создания магнитного поля вновь берется от источника, а в четвертую — вновь отдается источнику и т.д.
Конденсаторы имеют емкостной характер нагрузки. Работа такой нагрузки основана на создании электрического поля, энергия которого во вторую четверть периода берется от источника, в третью четверть — отдается источнику, в четвертую — вновь берется от источника, в первую четверть следующего периода — вновь отдается источнику и т.д. Таким образом, в течение каждой четверти периода индуктивная и емкостная нагрузки обмениваются энергией. Так, для создания магнитного поля в индуктивной нагрузке используется энергия электрического поля емкостной нагрузки, и наоборот. Следовательно, конденсаторы являются источником энергии для индуктивной нагрузки.
Конденсаторные батареи выпускаются в виде комплектных устройств, состоящих из параллельно и последовательно включенных конденсаторов, коммутационной и защитной аппаратуры. Конденсаторные батареи устанавливаются в узлах электрической сети напряжением до 220 кВ. Мощность конденсаторной батареи зависит от количества параллельно-последовательно включенных конденсаторов в одной фазе, напряжения сети в точке подключения батареи и схемы включения фаз.
При включении фаз Cф конденсаторной батареи треугольником генерируемая одной фазой реактивная мощность в соответствии с рисунком 1 составляет:
где U, I — линейные напряжение и ток.
При включении фаз Сф конденсаторной батареи в звезду генерируемая одной фазой реактивная мощность составляет:
Qкб = Uф • Iф = U • I / 3,
где Uф, Iф — фазные напряжение и ток.
Таким образом, при включении конденсаторной батареи треугольником генерируемая ею реактивная мощность будет в три раза больше, чем при включении звездой.
Поэтому в большинстве случаев фазы конденсаторной батареи соединяют в треугольник.
Рисунок 1 Схемы включения конденсаторных батарей
Синхронный компенсатор (СК) представляет собой синхронный двигатель, работающий на холостом ходу без активной нагрузки на валу. В режиме перевозбуждения СК выдает в сеть реактивную мощность, в режиме недовозбуждения — потребляет реактивную мощность из сети.
Синхронный двигатель (СД) потребляет из сети активную мощность. Как и СК, СД в зависимости от режима возбуждения выдает или потребляет реактивную мощность.
В ЭЭС с протяженными воздушными линиями электропередачи напряжением 330 кВ и выше возможны режимы, в которых возникает избыток реактивной мощности за счет большой ее генерации воздушными линиями. В этом случае уровни напряжения в отдельных точках электрической сети могут превысить предельно допустимые значения.
Для потребления избыточной реактивной мощности могут быть использованы СК в режиме недовозбуждения или шунтирующие реакторы, включаемые между каждой фазой линии и землей.
Шунтирующий реактор — это статическое устройство с индуктивным сопротивлением ХL, потребляющее реактивную мощность:
где ХL — индуктивное сопротивление реактора; U — линейное напряжение сети в точке подключения реактора.
Используются как нерегулируемые, так и регулируемые реакторы. В случае нерегулируемого реактора потребление им реактивной мощности, зависит от квадрата напряжения в узле подключения реактора. При отключении реактора потребления реактивной мощности нет. В случае регулируемого реактора потребляемая им реактивная мощность зависит от его реактивного сопротивления ХL, которое изменяется устройством управления за счет подмагничивания реактора. В этом случае реактор должен иметь магнитопровод из ферромагнитного материала. Включение параллельно с регулируемым реактором батареи конденсаторов с емкостным сопротивлением ХC позволяет получить статический регулируемый источник реактивной мощности, принципиальная схема которого приведена на рисунке 2. В зависимости от соотношения сопротивлений ХL и ХС реактивная мощность может как потребляться из сети (при ХL ХC).
Рисунок 2. Принципиальная схема статического регулируемого источника реактивной мощности
Плавность регулирования режима потребления или выдачи реактивной мощности достигается с помощью регулируемого тиристорного блока, входящего в устройство управления УУ.
Сравним различные компенсирующие устройства.
Батареи статических конденсаторов являются самыми дешевыми из всех КУ, просты в эксплуатации, имеют малые потери активной мощности (0,0025…0,005 кВт/кВАр). Однако конденсаторы имеют зависимость выработки реактивной мощности от величины напряжения U в точке подключения. При снижении напряжения U генерируемая конденсаторами реактивная мощность уменьшается. Батареи конденсаторов допускают лишь ступенчатое регулирование реактивной мощности, чувствительны к перегрузке.
Синхронные компенсаторы за счет регулирования тока возбуждения имеют возможность плавного регулирования реактивной мощности, возможность работы в режиме как выдачи, так и потребления реактивной мощности и возможность увеличения генерации реактивной мощности при снижении напряжения в узле подключения компенсатора.
Синхронные компенсаторы, по сравнению с конденсаторами, более дорогие, более сложные в обслуживании и имеют на порядок большие удельные потери активной мощности. Поэтому в настоящее время синхронные компенсаторы в ЭЭС почти не применяются.
Что такое скрм в энергетике
Статьи по теме компенсации реактивной мощности
Реактивная мощность относится к техническим потерям в электросетях согласно Приказу Минпромэнерго РФ № 267 от 04.10.2005.
При нормальных рабочих условиях все потребители электрической энергии, чей режим сопровождается постоянным возникновением электромагнитных полей (электродвигатели, оборудование сварки, люминесцентные лампы и многое др.) нагружают сеть как активной, так и реактивной составляющими полной потребляемой мощности. Эта реактивная составляющая мощности (далее реактивная мощность) необходима для работы оборудования содержащего значительные индуктивности и в то же время может быть рассмотрена как нежелательная дополнительная нагрузка на сеть.
Для наглядности и лучшего понимания происходящих процессов, рекомендуем ознакомиться с роликом о реактивной мощности:
При значительном потреблении реактивной мощности напряжение в сети понижается. В дефицитных по активной мощности энергосистемах уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Недостаточная для выполнения баланса активная мощность передается в такие системы из соседних энергосистем, в которых имеется избыток генерируемой мощности. Обычно энергосистемы дефицитные по активной мощности, дефицитны и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не передавать из соседних энергосистем, а генерировать в компенсирующих устройствах, установленных в данной энергосистеме. В отличие от активной мощности реактивная мощность может генерироваться не только генераторами, но и компенсирующими устройствами – конденсаторами, синхронными компенсаторами или статическими источниками реактивной мощности, которые можно установить на подстанциях электрической сети.
Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения и снижения нагрузок на электросеть. По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает значительную величину в себестоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления предприятия, выработке методики и поиску средств для компенсации реактивной мощности.
Средства компенсации реактивной мощности
Индуктивной реактивной нагрузке, создаваемой электрическими потребителями, можно противодействовать с помощью ёмкостной нагрузки, подключая точно рассчитанный конденсатор. Это позволяет снизить реактивную мощность, потребляемую от сети и называется корректировкой коэффициента мощности или компенсацией реактивной мощности.
Преимущества использования конденсаторных установок, как средства для компенсации реактивной мощности
В зависимости от подключения конденсаторной установки возможны следующие виды компенсации:
Установка компенсации реактивной мощности состоит из определенного числа конденсаторных ветвей, которые в своём построении и ступенях подбираются исходя из особенностей каждой конкретной электросети и её потребителей реактивной мощности.
Больше других распространены ветви в 5 кВАр, 7,5 кВАр, 10 кВАр 12,5 кВАр, 20 кВАр, 25 кВАр, 30 кВАр, 50 кВАр. Более крупные ступени включения, например, в 100 кВАр или ещё больше, достигаются соединением нескольких малых ветвей. Таким образом, снижается нагрузка на сеть, создаваемая токами включения и следовательно, уменьшаются образующиеся от этого помехи (например, импульсы тока). Если в напряжении электросети содержится большая доля высших гармоник, то конденсаторы, обычно, защищают дросселями (реакторами фильтрующего контура).
Применение автоматических установок компенсации реактивной мощности позволяет решить ряд проблем:
Установки компенсации реактивной мощности до100 кВАр, обычно, выпускаются в настенном исполнении.
Размещать установки компенсации лучше всего вблизи распределительного щита, т.к. в этом случае упрощается их присоединение к электросети. При соблюдении требований ПУЭ комплектные установки компенсации реактивной мощности можно устанавливать непосредственно в производственных помещениях.
