Что такое мощность

В цепи переменного тока мощность, как и сопротивления, подразделяется на два вида: активная мощность и реактивная мощность.

Активная мощность - это мощность, выделяемая в виде тепла на активном сопротивлении. Активная мощность превращается в механическую мощность при использовании электродвигателей. Реактивная мощность - это мощность, связанная с наличием реактивного сопротивления. Сдвиг фаз между током и напряжением в цепи переменного тока приводит к "неэффективному использованию мощности электрического тока".

Активную мощность можно найти по формуле:


Если в данной цепи электрическая мощность не преобразуется в
механическую мощность, то она выделяется в виде тепла на активном сопротивлении.


Реактивную мощность можно найти по формуле:


Полная мощность:

Необходимость компенсации

Большинство электрических устройств (двигатели, трансформаторы, кондиционеры, статические преобразователи, конвейеры, люминесцентные лампы и т.д.) наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, т.к. они имеют обмотки с довольно большой индуктивностью. Наличие реактивной мощности приводит к необходимости использовать более мощные трансформаторы и кабели, чем это требуется при активной нагрузке. Величина реактивной нагрузки характеризуется значением cos в сети. При этом следует отметить, что потребляемая реактивная мощность не затрачивается на выполнение полезной работы, а фактически расходуется впустую.
Появление в сети реактивной нагрузки имеет, следующие негативные последствия:

  увеличение потребляемой мощности;
  уменьшение мощности, доступной вторичным трансформаторам;
  увеличение падений напряжения и потерь на нагревание в кабелях;
сокращение срока службы оборудования;
  увеличение на 30-60% суммы платежа на потребляемую электроэнергию.

Кроме того, она создает значительные потери в сетях энергосистемы, поэтому энергосистемы и взимают плату за реактивную мощность, стимулируя потребителей для принятия мер к уменьшению ее потребления. Компенсация реактивной мощности на промышленных предприятиях и в сельском хозяйстве с помощью конденсаторных установок является задачей необходимой и экономически оправданной. Срок окупаемости в зависимости от мощности и режима эксплуатации - от 5 до 18 месяцев.

Этот способ, при его рациональном применении дает возможность:

  уменьшить потребление реактивной мощности и, тем самым, снизить оплату;
  уменьшить потери активной мощности и энергии в системе электроснабжения предприятия, что снижает общее потребление электроэнергии и оплату за нее;
  уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость;
увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;
  улучшить качество электроэнергии за счет увеличения уровней напряжения в узлах сети.

Компенсация реактивной мощности является одним из наиболее доступных, эффективных и простых способов энергосбережения и снижения себестоимости выпускаемой продукции.

Как выбрать компенсирующее устройство

По оценкам, приведенным в различных источниках, среднестатистические потери электроэнергии в сетях потребителя лежат в пределах 8-16%. Одной из основных причин таких потерь по-прежнему остается недостаточный уровень компенсации реактивных нагрузок с помощью компенсирующих устройств. Наиболее распространенным типом компенсирующих устройств являются регулируемые конденсаторные установки (КУ). К их достоинствам можно отнести низкие потери активной мощности, простота подключения и обслуживания, возможность подключения практически в любом узле системы энергопотребления. Автоматическое регулирование мощности КУ дает возможность компенсировать переменную реактивную нагрузку трансформаторных подстанций (ТП) предприятий, что в конечном итоге приводит к уменьшению тока в линиях передачи, уменьшению общей потребляемой мощности и позволяет реализовать наиболее экономичный режим работы сети, поддерживая отклонение напряжения на шинах ТП в допустимых пределах.
Автоматическое регулирование мощности КУ может осуществляться в зависимости от суточного графика нагрузки, по значению параметра коэффициента мощности, по уровню и знаку реактивной мощности (генерация или потребление), по току нагрузки или по нескольким параметрам одновременно (например, по времени суток, по реактивной мощности и напряжению).
Регулирование по времени суток используется при достаточно стабильных графиках нагрузки по реактивной мощности или необходимости выполнения предписаний энергоснабжающей организации по генерации (потреблению) заданного уровня мощности в определенное время суток.
Автоматическое регулирование по величине и знаку реактивной мощности целесообразно вести в том случае, если энергосистема обеспечивает соответствующие уровни напряжения на вводе, потребителю из экономических или других соображений необходимо обеспечить компенсацию или поддержание реактивной составляющей мощности с максимальной точностью.
Регулирование по уровню напряжения применяется, как правило, вместе с регулированием по другим критериям и при необходимости поддержания постоянства напряжения с допустимыми отклонениями в узле.
При резко переменном графике нагрузки по мощности и заведомо известном характере реактивности регулирование можно производить по уровню тока нагрузки или в сочетании с другими параметрами.
Для каждого узла энергосистемы потребителя должно выполняться условие баланса активной и реактивной мощностей, т.е. генерируемая мощность жестко определяется ее потреблением. При нарушении в узле баланса мощностей возникают перетоки реактивной энергии, меняется напряжение и, как следствие, возрастают потери.
В большинстве практических случаев просматривается техническая и экономическая целесообразность полной или близкой к ней компенсации реактивной мощности в узле ее потребления с регулированием по основному параметру - реактивной мощности. Такое регулирование, как правило, совпадает с регулированием по напряжению.
Отечественному потребителю, заинтересованному в снижении собственных потерь и экономии энергоресурсов, сегодня предлагается довольно широкая номенклатура импортных и отечественных КУ. Для правильного определения требуемых технических параметров КУ и ее оптимального использования в дальнейшем потребитель вынужден сам или с помощью энергосервисных компаний оценить основные параметры: полную мощность, шаг регулирования по мощности, регулирующий эффект по напряжению.
Рассмотрим основные соотношения, позволяющие произвести эти оценки на примере расчета параметров КУ потребителя с ТП номинальной мощностью S2H= 1000 кВА.
                                               Пусть ТП работает с коэффициентом загрузки
                                                                                        К3 = S2p/S2H = 0,8,
                                              где S2p - реальная потребляемая мощность вторичной обмоткой ТП.
Примем, что реальный коэффициент мощности лежит в пределах cosф =0,6...0,8, что соответствует среднестатистическим данным по большинству промышленных предприятий.
                                             Суммарную мощность КУ определим по одной из формул:
                                             QКУ = S2H х Кз х sinф = 480...640 кВАр, или
                                             QКУ = S2H х Кз х cosф х (tgф - сtgф ) = 1000 х 0,8 х 0,6 х (1,33 - 0,33) = 640 кВАр,

где (ф - текущий фазовый угол (cosф =0,6), 1 - требуемый фазовый угол (cosф = 0,95).
Из условия поддержания необходимой точности регулирования (< 5%) определим мощность меньшей секции КУ:>
                                            Q c min = (QКУ/100) х 5% = 24...32 кВАр,
Целесообразно выбрать Q c min при минимальном коэффициенте загрузки ТП для обеспечения и в этом случае точности регулирования. Так при К3=0,4:
                                           Q c min = 12...16кВАр.
Выберем коэффициент трансформации трансформатора тока, включенного в цепь нагрузки ТП. Номинальный ток вторичной обмотки ТП: I2H=S2H / (1,73 х U2H) = 1444А, где U2H = 0,4 кВ - номинальное, вторичное напряжения.
С учетом тока при аварийной перегрузке (I2H= 1,4 х I2H =2021 А) коэффициент трансформации тока:
                                           КTT=(2001 А/5 А) = 400.
Эти данные можно использовать для оценки верхней границы тока нагрузки, измеряемой регулятором, для расчетов уставки по току в некоторых моделях регуляторов.
                                          I и max = (Кз х S2H) / (1,73 х U2H х Ктт) = 2,89 А.
Для режимов ТП, близких к холостому ходу т.е. при Кз 5% входной измеряемый регулятором ток:
                                          Iи max = 0,2 A
Изменение напряжения в % при подключении секций конденсаторных батарей определяется по одной из формул:
                                          DVC = (Qс х Хс)/(10 х U2H х U2P);

                                          DVC = (Qс х UK3) / S2H;

                                          DVC = (Qс / SK3);
где Qс - мощность подключаемой секции, кВАр; Хс - индуктивное сопротивление внешней сети по отношению к узлу присоединения КУ, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора; U2H, U2P - номинальное и действительное напряжение сети, кВ; Sкз - мощность короткого замыкания в месте установки КУ, мВА.

Опуская детали расчетов сопротивлений Линии передачи, приведем оценку изменения напряжения при включении КУ мощностью 600 кВАр для ТП с S2H= 1000 кВА, что составляет 12,4...22,8 В. В качестве устройства управления КУ применяются регуляторы коэффициента мощности отечественного и зарубежного производства.


shape
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ МАГАЗИН
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И СВЕТОТЕХНИКИ
Установки компенсаций р.м./Общая информация о реактив. мощности
shape