Реактивный расход электроэнергии: Активная и реактивная электроэнергия

Для чего необходима компенсация реактивной мощности? Устройство компенсации реактивной мощности

Основной нагрузкой в промышленных электросетях являются асинхронные электродвигатели и распределительные трансформаторы. Эта индуктивная нагрузка в процессе работы является источником реактивной электроэнергии (реактивной мощности), которая совершает колебательные движения между нагрузкой и источником (генератором), не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей и создает дополнительную нагрузку на силовые линии питания. Поэтому очень важен компенсатор реактивной мощности.

Реактивная мощность характеризуется задержкой (в индуктивных элементах ток по фазе отстает от напряжения) между синусоидами фаз напряжения и тока сети. Показателем потребления реактивной мощности является коэффициент мощности (КМ), численно равный косинусу угла (ф) между током и напряжением. КМ потребителя определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, т. е.: cos(ф) = P/S. Этим коэффициентом принято характеризовать уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности.

Пример: при cos(ф) = 1 для передачи 500 KW в сети переменного тока 400 V необходим ток значением 722 А. Для передачи той же активной мощности при коэффициенте cos(ф) = 0,6 значение тока повышается до 1203 А.

Соответственно все оборудование питания сети, передачи и распределения энергии должны быть рассчитаны на большие нагрузки. Кроме того, в результате больших нагрузок срок эксплуатации этого оборудования может соответственно снизиться. Дальнейшим фактором повышения затрат является возникающая из-за повышенного значения общего тока теплоотдача в кабелях и других распределительных устройствах, в трансформаторах и генераторах. Возьмем, к примеру, в нашем выше приведенном случае при cos(ф) = 1 мощность потерь равную 10 KW. При cos(ф) = 0,6 она повышается на 180% и составляет уже 28 KW. Таким образом, наличие реактивной мощности является паразитным фактором, неблагоприятным для сети в целом.

В результате этого:

• возникают дополнительные потери в проводниках вследствие увеличения тока;
• снижается пропускная способность распределительной сети;
• отклоняется напряжение сети от номинала (падение напряжения из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

 

Все сказанное выше является основной причиной того, что предприятия электроснабжения требуют от потребителей снижения доли реактивной мощности в сети. Решением данной проблемы является компенсация реактивной мощности – важное и необходимое условие экономичного и надежного функционирования системы электроснабжения предприятия. Эту функцию выполняют устройства компенсации реактивной мощности КРМ-0,4 (УКМ-58) — конденсаторные установки, основными элементами которых являются конденсаторы.

Правильная компенсация позволяет:

• снизить общие расходы на электроэнергию;
• уменьшить нагрузку элементов распределительной сети (подводящих линий, трансформаторов и распределительных устройств), тем самым продлевая их срок службы;
• снизить тепловые потери тока и расходы на электроэнергию;
• снизить влияние высших гармоник;
• подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
• добиться большей надежности и экономичности распределительных сетей.

Кроме того, в существующих сетях

• исключить генерацию реактивной энергии в сеть в часы минимальной нагрузки;
• снизить расходы на ремонт и обновление парка электрооборудования;
• увеличить пропускную способность системы электроснабжения потребителя, что позволит подключить дополнительные нагрузки без увеличения стоимости сетей;
• обеспечить получение информации о параметрах и состоянии сети.

А во вновь создаваемых сетях — уменьшить мощность подстанций и сечения кабельных линий, что снизит их стоимость.

 

Реактивная мощность и энергия ухудшают показатели работы энергосистемы, то есть загрузка реактивными токами генераторов электростанций увеличивает расход топлива; увеличиваются потери в подводящих сетях и приемниках; увеличивается падение напряжения в сетях.

Реактивный ток дополнительно нагружает линии электропередачи, что приводит к увеличению сечений проводов и кабелей и соответственно к увеличению капитальных затрат на внешние и внутриплощадочные сети.

Компенсация реактивной мощности, в настоящее время, является немаловажным фактором позволяющим решить вопрос энергосбережения практически на любом предприятии.

По оценкам отечественных и ведущих зарубежных специалистов, доля энергоресурсов, и в частности электроэнергии занимает величину порядка 30-40% в стоимости продукции. Это достаточно веский аргумент, чтобы руководителю со всей серьезностью подойти к анализу и аудиту энергопотребления и выработке методики компенсации реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности – вот ключ к решению вопроса энергосбережения.

Основные потребители реактивной мощности:

• асинхронные электродвигатели, которые потребляют 40% всей мощности совместно с бытовыми и собственными нуждами;
• электрические печи 8%;
• преобразователи 10%;
• трансформаторы всех ступеней трансформации 35%;
• линии электропередач 7%.

 

В электрических машинах переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе (fi) между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а косинус фи уменьшается при малой нагрузке. Например, если косинус фи двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40.

Мало нагруженные 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.

Кроме этого, реактивная мощность наряду с активной мощностью учитывается поставщиком электроэнергии, а следовательно, подлежит оплате по действующим тарифам, поэтому составляет значительную часть счета за электроэнергию.

Наиболее действенным и эффективным способом снижения потребляемой из сети реактивной мощности является применение установок компенсации реактивной мощности (конденсаторных установок).

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности позволяет:

• разгрузить питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства;
• снизить расходы на оплату электроэнергии
• при использовании определенного типа установок снизить уровень высших гармоник;
• подавить сетевые помехи, снизить несимметрию фаз;
• сделать распределительные сети более надежными и экономичными.

 

продольная и поперечная компенсация реактивной мощности

HydroMuseum – Реактивная мощность

Компенсация реактивной мощности является немаловажным фактором,
позволяющим снизить нагрузки на электросеть и решить вопрос энергосбережения.

В
целом результаты проводимых анализов показывают необходимость компенсации
реактивной мощности как у потребителя, так и в электрических сетях, поэтому в
Приказе Минпромэнерго РФ № 49 от 22.02.07 «О порядке расчета значений
соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных
энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей
электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в
договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах
энергоснабжения)» оговорены предельные значения коэффициента реактивной
мощности.

Протекающий
реактивный ток вызывает потери мощности и энергии в линиях и трансформаторах
как энергосистемы, так и потребителя, увеличение cos φ с 0,6 до 0,9 приводит к
уменьшению мощности подстанций на 14 % и уменьшению их числа на 26 %.

Реактивная
мощность представляет собой произведение реактивной слагающей напряжения
(проекции вектора напряжения на направление, перпендикулярное направлению
вектора тока) на величину тока:

Q = U · sinφ · I,

где
φ — угол, между напряжением и
током;

Реактивная
индуктивная мощность, имея среднее значение в течение периода, равное нулю, не
является полезной, так как не производит механической работы и представляет
собой дополнительную нагрузку для энергосистемы, что ведет к увеличению сечений
линий электропередач и мощности самих генераторов.

Компенсация
реактивной мощности в электросетях позволяет уменьшить значение полной
мощности.

Параметром,
определяющим поглощение реактивной индуктивной мощности, является коэффициент
мощности. Коэффициент мощности определяется как соотношение между активной и
полной мощностью: cos φ = P/S.

Cos
φ уменьшается при увеличении поглощаемой реактивной мощности. Система с низким
cos φ обладает следующими недостатками:

• повышенные
  потери мощности в сетях электроснабжения;
• повышенное
  падение напряжения в сети;
• увеличенные
  размеры генераторов, электропроводов и трансформаторов.

Реактивная
мощность является фактором, снижающим качество электроэнергии, приводящим к
таким отрицательным явлениям, как дополнительные потери в проводниках,
вследствие увеличения тока, завышение мощности трансформаторов и сечения
кабелей, отклонение напряжения сети от номинала.

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.

Из
вышеизложенного мы понимаем всю важность исключения или хотя бы понижения
эффектов, возникающих из-за низкого коэффициента мощности. Для достижения
такого результата необходимы конденсаторы.

Импеданс

. Что означает отдаваемая/потребляемая реактивная мощность?

Для ответа на вопрос: Реальная мощность потребляется цепью. Реактивная мощность передается между цепью и источником.

Реальная мощность в Вт (P) является полезной мощностью. Кое-что, что мы можем получить вне схемы. Тепло, свет, механическая энергия. Мощность, потребляемая резисторами или двигателями.

Полная мощность в ВА (См) — это мощность, которую источник передает в цепь. Полное влияние схемы на источник.

Таким образом, коэффициент мощности является своего рода эффективностью pf = P / S для цепи. Чем ближе к 1, тем лучше.

Реактивная мощность в ВАр (реактивных вольт-амперах) (Q) — это мощность, которая циркулирует между источником и нагрузкой. Мощность, запасенная в конденсаторах или катушках индуктивности. Но это необходимо. Например, индуктивная реактивная мощность в электродвигателях формирует магнитные поля для вращения двигателя. Без него мотор бы не работал, так что опасно считать его потраченным впустую, но вроде так.

Конденсаторы и катушки индуктивности реактивны. Они запасают энергию в своих полях (электрических и магнитных). Для 1/4 формы волны переменного тока мощность потребляется реактивным устройством по мере формирования поля. Но следующая четверть волны, электрическое или магнитное поле разрушается, и энергия возвращается к источнику. То же самое для последних двух кварталов, но в противоположной полярности.

Анимацию см. в разделе «Формы сигналов для последовательных цепей переменного тока». На нем показаны все 6 последовательных цепей (R, L, C, RL, RC и RLC). Включите мгновенную мощность. Когда p положительное, источник обеспечивает питание. Когда p отрицательное, мощность передается на источник.

Для R потребляется мощность. Для L или C мощность течет между источником и устройством. Для RL или RC эти два отношения объединяются. Резистор потребляет, а реактивное устройство накапливает/отправляет энергию к источнику.

Истинное преимущество, когда в цепи есть катушка индуктивности И конденсатор. Опережающая емкостная реактивная мощность противоположна по полярности отстающей индуктивной реактивной мощности. Конденсатор подает питание на индуктор, уменьшая реактивную мощность, которую должен обеспечить источник. Основа коррекции коэффициента мощности.

Выберите RLC в ссылке. Обратите внимание, что напряжение источника \$V_S\$ (гипотенеза) формируется из \$V_R\$ и \$V_L — V_C\$. Это меньше, чем если бы оно образовалось из \$V_R\$ и \$V_L\$

Если конденсатор отдает всю мощность катушки индуктивности, нагрузка становится резистивной и P = S и pf = 1. Треугольник мощностей исчезает. Требуемый ток источника меньше, что означает, что кабели и защита цепи могут быть меньше. Внутри двигателя существует нескорректированный треугольник мощности с дополнительным током, поступающим от конденсатора.

Ссылка показывает последовательные цепи, но любой C будет подавать питание на любой L в цепи переменного тока, уменьшая полную мощность, которую должен обеспечить источник.

---

Редактировать…
![Коррекция коэффициента мощности][2]

Возьмем пример. P = двигатель мощностью 1 кВт с отставанием 0,707 пф от источника 120 В.

До коррекции коэффициента мощности: \$Q_L = 1 кВАР\$ и \$S_1 = 1,42 кВА \$ (пунктирная линия) \$Θ_1 = отставание на 45° \$, как и в I отстает от \$V_S\$ на 45°. \$I_1 = 11,8A \$

Увеличить коэффициент мощности до 0,95 отставание путем добавления конденсатора параллельно нагрузке.

После коррекции фактора: P и \$Q_L\$ все еще существуют. Конденсатор добавляет \$Q_C = 671VAR\$. Это уменьшает реактивную мощность, которую должен обеспечивать источник, поэтому чистая реактивная мощность составляет \$Q_T = 329VAR\$. \$S_2 = 1,053 кВА \$ и \$I_2 = 8,8A \$ Экономия тока 25,8%. В треугольнике мощности существует все, кроме \$S_1\$.

Конденсатор обеспечивает 671ВАР опережающей реактивной мощности для отстающей реактивной мощности двигателя, уменьшая полезную реактивную мощность до 329ВАР. Конденсатор действует как источник для катушки индуктивности (катушки двигателя).

Электрическое поле конденсатора заряжается. По мере разрядки электрического поля формируется магнитное поле катушек. Когда магнитные поля разрушаются, конденсатор заряжается. Повторение. Мощность идет вперед и назад между конденсатором и катушкой индуктивности.

Идеально, когда \$Q_L = Q_C \$. Треугольник силы исчезает. \$S_2 = P = 1кВА \$ и \$I_2 = 8,33А \$

Реактивная мощность… потребление? — Электротехника Stack Exchange

спросил
5 лет, 4 месяца назад

Изменено
5 лет, 4 месяца назад

Просмотрено
499 раз

\$\начало группы\$

Это вопрос из экзамена на официальные тесты для поступления в университет в этом году (см. здесь, на каталанском языке):

На каталанском языке:

Параллельное соединение с емкостной реакцией 100 Ом
индуктивная реактивность 50 Ом. El conjunt s’alimenta d’una xarxa de
100 V. Quina és la potència реактива consumida pel conjunt?

Перевод:

Подключаем параллельно одну емкостную реактивность 100 Ом и одну
индуктивный дроссель 50 Ом. Набор питается по сетке 100
v. Какова реактивная мощность, потребляемая установкой?

Возможные ответы: 0 вар, 100 вар, 200 вар и -100 вар, правильный 100 вар.

Мой вопрос: когда мы говорим о реактивной мощности, мы можем говорить о потребляемой мощности?

• реактивная мощность

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Вероятно, не следует говорить «потреблено». Система терминологии, которая была предложена и которой придерживаются некоторые люди, гласит:

.

Когда реактивная мощность (вары) течет от «ИСТОЧНИКА» через
точки измерения и в «НАГРУЗКЕ» мы говорим, что реактивная мощность (вары)
ДОСТАВЛЯЕТСЯ. Поэтому при подаче реактивной мощности
«ИСТОЧНИК» в нагрузке будет называться «Доставленный реактивный».
Степени (вары) и имеют положительный знак.