Где необходима компенсация реактивной мощности

В зависимости от вида используемого оборудования нагрузка подразделяется на активную, индуктивную и емкостную. Наиболее часто потребитель имеет дело со смешанными активно-индуктивными нагрузками. Соответственно, из электрической сети происходит потребление как активной, так и реактивной энергии. Активная энергия преобразуется в полезную – механическую, тепловую и пр. энергии. Реактивная же энергия не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, индукционных печах, сварочных трансформаторах, дросселях и осветительных приборах. Показателем потребления реактивной энергии (мощности) является коэффициент мощности сos. Он показывает соотношение активной мощности Р и полной мощности S, потребляемой электроприемниками из сети:

сosφ = P / S

Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные э.д.с. обуславливающие сдвиг по фазе φ между напряжением и током. Этот сдвиг по фазе обычно увеличивается, а cos φ при малой нагрузке уменьшается. Например, если cosφ двигателей переменного тока при полной нагрузке составляет 0,75-0,80, то при малой нагрузке он уменьшится до 0,20-0,40. Малонагруженные трансформаторы также имеют низкий cosφ. Значения коэффициента мощности нескомпенсированного оборудования приведены в табл. 1, а усредненные значения коэффициента мощности для систем электроснабжения различных предприятий – в табл. 2. В оптимальном режиме показатель сosφ должен стремиться к единице и соответствовать нормативным требованиям.

Таблица 1

Таблица 2

Асинхронные двигатели (cosφ ~ 0.7)Таким образом, видно, что при отсутствии компенсации реактивной мощности потребитель переплачивает за потребление реактивной энергии 30–40% общей стоимости. Соответственно при компенсации реактивной мощности ток, потребляемый из сети, снижается, в зависимости от cos φ на 30-50 %, соответственно уменьшается нагрев проводящих проводов и старение изоляции т.п. В настоящее время готовятся к выпуску Методические указания, устанавливающие новые скидки и надбавки к тарифу по оплате электроэнергии потребителем в зависимости от степени компенсации реактивной мощности и нагрузки, в том числе в составе конечного тарифа (цены) на электрическую энергию, поставляемую ему по договору электроснабжения. Повсеместная компенсация реактивной мощности, нагрузок в значительной степени поможет решить проблемы пропускной способности сети, снизить потери электроэнергии в подводящих линиях и трансформаторах, повысить напряжение сети и улучшить качество электроэнергии за счет фильтрации гармоник и импульсных помех. Применение конденсаторных установок позволит потребителям получать при той же полной мощности трансформатора большую полезную мощность при том же сечении кабелей и номиналах трансформаторов. Применение установок компенсации реактивной мощности необходимо на предприятиях, использующих:

• Асинхронные двигатели, при неполной загрузке (cosφ ~ 0.5)
• Выпрямительные электролизные установки (cosφ ~ 0.6)
• Электродуговые печи (cosφ ~ 0.6)
• Водяные насосы (cosφ ~ 0.8)
• Компрессоры (cosφ ~ 0.7)
• Машины, станки (cosφ ~ 0.5)
• Сварочные трансформаторы (cosφ ~ 0.4).

Напряжение подводимое к электроприемнику, не должно содержать высших гармоник при установившемся режиме работы электросети. Высшие гармоники тока и напряжения вызывают дополнительные потери активной мощности во всех элементах системы электроснабжения:

• в линиях электропередачи,
• трансформаторах
• электрических машинах
• статических конденсаторах

Высшие гармоники вызывают: Паразитные поля и электромагнитные моменты в синхронных и асинхронных двигателях, которые ухудшают механические характеристики и КПД машины. В результате необратимых физикохимических процессов, протекающих под воздействием полей высших гармоник, а также повышенного нагрева токоведущих частей наблюдается:

• ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов, кабелей;
• ухудшение коэффициента мощности электроприемников;
• ухудшение или нарушение работы устройств автоматики, телемеханики, компьютерной техники и других устройств с элементами электроники;
• погрешности измерений индукционных счетчиков электроэнергии, которые приводят к неполному учету потребляемой электроэнергии;
• нарушение работы вентильных преобразователей при высоком уровне высших гармонических составляющих.

Наличие высших гармоник неблагоприятно сказывается на работе не только электрооборудования потребителей, но и электронных устройствах в энергосистемах. Для некоторых установок (система импульсно-фазового управления вентильными преобразователями, комплектные устройства автоматики и др.) допустимые значения отдельных гармоник тока (напряжения) указываются изготовителем в паспорте изделия.