Продольная компенсация реактивной мощности — физический смысл и техническая реализация

Расчет параметров устройств продольной компенсации реактивной мощности в тяговой сети переменного тока

5. Черемисин, В. Т. Концепция Единой автоматизированной системы учета электрической энергии на тягу поездов [Текст] / В. Т. Черемисин, А. Л. Каштанов, С. Ю. Ушаков // Транспорт Урала. — 2013. — № 4 (39). — С. 83-87.

6. Скоков, Р. Б. Снижение влияния тяговой сети постоянного тока на автоблокировку с тональными рельсовыми цепями [Текст] : дис. … канд. техн. наук / Р. Б. Скоков. — Омск, 2004. — 124 с.

КАШТАНОВ Алексей Леонидович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской части. Адрес для переписки: kesh-al@rambler.ru

КОМЯКОВ Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая электротехника».

Адрес для переписки: tskom@mail.ru КОМЯКОВА Татьяна Владимировна, кандидат технических наук, проректор по учебно-методической работе.

Адрес для переписки: komyakovatv@omgups.ru

Статья поступила в редакцию 01.07.2015 г. © А. Л. Каштанов, А. А. Комяков, Т. В. Комякова

УДК 6213315 Ю. В. КОНДРАТЬЕВ

А. В. ТАРАСЕНКО А. А. КОМЯКОВ В. Л. НЕЗЕВАК

Омский государственный университет путей сообщения

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ ПРОДОЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ТЯГОВОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрена методика определения параметров устройств продольной компенсации реактивной мощности в системе тягового электроснабжения переменного тока электрических железных дорог.

Ключевые слова: тяговое электроснабжение, переменный ток, реактивная мощность, устройство продольной компенсации, параметры.

Высокое потребление реактивной мощности на электрифицированных железных дорогах переменного тока, обусловленное спецификой электроподвижного состава, приводит к повышенному уровню потерь напряжения и мощности и, как следствие, снижает энергетическую эффективность и потенциальную пропускную и провозную способность железных дорог.

Для уменьшения потерь энергии и снижения коэффициента реактивной мощности применяют устройства компенсации реактивной мощности, которые могут включаться параллельно нагрузке (поперечная компенсация [1] или последовательно с ней (продольная компенсация), способствуя повышению напряжения в контактной сети, уровень которого определяется на основе проведения тяговых и электрических расчетов [2].

Устройства продольной компенсации реактивной мощности размещают в отсасывающей линии тяговой подстанции для системы тягового электроснабжения 25 кВ и в линиях «понижающий трансформатор — рельс» со стороны контактной сети и питающего провода для системы тягового электроснабжения 2×25 кВ (рис. 1).

Определение мощности устройств продольной компенсации реактивной мощности выполняют в следующем порядке:

1) оценивают целесообразность установки переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности;

2) определяют расчетные значения сопротивления и тока устройства продольной компенсации реактивной мощности и, при необходимости, ступеней его регулирования;

3) выбирают параметры устройства продольной компенсации реактивной мощности.

Целесообразность установки переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности [3] оценивают путем анализа режимов параллельной работы понижающих трансформаторов тяговой подстанции в зависимости от значения тяговой нагрузки:

— если на расчетном участке железной дороги на тяговую нагрузку постоянно работает только один понижающий трансформатор, то целесообразна установка непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности;

— если на тяговую нагрузку постоянно работают два понижающих трансформатора или же второй понижающий трансформатор включают при кратковременном увеличении тяговой нагрузки, или в периоды с интенсивным движением, то целесообразна установка переключаемого устройства

Рис. 1. Включение устройств продольной компенсации реактивной мощности на тяговых подстанциях в системе тягового электроснабжения 25 кВ (а) и 2*25 кВ (б)

продольной компенсации реактивнои мощности с двухступенчатым регулированием; при этом постоянно в работу введена первая ступень, а вторую подключают при включении в работу второго понижающего трансформатора.

Расчетное значение номинального сопротивления непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют по выражению:

ХУПК (неперекл) Хтр + Хс ,

(1)

где Хтр — индуктивное сопротивление понижающего трансформатора; Х — индуктивное сопротивление системы внешнего электроснабжения, Ом.

В случае, если на рассматриваемой тяговой подстанции установлены понижающие трансформаторы различной мощности, то расчет Хтр выполняют для трансформатора с наибольшей мощностью.

Для системы тягового электроснабжения 25 кВ значения сопротивлений трансформатора и системы внешнего электроснабжения приводят к номинальному напряжению 27,5 кВ, а для системы тягового электроснабжения 2Ч25 кВ — к номинальному напряжению 55 кВ.

Расчетное значение номинального тока непере-ключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют исходя из допустимого тока отсасывающей линии понижающего трансформатора с учетом 1,5-кратной перегрузки:

— для системы тягового электроснабжения 25 кВ с трехфазными трансформаторами:

И

= l,5kJ ^

УПК (неперекл) •f3lj

* ном пер

(2)

2×25 кВ с однофазными трансформаторами:

т'

УПК (неперекл)

и к

ноя пер

(3)

принимаемое равным 27,5 кВ для системы тягового электроснабжения 25 кВ, 55 кВ — для системы тягового электроснабжения 2×25 кВ; кз — коэффициент запаса (принимают равным 1,3); кпер — коэффициент перегрузки конденсаторов за 10 мин (определяют исходя из технических характеристик конденсаторов, применяемых в устройстве продольной компенсации реактивной мощности).

Результирующее расчетное сопротивление переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности, складывающееся из сопротивлений первой и второй ступени, определяют по выражению:

у

ЛУПК (перекл) '

Х • Х

тр тр2 ^

V I V с '

лтр1 тр2

(4)

где Хтр1, Хтр2 — сопротивление первого и второго понижающего трансформатора тяговой подстанции.

Расчетное сопротивление первой ступени переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности совпадает с расчетным сопротивлением для непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности:

У = У

УПК (перекл)! УПК (неперекл)'

(5)

Расчетное сопротивление второй ступени переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности:

у' __

^ УПК (перекл) 2 тл,

Х „

Х' ■ Х'

^ УПК (перекл) УПК (перекл)!

— Х'

УПК (перекл)! ^ УПК (перекл)

(6)

для системы тягового электроснабжения

Результирующий расчетный ток для переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют исходя из максимального 10-минутного тока тяговой нагрузки

I „т:

где 5ндм — номинальная мощность понижающего трансформатора; и — номинальное напряжение,

^УПК (перекл)

кз1макс(10)

(7)

к

Для системы тягового электроснабжения 25 кВ значение 1ткс{щ определяют для отсасывающей линии тяговой подстанции, а для системы тягового электроснабжения 2×25 кВ — для контактного провода.

Расчетный ток для первой ступени устройства продольной компенсации реактивной мощности совпадает с расчетным током для непереключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности:

^УПК (перекл)1 ^УПК (неперекл) ■

(8)

Расчетный ток для второй ступени устройства продольной компенсации реактивной мощности определяют по выражению:

определения мощности и выбора мест размещения устройств продольной компенсации реактивной мощности на основе обобщения накопленного опыта внедрения и эксплуатации, исключить ошибки и возможные неточности при проектировании, а также установить задачи, имеющие приоритетное значение при выборе того или иного варианта внедрения устройств [4].

Использование предлагаемой методики позволит определять оптимальные параметры устройств продольной компенсации реактивной мощности в тяговой сети и повысить технико-экономические показатели работы участков железных дорог переменного тока.

Библиографический список

Т' = Т' — Т'

*УПК (перекл)2 *УПК (перекл) *УПК (перекл)! '

(9)

Если ГУПК (перещ) по результатам расчетов меньше 1упк (жрекл) 1, то для данных условий нет необходимости в установке переключаемого устройства продольной компенсации реактивной мощности.

На основе расчетных значений Х'УПК и 1'упк выбирают номинальные параметры ХУПК и 1УПК устройства продольной компенсации реактивной мощности серийного производства и, при необходимости, ступеней его регулирования с учетом следующих выражений:

!уик — ^УПК,

ХУПК — ХУПК — 11ХУПК ■

(10)

Номинальное значение установленной мощности конденсаторных батарей устройства продольной компенсации реактивной мощности и ступеней его регулирования определяют исходя из выражения:

и 2

_ » УПК ¿¿УПК у

Х УПК

(11)

1. Кондратьев, Ю. В. Выбор мощности и места размещения устройств поперечной компенсации реактивной мощности / Ю. В. Кондратьев, А. В. Тарасенко // Известия Транссиба. — 2015. — № 2 (22). — С. 79-87.

2. Вильгельм, А. С. Совершенствование метода расчета системы тягового электроснабжения переменного тока / А. С. Вильгельм, А. А. Комяков, В. Л. Незевак // Известия Транссиба. — 2014. — № 3 (19). — С. 54-65.

3. Герман, Л. А. Регулируемые установки емкостной компенсации в системах тягового электроснабжения железных дорог : моногр. [Текст] / Л. А. Герман, А. С. Серебряков. — М. : МИИТ, 2011. — 164 с.

4. Комяков, А. А. Стандартизация методов расчета параметров устройств компенсации реактивной мощности в хозяйстве электрификации и электроснабжения / А. А. Комяков, О. А. Комякова, А. Л. Каштанов [и др.] ; Омский гос. ун-т путей сообщения // Метрологическое и нормативное обеспечение качества и безопасности продукции : материалы Всерос. науч.-техн. конф. — Омск, 2014. — С. 24-28.

где иупк — номинальное рабочее напряжение устройства продольной компенсации реактивной мощности в максимальном режиме, принимаемое по паспортным данным.

Для тяговых подстанций системы тягового электроснабжения 2×25 кВ предусматривают разделение устройства продольной компенсации реактивной мощности на две последовательно соединенные равные части, одну из которых подключают в линию «понижающий трансформатор-рельс» со стороны контактной сети, а другую — в линию «понижающий трансформатор — рельс» со стороны питающего провода.

Предлагаемая методика расчета может использоваться при стандартизации методов расчета, поскольку позволяет установить единый порядок

КОНДРАТЬЕВ Юрий Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта».

ТАРАСЕНКО Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта».

КОМЯКОВ Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теоретическая электротехника». НЕЗЕВАК Владислав Леонидович, кандидат технических наук, доцент (Россия), старший научный сотрудник научно-производственной лаборатории «Энергосберегающие технологии и электромагнитная совместимость».

Адрес для переписки: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, кафедра ЭЖТ, Тарасенко А. В.

Статья поступила в редакцию 09.09.2015 г. © Ю. В. Кондратьев, А. В. Тарасенко, А. А. Комяков, В. Л. Незевак

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-parametrov-ustroystv-prodolnoy-kompensatsii-reaktivnoy-moschnosti-v-tyagovoy-seti-peremennogo-toka

Для чего нужна компенсация реактивной мощности и как она реализуется

Электрооборудование во время работы потребляет энергию. При этом полная мощность состоит из двух составляющих: активная и реактивная. Реактивная мощность не выполняет полезной работы, но вносит в цепь дополнительные потери.

Поэтому её стремятся снизить, для чего и приходят к различным техническим решениям для компенсации реактивной мощности в электрических сетях. В этой статье мы рассмотрим, что это такое и для чего нужно компенсирующее устройство.

Определение

Полная электрическая мощность состоит из активной и реактивной энергии:

S=Q+P

Здесь Q – реактивная, P – активная.

Реактивная мощность возникает в магнитных и электрических полях, которые характерны для индуктивной и емкостной нагрузки при работе в цепях переменного тока. При работе активной нагрузки, фазы напряжения и тока одинаковы и совпадают. При подключении индуктивной нагрузки – напряжение отстает от тока, а при емкостной – опережает.

Косинус угла сдвига между этими фазами называется коэффициентом мощности.

cosФ=P/S

P=S*cosФ

Косинус угла всегда меньше единицы, соответственно активная мощность всегда меньше полной. Реактивный ток протекает в обратном направлении относительно активного и препятствует его прохождению. Так как по проводам протекает ток полной нагрузки:

S=U*I

То и при разработке проектов линий электропередач нужно учитывать потребление активной и реактивной энергии. Если последней будет слишком много, то придется увеличивать сечение линий, что ведет к дополнительным затратам. Поэтому с ней борются. Компенсация реактивной мощности снижает нагрузку на сети и экономит электроэнергию промышленных предприятий.

Читайте также:  Составление управляющей программы программируемого контроллера

Где важно учитывать косинус Фи

Давайте разберемся, где и когда нужна компенсация реактивной мощности. Для этого нужно проанализировать её источники.

Примером основной реактивной нагрузки являются:

  • электрические двигатели, коллекторные и асинхронные, особенно если в рабочем режиме его нагрузка мала для конкретного двигателя;
  • электромеханические исполнительные механизмы (соленоиды, клапана, электромагниты);
  • электромагнитные коммутационные приборы;
  • трансформаторы, особенно на холостом ходу.

На графике изображено изменение cosФ электродвигателя при изменении нагрузки.

Основу электрохозяйства большинства промышленных предприятий составляет электропривод. Отсюда и высокое потребление реактивной мощности. Частные потребители не оплачивают её потребление, а предприятия оплачивают. Это вызывает дополнительные затраты, от 10 до 30% и более от общей суммы счета за электроэнергию.

Виды компенсаторов и их принцип действия

В целях снижения реактива используют устройства компенсации реактивной мощности, т.н. УКРМ. В качестве компенсатора мощности на практике используют чаще всего:

  • батареи конденсаторов;
  • синхронные двигатели.

Так как в течении времени количество реактивной мощности может изменяться, значит и компенсаторы могут быть:

  1. Нерегулируемые – обычно конденсаторная батарея без возможности отключения отдельных конденсаторов для изменения емкости.
  2. Автоматические – ступени компенсации изменяются в зависимости от состояния сети.
  3. Динамические – компенсируют, когда нагрузка быстро изменяет свой характер.

В схеме используется, в зависимости от количества реактивной энергии от одного до целой батареи конденсаторов, которые можно вводить и выводить из цепи. Тогда и управление может быть:

  • ручным (автоматические выключатели);
  • полуавтоматическим (кнопочные посты с контакторами);
  • неуправляемыми, тогда они подсоединены напрямую к нагрузке, включаются и отключаются вместе с ней.

Конденсаторные батареи могут устанавливаться как на подстанциях, так и непосредственно возле потребителей, тогда устройство подключается к их кабелям или шинам питания. В последнем случае обычно рассчитываются на индивидуальную компенсацию реактива конкретного двигателя или другого прибора – часто встречается на оборудовании в электрических сетях 0,4 кВ.

Централизованная компенсация выполняется либо на границе балансового раздела сетей, либо на подстанции, при чем может выполняться в высоковольтных сетях 110 кВ.

Хороша тем, что разгружает высоковольтные линии, но плохо то, что не разгружаются линии 0,4 кВ и сам трансформатор. Этот способ дешевле остальных.

При этом можно и централизованно разгрузить и низкую сторону 0,4 кВ, тогда УКРМ подключается к шинам, к которым подключена вторичная обмотка трансформатора, соответственно разгружается и он.

Также может быть и вариант групповой компенсации. Это промежуточный вид между централизованным и индивидуальным.

Другой способ – компенсация синхронными двигателями, которые могут компенсировать реактивную мощность. Проявляется, когда двигатель работает в режиме перевозбуждения.

Такое решение используется в сетях 6 кВ и 10 кВ, также встречается и до 1000В.

Преимуществом этого метода перед установкой конденсаторных батарей – возможность использования компенсатора для совершения полезной работы (вращения мощных компрессоров и насосов, например).

На графике изображена U-образная характеристика синхронного двигателя, которая отражает зависимость тока статора от тока возбуждения. Под ней вы видите, чему равен косинус фи. Когда он больше нуля – двигатель имеет емкостной характер, а когда косинус меньше нуля – нагрузка является емкостной и компенсирует реактивную мощность остальной части индуктивных потребителей.

Заключение

Подведем итоги, перечислив основные тезисы о компенсации реактивной энергии:

  • Назначение – разгрузка линий электропередач и электрических сетей предприятий. В состав устройства могут входить антирезонансные дроссели для уменьшения уровня гармоник в сети.
  • За неё не уплачивают счета частные лица, но платят предприятия.
  • В состав компенсатора входят батареи конденсаторов или в этих же целях используют синхронные машины.

Также рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:

Материалы по теме:

Источник: https://samelectrik.ru/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti.html

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Слишком высокая или как еще её называют, реактивная энергия и мощность, способствуют значительному ухудшению работы электрических сетей и систем. Мы предлагаем рассмотреть в нашей статье как производится автоматическая компенсация реактивной мощности (крм) и перекомпенсация в сетях на предприятиях, в квартире и в быту.

Зачем нужна компенсация реактивной мощности

Чем больше требуется энергии – тем выше становится уровень потребления топлива. И это не всегда оправдано. Компенсация мощности, т.е, её правильный расчет, поможет сэкономить в промышленных распределительных электросетях на производстве до 50 % затрачиваемого топлива, а в некоторых случаях и больше.

Нужно понимать, что тем больше ресурсов затрачено на производство, тем выше будет цена конечного продукта. При возможности снизить стоимость изготовления товара, производитель либо предприниматель, сможет снизить его цену, чем привлечь потенциальных клиентов и потребителей.

Как наглядный пример – пара диаграмм ниже. Эти векторы визуально передают полный эффект от работы установки.

Диаграмма до работы установкиДиаграмма после работы установки

Кроме этого, мы также избавляемся от потерь в электросетях, от чего эффект следующий:

  • напряжение ровное, без перепадов;
  • увеличивается долговечность проводов (abb – авв, аку) и индукционной обмотки в жилых помещениях и на заводе;
  • значительная экономия на работе домашних трансформаторов и выпрямителей тока;
  • проведенная компенсация мощности и реактивной энергии значительно продлит время работы мощных устройств (асинхронный двигатель трехфазный и однофазный).
  • значительное снижение электрических затрат.

Общая схема преобразователя

Теория и практика

Чаще всего реактивная энергия и мощность потребляется при использовании трехфазного асинхронного двигателя, здесь и нужна компенсация сильнее всего. Согласно последним данным: 40 % – потребляют двигатели (от 10 кв), 30 – трансформаторы, 10 – преобразователи и выпрямители, 8% – расход освещения

Для того чтобы этот показатель уменьшить, используются конденсаторные устройства или установки. Но существует огромное количество подтипов этих электроприборов. Какие бывают конденсаторные установки и как они работают?

Видео: Что такое компенсация реактивной мощности и для чего она нужна?

Для того чтобы производилась компенсация энергии и реактивной мощности конденсаторными батареями и синхронными двигателями, понадобится установка энергосбережения.

Чаще всего используют подобные устройства с реле, хотя вместо него может быть установлен контактор либо тиристор. Дома используются релейные приборы дуговой компенсации.

Но если проводится компенсация реактивной энергии и мощности на заводах, у трансформаторов (там, где несимметричная нагрузка), то намного целесообразнее применять тиристорные устройства.

В отдельных случаях возможно использование комбинированных устройств, это приборы, которые одновременно работают и через линейный преобразователь, и через реле.

 Чем поможет использование установок:

  • подстанция снизит скачки напряжения;
  • электрические сети станут более безопасными для работы электрических приборов, исчезнут проблемы компенсации электричеста и мощности у холодильных установок и сварочных аппаратов;
  • кроме этого, они очень просты в установке и эксплуатации.

Как установить конденсаторные устройства

Предварительно понадобится схема работы электросети, и документы от ПУЭ, по которым и проводится решение о компенсации энергии и реактивной мощности ДСП. Далее необходим экономический расчет:

  • сумма потребления энергии всеми приборами (это печи, цод, автоматические машины, холодильные установки и прочее);
  • сумма поступления тока в сеть;
  • вычисление потерь в цепях до поступления энергии к приборам, и после этого поступления;
  • частотный анализ.

Далее нужно сгенерировать часть мощности сразу на месте её поступления в сеть при помощи генератора. Это называется централизованная компенсация. Она может проводится также при помощи установки cos, electric, schneider, tg.

Но существует также индивидуальная однофазная компенсация реактивной энергии и мощности (либо поперечная), её цена намного ниже.

В этом случае производится установка упорядоченных регулирующих устройств (конденсаторов), непосредственно у каждого потребителя питания. Это оптимальный выход, если регулируется трехфазный двигатель или электропривод.

Но у этого типа компенсации есть существенный недостаток – она не регулируется, и поэтому называется еще и нерегулируемой или нелинейной.

Статические компенсаторы или тиристоры работают при помощи взаимоиндукции. В этом случае переключение производят при помощи двух или более тиристоров. Самый простой и безопасный метод, но его существенным недостатком является то, что гармоники генерируются вручную, что значительно усложняет процесс монтажа.

Продольная компенсация

Продольная компенсация производится методом варистора или разрядника.

Продольная компенсация реактивной мощности

Сам процесс происходит из-за наличия резонанса, который образуется из-за направления индуктивных зарядов друг другу на встречу. Данная технология и теория компенсации мощности применяется для реактивных и тяговых двигателей, сталеплавильной или станочной техники Гармоники, к примеру, и именуется еще искусственная.

Техническая сторона компенсации

Существует огромное количество производителей и типов установок конденсаторных установок:

  • тиристорные;
  • регуляторы на ферросплавном материале (Чехия);
  • резисторные (производятся в Петербурге);
  • низковольтные;
  • реакторы детюнинг (Германия);
  • модульные – самые новые и дорогостоящие на данный момент приборы;
  • контакторы (Украина).

Их стоимость разнится в зависимости от организации, для боле точной и исчерпывающей информации посетите форум, где обсуждается компенсаций реактивной мощности.

Источник: https://www.asutpp.ru/kompensaciya-reaktivnoj-moshhnosti.html

Для чего необходима компенсация 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.

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.

Читайте также:  Тормозные режимы работы двигателя с последовательным возбуждением

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.

Зачем компенсировать реактивную мощность?

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.

Источник: http://www.pea.ru/docs/equipment/reactive-power-compensation/why/

Продольная компенсация реактивной мощности — физический смысл и техническая реализация

С целью повышения эффективности работы уже существующих линий электропередач, а так же для улучшения их пропускной способности, применяют устройства продольной компенсации реактивной мощности.

На сегодняшний день обилие разнообразных генерирующих источников различной мощности, как и высоковольтных линий, особенно тех, что передают электроэнергию на большие расстояния, приводит к возрастающему спросу на повышение не только надежности энергосистем в целом, но и на улучшение их экономичности.

Есть два пути, позволяющих увеличить пропускную способность линий электропередач, первый из которых — увеличение непосредственно сечений линий, а второй — использование схем продольной компенсации реактивной мощности. Второй путь — продольная компенсация реактивной мощности, — оказывается более экономичным способом достижения поставленной цели как для межсистемных, так и для внутрисистемных связей.

Известно, что при передаче по проводам реактивной мощности, имеют место значительные падения напряжения и возрастания тока в участках электрических сетей, и это создает ограничения для передачи полезной, активной мощности.

Продольная компенсация реактивной мощности предполагает дополнительное включение конденсаторов последовательно с нагрузкой через вольтодобавочный или разделительный трансформаторы, что позволяет достичь автоматического регулирования напряжения в зависимости от текущей величины тока нагрузки.

Конечно, при продольной компенсации неизбежны и аварийные режимы, причинами которых могут стать:

  • расшунтирование конденсаторов, могущее вызвать перенапряжение;
  • явление феррорезонанса;
  • повреждения конденсаторов изнутри.

Чтобы избежать повреждений от резкого повышения напряжения конденсаторы в такие моменты должны автоматически шунтироваться высоковольтным выключателем или мгновенно разряжаться через искровой промежуток.

Так как конденсаторы для продольной компенсации реактивной мощности включаются последовательно в цепь переменного тока, то через них течет полный ток линии, и следовательно, ток короткого замыкания, в случае возникновения такового, тоже потечет через них.

Для увеличения пропускной способности, продольная компенсация применяется в высоковольтных линиях, чем обеспечивает устойчивость энергосистем, которые включают в себя эти линии.

При продольной компенсации ток конденсатора равен текущему через него полному току нагрузки I, и мощность батареи конденсаторов Q является величиной переменной, зависящей от нагрузки в каждый конкретный момент времени. Эту реактивную мощность можно вычислить по формуле:

Qк=I2/ωC

И поскольку мощность на конденсаторах в процессе продольной компенсации не остается постоянной, то и напряжение повышается на величину, которая оказывается пропорциональна изменению реактивной нагрузки данной линии, то есть напряжение на конденсаторах так же отнюдь не постоянно, как это имеет место при поперечной компенсации реактивной мощности.

Сегодня пользуются большой популярностью переключаемые установки емкостной продольной компенсации. Такие установки применяются с целью снижения влияния индуктивной составляющей реактивного сопротивления трансформаторов тяговых сетей и тяговых подстанций на напряжение, прикладываемое к токоприемнику электровоза. Здесь, как говорилось выше, последовательно с токоприемником включается емкость.

На российских тяговых подстанциях монтируют данные установки в отсасывающую линию, в которой установка продольной компенсации служит для повышения напряжения, предотвращения эффекта опережения или отставания фаз, получаются симметричные напряжения с равными токами в плечах питания, снижается общий класс напряжения для рабочего оборудования, а конструкция установки упрощается.

На приведенном рисунке показана схема, где изображена лишь одна секция конденсаторов продольной компенсации, которых на самом деле несколько, подключенных параллельно между собой.

Напряжение на низковольтные обмотки трансформаторов Т1 и Т2, соединенных последовательно, подается от одного ряда конденсаторов через тиристорный ключ и ограничительный резистор. При этом высоковольтные обмотки данных трансформаторов соединены встречно, и при сквозном коротком замыкании напряжение на конденсаторах растет.

В момент, когда напряжение достигает уставки, тиристорный ключ срабатывает, и тут же зажигается дуга трехэлектродного разрядника. Когда вакуумный контактор включается, дуга в разряднике гаснет.

К достоинствам таких установок продольной компенсации относятся:

  • симметричное напряжение на шинах;
  • снижение колебаний напряжения и повышение его уровня на электроприемниках.

Минусы:

  • тяжелые рабочие условия для конденсаторов установки в сравнении с поперечной компенсацией, поскольку ток короткого замыкания тяговой сети протекает через конденсаторы, и здесь нужна надежная сверхбыстродействующая защита;
  • перегрузка конденсаторов в опасных режимах: вынужденном, аварийном, послеаварийном.

Чтобы достичь лучшего эффекта от компенсации реактивной мощности, следует применять регулируемые установки с совместной работой продольной и поперечной компенсации.

К преимуществам применения установок продольной компенсации в целом относятся:

  • увеличение передаваемой по линии мощности;
  • повышение стабильности работы энергосистем при пиковых нагрузках;
  • значительное снижение потерь активной мощности;
  • повышение качества электроэнергии в сетях;
  • высокая экономичность распределения мощности в параллельных линиях;
  • исчезает необходимость возведения генерирующих источников на удаленных территориях;
  • межсистемные сечения и технические параметры линий не нуждаются в увеличении.

Главное экономическое достоинство применения устройств продольной компенсации заключается в энергосбережении.

Мало того, что повышается качество электроэнергии, так еще и количество линий электропередач может быть снижено, если применяется продольная компенсация реактивной мощности.

Защита окружающей среды становится естественным следствием внедрения данной технологии, особенно в крупных масштабах.

Стоимостные показатели установок таковы, что новая линия электропередач обходится в 10 раз дороже, чем устройство продольной компенсации, дающее ту же пропускную способность. В итоге окупаемость такой системы составляет лишь несколько лет, по сравнению с традиционными ЛЭП.

Источник: http://Svet-elena.ru/akat16/25258-pdlnya-kmpntsiya-ktivny-mschnti-fizichkiy-mil-i-tchnichkya-liztsiya

Компенсация реактивной мощности в теории

Компенсация реактивной мощности (КРМ). Появление термина «реактивная» мощность связано с необходимостью выделения мощности, потребляемой нагрузкой, составляющей, которая формирует электромагнитные поля и обеспечивает вращающий момент двигателя.

Эта составляющая имеет место при индуктивном характере нагрузки. Например, при подключении электродвигателей. Практически вся бытовая нагрузка, не говоря о промышленном производстве, в той или иной степени имеет индуктивный характер.

В электрических цепях, когда нагрузка имеет активный (резистивный) характер, протекающий ток синфазен (не опережает и не запаздывает) от напряжения. Если нагрузка имеет индуктивный характер(двигатели, трансформаторы на холостом ходу), ток отстает от напряжения.

Когда нагрузка имеет емкостной характер(конденсаторы), ток опережает напряжение.

Суммарный ток, потребляемый двигателем, определяется векторной суммой

1. Iа— активный ток
2. Iри— реактивный ток индуктивного характера

К этим токам привязаны мощности потребляемые двигателем.

  1. Р– активная мощность привязана к Iа(по всем гармоникам суммарно)
  2. Q– реактивная мощность привязана к Iри(по всем гармоникам суммарно)
  3. A– полная мощность потребляемая двигателем. (по всем гармоникам суммарно)

Реактивная мощность не производит механической работы, хотя она и необходима для работы двигателя, поэтому ее необходимо получать на месте, чтобы не потреблять ее от энергоснабжающей организации.

Тем самым мы снижаем нагрузку на провода и кабели, повышаем напряжение на клеммах двигателя, снижаем платежи за реактивную мощность, имеем возможность подключить дополнительные станки за счет снижения тока потребляемого с силового трансформатора.

Параметр определяющий потребление реактивной мощности называется Cos (φ)

Читайте также:  Энергетика, электрические системы - основные понятия

Cos (φ) = P1гарм/ A1гарм

P1гарм— активная мощность первой гармоники 50 Гц
А1гарм— полная мощность первой гармоники 50 Гц
где,

A = √P² + Q²

Таким образом, сos (φ) уменьшается, когда потребление реактивной мощности нагрузкой увеличивается. Необходимо стремиться к повышению сos (φ), т.к. низкий сos (φ) несет следующие проблемы:

  1. Высокие потери мощности в электрических линиях (протекание тока реактивной мощности)
  2. Высокие перепады напряжения в электрических линиях(например 330…370 В, вместо 380 В)
  3. Необходимость увеличения габаритной мощности генераторов, сечения кабелей, мощности силовых трансформаторов.

Из всего вышеприведенного, понятно, что компенсация реактивной мощности необходима. Чего легко можно достичь применением активных компенсирующих установок. Конденсаторы в которых будут компенсировать реактивную мощность двигателей.

Потребители реактивной мощности

Потребителями реактивной мощности, необходимой для создания магнитных полей, являются как отдельные звенья электропередачи(трансформаторы, линии, реакторы), так и такие электроприёмники, преобразующие электроэнергию в другой вид энергии которые по принципу своего действия используют магнитное поле(асинхронные двигатели, индукционные печи и т.п.).

До 80-85% всей реактивной мощности, связанной с образованием магнитных полей, потребляют асинхронные двигатели и трансформаторы. Относительно небольшая часть в общем балансе реактивной мощности приходится на долю прочих её потребителей, например на индукционные печи, сварочные трансформаторы, преобразовательные установки, люминесцентное освещение и т.п.

Трансформатор как потребитель реактивной мощности. Трансформатор является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от электростанции до потребителя. В зависимости от расстояния между электростанцией и потребителем и от схемы передачи электроэнергии число ступеней трансформации лежит в пределах от двух до шести.

Поэтому установленная трансформаторная мощность обычно в несколько раз превышает суммарную мощность генераторов энергосистемы. Каждый трансформатор сам является потребителем реактивной мощности.

Реактивная мощность необходима для создания переменного магнитного потока, при помощи которого энергия из одной обмотки трансформатора передаётся в другую.

Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 60-65% всей реактивной мощности нагрузок энергосистемы. По принципу действия асинхронный двигатель подобен трансформатору. Как и в трансформаторе, энергия первичной обмотки двигателя– статора передаётся во вторичную– ротор посредствам магнитного поля.

Индукционные печи как потребители реактивной мощности.

К крупным электроприемникам, требующим для своего действия большой реактивной мощности, прежде всего, относятся индукционные печи промышленной частоты для плавки металлов.

По существу эти печи представляют собой мощные, но не совершенные с точки зрения трансформаторостроения трансформаторы, вторичной обмоткой которых является металл (садка), расплавляемый индуктированными в нём токами.

Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей, также относятся к крупным потребителям реактивной мощности. Выпрямительные установки нашли широкое применение в промышленности и на транспорте.

Так, установки большей мощности с ртутными преобразователями используются для питания электроизоляционных ванн, например при производстве алюминия, каустической соды и др.

Железнодорожный транспорт в нашей стране почти полностью электрифицирован, причём значительная часть железных дорог использует постоянный ток преобразовательных установок.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях

Источник: http://kvar.su/teoriia-reaktivnoi-moshchnosti/

Компенсация реактивной мощности

В электрических цепях переменного тока присутствуют два вида мощности – активная и реактивная. Активная мощность является полезной и расходуется непосредственно на совершение полезной работы. Реактивная мощность чаще имеет отрицательное воздействие, в связи с чем, требуется компенсация реактивной мощности

Реактивная мощность

Реактивная мощность возникает при наличии реактивных элементов в цепи, таких как катушка или конденсатор. При этом часть энергии полученной от источника возвращается обратно к нему.

При наличии в цепи и катушки и конденсатора, суммарная реактивная мощность оказывается меньше, чем в цепях, в которых эти элементы расположены по отдельности.

Это связано с тем, что индуктивная QL и емкостная QC  мощности имеют разные знаки. При равенстве этих мощностей наблюдается явление резонанса, при котором реактивная мощность равна нулю.

В этом случае энергия не поступает к источнику, а циркулирует между катушкой и конденсатором.

Реактивная мощность в промышленных установках

В промышленности большая часть оборудования обладает индуктивностью, а следовательно и реактивной мощностью. Примером таких установок может служить трансформаторы, двигатели, индукционные нагревательные установки и т.д.

Чем больше величина реактивной мощности, тем меньше коэффициент мощности cosϕ, который определяется как отношение активной мощности к полной.

Чем больше число установок, тем больше их суммарная реактивная мощность, следовательно, потери связанные с реактивной мощностью больше.

Реактивная мощность также влияет на токи в цепи. На примере асинхронного двигателя ток определяется как 

При увеличении реактивной мощности (Q) ток также будет увеличиваться, что приводит к необходимости выбора проводов большего сечения, а следовательно к лишним затратам. Кроме того, увеличение тока приводит к увеличению тепловых потерь, а следовательно к дополнительному нагреву двигателя.

Как было сказано ранее, большие значения реактивной мощности приводят к значительным экономическим и трудовым затратам. Поэтому, на практике стараются максимально уменьшить её значение.

Уменьшение реактивной мощности может достигаться несколькими способами.

Самым эффективным считается правильный подбор мощности двигателей и трансформаторов и нахождение эффективного режима нагрузки, без холостого хода и недогрузки.

Такой способ не требует дополнительных материальных затрат, но им не всегда получается достигнуть оптимальных значений и прибегают к искусственным способам компенсации реактивной мощности.

Одним из таких способов является включение батареи конденсаторов параллельно к приемнику.

С помощью использования батареи конденсаторов можно добиться полной компенсации реактивной мощности. Но на практике затраты на дополнительное оборудование могут значительно превысить затраты на реактивную мощность, из-за дороговизны конденсаторов. Поэтому чаще всего, добиваются лишь частичной компенсации реактивной мощности.

Компенсацию реактивной мощности рассмотрим на примере асинхронного двигателя.

До включения батареи конденсаторов параллельно двигателю, значение реактивной мощности было равно Q1, а ток в питающих проводах двигателя был равен I1. При включении батареи, это значение снизилось до Q2, так как часть индуктивной мощности была скомпенсирована емкостной.

Ток значительно уменьшается до величины I2, благодаря появлению тока Ic, который можно рассчитать по формуле

Емкость батареи 

Мощность батареи 

Таким образом, компенсация реактивной мощности играет важную роль с точки зрения сокращения расходов предприятия. 

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2.50 (1 Голос)

Источник: https://electroandi.ru/toe/ac/kompensatsiya-reaktivnoj-moshchnosti.html

Реактивная мощность и её компенсация, формула, схема, диаграмма

Большинство электроприемников потребляет из сети ток, отстающий от приложенного к зажимам напряжения. Это связано с наличием индуктивностей, создающих магнитный поток, необходимый для функционирования ЭП. Примем, что приемник электроэнергииприсоединен к источнику синусоидального напряженияи потребляет синусоидальный ток, сдвинутый по фазе относительно напряжения на угол ср.

Мгновенная мощность, переносимая переменным (синусоидальным) током, — это произведение мгновенных тока и напряжения. Мгновенная мощность — тоже синусоида, но двойной частоты.

Мгновенная мощность положительна при совпадении знаков тока и напряжения грузку и обозначена «Г*Н») и отрицательна при разных знаках тока и напряжения (т. е. передается от нагрузки в генератор: «Н*Г»).

<\p>

При наличии индуктивностей в нагрузке часть периода электромагнитной энергии запасается, а в другую часть периода она поступает обратно в основной источник энергии — генератор.

В целом за период количество энергии, переданной от генератора в нагрузку, больше (на величину активной мощности), чем переданной от нагрузки в генератор. Происходит перенос энергии от генератора в нагрузку. Аналогичные процессы происходят, если в нагрузке присутствует не индуктивность, а емкость, т. е. есть нагрузка потребляет ток, опережающий напряжение.

Значение мгновенной мощности на зажимах приемникаявляется алгебраической суммой двух величин, одна из которых не зависит от времени, а другая пульсирует с двойной частотой.

Центрируем синусоиду, т. е. переносим ось абсцисс, в центр синусоиды мгновенной мощности (рис. 9.2). Величину этого переноса, или первое слагаемое в формуле (9.

1), и назвали активной мощностью,задав направление движения этой мощности только от генератора в нагрузку. Активная мощность характеризует энергию, выделяемую в единицу времени на производство полезной работы в нагрузке.

А центрированная синусоида (величина действующего значения синусоиды) получила название реактивной мощности(РМ).

Соответственно вводится понятие полной мощности, потребляемой нагрузкой, которую в комплексной форме можно представить выражениями:

Принято считать, что если потребляемый ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то РМ имеет положительное значение и говорят о потреблении РМ, а если ток опережает напряжение (емкостный характер нагрузки), то РМ имеет отрицательное значение и говорят о генерации РМ.

Введенное понятие «реактивная мощность» отражает обменные процессы передачи энергии на переменном токе.

Протекает РМ по элементам сети, загружая их, вызывает в них потери активной и реактивной мощности, вызывает падение напряжения, но не производит полезной работы в нагрузке, так как количество энергии в целом за период, перенесенной центрированной синусоидой в одном направлении, равно количеству энергии, перенесенной в обратном направлении. По этой причине произведение РМ на время не является энергией и нет понятия «реактивная энергия» (этот термин иногда используют при решении задач учета электроэнергии, но правильнее говорить о кварчасах). Чтобы подчеркнуть особый характер РМ, отступили от правил в написании ее размерности и пишут: вар, квар, Мвар (а не ВАр, кВАр, МВАр, как это следовало бы по правилам).

До недавнего времени основным нормативным показателем, характеризующим потребление РМ, был коэффициент мощностиcos φ(см. формулу (9.3)). На вводах, питающих промышленное предприятие, средневзвешенное значение этогокоэффициента должно было находиться в диапазоне 0,92 …0,95.

Следует признать, что выбор соотношения P/S в качестве нормативного не дает четкого представления о динамике изменения реального значения РМ. Например, при уменьшении коэффициента мощности с 0,95 до 0,94 РМ изменяется на 10 %, а при уменьшении этого же коэффициента с 0,99 до 0,98 изменение РМ составляет уже 42 %.

При расчетах удобнее оперировать соотношением Q/P = tgcp, которое назвали коэффициентом реактивной мощности.

Рис. 9.3. Принципиальная схема питания узла нагрузки

Можно уменьшить индуктивность узла нагрузки установкой емкостей или, в общем случае, установкой в узле устройств, потребляющих опережающий ток (устройств, генерирующих РМ). Это позволяет уменьшить потребление РМ узлом нагрузки, т.е. компенсировать часть РМ узла нагрузки, поэтому такое мероприятие по

лучило название «компенсация реактивной мощности» (КРМ). Устройства, потребляющие опережающий ток, получили название «компенсирующие устройства» (КУ), или дополнительные источники реактивной мощности.

Таким образом, установка КУ в узле нагрузки (рис. 9.3) уменьшает переток РМ в этот узел, что приводит выше точки отключения КУ (на рис. 9.4, 9.5 — векторные диаграммы мощностей и токов, соответствующие рис. 9.

3) к снижению:

1) Загрузки элементов в цепи питания рассматриваемого узла нагрузки (что может, в частности, снизить сечение токоведущих частей);

2) Нагрузочных (продольных) потерь активной мощности в элементах в цепи питания рассматриваемого узла нагрузки;

3) Потерь (и падения) напряжения в элементах в цепи питанияузла нагрузки.

Источник: http://pue8.ru/reaktivnaya-moshchnost/54-ponyatie-reaktkivnoy-moschnosti-i-kompensacii.html

Ссылка на основную публикацию