13) Основные расчёты при компенсации реактивной мощности

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (var, вар)

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними:   (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Рсоотношением:  .

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до −90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sin φ, реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sin φ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике

Расчет компенсации реактивной мощности

Зачастую потребителю необходима компенсация реактивной мощности в тех или иных условиях, но при этом он не имеет четкой методики расчета основных параметров конденсаторной установки, и в связи с этим затрудняется в выборе конкретного типономинала. Поэтому мы составили рекомендации по их выбору. Для расчета параметров конденсаторной установки необходимо знать полную мощность нагрузки и действующий коэффициент мощности сети cos(φ). Сам расчет производится по представленной ниже методике. Основным параметром установки при ее выборе является реактивная мощность потребляемая установкой из сети - Qуст, измеряемая в киловольт – амперах реактивных (кВАр). Рассчитывается по формуле:

где: - Pa - активная мощность нагрузки, кВт; - K – поправочный коэффициент (выбирается по таблице).     ПРИМЕР:  Активная мощность нагрузки: P=100 кВт Действующий cos (φ) 0.61 Требуемый cos (φ) 0.96 Коэффициент K из таблицы 1.01 Необходимая реактивная мощность установки = 100 • 1.01=101 кВАр

На промышленных предприятиях главный потребитель реактивной мощности - трансформаторы (сварочные), асинхронные двигатели, вентильные преобразователи, реакторы. Идет дополнительная нагрузка на сети и увеличивается потребление электроэнергии. Компенсация реактивной мощности, естественная и искусственная, - способы снижения ее потребления. Естественная компенсация достигается путем ряда обязательных мероприятий по оптимизации технологического процесса на предприятии: равномерное распределение нагрузок на энергосистему за счет рационализации графика рабочего процесса и профилактики оборудования, уменьшение количества ступеней трансформации, отключение части силовых трансформаторов при низкой нагрузке и т.п. Искусственная (поперечная) компенсация реактивной мощности создается за счет компенсирующих устройств, источников емкостной реактивной энергии.