Как реактивная мощность влияет на напряжение сети

Реактивная мощность и ее влияние на напряжение в электрической сети Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Пак Виктор Евгеньевич, Султанов Рахман Алимирзаевич, Якубова Екатерина Евгеньевна, Тимохин Роман Владимирович, Лавренчук Ольга Эдуардовна

В условиях эксплуатации электрических сетей, непрерывно требуется поддержание желаемого уровня напряжения в узлах электрической сети. Одним из мероприятий для обеспечения желаемого уровня напряжения является установка компенсирующих устройств .

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Пак Виктор Евгеньевич, Султанов Рахман Алимирзаевич, Якубова Екатерина Евгеньевна, Тимохин Роман Владимирович, Лавренчук Ольга Эдуардовна

Текст научной работы на тему «Реактивная мощность и ее влияние на напряжение в электрической сети»

РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА НАПРЯЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Пак В.Е.1, Султанов Р.А.2, Якубова Е.Е.3, Тимохин Р.В.4, Лавренчук О.Э.5

1Пак Виктор Евгеньевич — студент;

2Султанов Рахман Алимирзаевич — студент;

3Якубова Екатерина Евгеньевна — студент;

4Тимохин Роман Владимирович — студент;

5Лавренчук Ольга Эдуардовна — студент, специальность электроэнергетических сетей и системы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва

Аннотация: в условиях эксплуатации электрических сетей, непрерывно требуется поддержание желаемого уровня напряжения в узлах электрической сети. Одним из мероприятий для обеспечения желаемого уровня напряжения является установка компенсирующих устройств.

Ключевые слова: реактивная мощность, напряжение, активная мощность, компенсирующие устройства.

Для реактивной мощности приняты такие понятия, как потребление, генерация, передача и потери. Считают, что если ток отстает по фазе от напряжения (индуктивный характер нагрузки), то реактивная мощность потребляется, а если ток опережает напряжение (емкостной характер нагрузки), реактивная мощность генерируется. С точки зрения генерации и потребления между реактивной и активной мощностью существует значительные отличия. Если большую часть активной мощности потребляют приемники и лишь незначительная теряется в элементах сети и электрооборудовании, то потери реактивной мощности в элементах сети могут быть соизмеримы с реактивной мощностью потребляемой приемниками электроэнергии [1].

Активная мощность генерируется электростанциями; источниками реактивной мощности являются как генераторы электростанции, так и синхронные двигатели, воздушные и кабельные линии, а также дополнительно устанавливаемые компенсирующие устройства — синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов, статические источники реактивной мощности.

Расчёты установившихся режимов выбранной схемы сети заключаются в определении потокораспределения, потерь мощности и уровней напряжения для условий годового максимума (зимний максимум) и минимума (летний минимум) электрических нагрузок.

потери активной мощности: коэффициент мощности: потери напряжения

5 = 7 Р2 + <?2 = — ; (1)

со Бф = — = . ,Р _ ; (3)

где Р, Р, 8 -соответственно активная, реактивная и полная мощности; Я и X -соответственно активное и реактивное сопротивления элементов электрической сети; иНОМ — номинальное напряжение сети.

Производство значительного количества реактивной мощности генераторами электростанций во многих случаях экономически нецелесообразно по причине того, что дополнительные потери активной мощности, вызванные протеканием реактивной мощности по сети, пропорциональны ее квадрату (2). Большие потери электроэнергии вынуждают насколько это технически возможно приближать источники реактивной мощности к местам ее потребления и уменьшать ее от мощных генераторов.

Также передача значительного количества реактивной мощности по сети, не может быть осуществлена в связи с недопустимым падением напряжения (4). Загрузка реактивной мощностью систем электроснабжения и трансформаторов уменьшает их пропускную способность и требует увеличение сечений проводов и кабельных линий, увеличение номинальных мощностей или числа трансформаторов подстанций.

Компенсация реактивной мощности — целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии, осуществляется с использованием компенсирующих устройств.

Компенсация реактивной мощности необходима для снижения потерь активной мощности и электроэнергии в элементах электрических сетей, улучшения качества электроэнергии по отклонению напряжения за счет уменьшения потерь напряжения в элементах электрических сетей .

Компенсация реактивной мощности на ПС, позволяет:

1) уменьшить нагрузку на трансформатор, тем самым увеличить срок службы;

2) уменьшается нагрузка на провода, кабели, что позволяет при проектировании выбрать сечение меньшим диаметром;

3) улучшить качество электроэнергии у электроприёмников;

4) уменьшить нагрузку на коммутационную аппаратуру за счет снижения токов в цепях;

5) не допустить снижения качества электроэнергии пониженным коэффициентом мощности, что приведёт к штрафу.

При подключении к электрической сети активно-индуктивной нагрузки ток 1н отстаёт от напряжения и на угол сдвига ф. Косинус этого угла (cosф) называется коэффициентом мощности.

Электроприёмники с такой нагрузкой потребляют как активную Р, так и реактивную Q мощность. Реактивная мощность <2 = Р ■ tgф.

Основным потребителем реактивной мощности индуктивного характера на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели АД (60-65 % общего её потребления), трансформаторы, включая сварочные (20-25%), вентильные преобразователи, реакторы и прочие ЭП.

Мерами по снижению потребления реактивной мощности являются: естественная компенсация (естественный cosф) без применения специальных компенсирующих устройств (КУ); искусственная компенсация, называемая чаще просто компенсацией.

Естественная компенсация реактивной мощности не требует больших материальных затрат и должна проводится на предприятиях в первую очередь. К естественной компенсации относятся [1]:

1) понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;

2) создание рациональной схемы электроснабжения за счёт уменьшения количества ступеней трансформации;

3) замена малозагруженных трансформаторов и двигателей трансформаторами и двигателями меньшей мощности и их полная загрузка;

4) применение синхронного двигателя (СД) вместо АД, когда это допустимо по условиям технологического процесса;

5) ограничение продолжительности холостого хода двигателя и сварочных трансформаторов, сокращение длительности и рассредоточение во время пуска крупных ЭП;

6) улучшение качества ремонта электродвигателей, уменьшение переходных сопротивлений контактных соединений;

7) отключение при малой нагрузке (например, в ночное время, в выходные и праздничные дни) части силовых трансформаторов.

1. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию [Текст]: в 2-х т. / А.В. Алистратов [и др.] / Под общ. ред. А.А. Федорова. М.: Энергоатомиздат, 1986. -Т.1. — 568с.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА СЕЧЕНИЙ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 110 КВ. И ВЫШЕ Султанов Р.А.1, Пак В.Е.2, Якубова Е.Е.3, Тимохин Р.В.4, Лавренчук О.Э.5

1Султанов Рахман Алимирзаевич — студент;

2Пак Виктор Евгеньевич — студент;

3Якубова Екатерина Евгеньевна — студент;

4Тимохин Роман Владимирович — студент;

5Лавренчук Ольга Эдуардовна — студент, специальность электроэнергетических сетей и системы, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва

Аннотация: в статье рассматриваются основные положения и факторы влияющие на выбор сечения проводов воздушной линии электропередачи. Определяется, что при выборе сечений проводов воздушной линии электропередачи решение определяется минимумом дисконтированных затрат. Минимум дисконтированных затрат определяется зависимостями конкурирующих эффектов — затратами на сооружение воздушной линии электропередачи и издержками на возмещение потерь мощности в проводах ВЛЭП.

Ключевые слова: воздушные линии электропередачи, оптимальное сечение проводов воздушной линии электропередачи, конкурирующие эффекты при выборе сечений проводов воздушной линии электропередачи.

Одним из основных элементов электроэнергетических систем (ЭЭС) и систем электроснабжения (СЭС) являются воздушные и кабельные линии электропередачи (ЛЭП), обеспечивающие транспорт электроэнергии от источников мощности до потребителей. Требования к ЛЭП все время возрастают, причем в первую очередь в отношении повышения надежности, увеличения пропускной способности и одновременно снижения потерь электроэнергии, уменьшения экологического влияния, сокращения полосы отчуждения. Сечение проводов — важнейший параметр линии электропередачи. С увеличением сечения проводов линии возрастают затраты на ее сооружение, ремонт и обслуживание. Но с другой стороны уменьшается стоимость потерь электроэнергии. Выбор экономически обоснованных сечений проводов воздушных линий электропередачи способствует повышению

Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением

При выработке и потреблении энергии на переменном токе равенству вырабатываемой и потребляемой электрической энергии в каждый момент времени отвечает равенство вырабатываемой и потребляемой не только активной, но и реактивной мощности. Эти условия можно записать так:

где _Г и Q_Г – генерируемые активные и реактивные мощности станций за вычетом собственных нужд; _Н, Q_Н – активная и реактивная мощности потребителей; , Q – суммарные потери активной и реактивной мощностей в сетях; _П,Q_П – суммарное потребление активной и реактивной мощностей.

Эти уравнения являются уравнениями баланса активной и реактивной мощностей. Баланс реактивной мощности по всей системе в целом определяет некоторые уровень напряжения. Напряжения в узловых точках сети электроэнергетической системы в той или в иной степени отличаются от среднего уровня, причем это отличие определяется конфигурацией сети, нагрузкой и другими факторами, от которых зависит падение напряжения. Баланс реактивной мощности для всей системы в целом не может исчерпывающе определить требования, предъявляемые к мощности источников реактивной мощности. Надо оценивать возможность получения необходимой реак-й мощ-ти как по системе, так и по отдельным ее районам.

Необходимость в оценке баланса реак-й мощ-ти возникает прежде всего при проектировании подсистемы регулирования напряжения – реак-й мощ-ти АСДУ. В ряде случаев оценка изменений условий баланса производится и в практике эксплуатации, например при вводе новых регулирующих устройств, установленных мощностей электрических станций, изменениях схемы сети.

Нарушение баланса реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения в сети. Если генерируемая реактивная мощность становится больше потребляемой (Q_ГQ_П), то напряжение в сети повышается. При дефиците реактивной мощности (Q_ГQ_П) напряжение в сети понижается. Для пояснения указанной связи напомним, что например, емкостный ток линии на х.х. повышает напряжение на ее конце. Соответственно реактивной мощности приводит к повышению, а ее недостаток – к понижению напряжения.

В дефицитных по активной мощности энергетических систем уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Недостающая для выполнения баланса активной мощности передается в такие системы из соседних энергетических систем, в которых имеется избыток генерируемой мощности.

Обычно энергетические системы дефицитные по активной мощности и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не передавать, а генерировать в компенсирующих устройствах в данной энергетической системе.

16.3. Последствия нарушения качества электро­энергии

Основными являются частота переменного тока (f) и напряжение (U).Остальные показатели качества не рассматриваем, т.к. они не влияют на расчет режимов электрической сети.

Качество электроэнергии влияет на работу электроприемников и на работу электрических аппаратов, присоединенных к электрическим сетям. Все электрические приемники и аппараты характеризуются определенными номинальными параметрами (f_HOM, U_HOM, I_HOM и т.д.). Изменение частоты и напряжения вызывают изменение технических и экономических показателей работы электрических приемников и аппаратов.

Различают электромагнитное и технологическое влияние отклонения частоты на работу электроприемников. Электромагнитная составляющая обусловливается увеличением потерь активной мощности и ростом потребления активной и реактивной мощностей. Можно считать, что снижение частоты на 1% увеличивает потери в сетях на 2%. Технологическая составляющая вызвана в основном недовыпуском промышленными предприятиями продукции. Согласно экспертным оценкам, значение технологического ущерба на порядок выше электромагнитного.

Технологическая составляющая связана с существенным влиянием (f) частоты на число оборотов электродвигателей, а, следовательно, и на производительность механизмов. Большинство технологических линий оборудовано механизмами, где в качестве приводов служат асинхронные двигатели. Частота вращения этих двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя. При значительном повышении частоты в энергосистеме, что может быть, например, в случае уменьшения (сброса) нагрузки, возможно повреждение оборудования.

Кроме того, пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных элементов.

При проектировании в расчетах электросетей влияние изменения (f)частоты не рассматривается. Предполагается, что электрическая система обеспечивает поддержание стандартной частотыf=50 Гц.

Изменение U оказывает неблагоприятное влияние на работу осветительных ламп и асинхронных двигателей, которые составляют значительную часть всех электроприемников в энергосистеме. Нежелательно как повышение U, так и его понижение на зажимах электроприемников. Снижение U вызывает резкое уменьшение () светового потока ламп накаливания и их к.п.д. При снижении U на 5% световой поток уменьшается на 18%, а снижение U на 10% приводит к уменьшению потока уже более чем на 30%. Это приводит к значительному уменьшению освещенности рабочих мест на производстве и к снижению производительности труда и ухудшению его качества, может увеличиться число несчастных случаев.

При увеличении U световой поток заметно повышается, но значительно уменьшается срок службы ламп. Так при повышении U на 10% световой поток ламп увеличивается приблизительно на 30%, а срок службы ламп сокращается почти в 3 раза.

Снижение U в сети энергосистемы может явиться причиной массового останова асинхронных двигателей и может привести к возникновению тяжелой системной аварии. При снижении крутящего момента асинхронных двигателей, пропорционального квадрату напряжения на зажимах двигателей, может произойти остановка или невозможность запуска двигателей. При пониженном напряжении у двигателей ухудшается к.п.д. и происходит процесс более интенсивного старения изоляции из-за увеличения тока, проходящего по обмоткам. Одновременно увеличивается скольжение и уменьшается число оборотов двигателя. При этом может снизиться производительность соединенных с двигателем механизмов.

Увеличение U на зажимах асинхронных двигателей неблагоприятно сказывается на условиях их работы. Существенно увеличивается их ток, что вызывает перегрузку обмотки статора. Может заметно возрасти потребление реактивной мощности двигателями.

Изменение напряжений на зажимах электроприемников технологических установок промышленных предприятий также является неблагоприятным фактором, который приводит к снижению технико-экономических показателей работы этих установок, т.е. при снижении U уменьшается производительность установок, удорожается выпускаемая продукция, увеличивается расход электроэнергии на единицу продукции.

Анализируя влияние изменения U у потребителей в качестве потребителей должны рассматриваться и трансформаторы (автотрансформаторы), устанавливаемые на подстанции. Снижение U у трансформаторов при неизменной мощности приводит к увеличению тока в обмотках. Во многих случаях это не представляет опасности для трансформаторов, т.к. их S_НОМ часто превышает нагрузку, и конструкция трансформаторов позволяет допускать некоторую перегрузку. Однако при оценке возможности перегрузки необходимо правильно определять ожидаемый максимальный ток, на величину которого может оказать влияние снижение напряжения на зажимах трансформатора.

Более опасным для трансформатора может оказаться повышение подводимого к нему напряжения. Связано это с существенным увеличением намагничивающего тока, которое у трансформаторов более заметно вследствие резкого увеличения реактивного сопротивления намагничивания. Это характерно при превышении номинального напряжения регулировочного ответвления обмотки. Значительный рост тока намагничивания (I_) при увеличении напряжения на ответвлении объясняется работой трансформаторов в области нелинейной характеристики намагничивания, а это приводит к искажению кривой тока намагничивания (I_) и появлению высших гармоник, которые обуславливают увеличение потерь активной мощности (Р) в магнитопроводе и его дополнительный нагрев.

Существенное изменение характеристик нагрузки при отклонениях напряжения от номинального на ее зажимах приводит к необходимости ограничивать эти отклонения предельно допустимыми значениями. Опыт показывает, что допустимые отклонения от номинального напряжения должны быть относительно малыми. Поэтому электросеть должна быть построена таким образом, чтобы напряжения в ее отдельных пунктах (узлах) существенно не отличались друг от друга и от напряжения источника питания. При этом часто приходится применять специальные устройства для регулирования напряжения.

О влиянии перетоков реактивной мощности на параметры систем электроснабжения промышленных предприятий

О влиянии перетоков реактивной мощности на параметры систем электроснабжения промышленных предприятий

Содержание

В современных условиях дефицита энергетических ресурсов все более важную роль на промышленных предприятиях приобретают проблемы энергосбережения. Принятый Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» [1] и Энергетическая стратегия России на период до 2030 года [2] призваны обеспечить реализацию на промышленных предприятиях потенциала организационного и технологического энергосбережения.

По данным [2] в настоящее время потенциал энергосбережения в промышленности составляет 13-15 % от общего объема электропотребления. При этом значительная его часть обусловлена высокими потерями электроэнергии в промышленных электрических сетях.

В связи с этим важным направлением энергосбережения на промышленных предприятиях является снижение потерь электроэнергии в электрических сетях. Проведение мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях промышленных предприятий позволит не только в значительной степени реализовать указанный потенциал энергосбережения, но и получить существенную экономию энергетических ресурсов за счет сокращения объемов непроизводительного расхода электроэнергии.

Значительное влияние на потери электроэнергии в электрических сетях оказывают перетоки реактивной мощности. Поскольку на промышленных предприятиях большинство электроприемников наряду с активной мощностью потребляет также и реактивную (причем в зависимости от характера электроприемников их реактивная нагрузка может составлять до 130 % активной нагрузки [3]), то перетоки реактивной мощности в промышленных электрических сетях могут быть весьма существенными.

Определение соотношений активной и реактивной нагрузками сети

Вместе с тем наличие значительных перетоков реактивной мощности в электрических сетях приводит не только к увеличению потерь электроэнергии, но и к снижению их пропускной способности, увеличению потерь напряжения и др. Рассмотрим более подробно влияние перетоков реактивной мощности в электрических сетях на данные параметры систем электроснабжения промышленных предприятий.

Полный ток I, потери мощности ΔР и потери напряжения ΔU в элементах электрической сети связаны с активной и реактивной нагрузками сети следующими соотношениями [3,4]:

где

• Р — активная мощность, передаваемая по сети, кВт;
• Q — реактивная мощность, передаваемая по сети, кВАр;
• U — номинальное напряжение электрической сети, кВ;
• R и X — активное и индуктивное сопротивления электрической сети соответственно, Ом;
• tgϕ = Q/P — коэффициент реактивной мощности;
• k = X/R — расчетный коэффициент.

Из формул (1) — (3) следует:

• Что значение каждого параметра I, ΔР и ΔU определяется как активной, так и реактивной мощностью, передаваемой по сети.
• Используя величину П в качестве общего обозначения данных параметров, а величину П_о в качестве обозначения их значений, соответствующих tgϕ = 0.

Определим долю значения П, обусловленную передачей по сети реактивной мощности, по формуле:

Подставив в (4) значения параметров I, ΔР и ΔU, определенные по формулам (1) — (3), и произведя соответствующие преобразования, получим:

На рисунке 1 приведены графики зависимости d = f(tgϕ), построенные по результатам расчетов d_I, d_ΔР и d_ΔU, выполненных по формулам (5) — (7) при различных значениях коэффициента реактивной мощности характеризующего соотношение потребления активной и реактивной мощности отдельными электроприемниками (группой электроприемников).

Рисунок 1 – Графики зависимости d=f(tgϕ)

где

• 1 — d_I = f(tgϕ).
• 2 — d_ΔP = f(tgϕ).
• 3 — d_ΔU = f(tgϕ).

Представленные графики зависимости отражают характер изменения d_I, d_ΔР и d_ΔU при изменении величины реактивной мощности, передаваемой по сети.

Из графика зависимости d_I = f(tgϕ) (кривая 1) следует:

• Что передача реактивной мощности по электрическим сетям существенно снижает их пропускную способность, уменьшая возможность передачи по ним активной мощности.
• Анализ показывает, что даже при поддержании в промышленных электрических сетях предельного (нормативного) значения коэффициента реактивной мощности tgϕ = 0,4, установленного Приказом Минпромэнерго от 22.02.2007 № 49 [5], их пропускная способность снижается более чем на 10 %.
• При дальнейшем увеличении tgϕ происходит еще большее снижение пропускной способности электрических сетей, что приводит к необходимости увеличения сечений проводов и кабелей, повышения номинальной мощности или числа силовых трансформаторов, а, следовательно, и к росту капитальных затрат и эксплуатационных расходов на промышленные электрические сети.

График зависимости d_ΔР = f(tgϕ) (кривая 2) показывает:

• Что перетоки реактивной мощности также оказывают значительное влияние и на потери мощности и электроэнергии в промышленных электрических сетях.
• При передаче по ним реактивной мощности возникают дополнительные нагрузочные потери мощности и электроэнергии в элементах электрических сетей (в линиях электропередачи, силовых трансформаторах и др.).
• При этом, как следует из графика зависимости d_ΔР = f(tgϕ), при предельном значении tgϕ = 0,4 потери мощности и электроэнергии в электрических сетях увеличиваются почти на 15 %.
• При увеличении коэффициента реактивной мощности выше предельного значения потери мощности и электроэнергии в электрических сетях возрастают, и при tgϕ = 0,7 увеличение потерь мощности и электроэнергии составляет более 30 %, что приводит к дополнительному, не вызванному потребностями производства расходу электроэнергии на промышленных предприятиях.
• Еще большее влияние перетоки реактивной мощности оказывают на режимы напряжения в промышленных электрических сетях.

Из графика зависимости d_ΔU = f(tgϕ) (кривая 3) следует:

• Что при передаче реактивной мощности по электрическим сетям потери напряжения в них увеличиваются.

Основные выводы на основании приведенных расчетов и графиков

На сегодняшний день потери напряжения, обусловленные передачей реактивной мощности, составляют около 30 % суммарных потерь напряжения в электрических сетях 6-10 кВ и около 70 % в сетях более высоких уровней напряжений [3]:

• Происходящее при этом снижение напряжения в электрических сетях приводит к еще большему увеличению потерь электроэнергии и снижению пропускной способности элементов электрических сетей.
• Так, анализ основных технических характеристик силовых трансформаторов [6] показывает, что для них характерны значения коэффициента к=20-30, поэтому потери напряжения в трансформаторах практически полностью определяются величиной передаваемой реактивной мощности.
• Кроме влияния на экономические показатели электрических сетей, передача реактивной мощности может привести и к нарушению технических ограничений по допустимым напряжениям в узлах электрических сетей.
• Таким образом, перетоки реактивной мощности оказывают значительное влияние на параметры систем электроснабжения промышленных предприятий. При этом как следует из графиков зависимости, представленных на рисунок 1, даже при предельном значении коэффициента реактивной мощности tgϕ = 0,4 пропускная способность электрических сетей снижается, а потери электроэнергии и потери напряжения в них существенно возрастают.
• Поэтому значение tgϕ на промышленных предприятиях в общем случае должно стремиться к нулю. В связи с этим важной практической задачей является снижение перетоков реактивной мощности в промышленных электрических сетях.

Для снижения перетоков реактивной мощности и уменьшения вызываемых ими отрицательных последствий на промышленных предприятиях должна осуществляться компенсация реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности обеспечивает соблюдение условия баланса реактивной мощности, способствует снижению потерь электроэнергии в электрических сетях, увеличению их пропускной способности, позволяет осуществлять регулирование напряжения за счет применения компенсирующих устройств и др.

С этой точки зрения компенсация реактивной мощности может рассматриваться как достаточно эффективное направление энергосбережения на промышленных предприятиях. Кроме того, проведение мероприятий по компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях будет также в значительной степени способствовать снижению потерь электроэнергии и увеличению пропускной способности районных распределительных сетей за счет их разгрузки по реактивной мощности вследствие снижения перетоков реактивной мощности.

Мероприятия по компенсации реактивной мощности, проводимые на промышленных предприятиях, могут быть разделены на две группы:

• Организационные.
• Технические.

Организационные мероприятия связаны с естественным уменьшением потребляемой электроприемниками реактивной мощности:

• Достигается за счет оптимизации режимов их работы, и не требуют применения специальных компенсирующих устройств.
• Поэтому при решении вопроса компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях данные мероприятия должны рассматриваться в первую очередь, т. к. для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат.

К числу организационных мероприятий относятся:

• Рациональный выбор электродвигателей по номинальной мощности и типу.
• Замена малозагруженных асинхронных двигателей электродвигателями меньшей номинальной мощности.
• Ограничение длительности холостого хода асинхронных двигателей.
• Повышение качества их ремонта.
• Замена или отключение в период малых нагрузок силовых трансформаторов и др.

Как показывают исследования, необходимость проведения подобных мероприятий обусловлена тем, что при снижении загрузки асинхронных двигателей и силовых трансформаторов происходит значительное увеличение относительного потребления ими реактивной мощности [7, 8].

В условиях наблюдаемого в России в последние десятилетия спада объемов промышленного производства, при котором системы электроснабжения промышленных предприятий эксплуатируются не в номинальном режиме, и имеет место низкий уровень загрузки электрооборудования [9], необходимость проведения организационных мероприятий по компенсации реактивной мощности, очевидно, еще более возрастает.

Технические мероприятия заключаются в установке компенсирующих устройств в соответствующих точках системы электроснабжения промышленного предприятия:

• При этом выбор мест установки компенсирующих устройств является оптимизационной задачей, цель которой заключается в нахождении такого решения, которое обеспечивает максимальный экономический эффект при соблюдении всех технических условий нормальной работы электрических сетей и электрооборудования.
• Для формализации данной задачи могут быть использованы различные математические методы оптимизации. В первом приближении одним из наиболее эффективных методов решения задачи оптимизации размещения компенсирующих устройств является использование транспортной задачи линейного программирования.

Таким образом, максимальный экономический эффект от компенсации реактивной мощности на промышленных предприятиях может быть достигнут при правильном сочетании различных мероприятий (организационных и технических), которые должны быть технически и экономически обоснованы. Проведение мероприятий по компенсации реактивной мощности позволит значительно уменьшить перетоки реактивной мощности в промышленных электрических сетях.

Снижение перетоков реактивной мощности в свою очередь приведет к уменьшению потерь электроэнергии и потерь напряжения в электрических сетях, увеличению их пропускной способности и будет способствовать реализации на промышленных предприятиях потенциала организационного и технологического энергосбережения.

Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением

Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением

При выработке и потребители энергии на переменном токе равенству вырабатываемой и потребляемой электроэнергии в каждый момент времени отвечает равенство вырабатываемой и потребляемой не только активной, но и реактивной мощности.

Эти условия можно записать так:

∑Pг = ∑Pп = ∑Pн = ∑ΔP,

∑Qг = ∑Qп = ∑Qн = ∑ΔQ

где ∑Pг и ∑Qг — генерируемые активная и реактивная мощности станций за вычетом собственных нужд; ∑Pн, ∑Qн — активная и реактивная мощности потребителей; ∑ΔP, ∑ΔQ — суммарные потери активной и реактивной мощностей в сетях; ∑Pп, ∑Qп — суммарное потребление активной и реактивной мощностей.

Вышеприведенные уравнения являются уравнениями балансов активной и реактивной мощностей. Баланс реактивной мощности по всей системе в целом определяет некоторый уровень напряжения. Напряжения в узловых точках сети электрической системы в той или иной степени отличаются от среднего уровня, причем это отличие определяется конфигурацией сети, нагрузкой и другими факторами, от которых зависит падение напряжения. Баланс реактивной мощности для всей системы в целом не может исчерпывающе определить требования, предъявляемые к мощности источников реактивной мощности. Надо оценивать возможность получения необходимой реактивной мощности как по системе, так и по отдельным ее районам.

Необходимость в оценке баланса реактивной мощности возникает прежде всего при проектировании подсистемы регулирования напряжения — реактивной мощности АСУДУ (автоматизированной системы диспетчерского управления).

В ряде случаев оценка изменений условий баланса производится и в практике эксплуатации, например при вводе новых регулирующих устройств, установленных мощностей электростанций, изменениях схемы сети.

Нарушение баланса реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения в сети. Если генерируемая реактивная мощность становится больше потребляемой (∑Qг > ∑Qп), то напряжение в сети повышается. При дефиците реактивной мощности (∑Qг < ∑Qп) напряжение в сети понижается. Для пояснения указанной связи напомним, что например емкостный ток линии на холостом ходу повышает напряжение на ее конце. Соответственно избыток генерируемой реактивной мощности приводит к повышению, а ее недостаток — к понижению напряжения.

В дефицитных по активной мощности энергосистемах уровень напряжения, как правило, ниже номинального. Недостающая для выполнения баланса активная мощность передается в такие системы из соседних энергосистем, в которых имеется избыток генерируемой мощности.

Обычно энергосистемы дефицитные по активной мощности, дефицитны и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не передавать из соседних энергосистем, а генерировать в компенсирующих устройствах, установленных в данной энергосистеме.