Реактивная мощность

В последние годы наблюдается значительный рост производства и развитие инфраструктуры городов. В связи с этим увеличивается число и мощности электроприемников, использующихся на производствах в основных технологических и вспомогательных циклах, а объекты инфраструктуры применяют все большее количество осветительных аппаратов для рабочего освещения, рекламы и дизайна. Соответственно увеличивается потребляемая электрическая мощность. В зависимости от вида используемого оборудования нагрузка подразделяется на активную и реактивную (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:

сos = P / S

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 должен стремиться к единице и соответствовать нормативным требованиям.

Таким образом, видно, что при отсутствии компенсации реактивной мощности потребитель переплачивает за потребление реактивной энергии 30–40% общей стоимости.

Срок окупаемости конденсаторных установок можно оценить следующим образом:

где З₁ – стоимость конденсаторной установки, руб.;
З₂ – затраты на электроэнергию без компенсации, руб./мес.;
З₃ – затраты на электроэнергию при применении конденсаторных установок, руб./мес.

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. 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). Наглядно это представлено на рисунке.

Применение конденсаторных установок

Использование конденсаторных установок 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

  
  

На практике коэффициент мощности после компенсации находится в пределах от 0,93 до 0,99.

Единичная компенсация - предпочтительна там, где:

• требуется компенсация мощных (свыше 20 кВт) потребителей

  
  

• потребляемая мощность постоянна в течение длительного времени

  
  

Групповая компенсация - применяется для случая компенсации нескольких расположенных рядом и включаемых одновременно индуктивных нагрузок, подключенных к одному распределительному устройству и компенсируемых одной конденсаторной батареей.

Для предприятий с изменяющейся потребностью в реактивной мощности постоянно включенные батареи конденсаторов не приемлемы, т. к. при этом может возникнуть режим недокомпенсации или перекомпенсации. В этом случае конденсаторная установка оснащается специализированным контроллером и коммутационно-защитной аппаратурой. При отклонении значения сosj от заданного значения контроллер подключает или отключает ступени конденсаторов. Преимущество централизованной компенсации заключается в следующем: включенная мощность конденсаторов соответствует потребляемой в конкретный момент времени реактивной мощности без перекомпенсации или недокомпенсации.

При выборе конденсаторной установки требуемая мощность конденсаторов может определяться как

Q _c = P • (tg₁ – tg₂),

где tg₁ – коэффициент мощности потребителя до установки компенсирующих устройств;
tg₂ – коэффициент мощности после установки компенсирующих устройств (желаемый или задаваемый энергосистемой коэффициент).
P = E_w /T

где E_w – показания счетчика активной энергии, кВт•ч;

E_q – показатель счетчика реактивной энергии, кВАр•ч;
T – период снятия показаний счетчиков электроэнергии, ч.

Технико-экономический эффект, ожидаемый в результате применения конденсаторных установок, представлен в табл. 1.

Таблица 1 

cos1, без \n компенсации	cos2, с  \n компенсацией	Снижение величины тока и полной мощности, %	Снижение величины тепловых потерь, %
0,5	0,9	44	69
0,5	1	50	75
0,6	0,9	33	55
0,6	1	40	64
0,7	0,9	22	39
0,7	1	30	51
0,8	1	20	36

Компенсация реактивной мощности - самый эффективный способ энергосбережения на промышленных предприятиях. Срок окупаемости конденсаторных установок от 6 месяцев до двух лет. Применение конденсаторных установок производства снижает потребление активной энергии в среднем на 10% и исключает платежи за реактивную энергию. Правильный выбор мощности конденсаторных установок и их характеристик обеспечивает благоприятный режим эксплуатации электроустановок предприятия:

• Токовая нагрузка на токоведущие части и коммутационную аппаратуру (выключатели автоматические, контакторы) снижается на 20-60%

  
  

• Снижаются потери на проводниках за счет уменьшения их нагрева.

  
  

• Увеличивается срок службы проводов и кабелей

  
  

• Высвобождается трансформаторная мощность, увеличивается срок службы трансформаторного масла

  
  

• Возрастает качество напряжения у электроприемников, как следствие улучшается освещенность на рабочих местах, увеличивается производительность оборудования, улучшается качество изделий

  
  

• Уменьшается уровень гармоник в сети