Основные потребители реактивной мощности на предприятиях

Баланс реактивной мощности

Для любой электрической сети должен существовать баланс полной мощности при соблюдении условий поддержания нормального режима с обеспечением необходимой пропускной способности сетей. При этом необходимо обеспечить баланс реактивной мощности как для системы в целом, так и для отдельных узлов питающей.

В любой момент времени в узле нагрузки потребляемая реактивная мощность должна соответствовать генерируемой реактивной мощности, т.е. должен соблюдаться баланс:

SQ_i = 0_i, SQ_потр = SQ_ист;

SQ_потр = Q_нагр + DQ_{(потери)}.

SQ_ист = Q_ген + Q_сд + Q_бк + Q_лэп + Q_{тирист ист р.м.}+….

Баланс реактивной мощности следует предусматривать для каждого характерного режима работы сети в отдельности. К этим режимам относятся:

· наибольшая реактивная нагрузка при наибольшем потреблении реактивной мощности и наибольшей необходимой мощности компенсирующих устройств;

· наибольшая активная нагрузка, связанная с наибольшей загрузкой генераторов активной мощностью и наименьшей их реактивной мощностью;

· наименьшая активная нагрузка, связанная с отключением части генераторов и невозможностью генерации ими заметного количества реактивной мощности;

· режимы послеаварийные и ремонтные, связанные с наибольшими ограничениями на передачу реактивной мощности по сети.

Реактивная мощность потребляется как электроприемниками, так и элементами сети.

Потребление реактивной мощности по существу, не связано с потреблением активной мощности и обусловлено параметрами сети переменного тока и режимами ее работы. Реактивная мощность потребляется любым элементом электрической сети, в которой ток отстает от приложенного напряжения. Реактивная мощность генераторов, даже в сумме с реактивной мощностью, генерируемой линиями передач, недостаточна для покрытия потребности в ней, особенно в режимах набольших нагрузок.

При подключении к электрической сети активно-индуктивной нагрузки они в процессе работы потребляют из сети помимо активной мощности Р и реактивную мощность Q. Основными потребителями реактивной мощности являются: АД (60÷65% от общего потребления), трансформаторы (20÷25%), вентильные преобразователи, реакторы, воздушные и кабельные электросети, другие приемники (10%).

В зависимости от характера электрооборудования предприятия его реактивная нагрузка может составлять до 130% активной.

Электродвигатели применяются в приводах различных производственных механизмов на всех промышленных предприятиях. В установках, не требующих регулирования скорости в процессе работы, применяются исключительно электроприводы переменного тока (асинхронные и синхронные двигатели).

Нерегулируемые электродвигатели переменного тока – основной вид электроприемников в промышленности, на долю которого приходится около 2/3 суммарной мощности. Доля электропотребления асинхронными двигателями напряжением 0,38 кВ составляет, например, в машиностроении 52%.

Электротермия, электросварка, электролиз и прочие потребители составляют около 1/3 суммарной промышленной нагрузки. К электротермическим приемникам, потребляющим реактивную мощность, можно отнести: дуговые электропечи для плавки черных и цветных металлов, установки индукционного нагрева для плавления и термообработки металлов и сплавов, электросварочные установки, термические коммунально-бытовые приборы.

Индукционные печи имеют низкий коэффициент активной мощности cosφ: от 0,1 до 0,5.

Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом активной мощности: 0,3 – для дуговой и 0,7 – для контактной сварки.

Электрохимические и электролизные установки имеют cosφ = 0,8÷0,9.

Установки электрического освещения с дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми лампами без индивидуальных конденсаторов характеризуются невысоким коэффициентом мощности c osφ =0,5÷0,75.

Потребляемая реактивная мощность асинхронного двигателя (АД) определяется по формуле:

Q_АД = Q₀ + Q_н,

где Q₀ – реактивная мощность намагничивания (холостого хода) АД;

Q_н – потери реактивной мощности в АД на рассеяние при номинальной нагрузке; К_з.д = Р/Р_н – коэффициент загрузки АД.

При номинальной нагрузке АД значения обеих составляющих реактивной мощности (Q₀, Q_н) примерно равны и можно принять, что Q_АД = 2Q₀. При К_зд = 0 потребляемая двигателем реактивная мощность равна реактивной мощности намагничивания Q_АД = Q₀.

В паспортах АД приводятся значения cos φ при номинальной нагрузке, что позволяет легко определить Q₀ и Q_АД при любом значении К_з.д. В АД значение Q₀ составляет около 50% номинальной мощности.

Реактивная мощность, потребляемая трехфазным силовым трансформатором, расходуется, как и в АД, на намагничивание магнитопровода трансформатора Q_т.0 и на создание полей рассеяния Q_т:

Q_т = Q_т0 + Q_т,

где К_з.т = S/S_н.т – коэффициент загрузки трансформатора.

Значения Q₀ трансформаторов составляют 2÷5% их номинальной мощности. Это объясняется отсутствием воздушного зазора в магнитопроводе трансформатора и малым потреблением реактивной мощности на намагничивание (в несколько раз меньше, чем АД). Так как число трансформаций напряжения в системе электроснабжения достигает 3-4 и имеет тенденцию к росту до 5-6, то суммарная номинальная мощность трансформаторов во много раз больше, чем суммарная номинальная мощность АД. Поэтому суммарная реактивная мощность, потребляемая трансформаторами энергосистемы, обычно превышает реактивную мощность, потребляемую всеми асинхронными двигателями, присоединенными к ее сети.

Из всей потребляемой трансформаторами реактивной энергии около 80% расходуется на намагничивание.

Передача значительного количества реактивной мощности по линиям и через трансформаторы системы электроснабжения невыгодна по следующим основным причинам:

· возникают дополнительные потери активной мощности и энергии во всех элементах электроснабжения, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью. Так, при передаче активной и реактивной мощностей через элемент с сопротивлением R потери активной мощности составят:

,

- потери активной мощности, вызванные протеканием активной мощности Р; ΔР_р - дополнительные потери активной мощности, вызванные протеканием реактивной мощности Q и пропорциональные квадрату ее значения.

· Возникают дополнительные потери напряжения ΔU, которые особенно существенны в сетях, питающих системы электроснабжения промышленных предприятий. Например, при передаче мощностей P и Q через элемент сети с активным сопротивлением R и реактивным сопротивлением X потери напряжения составят:

,

где ΔU_a – потери напряжения, обусловленные передачей активной мощности; ΔU_p – потери напряжения, обусловленные передачей реактивной мощности.

Дополнительные потери напряжения ΔU_p увеличивают отклонение напряжения на зажимах приемника от номинального значения при изменениях нагрузок и режимов электрической сети, следовательно, приводят к снижению качества электроэнергии. Это требует установки средств регулирования напряжения.

Приближение источников реактивной мощности к местам ее потребления и снижение потребления реактивной мощности из энергосистемы в значительной степени разгружает питающие линии электропередачи и трансформаторы от реактивной мощности.

· Загрузка реактивной мощностью линий электропередач и трансформаторов требует увеличения площади сечений проводов воздушных и кабельных линий, повышения номинальной мощности или числа трансформаторов подстанций, оборудования ячеек распределительного устройства.

Из сказанного следует, что технически и экономически целесообразно предусматривать дополнительные мероприятия по уменьшению передачи и потреблению реактивной мощности.

Дата добавления: 2014-01-04