Компенсация реактивной мощности в электрических сетях
Содержание
Реактивная или «паразитная» энергия не расходуется на выполнение полезной работы. Она существенно снижает коэффициент мощности в электрических сетях. Среди бытовых приборов немного потребителей, способных серьезно повлиять на данный параметр, но на производствах и ЛЭП устанавливают компенсаторы реактивной мощности, которые должны устранить неприятные последствия от индуктивных или емкостных составляющих импеданса.
Мощность электрической цепи
В электрических цепях различают два вида мощности: активную и реактивную. Полная мощность складывается из этих двух видов. Чтобы разобраться, зачем нужна компенсация реактивной мощности, следует выяснить, что это такое.
Пока речь идет о работе с постоянным током, реактивная мощность не возникает. Полную мощность для цепей постоянного тока находят по формуле:
При учете полной мощности переменного тока приведенная выше формула не подходит. Такие элементы, как конденсатор, катушка индуктивности и подобные начинают вносить вклад в сопротивление, что при постоянных значениях напряжения и тока было невозможно. Для расчетов применяют уже комплексные числа, где на реальную составляющую приходится активная мощность, а мнимая характеризует реактивную. Соответственно полная мощность в цепи переменного тока вычисляется следующим образом:
Активную и реактивную составляющие мощности следует рассчитывать по отдельности. Также можно вычислить комплексный импеданс, а после использовать его для расчета.
Активная мощность может быть найдена по формуле:
Реактивная мощность:
Помимо тока и напряжения в формуле учитывается фазовый сдвиг.
Фазовый сдвиг
В электрической цепи присутствуют элементы, которые способны накапливать и отдавать часть энергии периодически. Их делят на емкостные и индуктивные. Они влияют на то, как изменяются значения токи и напряжения относительно времени:
- Индуктивные элементы запасают энергию. Они вызывают отставание тока по фазе.
- Емкостные элементы вызывают обратный эффект: ток будет опережать напряжение.
Коэффициент мощности
Следует отметить, что такое понятие, как коэффициент мощности, не является КПД. Он показывает немного другие соотношения, связанные преимущественно с доставкой энергии до потребителя. Для цепей переменного тока коэффициент можно вычислить по формуле:
Этот показатель измеряется в процентах. Чем ближе он к 100%, тем лучше. Поскольку добиться идеальных условий в реальном мире невозможно, то считают хорошим коэффициент, превышающий 80%. Эта же величина указывается в формулах в качестве косинуса. Тогда она просто характеризуется числом от 0 до 1.
Способов повысить коэффициент мощности два. Они связаны с особенностями цепей и элементов в них:
- Компенсация имеющейся реактивной мощности.
- Устранение нелинейности.
В первом случае задачей электрика является уравновесить индуктивные элементы емкостными и наоборот. Во втором требуется учесть особенности потребления и добавить корректор. В любом случае придется усложнить существующую схему.
Почему следует компенсировать реактивную составляющую
Реактивная мощность не приносит пользы потребителю. Также она может повышать нагрузку на линии и приводить к снижению срока службы различных частей сети или приборов. Соответственно, чем меньше это слагаемое, тем эффективнее будет работать система. Но полностью исключить реактивные элементы из электрической цепи не выйдет.
Варианты компенсации
Чтобы минимизировать нежелательные эффекты от определенных элементов, к электрической цепи подключают дополнительные компоненты — установки компенсации реактивной мощности. Они различаются по способу включения в электрическую сеть и внутреннему устройству. Способы компенсации реактивной мощности зависят от количества агрегатов. На производстве могут работать сразу несколько двигателей, насосов или трансформаторов. Иногда один единственный агрегат требует добавления УКМ. Поэтому выделяют такие виды компенсации реактивной мощности, как централизованная, групповая и индивидуальная.
Продольная компенсация
Это вариант с последовательным подключением элементов в цепь. Применяется на ЛЭП, чтобы устранить реактивные эффекты возникающие там. Подключение конденсаторных батарей позволяет снизить индуктивную составляющую комплексного сопротивления
Поперечная компенсация
Осуществляется путем параллельного включения элементов в цепь. Они позволяют снизить нагрузку на сеть, устранить внутренние перенапряжения. Устройства поперечной компенсации реактивной мощности применяется на подстанциях.
Компенсатор реактивной мощности
Чтобы минимизировать полную мощность без снижения полезной составляющей, применяют специальные приборы. Компенсатор реактивной мощности — это электроустановочное оборудование, которое подключают к сети. В зависимости от целей можно прибавить емкостную или индуктивную составляющую. Таким образом можно устранить расхождение по фазе тока с напряжением. Средства компенсации реактивной мощности бывают разными. Примером могут служить батареи конденсаторов, реакторы электрические и прочее.
Синхронный электродвигатель, запущенный без нагрузки, это синхронный компенсатор. Он способствует увеличению коэффициента мощности. В зависимости от того, как работает данное устройство (в недовозбужденном состоянии или перевозбужденном), можно по-разному влиять на параметры цепи, компенсируя как емкостную, так и индуктивную составляющую.
Компенсирующие устройства используют на производствах, где присутствуют:
- Асинхронные двигатели;
- трансформаторы;
- сварочные агрегаты и тому подобное.
Компенсировать реактивную мощность приходится и на линиях электропередач. УКРМ способствуют повышению пропускной способности, а, значит, меньше проводов придется тянуть до потребителей.
Недокомпенсация и перекомпенсация реактивной мощности
В зависимости от того, какие компоненты больше влияют на сеть, используют термины недокомпенсация и перекомпенсация реактивной мощности. Они позволяют указать на то, какие токи превалируют:
- Если слишком много токов индуктивного характера, то можно говорить о недокомпенсации в сети. В этом случае возможен нагрев проводов и снижение напряжения.
- Противоположный эффект, связанный с емкостными токами, называют перекомпенсацией реактивной мощности. Этот эффект ничем не лучше, а в некоторых случаях даже опаснее недокомпенсации, поскольку повышается напряжение в сети.
Оба варианта негативно сказываются на пропускной способности, поэтому при исправлении перекоса важно не перестараться и постоянно следить за тем, какие компоненты превалируют в мнимой части импеданса. Схема, используемая для компенсации реактивной мощности, должна соответствовать надобностям потребителей.
Следует ли в быту компенсировать реактивную мощность
В быту используется множество приборов. Среди них есть лампы, утюги и чайники, которые практически не создают реактивной нагрузки на сеть при работе. Присутствуют и электродвигатели, например, внутри стиральной машинки. Также внести свой вклад в реактивную мощность способна микроволновая печь. Но все эти приборы не используются постоянно, а также пользователю сложно вычислить, как именно следует корректировать их работу.
В сети или телевизионной рекламе встречаются упоминания о чудо-приборах, с помощью которых может осуществляться индивидуальная и эффективная компенсация реактивной мощности, но не совсем очевидно, что именно находится внутри такой компенсационной установки, а также как она учитывает работу приборов и какие будут последствия. Поэтому расчет и монтаж УКРМ должны осуществляться профессионалами. Компенсация необходима на производствах, но в квартире, как правило, не требуется. Если в доме используются обычные бытовые приборы, а сам пользователь не обладает достаточными знаниями, то корректировать что-либо не стоит.
Загрузка...
