Сайт дома - г. Сочи, Фабрициуса, дом 2, корпус 9

Основы компенсации реактивной мощности
Мощность P, забираемая от электрической сети, есть произведение напряжения сети на потребляемый ток:

Это выражение действительно для синусоидальных периодических величин только тогда, когда они находятся в одной фазе (рис. 1).

Рис. 1. Активная нагрузка

Это соответствует случаю активного потребления электроэнергии, такому как лампа накаливания или электродвигатель. При таком преобразовании мощности можно говорить об активной нагрузке.

Условием для работы электродвигателей и трансформаторов является наличие электромагнитного поля. Для таких устройств используется другая часть потребляемой электроэнергии, она называется реактивной энергией Q.

За счет индуктивного сопротивления катушек индуктивности происходит сдвиг тока относительно напряжения (рис. 2).

Рис. 2. Индуктивная нагрузка

Прохождение током точки «0» сдвинуто относительно напряжения на фазовый угол φ. Так как ток свое значение изменяет во времени после напряжения, то говорится об отставании тока от напряжения по фазе (рис. 3).

Для создания магнитного поля необходим реактивный ток, поэтому электрические производственные мощности (линии электропередач, генераторы, трансформаторы и т. д.) должны быть рассчитаны на эту дополнительную часть тока, то есть на геометрическую сумму активной и реактивной составляющих (рис. 3).

Рис. 3. Сумма активной и реактивной составляющих полной мощностиПри передаче тока ненужная реактивная часть должна быть по возможности малой. С другой стороны, реактивную мощность использует потребитель, поэтому ее нужно пытаться подвести не через сеть общего электроснабжения, а другим путем. В этом помогают конденсаторы (емкостные потребители), имеющие опережающий реактивный ток (рис. 4).

 

Рис. 4. Емкостная нагрузка

Если емкостное сопротивление равно по величине индуктивному, то действия их токов взаимно уничтожаются. Таким образом, потребляемая от энергосетей (оплачиваемая) реактивная мощность может быть снижена или вообще удалена (рис. 5).

 

Рис. 5. Баланс мощности

Процесс уравнивания количества энергии электрического поля (конденсатора) и магнитного поля (индуктивности) называется компенсацией реактивной мощности.

Соотношение активной мощности P и полной мощности S показывает cosφ:

Для компенсируемой реактивной мощности получаем:

Конденсатор равной мощности Qc полностью компенсирует реактивную мощность и повысит коэффициент мощности до единицы (cosφ = 1).

На практике коэффициент мощности после компенсации в большинстве случаев находится в пределах от 0,9 до 0,99 (рис. 5).

Необходимая мощность конденсаторов определяется следующим образом:

Виды компенсации реактивной мощности
Индуктивной реактивной нагрузке, необходимой электрическим потребителям, можно противодействовать с помощью емкостной нагрузки, подключая точно рассчитанный конденсатор. Это позволяет снизить реактивную мощность, забираемую из сети, и называется корректировкой коэффициента мощности или компенсацией реактивной мощности. В зависимости от подключения и формы применения конденсаторов различают несколько видов компенсации:

Индивидуальная или постоянная компенсация, при которой индуктивная реактивная мощность компенсируется непосредственно в месте ее возникновения, что ведет к разгрузке подводящих проводов (типично для отдельных, в продолжительном режиме работающих потребителей с постоянной или относительно большой мощностью — асинхронные двигатели, трансформаторы, сварочные инструменты, разрядные лампы и т. д.).
Групповая компенсация, в которой аналогично локальной компенсации для нескольких одновременно работающих индуктивных потребителей подключается совместный постоянный конденсатор (лежащие вблизи друг от друга электродвигатели, группы разрядных ламп). Здесь также разгружается подводящая линия, правда, только до распределителя на отдельные потребители.
Централизованная компенсация, при которой определенное число конденсаторов подключается к главному или групповому распределительному шкафам. Такую компенсацию применяют обычно в больших электрических системах с переменной нагрузкой. Конденсаторы управляются электронным регулятором, который постоянно анализирует потребность реактивной мощности в сети. Такие регуляторы включают или отключают конденсаторы, с помощью которых компенсируется мгновенная реактивная мощность общей нагрузки и, таким образом, уменьшается суммарная потребность сети.
Компенсационная установка состоит из определенного числа конденсаторных ветвей, которые в своем построении и ступенях подгоняются к особенностям отдельной конкретной сети и к потребностям ее в реактивной мощности. Очень распространены ветви в 12,5, 25 и 50 кВАр. Более крупные ступени включения, например, в 100 кВАр или еще выше, достигаются включением нескольких малых ветвей. Таким образом, снижается нагрузка сети токами включения и, следовательно, уменьшаются вытекающие из этого помехи (например, импульсы тока). Если в сети содержится большая доля высших гармоник, то конденсаторы обычно защищают дросселями (реакторами фильтрующего контура).