Компенсация реактивной мощности
Общие положения
В связи с увеличением потребления электроэнергии все более острой становится проблема ее экономии. Повышение качества электроэнергии путем оптимизации коэффициента мощности позволяет уменьшить расходы и ускорить отдачу от инвестиций. В распределительных электросетях низкого и среднего напряжения улучшение качества и надежности напряжения достигается коррекцией коэффициента мощности, которая осуществляется регулировкой косинуса фи (cos φ) и повышением стабильности напряжения с помощью реактивной мощности.
Электрическая мощность
Понятие электрической мощности может быть истолковано как «способность электрооборудования выполнять механическую работу» или как «количество работы, выполненное за единицу времени». Мощность измеряется в ваттах (Вт), наиболее часто используемые кратные единицы – это киловатты (кВт) и мегаватты (МВт), а дольные единицы – милливатты (мВт). В оборудовании переменного тока, действие которого основано на электромагнитных процессах (трансформаторы, электродвигатели и иные устройства, генерирующие свои собственные магнитные поля), совместно существуют три вида мощности:
- Активная мощность (P)
- Реактивная мощность (Q)
- Кажущаяся (полная) мощность (S)
Связь этих трех различных видов мощности друг с другом можно описать через так называемый треугольник мощностей. Угол φ, образованный активной и полной мощностью, определяет фазовый сдвиг между напряжением (U) и током (I), а значение косинуса этого угла равно коэффициенту мощности (PF) при условии отсутствия гармонических искажений.
P = S*cos (φ); Q = S*sin (φ) где S: S = √3·U·I в трехфазной цепи, S = U·I в однофазной цепи
Активная мощность (P)
Активная мощность представляет собой полезную мощность, измеряемую в ваттах (Вт). Она определяется количеством энергии, реально используемой при работе электрооборудования, т.е. энергии, снимаемой с вала двигателя для вращения механизма, энергии, выделяющейся на сопротивлении электронагревателя или расходуемой на излучение света лампы и т.д. Активная мощность также является мощностью, покупаемой у энергоснабжающей компании. Она поступает к жилым домам, промышленным предприятиям, офисам и прочим потребителям из системы электроснабжения. Общее количество энергии, потребленное всем электрооборудованием, обычно учитывается счетчиками или другими приборами учета, которые устанавливаются поставщиками электроэнергии для измерения ее суммарного потребления за определенный промежуток времени, указываемый в договорах на электроснабжение
Реактивная мощность (Q)
Электрическая нагрузка, работающая с магнитным полем (моторы, дроссели, трансформаторы, индукционные нагреватели, сварочные генераторы), вызывает отставание тока от напряжения (сдвиг фаз), обусловленный наличием индуктивности. Запаздывание приводит к тому, что ток через индуктивную нагрузку сохраняет свой знак (например, положительный) некоторое время после того, как знак напряжения уже изменился на отрицательный. В течение этого времени ток и напряжение имеют разные знаки, что приводит к образованию отрицательной энергии, которая возвращается обратно в сеть. При восстановлении одинакового знака тока и напряжения такое же количество энергии расходуется на создание магнитного поля в индуктивной нагрузке. Эти колебания энергии электромагнитного поля в цепях переменного тока и называются реактивной мощностью. В сетях переменного тока (50/60 Гц) этот процесс повторяется 50/60 раз в секунду. Эти индуктивности являются частью электрической цепи и для системы электроснабжения они являются нагрузкой, потребляющей как активную, так и реактивную мощность. Эффективность их работы зависит от коэффициента мощности; чем ниже его значение, тем больше значение потребленной реактивной мощности. Чтобы уменьшить влияние реактивной мощности на питающую сеть, можно использовать конденсаторы для временного хранения возникающей магнитной энергии обратной полярности. С этой целью в промышленном оборудовании с большими нагрузками используются либо традиционные, либо расстроенные системы компенсации реактивной мощности. Эти системы состоят из конденсаторных блоков, в которых конденсаторы могут подключаться или отключаться устройством управления в зависимости от нагрузки. Реактивная мощность не совершает никакой полезной работы, но оказывает негативное влияние на систему передачи и распределения электроэнергии, поэтому за ее потребление электросетевые компании накладывает штрафы или берут оплату по более высоким тарифам. Реактивная мощность измеряется в вольт- амперах-реактивных (вар), а наиболее распространенной является кратная единица измерения киловольтампер (квар).
Полная (кажущаяся) мощность (S)
Кажущаяся, или полная мощность, в соответствии с теоремой Пифагора, представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощностей. Эти две составляющие представляют собой общую входную мощность, а также суммарную мощность, отдаваемую в сеть электрогенераторами. Эта мощность передается по распределительным проводам, кабелям и линиям, поступая к потребителям: населению, промышленным предприятиям и т. п. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА).
Коэффициент мощности (cos φ, PF)
При подключении потребителя к цепи поглощается ток, который зависит от электрических характеристик потребителя. Произведение силы тока на приложенное напряжение называется полной мощностью. Полная мощность – это сумма активной мощности, затрачиваемой на совершение полезной работы (механическое движение, нагрев), и реактивной мощности, которая необходима для создания магнитного поля, обеспечивающего работу определенных типов потребителей. Коэффициент мощности (PF) – это отношение активной мощности (P) к полной (S). Его значение зависит от характера нагрузки системы. При этом активная нагрузка имеет коэффициент мощности, близкий к единице. При подключении индуктивных или емкостных нагрузок коэффициент мощности может изменяться в зависимости от отставания или опережения тока по отношению к напряжению. Этот сдвиг по фазе и определяет значение коэффициента мощности.
| Значения коэффициента мощности для наиболее распространенных промышленных устройств: | |
| Асинхронные двигатели при нагрузке 50% | 0,73 |
| Асинхронные двигатели при нагрузке 100% | 0,85 |
| Установки для электродуговой сварки | 0,5 |
| Оборудование для сварки трением | 0,7-0,9 |
| Сварочные выпрямители | 0,7-0,9 |
| Значения коэффициента мощности для небольших электроустановок: | |
| Люминесцентные лампы | 0,5 |
| Газоразрядные лампы | 0,4-0,6 |
| Печи с диэлектрическим нагревом | 0,85 |
| Дуговые печи | 0,8 |
| Индукционные печи | 0,85 |
Проблемы связанные с реактивной мощностью
Увеличение потерь в проводах:
Нагрев проводов вызывает ускорение старения изоляции, снижение срока службы, способствует возникновению коротких замыканий.
Снижение пропускной способности энергосистемы при генерации дополнительной мощности для компенсации потерь.
Нагрев обмоток трансформаторов и снижение нагрузочной способности без видимых причин.
Перегрузка генераторов и троансформаторов
Повышение тока из-за низкого коэффициента мощности вызывает перегрузку генераторов и трансформаторов, и, как следствие, уменьшение их срока службы вследствие превышения расчетных характеристик.
Увеличение падения напряжения
Протекающий по электрическому проводнику ток вызывает падение на нем напряжения, величина которого определяется по закону Ома.
Возрастание величины тока из-за низкого значения коэффициента мощности вызывает увеличение падения напряжения, что приводит к снижению напряжения на нагрузке относительно требуемого значения, и, следовательно, приводит к снижению мощности, поступающей в нагрузку.
Преимущества компенсации реактивной мощности
Уменьшение тепловых (джоулевых) потерь
Pпот=I2*R где:
I: ток, протекающий через проводник, в амперах (A)
R: сопротивление проводника, в Омах (Ом)
| Снижение тепловых потерь: | ||||
| cosφнач | cosφкон | |||
| 0,85 | 0,9 | 0,95 | 1,0 | |
| 0,50 | 65,40% | 69,14% | 72,30% | 75,00% |
| 0,55 | 58,13% | 62,65% | 66,48% | 69,75% |
| 0,60 | 50,17% | 55,56% | 60,11% | 64,00% |
| 0,65 | 41,52% | 47,84% | 53,19% | 57,75% |
| 0,70 | 32,18% | 39,51% | 45,71% | 51,00% |
| 0,75 | 22,15% | 30,56% | 37,67% | 43,75% |
| 0,80 | 11,42% | 20,99% | 29,09% | 36,00% |
| 0,85 | — | 10,80% | 19,94% | 27,75% |
| 0,90 | — | — | 10,25% | 19,00% |
| 0,95 | — | — | — | 9,75% |
Уменьшение выбросов парниковых газов
Учитывая ежедневные потери в электрических распределительных сетях, и количество диоксида углерода (CO2), выбрасываемого в атмосферу в процессе производства электроэнергии, ежедневно в атмосферу Земли выбрасывается масса углекислого газа, составляющая 1,25% от годового значения выбросов при производстве электроэнергии. Компенсация реактивной мощности позволяет снизить выбросы диоксида углерода на эту величину.
Уменьшение падения напряжения в линиях электропередач
В процессе передачи электроэнергии на расстояние, ток вынужден преодолевать электрическое сопротивление (Z) проводов, что вызывает падения напряжения в линии.
Падение напряжения можно определить по закону Ома, оно равно произведению величины тока на сопротивление. Если выразить величину требуемого тока через активную мощность и подставить ее в закон Ома, получим следующее выражение:
∆U= Pакт*Z/√3·U·cosφ ∆U — падение напряжения в линии, U — напряжение линии, я в линии, Z — полное сопротивление провода.
| Снижение тепловых потерь: | ||||
| cosφнач | cosφкон | |||
| 0,85 | 0,9 | 0,95 | 1,0 | |
| 0,50 | 41,18% | 44,44% | 47,37% | 50,00% |
| 0,55 | 35,29% | 38,89% | 42,11% | 45,00% |
| 0,60 | 29,41% | 33,33% | 36,84% | 40,00% |
| 0,65 | 23,53% | 27,78% | 31,58% | 35,00% |
| 0,70 | 17,65% | 22,22% | 26,32% | 30,00% |
| 0,75 | 11,76% | 16,67% | 21,05% | 25,00% |
| 0,80 | 5,88% | 11,11% | 15,79% | 20,00% |
| 0,85 | — | 5,56% | 10,53% | 15,00% |
| 0,90 | — | — | 5,26% | 10,00% |
| 0,95 | — | — | — | 5,00% |
Экономия на оплате электроэнергии
Отсутствие штрафов за потребление значительной реактивной мощности, сокращение потребления полной мощности.
Сокращение потерь в сердечниках трансформаторов и проводниках электроустановки.
Пример: При КМ = 0,7 потери в трансформаторе номинальной мощностью 630 кВА составляли 6500 Вт.
После компенсации реактивной мощности был достигнут КМ = 0,98, а потери сократились до 3316 Вт, то есть на 49 %.
Увеличение доступной мощности
Высокий КМ способствует оптимизации электроустановки, позволяя более эффективно использовать её компоненты. При установке устройств КРМ на стороне низкого напряжения можно «разгрузить» трансформатор СН/НН и, таким образом, увеличить мощность, доступную на его вторичной обмотке.
В таблице ниже показано, как возрастает доступная мощность на выходе трансформатора при увеличении КМ с 0,7 до 1.
| Увеличение доступной мощности: | ||||
| cosφнач | cosφкон | |||
| 0,85 | 0,9 | 0,95 | 1 | |
| 0,70 | 21,00% | 28,00% | 36,00% | 43,00% |
| 0,75 | 14,00% | 21,00% | 28,00% | 36,00% |
| 0,80 | 7,00% | 14,00% | 21,00% | 28,00% |
| 0,85 | — | 7,00% | 14,00% | 21,00% |
| 0,90 | — | — | 7,00% | 14,00% |
| 0,95 | — | — | — | 7,00% |
Уменьшение размера установки
Использование устройств КРМ позволяет уменьшить сечение проводников, так как при той же активной мощности установка будет потреблять меньший ток.
В таблице ниже приведены коэффициенты, на которые следует умножить сечение проводников при различных значениях КМ.
| Коэффициент мощности | Повышающий коэффициент для сечения проводников |
| 1 | 1 |
| 0,8 | 1,25 |
| 0,6 | 1,67 |
| 0,4 | 2,5 |
Повышение стабильности напряжения в электроустановке
Подключение конденсаторов позволяет стабилизировать напряжение на вышерасположенном участке цепи. Это предотвращает перегрузку сети и уменьшает содержание гармоник, благодаря чему Вам не придется завышать номинал электроустановки.
Структуры для компенсации реактивной мощности
Индивидуальная компенсация
Индивидуальная компенсация используется в оборудовании с продолжительным режимом работы в случаях, когда потребление реактивной мощности весьма велико, главным образом, для электродвигателей и трансформаторов. Конденсаторы устанавливаются на каждую отдельную нагрузку, поэтому воздействие перетоков реактивной мощности испытывают только проводники, соединяющие нагрузку и конденсатор. Такая конфигурация имеет следующие преимущества:
- Реактивная мощность заключена «в границах» между нагрузкой и конденсатором. Поэтому остальная часть линии не испытывает воздействия реактивной мощности.
- Конденсатор включается только при подключении нагрузки (т.е. пуск и подключение конденсатора происходят одновременно), поэтому отсутствует необходимость в какой-либо дополнительной системе управления.
С другой стороны, такая конфигурация имеет следующие недостатки:
- Суммарная стоимость отдельных конденсаторов выше стоимости эквивалентного по мощности конденсатора для всех устройств.
- Конденсаторы будут недоиспользованы по мощности, когда те или иные нагрузки находятся в режиме простоя в течение длительного времени.
Возможность применения рассмотренного способа компенсации должна быть тщательно исследована в следующих случаях: при компенсации реактивной мощности асинхронных двигателей и для силовых трансформаторов.
Групповая компенсация
Использование групповой компенсации предпочтительно в случае одновременного подключения нескольких нагрузок (одинаковых или различных) при относительно постоянной величине реактивной мощности.
Такая конфигурация имеет следующие преимущества:
Конденсаторная батарея может быть размещена в щите управления двигателями.
Конденсаторы используются только в процессе работы нагрузки.
Низкая стоимость установки
Реактивная мощность полностью исключена из распределительной электросети.
С другой стороны, недостатком такой структуры компенсации с точки зрения силовых проводников является присутствие реактивной мощности на участке между нагрузками и щитом
управления двигателями.
Централизованная компенсация
Общая батарея конденсаторов устанавливается (размещается) на ответвлении, рядом со щитом питания. Суммарная емкость батареи разделена на блоки или ступени, соединенные с контроллером, который, при необходимости, может автоматически подключать или отключать их в зависимости от мгновенного потребления реактивной мощности. Такая конфигурация имеет следующие преимущества:
- Более эффективное использование конденсаторов.
- Лучшее регулирование напряжения в энергосистеме.
- Выходная мощность батареи регулируется в соответствии с текущей потребностью.
С другой стороны, недостаток такой конфигурации системы компенсации заключается в том, что линия электропередач остается нагруженной реактивной мощностью, и, кроме того, в такой конфигурации для осуществления регулирования необходим автоматический контроллер.
Расчет емкостной энергии, необходимой для компенсации
Для определения коэффициента мощности с целью его коррекции используется метод, состоящий из трех этапов:
- Расчет реактивной мощности установки
- Расчет емкостной энергии, необходимой для компенсации
- Расчет параметров ступеней батареи с учетом колебаний значения коэффициента мощности (FP)
Расчет реактивной мощности
Расчет реактивной мощности установки предполагает определение ее коэффициента мощности (FP). Следовательно, должен быть выполнен детальный анализ режимов объекта, для чего требуется:
- Анализатор электроэнергии
- Анализ счетов за потребление электроэнергии.
Расчет емкостной энергии
После определения коэффициента мощности установки необходимо выбрать желаемое значение PFжелаемый коэффициента мощности (прикотором реактивная мощность будет полностью скомпенсирована). Это значение должно быть как можно ближе к единице.
Обычно применяется величина, называемая «k-фактор», представляющая собой разность между тангенсами начального и желаемого углов сдвига фаз. Наиболее часто встречающиеся значения коэффициента k приведены ниже.
| Коэф. мощности до компен- сации | Коэффициент мощности после компенсации | |||||||||||||
| cosφ | 0,80 | 0,84 | 0,88 | 0,90 | 0,90 | 0,95 | 0,96 | 0,97 | 0,98 | 0,99 | 1,00 | |||
| tgφ | 0,750 | 0,646 | 0,540 | 0,484 | 0,484 | 0,329 | 0,292 | 0,251 | 0,203 | 0,142 | 0,000 | |||
| cosφ | tgφ | |||||||||||||
| 0,400 | 2,291 | 1,541 | 1,645 | 1,752 | 1,807 | 1,865 | 1,963 | 2,000 | 2,041 | 2,088 | 2,149 | 2,291 | ||
| 0,430 | 2,100 | 1,350 | 1,454 | 1,560 | 1,615 | 1,674 | 1,771 | 1,808 | 1,849 | 1,897 | 1,957 | 2,100 | ||
| 0,460 | 1,930 | 1,180 | 1,284 | 1,391 | 1,446 | 1,504 | 1,602 | 1,639 | 1,680 | 1,727 | 1,788 | 1,930 | ||
| 0,490 | 1,779 | 1,029 | 1,133 | 1,239 | 1,295 | 1,353 | 1,450 | 1,487 | 1,528 | 1,576 | 1,637 | 1,779 | ||
| 0,520 | 1,643 | 0,893 | 0,997 | 1,103 | 1,158 | 1,217 | 1,314 | 1,351 | 1,392 | 1,440 | 1,500 | 1,643 | ||
| 0,550 | 1,518 | 0,768 | 0,873 | 0,979 | 1,034 | 1,092 | 1,190 | 1,227 | 1,268 | 1,315 | 1,376 | 1,518 | ||
| 0,580 | 1,405 | 0,655 | 0,759 | 0,865 | 0,920 | 0,979 | 1,076 | 1,113 | 1,154 | 1,201 | 1,262 | 1,405 | ||
| 0,610 | 1,299 | 0,549 | 0,653 | 0,759 | 0,815 | 0,873 | 0,970 | 1,007 | 1,048 | 1,096 | 1,157 | 1,299 | ||
| 0,640 | 1,201 | 0,451 | 0,555 | 0,661 | 0,716 | 0,775 | 0,872 | 0,909 | 0,950 | 0,998 | 1,058 | 1,201 | ||
| 0,670 | 1,108 | 0,358 | 0,462 | 0,568 | 0,624 | 0,682 | 0,779 | 0,816 | 0,857 | 0,905 | 0,966 | 1,108 | ||
| 0,700 | 1,020 | 0,270 | 0,374 | 0,480 | 0,536 | 0,594 | 0,692 | 0,729 | 0,770 | 0,817 | 0,878 | 1,020 | ||
| 0,730 | 0,936 | 0,186 | 0,290 | 0,396 | 0,452 | 0,510 | 0,608 | 0,645 | 0,686 | 0,733 | 0,794 | 0,936 | ||
| 0,760 | 0,855 | 0,105 | 0,209 | 0,315 | 0,371 | 0,429 | 0,526 | 0,563 | 0,605 | 0,652 | 0,713 | 0,855 | ||
| 0,790 | 0,776 | 0,026 | 0,130 | 0,236 | 0,292 | 0,350 | 0,447 | 0,484 | 0,525 | 0,573 | 0,634 | 0,776 | ||
| 0,800 | 0,750 | — | 0,104 | 0,210 | 0,266 | 0,324 | 0,421 | 0,458 | 0,499 | 0,547 | 0,608 | 0,750 | ||
| 0,810 | 0,724 | — | 0,078 | 0,184 | 0,240 | 0,298 | 0,395 | 0,432 | 0,473 | 0,521 | 0,581 | 0,724 | ||
| 0,820 | 0,698 | — | 0,052 | 0,158 | 0,214 | 0,272 | 0,369 | 0,406 | 0,447 | 0,495 | 0,556 | 0,698 | ||
| 0,830 | 0,672 | — | 0,026 | 0,132 | 0,188 | 0,246 | 0,343 | 0,380 | 0,421 | 0,469 | 0,530 | 0,672 | ||
| 0,840 | 0,646 | — | — | 0,106 | 0,162 | 0,220 | 0,317 | 0,354 | 0,395 | 0,443 | 0,503 | 0,646 | ||
| 0,850 | 0,620 | — | — | 0,080 | 0,135 | 0,194 | 0,291 | 0,328 | 0,369 | 0,417 | 0,477 | 0,620 | ||
| 0,860 | 0,593 | — | — | 0,054 | 0,109 | 0,167 | 0,265 | 0,302 | 0,343 | 0,390 | 0,451 | 0,593 | ||
| 0,870 | 0,567 | — | — | 0,027 | 0,082 | 0,141 | 0,238 | 0,275 | 0,316 | 0,364 | 0,424 | 0,567 | ||
| 0,880 | 0,540 | — | — | — | 0,055 | 0,114 | 0,211 | 0,248 | 0,289 | 0,337 | 0,397 | 0,540 | ||
| 0,890 | 0,512 | — | — | — | 0,028 | 0,086 | 0,184 | 0,221 | 0,262 | 0,309 | 0,370 | 0,512 | ||
| 0,900 | 0,484 | — | — | — | — | 0,058 | 0,156 | 0,193 | 0,234 | 0,281 | 0,342 | 0,484 | ||
| 0,910 | 0,456 | — | — | — | — | 0,030 | 0,127 | 0,164 | 0,205 | 0,253 | 0,313 | 0,456 | ||
| 0,920 | 0,426 | — | — | — | — | — | 0,097 | 0,134 | 0,175 | 0,223 | 0,284 | 0,426 | ||
| 0,930 | 0,395 | — | — | — | — | — | 0,067 | 0,104 | 0,145 | 0,192 | 0,253 | 0,395 | ||
| 0,940 | 0,363 | — | — | — | — | — | 0,034 | 0,071 | 0,112 | 0,160 | 0,220 | 0,363 | ||
| 0,950 | 0,329 | — | — | — | — | — | — | 0,037 | 0,078 | 0,126 | 0,186 | 0,329 | ||
| 0,960 | 0,292 | — | — | — | — | — | — | — | 0,041 | 0,089 | 0,149 | 0,292 | ||
| 0,970 | 0,251 | — | — | — | — | — | — | — | — | 0,048 | 0,108 | 0,251 | ||
| 0,980 | 0,203 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 0,061 | 0,203 | ||
| 0,990 | 0,142 | — | — | — | — | — | — | — | — | — | — | 0,142 | ||
Как только значения k и F рассчитаны, может быть определена мощность конденсатора Pквар в кВАр, необходимая для коррекции коэффициента мощности. Компания «ПФ Электросервис» рекомендует увеличить значение этой мощности на 15-20% Pквар, чтобы предусмотреть возможное увеличение нагрузки.
Расчет с учетом изменений значения коэффициента мощности
Если выбрана центральная схема компенсации, то для определения количества ступеней конденсаторной батареи, необходимого для получения расчетной емкостной энергии на протяжении всего времени работы, нужно знать график колебаний коэффициента мощности во времени.
Например, предположим, что необходима батарея мощностью 80 квар, причем известно, что 60 квар требуются для компенсации реактивной мощности от непрерывно работающего электродвигателя, а оставшиеся 20 квар относятся к нагрузкам, которые могут появляться и исчезать в течение суток.
2 ступени по 40 кВАр, последовательность ступеней: 1:1: Вторая ступень в 40 квар постоянно коммутируется – НЕТ
4 ступени по 20 кВАр Последовательность ступеней: 1:1:1:1 Четвертая ступень в 20 кВАр постоянно коммутируется – НЕТ
2 ступени по 5 кВАр, 1 ступень 10 кВАр, 3 ступени по 20 кВАр Последовательность ступеней: 1:1:2:4:4:4 – Оптимальное решение, ОК!
Компенсация реактивной мощности электродвигателей и трансформаторов
Прямой пуск асинхронного двигателя
При компенсации отдельных асинхронных электродвигателей необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать явления самовозбуждения. Самовозбуждение возникает тогда, когда двигатель отключается от источника, но все еще по инерции продолжает вращаться до окончательной остановки. При отключении напряжения, если к клеммам двигателя подключено компенсирующее устройство, емкостные токи конденсатора, протекающие по обмоткам статора, генерируют магнитное поле в роторе, направление которого совпадает с направлением спадающего магнитного поля. Таким образом, двигатель продолжает работать в режиме генератора, что может вызвать перенапряжения на клеммах двигателя.
Qкомпенсации = P · ( tan φi — tanφf )
Qкомпенсации ≤ Qпредельная
Qпредельная = 0.9 √3·Un · I0
Qпредельная = 2·P ( 1- cos φисходн.)
Есть два возможных способа избежать возникновения явления самовозбуждения:
- Емкостные токи конденсатора должны быть ограничены за счет ограничения мощности конденсаторной батареи на таком уровне, при котором они не превышают ток холостого хода двигателя (стандарт EN60831-1 рекомендует не допускать превышения величины, равной 90% реактивного тока двигателя на холостом ходу).
- Компенсация может выполняться с использованием контактора. В этом случае, если двигатель отключается от сети, конденсатор будет также отключен от зажимов двигателя.
На практике можно руководствоваться соотношением:
Qкомпенсации = 0,3·Pномин. мощн. двигателей
Пуск с переключением со звезды на треугольник
Иногда прямое подключение двигателя на сеть недопустимо в связи с большой величиной пусковых токов двигателя. В этом случае для пуска можно использовать схемы с переключением со звезды на треугольник.
Если двигатель оснащен подобной схемой, то подключение конденсатора осуществляется через контактор тогда, когда завершится пуск двигателя (соединение в звезду), и он выйдет на установившийся режим.
Использование этого способа позволяет избежать бросков тока и перенапряжений при пуске двигателя.
Ввыбор компенсирующих конденсаторов для трехфазных асинхронных двигателей
| Мощность двигателя | Мощность конденсаторов, квар | ||||
| кВт | л.с. | 3000 об/мин | 1500 об/мин | 1000 об/мин | 750 об/мин |
| 7,5 | 10 | 2,50 | 2,50 | 2,50 | 5,00 |
| 11 | 15 | 2,50 | 2,50 | 5,00 | 5,00 |
| 15 | 20 | 5,00 | 5,00 | 5,00 | 7,50 |
| 18 | 25 | 5,00 | 5,00 | 7,50 | 10,00 |
| 22 | 30 | 7,50 | 7,50 | 10,00 | 10,00 |
| 30 | 40 | 10,00 | 10,00 | 12,50 | 15,00 |
| 37 | 50 | 12,50 | 15,00 | 17,50 | 20,00 |
| 45 | 60 | 15,00 | 17,50 | 20,00 | 22,50 |
| 55 | 75 | 17,50 | 25,00 | 22,50 | 25,00 |
| 75 | 100 | 22,50 | 27,50 | 27,50 | 32,50 |
| 90 | 125 | 25,00 | 30,00 | 35,00 | 40,00 |
| 110 | 150 | 30,00 | 35,00 | 42,50 | 45,00 |
| 132 | 180 | 37,50 | 45,00 | 45,00 | 55,00 |
| 160 | 220 | 45,00 | 50,00 | 60,00 | 65,00 |
| 200 | 270 | 50,00 | 60,00 | 67,50 | 80,00 |
| 250 | 340 | 60,00 | 65,00 | 75,00 | 85,00 |
| 280 | 380 | 70,00 | 77,50 | 85,00 | 95,00 |
| 355 | 485 | 85,00 | 95,00 | 107,50 | 122,50 |
| 400 | 544 | 100,00 | 105,00 | 125,00 | 135,00 |
Примечание: численные значения в таблице приведены исключительно в ознакомительных целях.
Силовые трансформатор
В случае трансформатора требуется компенсировать его реактивную мощность при работе на холостом ходу Q0 (она является постоянной величиной), а также потребляемую реактивную мощность под нагрузкой.
Ниже в таблице приведены примерные значения реактивной мощности конденсаторов в зависимости от мощности трансформатора.
Таблица компенсации силовых трансформаторов
| Мощность кВА | Напряжение < 24 кВ |
Напряжение > 24 кВ |
| 25 | 2,50 | 2,50 |
| 50 | 5,00 | 5,00 |
| 100 | 7,50 | 10,00 |
| 160 | 10,00 | 12,50 |
| 250 | 15,00 | 20,00 |
| 400 | 20,00 | 25,00 |
| 500 | 25,00 | 30,00 |
| 630 | 30,00 | 40,00 |
| 800 | 45,00 | 50,00 |
| 1000 | 60,00 | 65,00 |
| 1250 | 70,00 | 80,00 |
| 1600 | 90,00 | 100,00 |
| 2000 | 112,50 | 120,00 |
| 2500 | 155,00 | 165,00 |
Выводы
Компенсация реактивной мощности дает следующие преимущества:
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ за счет снижения потерь на передачу энергии. Снизив потери, мы избавляемся от необходимости производить избыточное количество энергии для компенсации этих потерь. Кроме того, снижается выделение парниковых газов, сопутствующих производству электроэнергии.
УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ: избыточная энергия, про-
изводимая для компенсации потерь, теперь может быть использована на полезное потребление. Основываясь на статистических данных об энергопотреблении и потерях, пропускная способность энергосистем увеличилась бы на 0,5%.
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ за счет исключения необходимости увеличения сечения проводников даже при возрастании токов. Соответственно, материалы, которые существенно влияют на стоимость системы (напр. медь), используются более эффективно.
УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН. Наличие реактивной мощности приводит к увеличению тока, что вызывает снижение срока службы электрооборудования.
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ за счет снижения падений напряжения при передаче электроэнергии. Эти падения напряжения вызывают снижение полезной мощности на нагрузке, такой как электродвигатели, осветительные приборы и др.
ЭКОНОМИЯ на счетах за электроэнергию, достигаемая путем исключения штрафов за потребление реактивной мощности и снижения потерь в сетях потребителя.