Источники и потребители реактивной мощности

Потребители ЭЭ, кроме активной мощности, потребляют от генераторов системы реактивную мощность, которая затрачивается на создание магнитных полей, необходимых для работы асинхронных двигателей, индукционных печей, трансформаторов и других ЭП.
На создание реактивной мощности топливо практически не расходуется. Однако передача реактивной мощности от генераторов к потребителям связана с доп.потерями (мощности и напряжения) в трансформаторах и сетях. Потери активной энергии в сетях оплачиваются потребителями, что ложится на них немалым бременем. Потери напряжения приводят к снижению качества энергии, получаемой ЭП.
Поэтому для получения реактивной мощности экономически выгодно устанавливать источники реактивной мощности вблизи потребителей.
Такими источниками являются синхронные и статические компенсаторы.

Реактивная мощность – это технические потери электроэнергии, вызванные электромагнитными процессами в сетях. Недостаток её вызывает повышенный нагрев проводников и создает избыточную нагрузку на сеть, в результате чего источник электроэнергии работает в усиленном режиме. 

Если средства компенсации мощности не предусмотрены, то за потребление реактивной энергии из сети приходится переплачивать значительные суммы.
Существенные реактивные нагрузки становятся причиной понижения напряжения в электросети и ухудшения качества электропитания. Помимо того, чрезмерно нагружаются линии электропередач и трансформаторное оборудование, в результате чего увеличиваются капитальные затраты на обустройство и эксплуатацию электрораспределительных станций.
Генерация электрической энергии и её потребители обычно не находятся близко друг от друга. Большие города и большие промышленные регионы часто получают электроэнергию от источников, находящихся на большом расстоянии. Составляющие системы и нагрузка включают в себя источники реактивной мощности

(кабели и катушки индуктивности трансформаторов, ЭД), которые оказывают влияние на профиль напряжения сети и стабильность системы. Линии передачи высоковольтных систем (500 кВ) могут иметь до 200 МВАр емкостной мощности на длину 100 км. Кабельные соединения могут давать даже большую реактивную мощность. Большие нагрузки, содержащие электрические дуговые печи или мощные приводы, могут иметь до 100 МВАр индуктивной реактивной мощности.
Без соответствующей компенсации реактивной мощности в длинных линиях передачи могут наступить критические условия работы системы из-за сильных колебаний напряжения и проблем со стабильностью

Так как система распределения электроэнергии должна быть рассчитана на полную мощность, предпринимаются усилия для снижения её значения. Если параллельно потребителю электроэнергии установлены конденсаторы соответствующей величины, реактивный ток циркулирует между конденсатором и потребителями. Это значит, что этот дополнительный ток не протекает по остальной части распределительной сети. Если, таким способом, достигнут коэффициент мощности, равный единице, через систему распределения протекает только активный ток.
Реактивная мощность QC, скомпенсированная конденсатором, - это разность между индуктивной реактивной мощностью до компенсации Q1 и реактивной мощностью после компенсации Q2, то есть
QC = Q1 – Q2

QC (вар) = P (Вт) · (tgφ1 – tgφ2)

Реактивный ток, циркулирующий между генератором энергоснабжающей компании и потребителем, преобразуется в тепловую энергию в системе распределения электроэнергии, то есть создаётся дополнительная нагрузка на генераторы, трансформаторы, кабели и распределительное устройство.
Это приводит к потерям электроэнергии и падению напряжения. Если доля реактивного тока высока, имеющиеся сечения проводников не могут полностью использоваться для передачи полезной энергии, возможно, их нужно соответственно увеличить.
С точки зрения энергоснабжающей компании низкий коэффициент мощности приводит к увеличению затрат на инвестиции и обслуживание, и эти дополнительные затраты перекладываются на тех, кто за них ответственен, то есть на потребителей с низким коэффициентом мощности. Поэтому в дополнение к электрическому

КБ, укомплектованные коммутационными аппаратами, средствами контроля, приборами учета и предназначенные для повышения коэффициента мощности ЭУ пром.предприятий и распределительных сетей на 6 и 10 кВ, также и для цеховых сетей 0,4 кВ – называют комплектными конденсаторными установками (ККУ).
ККУ состоят из стандартных заводских шкафов и могут быть нерегулируемыми и регулируемыми.

Преимущества :

малые удельные потери активной мощности;
отсутствие вращающихся частей;
простой монтаж и эксплуатация;
относительно невысокие капиталовложения;
возможность подбора практически любой необходимой номинальной мощности БСК и регулирование компенсации;
возможность установки и подключения в любой точке сети;
отсутствие шума во время работы;
небольшие эксплуатационные затраты.

Использование конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности – один из наиболее простых и эффективных способов энергосбережения в распределительных сетях

Недостатки:
Зависимость генерируемой РМ от напряжения;
недостаточная прочность, особенно при КЗ и перенапряжениях;
малый срок службы;
пожароопасность;
наличие остаточного заряда;
перегрев при повышении напряжения и наличии в сети высших гармоник, ведущих к повреждению конденсаторов;
сложность регулирования РМ (РМ регулируется ступенчато)

В отличие от активной мощности реактивная мощность для потребителей не должна поставляться по линиям электропередачи высокого напряжения, так как это значительно увеличивает потери в сети и снижает пропускную способность ВЛ.

Регулирование напряжения в системе электроснабжения осуществляется изменением коэффициентов трансформации трансформаторов, реакторами, синхронными компенсаторами, батареями статических конденсаторов и т.п.

В настоящее время, темпы роста производства и развития инфраструктуры городов, способствующие резкому увеличению энергопотребления, привели к значительным технологическим проблемам:
к возрастанию потоков реактивной мощности в ЛЭП всех классов напряжения, в том числе в электрических сетях потребителей;
к возникновению дефицита реактивной мощности в узлах нагрузки и, как следствие, к снижению напряжения на шинах нагрузок и подстанций и снижению запаса статической устойчивости нагрузки по напряжению;
к увеличению до предельно допустимых значений загрузки ЛЭП и подстанций токами полной нагрузки и ограничению их пропускной способности по активной мощности из-за необоснованной загрузки реактивной мощностью;
к существенному рост потерь активной мощности в электрических сетях и системах электроснабжения потребителей и значительному ухудшению технико-экономических показателей работы;

Снижение степени участия потребителей в регулировании режима работы энергосистемы по реактивной мощности привело к искусственно вызванному дефициту активной мощности в ряде узлов и в целых регионах, что, в свою очередь приводит к невозможности осуществлять присоединение новых потребителей или обеспечивать прирост потребления наращивающими свои производственные мощности потребителями, так как происходит дополнительная необоснованная загрузка электрооборудования Распределительных сетевых компаний и ОАО «ФСК ЕЭС» реактивной мощностью, поставляемой потребителям от генераторов электростанций или из сети 220-500 кВ.