Реактивна потужність як причина зниження якості електроенергії

За наявності у колі індуктивностей або ємностей енергія ними не споживається, а накопичується у магнітному (для індуктивностей) або електричному (для ємностей) полі й повертається до джерела. Таким чином, індуктивності та ємності є реактивним навантаженням. Найбільшу кількість РЕ споживають електродвигуни при неповному навантаженні, електрозварювальні апарати, індукційні й дугові печі, силові випрямлячі.

Реактивна потужність знижує ЯЕ, погіршує передавальну здатність ліній живлення, призводить до додаткових втрат і перегріву проводів, до необхідності невиправданого збільшення потужності трансформаторів і перетину проводів і кабелів, перекосів, провалів та стрибків напруги в електромережі. Крім того, ще однією важливою проблемою для споживача, викликаною РП, є необхідність оплачувати її споживання із власної кишені.

Подробиці

За оцінками експертів, частка електроенергії у вартості різних видів продукції в Україні становить від 15 до 40%. Тому економія електроенергії в межах навіть одиниць відсотків вивільняє для споживача досить істотні фінансові кошти й дозволяє значно зменшити собівартість виробленої продукції. Це досить вагомий аргумент для того, щоб у рамках будь-якого підприємства із установленими потужностями понад 100 кВА з усією серйозністю підійти до аналізу й аудиту енергоспоживання та вироблення методики КРП (Шапошников, 2010).

Електричні установки змінного струму, до складу яких входять такі ЕП, як трансформатори, електродвигуни, електрозварювальні апарати, силова електроніка і т. д., і особливо ЕП, у яких є зрушення фаз між струмом і напругою (рис. 13.1), споживають електроенергію, що називається "повною енергією" (Еарр).

Рисунок 13.1 – Зрушення фаз між струмом і напругою (кут φ)

Ця енергія вимірюється у кіловольт-ампер-годинах (кВА-год). їй відповідає повна потужність S (кВА). Ця енергія може бути представлена у вигляді двох складових (рис. 13.2):

Рисунок 13.2 – Складові повної енергії

• – активної енергії Еа, яка вимірюється у кіловат-годинах (кВт•год). Вона перетворюється ЕП в механічну роботу і тепло. Активній енергії відповідає активна потужність Р (кВт);
• – реактивної енергії Еr, яка вимірюється у кіловат-годинах (кВАртод). Вона витрачається на створення магнітних полів в обмотках електродвигунів і трансформаторів. Реактивній енергії відповідає реактивна потужність Q (кВАр).

(13.1)

Коефіцієнт потужності (або cos φ) електричного пристрою дорівнює відношенню активної потужності до повної потужності і набуває значень від 0 до 1:

(13.2)

Таким чином, за допомогою коефіцієнта потужності можна визначити кількість РЕ, що споживається електричними пристроями:

• – якщо коефіцієнт потужності дорівнює 1, то РЕ, що споживається пристроєм, дорівнює нулю (чисто активне навантаження);
• – якщо коефіцієнт потужності менший від 1, то РЕ, що споживається пристроєм, не дорівнює нулю, причому чим нижчий коефіцієнт, тим більше споживається РЕ. Для чисто індуктивного навантаження коефіцієнт потужності дорівнює 0.

Лічильники електроенергії можуть визначати обсяг споживання активної й реактивної енергії, тому постачальники електроенергії, виставляючи споживачам рахунки за електрику, використовують не cos φ, a (g φ:

(13.3)

На відміну від cos φ чим менший tg φ, тим менше споживання РЕ. Співвідношення між cos φ і tg φ виражається таким рівнянням:

(13.4)

Якщо cos φ"""~ 1, то робота електроустановки є оптимальною, що забезпечує такі переваги: безкоштовне одержання РЕ споживачем; зменшення кількості спожитої енергії, кВА; зменшення активних втрат у кабелях завдяки зниженню струму, що споживаєгься електроустановкою; підвищення стабільності напруги для споживача; зниження втрат електроенергії у силовому трансформаторі.

Для окремих цехів, підключених до однієї й тієї самої мережі електроживлення, коефіцієнт потужності може бути різним. Це залежить від типу електроустановок, що використовуються, і режиму їх роботи (табл. 13.3) (Обеспечение, 2009).

Таблиця 13.3 – Коефіцієнти потужності основних ЕП (Обеспечение, 2009)

Коефіцієнт потужності електроустановки можна підвищити, якщо установити у колі додаткове джерело РЕ, що компенсує РЕ основного навантаження. Джерелами РЕ можуть бути різні пристрої, але найпоширенішими є фазокомпенсатори й шунтувальні конденсатори (паралельно підключені) або послідовно підключені конденсатори в ЛЕИ Найчастіше застосовуються конденсатори, оскільки вони не споживають активної енергії, мають низьку вартість, прості в експлуатації, мають тривалий термін ДІЇ.