XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Электрическая мощность – это физическая величина, характеризующая скорость генерации, передачи или потребления электрической энергии в единицу времени. Чем больше мощность, тем большую работу может совершить электроустановка в единицу времени. Измеряется мощность в ваттах.

Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели), то ток отстает по фазе от напряжения, если нагрузка емкостная (различные электронные устройства), то ток по фазе опережает напряжение. Поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе (реактивная нагрузка), то в нагрузку (потребителю) передается только часть мощности (полной мощности), которая могла бы быть передана в нагрузку, если бы сдвиг фаз был равен нулю (активная нагрузка).

Часть полной мощности, которую удалось передать в нагрузку за период переменного тока, называется активной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между ними (cos φ ).

Мощность, которая не была передана в нагрузку, а привела к потерям на нагрев и излучение, называется реактивной мощностью. Она равна произведению действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между ними (sin φ).

Таким образом, реактивная мощность является величиной характеризующей нагрузку. Она измеряется в вольт-амперах-реактивных (вар, var). На практике чаще встречается понятие косинус фи, как величины характеризующей качество электроустановке с точки зрения экономии электроэнергии.

Из сказанного выше вытекает, если нагрузка индуктивная, то следует компенсировать ее с помощью емкостей (конденсаторов) и наоборот емкостную нагрузку компенсируют с помощью индуктивностей (дросселей и реакторов). Это помогает увеличить косинус фи (cos φ) до приемлемых значений 0.7-0.9. Этот процесс называется компенсацией реактивной мощности.

Для проектируемых объектов внедрение конденсаторной установки на этапе разработки позволяет экономить на стоимости кабельных линий за счет снижения их сечения. Автоматическая конденсаторная установка, например, может поднять cos φ с 0.6 до 0.97.

Значит для того, чтобы снизить затраты электроэнергии и ее стоимость, необходимо внедрить в систему электроснабжения конденсаторные батареи.

В качестве дополнительного источника реактивной мощности, служащего для обеспечения потребителя реактивной мощностью сверх того количества, которое возможно и целесообразно получить от энергосистемы и от синхронных двигателей, имеющихся на предприятии, устанавливаются конденсаторные батареи (КБ). Это электроустановка, предназначенная для компенсации реактивной мощности. Конструктивно представляет собой конденсаторы (так называемые «банки»), обычно соединенные по схеме «треугольник» и разделенные на несколько ступеней с разной емкостью, и устройство управления ими. Устройство управления чаще всего способно автоматически поддерживать заданный коэффициент мощности на нужном уровне переключением числа включенных в сеть КБ. Дополнительно конденсаторная установка может содержать в себе фильтры высших гармоник.

Для безопасного обслуживания каждый конденсатор установки снабжается разрядным контуром для снятия остаточного заряда при отключении от сети.

Преимуществами конденсаторов в качестве компенсаторов реактивной мощности являются низкие потери активной мощности (порядка 0,3- 0,4% Вт/вар), отсутствие движущихся частей и неприхотливость в обслуживании. К их недостаткам можно отнести невозможность плавной регулировки реактивного сопротивления, поскольку коммутация даёт только ступенчатое изменение суммарной ёмкости.

Конденсаторные батареи устанавливают на цеховых общезаводских трансформаторных подстанциях – со стороны низкого или высокого напряжения.

Чем ближе компенсирующее устройство к приемникам реактивной энергии, тем больше звеньев системы электроснабжения разгружается от реактивных токов. Однако при централизованной компенсации, т. е. при установке конденсаторов на трансформаторных подстанциях, конденсаторная мощность используется более полно.

Таким образом, данные установки по компенсации реактивной мощности приносят ощутимые финансовые выгоды. Они также позволяют дольше сохранять оборудование в рабочем состоянии, уменьшить нагрузки на силовые трансформаторы, увеличив тем самым срок их службы, уменьшить нагрузки на провода и кабели, дать возможность использования кабелей меньшего сечения, улучшить качества электроэнергии у электроприемников и снизить уровень потребления электроэнергии.

Список литературы:

1. Гук Ю.Б., Кантан В.В., Петрова С.С. Проектирование электрической части станций и подстанций: Учебник для вузов – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 312 с.

2. Копытов Ю.В., Крылова Н.А. Инструктивные материалы «Главгосэнергонадзора». – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: «Энергоатомиздат», 1986 – 352 с.

3. Рокотян С.С., Шапиро И.М. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: «Энергия», 1977 – 288 с.

4. Данилов С.А., Семёнов А.С. Выбор режимов работы электродвигателя барабанного грохота применительно к драге // Материалы IX Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум-2017» (01.03.2017-01.04.2017). URL: http://www.scienceforum.ru/2017/2280/27799 (дата обращения: 06.03.2017).

5. Семёнов А.С., Харитонов Я.С., Егоров А.Н. Разработка математической модели электромагнитного привода с системой управления стабилизации производительности питателя // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2018. № 2 (121). С. 123-131.

6. Semenov A.S., Semenova M.N., Bebikhov Yu.V. The Development of the Universal Mathematical Model of the Electrical Power Supply System of an Area of Industrial Enterprise // International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2019. № 8867704. https://doi.org/10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867704

7. Волотковская Н.С., Семёнов А.С., Федоров О.В. Энергоэффективность и энергосбережение в системах электроснабжения горнодобывающих предприятий // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. 2019. № 3 (78). С. 52-62.

8. Семёнов А.С., Семёнова М.Н. Математическое моделирование систем электроснабжения в пакете программ MATLAB // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем : материалы 13-й Всерос. науч.-техн. конф. (Чебоксары, 7 июня 2019 г.). – Чебоксары : Изд-во Чуваш. ун-та, 2019. – С. 412-415.

9. Бебихов Ю.В., Семёнов А.С., Якушев И.А. Математическое моделирование электрических цепей в пакете программ MatLab // Наука и инновационные разработки – Северу: II Международная научно-практическая конференция, посвященная 25-летию МПТИ (ф) СВФУ : сборник материалов конференции в 2-х частях / Общ. ред. Зырянов И.В., Соловьев Е.Э., Егорова А.А. (Мирный, 14-15 марта 2019 г.). – Мирный: Издательство «Мирнинская городская типография», 2019. – ч. 1. – С. 113-116.

10. Бебихов Ю.В., Кугушева Н.Н., Семёнов А.С. Определение токов короткого замыкания в системе электроснабжения методом математического моделирования // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве: матер. IV Национальной науч.-практ. конф. (Казань, 6-7 декабря 2018 г.): в 2 т. / редкол.: Э.Ю. Абдуллазянов (гл. редактор) и др. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2019. – Т. 2. – С. 100-107.