Обоснование необходимости компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения

Необходимость установки компенсирующих устройств (конденсаторных батарей) в сетях системы электроснабжения обусловлена необходимостью решения следующих задач:

а) снижение потерь электроэнергии в линиях и трансформаторах;

б) снижение потерь напряжения в кабельных и воздушных линиях.

Снижение потерь электроэнергии в линиях при установке конденсаторов в конце линии можно пояснить следующим образом (см. рис. 1, 2):

Рис. 8.1. Потоки мощностей и потери мощности и напряжения до установки конденсаторов в конце линии.

До подключения конденсаторов по линии протекают мощности и коэффициент мощности

Ток в линии равен . Потери электроэнергии в линии равны:

Рис. 8.2. Потоки мощностей и потери мощности и напряжения после установки конденсаторов мощностью

При установке и включении конденсаторов мощностью на шинах в конце линии (Рис.2) реактивная мощность протекающая по линии станет равной () так как векторы и направлены противоположно (вектор отстает на 90⁰ от вектора , а вектор опережает вектор на 90⁰ , как это показано на рис. 3.

P

Sсмк

φ

φк

Qсм

Qк

-Q

Qсм - Qк

Pсм

Sсм

+Q

Рис. 8.3. Компенсация реактивной мощности , с помощью конденсаторной установки мощностью .

Полная мощность после выключения конденсаторов мощностью станет равной:

Ток в линии уменьшиться и станет равным:

и потери электроэнергии уменьшатся

В этом заключается свойство конденсаторов снижать потери электроэнергии в линиях и увеличить их пропускную способность. Мощность конденсаторов принимается меньшей мощности , так как эффективность затрат на конденсаторы при снижается.

Снижение потерь электроэнергии в трансформаторе при установке конденсаторов на стороне низшего напряжения.

При установке конденсаторов на стороне высшего напряжения через трансформатор протекают средние мощность

Коэффициент загрузки трансформатора равен ,

где - номинальная мощность трансформатора. Потери активной мощности в трансформаторе равны:

При установке и включении конденсаторов мощностью на стороне низшего напряжения трансформаторов через трансформатор протекают средние мощности

10(6)кВ

0,4кВ

Рис. 8.4. Вариант включения конденсаторов на стороне 0,4 кВ трансформаторной подстанции 10(6)/0,4 кВ.

Коэффициент загрузки трансформатора после включения конденсаторов мощностью уменьшится и станет равным

,

Следовательно, потери электроэнергии в трансформаторе уменьшаться и станут равными:

При установке конденсаторов на стороне высшего напряжения трансформатор не разгружается, коэффициент загрузки не изменяется и, соответственно, потери мощности не снижаются.

10(6)кВ

,

0,4 кВ

Рис. 8.5. Потоки мощностей и потери мощности в трансформаторе при установке конденсаторов на стороне высшего напряжения трансформатора 10 (6) 0,4 кВ.

Таким образом при установке конденсаторов мощностью на стороне 10(6) кВ трансформаторной подстанции трансформатор не разгружается от реактивной мощности, а разгружается линия, т.е. те элементы сети, которые находятся «выше» точки подключения конденсаторов.

Как видно из рис.4 и рис.5 суммирование векторов (компенсация) и происходит в точке подключения конденсаторов: на шинах 0,4 кВ при установке конденсаторов в РУ 0,4 кВ ТП и на шинах 10(6) кВ при установке конденсаторов на стороне высшего напряжения ТП.

Разрушаются от реактивной от реактивной мощности на величину квар элементы сети (линии, трансформаторы), которые находятся «выше» от точки подключения конденсаторов мощностью . Элементы сети находящиеся «ниже» точки подключения конденсаторов не разрушаются (сеть 0,4 кВ в варианте рис.4 и трансформатор и сеть 0,4кВ в варианте рис.5).

Эффект снижения потерь напряжения энергии в линии и, следовательно, повышения напряжения в конце линии заключается в следующем.

Как уже было сказано выше при подключении конденсаторов в конце линии ток в линии уменьшится и станет равным . Тогда потери электроэнергии в линии станут равны:

Следовательно, напряжение в конце линии увеличится.

В данном случае может проявляться эффект называемый «лавиной напряжения», так как увеличение напряжения приводит к увеличению реактивной мощности конденсаторов.

, где - емкость конденсаторов.

Эффект повышения напряжения в конце линии при установке конденсаторов мало проявляется в цеховых и заводских сетях из-за сравнительно малой протяженности линий (от нескольких десятков до нескольких сотен метров) но может быть существенным для городских и сельских сетей, где линии могут иметь длину от нескольких сотен метров до нескольких километров.