Если в цепи переменного напряжения присутствует индуктивность или ёмкость, часть мощности не совершает полезной работы, а циркулирует между источником и нагрузкой. Это явление называют обратной передачей энергии. Например, в двигателях с обмотками до 40% мощности может уходить на поддержание магнитного поля.
Фактическая нагрузка на сеть складывается из двух составляющих: активной, которая преобразуется в тепло или механическое движение, и той, что запасается в полях. Вольт-амперная характеристика для такого случая рассчитывается через коэффициент мощности – безразмерную величину от 0 до 1. При значении ниже 0.9 энергосистема теряет до 15% пропускной способности.
Компенсирующие устройства – конденсаторные батареи или синхронные компенсаторы – снижают паразитные потери. Для промышленных установок от 100 кВт применяют автоматические регуляторы, подключающие ёмкость ступенчато. Это сокращает расходы на перетоки в 2–3 раза.
Энергия, возвращаемая в сеть
При работе с переменным напряжением часть мощности колеблется между источником и нагрузкой без совершения полезной работы. Это явление называют индуктивной или ёмкостной составляющей.
В системах с катушками (двигатели, трансформаторы) преобладает индуктивная составляющая. Конденсаторы создают ёмкостную составляющую, которая компенсирует первую.
Единица измерения – вольт-ампер реактивный (вар). Формула для расчёта: Q = U × I × sinφ, где φ – угол сдвига между напряжением и силой.
Для снижения потерь применяют компенсирующие устройства. Например, конденсаторные установки подключают параллельно индуктивным нагрузкам. Оптимальный коэффициент мощности – 0,95–1.
Пример: двигатель 10 кВт с cosφ=0,7 потребляет 14,3 кВА полной мощности. Установка компенсатора снижает реактивную составляющую до 5 кВА, уменьшая нагрузку на сеть.
Влияние реактивной мощности на потери в сетях
Чем выше доля индуктивной нагрузки, тем больше энергии рассеивается в линиях электропередачи. Например, при cosφ = 0.7 потери возрастают на 40% по сравнению с режимом cosφ = 1.
Механизм возникновения потерь
Намагничивающая составляющая создаёт дополнительные вихревые потоки в проводниках. Это приводит к:
- Нагреву кабелей (+15-25% при 30% реактивной составляющей)
- Падению напряжения (до 10% на длинных ЛЭП)
- Перегрузке трансформаторов (снижение пропускной способности на 18-22%)
Методы снижения негативного воздействия
Компенсирующие устройства сокращают потери на 8-12 кВт на 1 Мвар установленной мощности. Оптимальные точки установки:
- Узлы с нагрузкой > 500 кВА
- Участки с cosφ < 0.85
- Конечные точки протяжённых линий
Применение конденсаторных установок с автоматическим регулированием даёт экономию 3-5 руб. на каждый 1 кВт·ч сниженных потерь.
Какие устройства компенсируют реактивную мощность в промышленности?
Для снижения потерь в сетях и повышения КПД оборудования применяют конденсаторные установки, синхронные компенсаторы и статические компенсирующие системы.
Конденсаторные установки
Батареи статических конденсаторов (БСК) – наиболее распространённый вариант. Они работают с погрешностью до ±5%, поддерживают cos φ в диапазоне 0,92–0,98 и монтируются на стороне 0,4–10 кВ. Например, УКМ-0,4-150-25 компенсирует 150 кВАр при напряжении 400 В.
Синхронные компенсаторы
Синхронные машины (СК) применяют при нагрузках свыше 1 МВАр. Они обеспечивают плавную регулировку, но требуют обслуживания. Модель СК-50-16-10У3 выдаёт 50 МВАр при 10 кВ с КПД 98,2%.
Статические тиристорные компенсаторы (СТК) реагируют за 10–20 мс. Например, СТК-6/0,4-300 снижает колебания напряжения на 12–15% при нагрузках с резкими изменениями.
