Активная мощность приемника P = UI cos j характеризует интенсивность потребления им энергии и зависит от режима его работы.
Реактивная мощность приемника Q = UI sin j характеризует интенсивность обмена энергией между электромагнитным полем приемника и остальной цепью. Эта мощность положительна при индуктивном характере приемника () и отрицательна при емкостном характере (). В промышленных условиях преобладающее большинство приемников имеют активно-индуктивный характер () и потребляют положительную реактивную мощность . Параллельное подключение к таким приемникам конденсаторов, потребляющих отрицательную реактивную мощность и, таким образом, являющихся генераторами реактивной мощности для приемников, позволяет уменьшить (компенсировать) суммарную реактивную мощность: .
Компенсация реактивной мощности позволяет при неизменной активной мощности уменьшить потребляемый от сети ток:
.
Схема цепи в режиме компенсации реактивной мощности показана на рис. 58.
|
|
|
При увеличении емкости компенсирующего конденсатора С пропорционально будет увеличиваться потребляемый им ток . Ток линии, равный геометрической сумме токов нагрузки и конденсатора (), вначале будет уменьшаться (при Q L> Q C), достигнет своего минимального значения при полной компенсации реактивной мощности , а затем начнет возрастать при QC > QL (рис. 59).
|
Из геометрии рис. 59 следует соотношение:
.
Тот же ток из закона Ома:
.
Из совместного решения этих двух уравнений вытекает формула для расчeта емкости компенсирующего устройства от первоначального значения tg j 2 до заданного tg :
[мкФ].
Сопротивление воздушных ЛЭП носит активно-индуктивный характер с существенным преобладанием реактивного сопротивления (X Л >> R Л), поэтому падение напряжения в линии U Л = I∙ (R Л +jX Л) почти на 90o опережает ток. На рис. 58 показано семейство векторных диаграмм токов и напряжений для разных значений компенсирующей емкости С= var при постоянном значении напряжения в начале линии .
Из анализа семейства векторных диаграмм рис. 58 следует, что увеличение степени компенсации реактивной мощности повышает напряжение на выводах нагрузки (U 2¢¢¢> U 2¢¢> U 2¢), при этом потеря напряжения в линии D U = U 1 – U 2 уменьшается и может быть даже отрицательной. На практике указанная функциональная зависимость U 2 = f (C) используется для поддержания заданного уровня напряжения на выводах (шинах) нагрузки U 2=const при изменении ее параметров.
|
|
Таким образом, посредством компенсации реактивной мощности нагрузки в энергосистеме решаются две важные технико-экономические задачи. Во-первых, это уменьшение потерь мощности в линии электропередачи () и повышение ее КПД вследствие уменьшения тока. Во-вторых, с помощью регулируемых компенсирующих устройств осуществляется управление напряжением в конце линии, поддержание его на заданном номинальном уровне при изменении потребляемой мощности в широком диапазоне.