Глава 10. РЕАКТИВНЫЕ МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

Реактивная мощность играет важную роль в установлении режимов в электрических сетях и системах. Поэтому очень важно правильно понимать физический смысл реактивной мощности и её влияния на режимы электрической сети. До сих пор не всегда достаточно ясна природа реактивной мощности и её влияния на режимы. Не вызывает никакого сомнения возникновение емкостной реактивной мощности в элементах, имеющих концентрированное электрическое поле — конденсаторах, индуктивной реактивной мощности в элементах, имеющих концентрированное магнитное поле — трансформаторах, реакторах, генераторах, двигателях и т.д. Термин «индуктивная реактивная мощность», возможно, применяется впервые, в литературе не было замечено.

В терминологии по электротехнике, составленной АН СССР, даётся следующее определение понятия реактивной мощности: «Это корень квадратный из разности квадратов полной и активной мощности». Иными словами, это определение полностью повторяет зависимость в виде формулы

Q = (10.1)

Такое определение является чисто формальным и мало что дает для понимания сути дела. Мельников Н. А. /51/ дает следующее определение: «Реактивная мощность – величина, для которой справедливо условие баланса по всей цепи переменного тока в целом». Это определение также не объясняет физической сущности реактивной мощности.

Реактивная мощность создается электрическим током и напряжением на емкости и индуктивности Ёмкостная реактивная мощность пропорционально квадрату напряжения и ёмкостной проводимости

Q = b (10.2)

Индуктивная реактивная мощность пропорционально квадрату тока и индуктивному сопротивлению

Q = I х (10.3)

Если на элементе имеются одновременно ёмкость и индуктивность, то возникают оба вида реактивной мощности и если они равной мощности, то они компенсируют друг друга. При их неравенстве на элементе имеет место та реактивная мощность, которая превалирует и она равна их разности.

В литературе приняты термины «вырабатывают» и «потребляют» реактивную мощность. В линиях электропередачи при малых нагрузках превалирует электрическое поле, и она ведёт себя как емкость, а при больших нагрузках – магнитное поле и, соответственно, линия начинает вести себя как индуктивность. При малых нагрузках линия выдает в систему реактивную мощность, а при больших – потребляет реактивную мощность. Об этом подробнее будет изложено ниже.

Реактивная мощность меняется во времени также как и активная, форма её синусоиды будет полностью соответствовать активной мощности. Любой элемент системы может быть изображен последовательной схемой из активного, емкостного и индуктивного сопротивлений. Напряжения на ёмкостном и индуктивном сопротивлении сдвинуты на 90 градусов относительно напряжения на активном. В цепи емкости напряжение отстает, а в цепи индуктивности — опережает на 90 градусов от напряжения на активном сопротивлении.

В некоторой литературе /46/ и других учебниках по ТОЭ ошибочно утверждается, что мгновенное значение реактивной мощности изменяется в 2 раза большей частотой. Эта ошибка возникла благодаря тому, что мгновенная мощность определялась как произведение тока и напряжения, сдвинутых на 90 градусов. Мгновенная мощность в цепи ёмкости или индуктивности определялась как

q = u i = U sin ( t I sin =U I sin2 = Q sin2 (10.4)

Согласно формуле (10.4) получается, что мгновенная реактивная мощность меняется с удвоенной частотой. На самом деле

q = Q sin ( 90о), (10.5)

т.е. мгновенная реактивная мощность изменяется так же как активная с той же частотой, какая у тока и напряжения (10.6)

р =Р sin

Нами утверждается /88 /, что токи и напряжения в индуктивности и емкости совпадают по фазе. Это подтверждается тем, что в параллельной схеме с индуктивностью и емкостью токи имеют противоположные направления, а в последовательной схеме общеизвестно, что напряжения в индуктивности и емкости также имеют противоположные направления. В учебниках по ТОЭ имеется утверждение, что ток и напряжение в емкости и индуктивности имеют одинаковые направления. При совпадении тока и напряжения в реактивных сопротивлениях их произведения меняются с той же частотой.

Угол между активной и реактивной мощностями равно 90 градусов, а угол между ёмкостной и индуктивной мощностями равно 180 градусов, т.е. имеют вектора противоположного направления и поэтому они всегда компенсируют друг друга.

Реактивная и активная мощности меняются с одинаковой частотой, подтверждением этого является то, что при их сложении получающаяся полная мощность также изменяется по синусоиде с той же частотой. Ток, напряжение, активная и реактивная мощности взаимосвязаны. Они не могут меняться с разной частотой. Активная и реактивная мощности изменяются по синусоиде с частотой 50 герц.

Передаваемая на расстояние реактивная мощность всегда является ёмкостной. Она направлена в основном от электростанций к потребителям, а иногда поток реактивной мощности направлен в обратном направлении по отношению к активной. Это происходит, в основном, при малой загрузке линий и в них преобладает емкостная мощность.

Раз имеется понятие «реактивная мощность» и она передаётся на расстояние в течение времени, то должно быть понятие «реактивная энергия». Однако есть мнение, отрицающее термин «реактивная энергия». Так Мельников Н. А. /51/ в разделе «Нецелесообразность применения понятия «реактивная энергия», утверждает «Дополнительный периодический процесс (характеризуемый реактивной мощностью) не связан с непрерывной передачей энергии. Величина реактивной мощности не связана с энергией, запасённой в полях – электрическом и магнитном». Далее говорится: «Интегрирование величины реактивной мощности во времени, не только даёт какой — либо существенной полезной величины, но может привести даже к ошибочным представлениям. Он считает, что счётчики реактивной энергии регистрируют явно бессмысленные для практических целей значения. С этим никак нельзя согласиться. Учёт реактивной мощности и реактивной энергии имеет необходимое практическое значение. По количеству учтённой энергии можно судить о количестве переданной или потреблённой реактивной энергии для решения вопросов компенсации реактивной мощности и анализа режимов энергетической системы и систем электроснабжения.

Индуктивная мощность всегда снижает уровень напряжения, а ёмкостная, наоборот, увеличивает. Для обеспечения определённого уровня напряжения производят компенсацию или индуктивной или ёмкостной реактивной мощности. В линиях сверхвысокого напряжения, где больше емкостной реактивной мощности компенсируют их шунтирующими реакторами. В сетях более низких напряжений больше потребление реактивной мощности и них превалирует емкостные компенсирующие устройства: синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов.

Содержание главы:

Содержание книги:

Статьи и книги по теме:

10.1. Источники и потребители реактивной мощности

  10.1.1 Синхронные генераторы Синхронные генераторы также как компенсаторы и синхронные двигатели в зависимости от возбуждения могут выдавать или потреблять реактивную мощность. Полная мощность машины равно S , а выдаваемая в сеть S (Рис. 10.1.1). Мощность S складывается из S и потерь реактивной мощности на индуктивности генератора Q . Векторная диаграмма напряжений аналогична диаграмме мощностей …

Смотреть страницу »

Посмотреть все записи с меткой: