Дисциплина: Электрическое оборудование электроэнергетических систем и сетей зарубежных стран
Лекция № 7. Источники реактивной мощности
Оглавление
7.1. Реактивная мощность в электрической сети. 1
7.2. Источники реактивной мощности и их назначение. 3
7.3. Типы источников реактивной мощности. 3
7.4. Синхронные генераторы электростанций. 5
7.5. Синхронные компенсаторы.. 7
7.6. Конденсаторные батареи. 8
7.7. Статические тиристорные компенсаторы на базе КБ. 12
7.8. Реакторы, коммутируемые выключателями. 14
7.9. Насыщающиеся реакторы.. 15
7.10 Реакторы, коммутируемые тиристорами. 16
7.11. Комбинированные ИРМ.. 18
Реактивная мощность в электрической сети
Электрическая энергия, вырабатываемая генераторами электростанций, характеризуется их активной и реактивной мощностью. Активная мощность потребляется электроприёмниками, преобразуясь в тепловую, механическую и другие виды энергии. Реактивная мощность характеризует электроэнергию, преобразуемую в энергию электрических и магнитных полей. В электрической сети и её электроприёмниках происходит процесс обмена энергией между электрическими и магнитными полями. Устройства, которые целенаправленно участвуют в этом процессе, называют источниками реактивной мощности (ИРМ). Такими устройствами могут быть не только генераторы электрических станций, но и синхронные компенсаторы, реакторы, конденсаторы, реактивной мощностью которых управляют по определённому закону регулирования с помощью специальных средств.
Мощность электрооборудования электроэнергетическойсистемы (генераторы, линии электропередач, трансформаторы, электроприёмники и т. п.) определяется его полной мощностью. Полная мощность S при синусоидальной форме напряжения и тока связана с активной Р и реактивной Q мощностями квадратичной зависимостью S 2 = Р 2 + Q 2. При этом полная мощность S = UI, активная Р = UI cos 
и реактивная Q = UI sin , где U и I - действующие значения синусоидального напряжения и тока; 
- угол между векторами напряжения и тока. В конденсаторах, кабелях и других видах электрооборудования, которое характеризуется ёмкостным сопротивлением ХC, реактивной мощностью Q = U 2/ Х C, определяемой приложенным напряжением U, создаются электрические поля. В индуктивных элементах системы, например в реакторах, трансформаторах, электродвигателях, создаются магнитные поля. В этом случае реактивная мощность Q = I 2 ХL определяется током I и индуктивным сопротивлением элемента ХL.
Ёмкостной ток в идеальном конденсаторе опережает приложенное к нему напряжение на 90 эл. град. Тогда мощность этого конденсатора QC = UI sin (– ) (– UI имеет отрицательный знак). В этом случае говорят, что конденсатор генерирует реактивную мощность. Индуктивный ток в идеальном реакторе отстаёт от приложенного к нему напряжения на 90 эл. град. Мощность реактора QL = UI sin имеет положительный знак. В этом случае говорят, что реактор потребляет реактивную мощность. Очевидно, что в понятиях «генерирование» и «потребление» реактивной мощности заложена определённая условность, но тем самым подчёркивается, что взаимодействие ёмкостных и индуктивных элементов в электрической сети имеет компенсирующий эффект Q S = QL – QC. Это свойство элементов широко используется на практике для компенсации реактивной мощности, тем самым снижая падение напряжения в сети, потери электроэнергии.
Приведённые выше величины S, P, Q применяются при расчётах режимов в электроэнергетических системах, проектировании и выборе электрооборудования. Значения этих величин принимаются как независимые от времени, что позволяет существенно упростить расчёты. Фактически же по цепи протекает переменный ток, мгновенное значение которого определяется выражением i = Im sin (
t – ). Под действием этого тока на элементах цепи устанавливается напряжение u а = U m cos sin (t – ) - активная составляющая и u р = U m sin sin( t – ± 
/2) — реактивная составляющая. Здесь U m и I m — амплитуды синусоидальных напряжения и тока. При этом мощность, потребляемая активными элементами электрической цепи, определяется как функция времени выражением р а = iu а = UI cos [1 – cos(2 t – )], а реактивная мощность, потребляемая (генерируемая) реактивными элементами, – q р = iu р = ± UI sin sin2( t – ). Линейные диаграммы, отображающие мгновенные значения напряжения и тока в активно-индуктивной цепи, а также соответствующие им мощности приведены на рисунке 7.1. Амплитуды активной и реактивной мощностей, изменяющихся по синусоидальному закону с двойной частотой (2 ), соответственно составляют Р = UI cos и Q = UI sin , т.е. те самые значения мощностей, которыми пользуются при расчетах режимов и выборе оборудования. При этом мгновенные значения «потребляемой» в индуктивных элементах и «генерируемой» в ёмкостных элементах реактивной мощности в каждый момент времени имеют противоположный знак, в чем, как было отмечено выше, и проявляется их взаимокомпенсирующее действие.
Рис. 7.1. Изменение мгновенных значений полной s, активной 
и реактивной 
мощности в цепи с активно-реактивной нагрузкой
(0 
/2)