Проблемы потребления реактивной мощности коммунально-бытовой нагрузкой

Реактивная мощность является параметром режима, характеризующим интенсивность обмена электромагнитной энергией между элементами системы электроснабжения, обусловленного реактивными составляющими токов. Это позволяет выделить источники и потребители реактивной мощности. Для элементов, в которых ток опережает напряжение, реактивная мощность отрицательная, и такие элементы являются источниками реактивной мощности. Реактивная мощность передается по электрическим сетям, при ее передаче возникают потери электроэнергии. В системе электроснабжения в целом и для каждого узла в любой момент времени должен соблюдаться баланс: сумма поступающих в узел и отходящих от узла реактивных мощностей равна нулю.

Если известны активные сопротивления сети ( R сети ), индуктивные сопротивления сети ( Х сети ), реактивная мощность потребителей ( Q п ), активная мощность потребителей ( Р п ), напряжение сети ( U ), установленная мощность батарей конденсаторов, компенсирующих реактивную мощность потребителей ( Q к ), то значение Q, передаваемое от системы предприятию, определяется как Q = Q_n - Q_K , или Q_K = Q_n - Q .

При передаче полной мощности ( S ) по полному сопротивлению сети ( Z сети ) в сети имеем потери мощности

A S _ 3 • 1 ² Z _

3(i 2 + 1}) • и

p ² + Q ² _D

-------7----- ’     ,    +

U ₂       сети

U ²

P ² + Q²

U ²

²                      } P ² + Q ²                     )

^(Rcemu ⁺ j ^X сети )     и 2     ^(Rcemu ⁺ j ^Xсети )

• JX сети =A P + J A Q.

На возмещение потерь активной мощности ( ΔP Q ) от передачи Q необходимо в системе иметь мощ-

Q ²

ность ^{A P} Q = U^ • ^R cemu

.

Затраты системы на возмещение этой мощности составят (возмещение потерь)

Q ²

³ П и 2 ^R сети ³ 0 пэ , где ³ 0 пэ

—

руб. кВт

.

Затраты на установку батарей конденсаторов на предприятии З К _ Q K • з 0 к , где з 0_к

—

руб.

.

квар

Возмещение потерь мощности на передачу Q в соответствии с существующими методиками [1–3] берет на себя частично энергосистема, частично – предприятие, т.е.

Q ²                       Q ²

3 = ЗП + ЗК = и 2 ^ Rcemu ’ 3° пэ + QK ’ 3 ° к = и 2 ' Rcemu ' з0 пэ + (Qn  Q) ^ з0 K , где Q – переменная величина.

Для того чтобы найти ее оптимальное значение, берется производная

Q ²

ДО        ^d(7J2 • R cemu • ³ 0 пэ ^{+ Q}n ' ³ 0 к ^—

— = 0 = —^и—

Q • з 0 к )

,

в результате чего имеем

^{д 3    2 Q R} cemu ³ 0 пэ । Q Q (1-1) д Q ~     и²

• ³ 0 к ⁰ ,

а оптимальное значение реактивной мощности, передаваемой предприятию ( Q 0 ), определяется по формуле

Q0 = -зк з0 пэ что графически можно представить на рисунке 1.

U ²

•

2R сети

3.100%

Рис. 1. Оптимальное значение реактивной мощности, получаемой предприятием

Как видно из (1), оптимальное значение реактивной мощности, получаемой предприятием при неизменных параметрах сети ( R , U ), зависит от соотношения удельной стоимости конденсаторов и электрической мощности. До 1944 года в квартирах советских граждан разрешалось устанавливать только осветительные приборы (без розеток) [1], затем появились счетчики активной энергии различных типов, по показаниям которых потребители рассчитываются за электроэнергию и в настоящее время.

Потребление реактивной мощности (и энергии) коммунально-бытовых потребителей постоянно растет (лампы накаливания заменяются на осветительные устройства с использованием L-C цепей, все больше теле-видеоаппаратуры, широко применяются компьютеры, СВЧ-печи, увеличиваются мощности потребителей с использованием электродвигателей: инструмент, стиральные машины, холодильники).

Энергоснабжающая организация не получает плату за реактивную электроэнергию от таких потребителей [3], а дополнительные потери из-за передачи и потребления реактивной электроэнергии учитываются в повышении тарифа за ее оплату всем потребителям.

Таблица 1

Измерения потребления активной и реактивной электроэнергии в четырех однотипных квартирах (I р – реактивный ток, I а – активный ток)

Наименование	Измерения			Потребляемая мощность
	I р , А	I а , А	Uсети, В	P, Вт	Q, вар	(Q/P)100,%
Лампы накаливания 100 Вт +40 Вт	0	1,9	210	399	0	0
Энергосберегающие лампы «Navi-gator-20W»	0,32	2,2	225	495	71,59	14,5
Холодильник «Samsung RL-33EAMS»	0,77	2,43	215	523,1	173,74	35,0
Пылесос «Scarlett»	1,38	5,84	215	1255,23	297,5	23,7
Микроволновая печь «Samsung»	2,76	7,82	205	1604,3	566,92	35,3
Телевизор «Philips» +телевизор «Samsung»	0,34	2,48	221	547,45	74,56	13,6
Ноутбук «Dell»	1,01	2,18	225	490,2	226,51	46,2
Лампы дневного света 36 W	0,22	2,39	214	511,5	46,3	9

Из таблицы 1 видно, что от 9 до более 40% бытовой электрической нагрузки составляет реактивная.

Представляет интерес большой класс устройств [4], преобразующих реактивную мощность в активную, так называемые инверторы реактивной мощности, принципиальная схема которых приведена на рисунке 2. Устройство работает следующим образом: при «идеальных» накопителях, ключах (отсутствии ими потребления активной энергии) при включенном К-1 и отключенном К-2 заряжается конденсатор – счетчик не учитывает активную энергию, затем при отключенном К-1 и включенном К-2 потребитель нагревается – счетчик не учитывает активную энергию.

Счетчик эл ектрич еской энергии

Рис. 2. Принципиальная схема «инвертора реактивной мощности»: 1 – накопитель электрической энергии; 2 – потребитель активной энергии; К-1, 2 – управляемые ключи

В [4] и на других сайтах рекламируются так называемые компенсаторы реактивной мощности (БКМ). В процессе работы устройство преобразовывает реактивную энергию в активную, за счет этого как бы экономит электроэнергию.

Рис. 3. Структурная схема бытового компенсатора реактивной мощности БКМ

Следовательно, БКМ обладает следующими качествами (из рекламных проспектов):

• •    “экономит” электроэнергию до 50%;

• •    улучшает качество электроэнергии (уменьшает уровень гармоник) ;

• •    для подключенного прибора выполняет роль фильтра, сглаживает броски напряжения;

• •    уменьшает нагрев электропроводки и тем самым потери энергии в ней.

  Ожидаемая эффективность от применения устройства БКМ

  
  

Таблица 2

Устройство	Экономия электроэнергии, %	Примечание
Лампа ДРЛ	30 ... 50
Лампа дневного света	30 ... 50	Для ламп с обычным, не электронным запуском
Электродвигатели	25 ... 45
Холодильник	20 ... 40	Некоторая новая холодильная техника с классом энергопотребления "А" уже имеет встроенную функцию компенсации реактивной мощности
Кондиционер	20 ... 40
Стиральная машина	20 ... 35	Только старые стиральные машины
Электроинструмент	15 ... 40
Станки	25... 45
Сварочный аппарат	25 ...40	В зависимости от загруженности

Выводы

• 1.    При отсутствии заинтересованности энергоснабжающей организации в установке компенсирующих устройств для регулирования параметров энергосистемы затраты на передачу реактивной мощности должен оплачивать потребитель.

• 2.    Необходимо создание счетчиков электроэнергии, способных дифференцированно измерять активную и реактивную энергию.