Реактивная мощность, как физическое явление в цепях синусоидального тока остается наиболее сложной для понимания, что обусловлено условностью самого термина, возникшего благодаря ряду аналогий с активной мощностью:
- реактивная мощность, как и активная мощность потребляется электроприемниками с индуктивным и/или емкостным сопротивлением;
- реактивная мощность и активная мощность зависят от напряжения и частоты генерируемого/передаваемого/потребляемого тока;
- реактивная мощность и активная мощность в разной степени, но принципиально одинаково влияют на величину потерь электроэнергии при передаче, трансформации и потреблении;
- реактивная и активная мощность измеряются сходными по принципу действия приборами (ваттметрами и варметрами);
- реактивная и активная мощность влияют на качество потребляемой электроэнергии.
Вместе с тем, реактивная мощность не является мощностью в буквальном понимании этого термина:
- на производство реактивной мощности теоретически не требуется энергии, хотя в то же время на практике для возбуждения начального электромагнитного поля генератора при обесточенной сети приходится тратить энергоресурсы, а при нагрузке определенное количество энергии расходуется на восполнение потерь реактивной мощности в передающей, распределительной сетях, понижающих трансформаторах подстанций и потребительских электроустановках;
- реактивная мощность не выполняет какой-либо работы, теоретически не преобразуется в другие виды энергии, но идет на создание электрических и магнитных полей, что defacto и есть разными видами электрической энергии.
Кроме того, являющаяся, по сути, мнимой реактивная мощность при повышении ее потребления в сети автоматически снижает долю активной мощности в производимой генераторами общей мощности, уменьшает пропускную способность кабельных или воздушных линий электропередач, снижает уровень сетевого напряжения и увеличивает ток в сети, что вызывает перегрев линий, провисание проводов и срабатывание защиты.
Для более доступного понимания реактивной мощности часто используют физические аналогии, в той или иной мере объясняющие природу реактивной мощности. Наиболее популярная аналогия — наполнение бака душа на улице водой вручную. Здесь поднимающийся по лестнице с полным ведром воды человек выполняет полезную работу (активная мощность), в то время, как спуск на землю с пустым ведром остается неизбежной, хотя и условно «бесполезной» процедурой (реактивная мощность). Более полная физическая аналогия полной, активной и реактивной мощности — бокал с пивом, где реактивная мощность выступает в роли пены, неизбежно сопутствующей разливу, в определенной степени характеризующей качество налитого продукта, снижающей количество самого пива (активная мощность) при увеличении своего объема в бокале (полная мощность).
Безусловно, физические аналогии не могут объяснить всех нюансов производства, передачи и потребления реактивной мощности, но принципиально демонстрируют факт, что реактивная мощность является неизбежным злом в цепях синусоидального тока, вызванным электромагнитной совместимостью электроприемников с питающими и распределительными сетями, а поддержание оптимального баланса реактивной и активной мощности в цепочке генератор — потребитель электроэнергии является одной из самых важных задач, как поставщиков электрической энергии, так и потребителей.
Главной проблемой стабильности баланса потребляемой и производимой реактивной мощности являются существенные потери реактивной мощности при передаче на большие расстояния и при трансформации тока с повышением или снижением напряжения. Реактивная мощность, производимая синхронными генераторами электростанций и в линиях электропередач сверхвысоких напряжений, после потерь в повышающих трансформаторах, линиях электросбытовых организаций и понижающих трансформаторах подстанций доходит до шин 6-10 кВ распределительных сетей в условных объемах немногим более 55-58%. А востребованность реактивной мощности промышленными предприятиями, сельским хозяйством и бытовыми электроприборами/электроустановками растет с каждым годом, что обуславливает необходимость или увеличения мощностей электростанций, а это зачастую не приемлемо по техническим и/или финансовым причинам, или проведения жестких мер по экономии потребления реактивной мощности — внедрения технических и технологических решений по снижению потребления реактивной мощности и устройств/установок по компенсации реактивной мощности, расположенных как можно ближе к потребителям электроэнергии.
Устройства по компенсации реактивной мощности (конденсаторные установки КРМ, УКРМ, синхронные двигатели, тиристорные системы с фильтрами и т.д.) по виду могут быть индивидуальными, устанавливаемыми совместно с потребляющим реактивную мощность электроприбором/установкой, групповыми, обычно размещаемыми на подстанциях распределительных сетей, или централизованными, регулирующими баланс реактивной мощности в подстанциях высшего напряжения.
Централизованные компенсационные установки в подавляющем большинстве случаев оказываются экономически нецелесообразными из-за нерешенных проблем существенных потерь реактивной мощности при перетоках между удаленными потребителями и компенсирующей установкой.
Индивидуальные конденсаторные установки дешевы в изготовлении, относительно легко калибруются по номинальным индуктивным токам нагрузки, хорошо себя зарекомендовали при компенсации устройств с нелинейными характеристиками, но не работают при выключенной нагрузке и не эффективны при больших перепадах сетевого напряжения.
Групповые конденсаторные установки удобны в обслуживании, дороги, но имеют минимальные значения удельной стоимости кВАра, хорошо интегрируются в электрические схемы подстанций, но требуют быстродействующей регулировки по величине компенсирующей мощности в зависимости от динамики потребления реактивной мощности в сети. Выбор той или иной конденсаторной установки определяется технико-экономическими расчетами, а также характером превалирующей части нагрузки, потребляющей реактивную мощность.
По материалам Конденсаторного завода «Нюкон»
