Потери и ток: как считать
Реактивная мощность не совершает работы, но её ток греет провода и обмотки: полная мощность S = P/cos φ, ток I = S/(√3·U), потери ΔP = 3·I²·R. Повышение cos φ с 0,72 до 0,95 для нагрузки 200 кВт при 400 В снижает S с 277,8 до 210,5 кВА и ток с 401 до 304 А — на 24,2 %. Потери пропорциональны квадрату тока и падают в (cos φ₁/cos φ₂)² раза: на 42,6 %. Если потери в кабелях и трансформаторе потребителя составляли 3 % от P (6 кВт), после компенсации они 3,4 кВт — экономия 10 214 кВт·ч за 4 000 ч работы в год.
Второй эффект — разгрузка оборудования. Трансформатор и кабели выбраны по полной мощности: после компенсации высвобождается 67,3 кВА, и при той же загрузке трансформатора можно подключить ещё 63,9 кВт активной нагрузки — вместо замены трансформатора или прокладки второго кабеля. Третий — напряжение: падение ΔU ≈ (P·R + Q·X)/U, и снятие реактивной составляющей Q поднимает напряжение на дальнем конце линии, что заметно на длинных цеховых магистралях и в сельских сетях.
Экономика складывается из трёх частей: снижение потерь (оплачиваемых как потреблённая энергия), снятие повышающего коэффициента к тарифу на передачу для потребителей от 150 кВт и отложенная замена трансформатора. Для примера 200 кВт при тарифе 7 ₽/кВт·ч экономия на потерях — около 10 214 × 7 ≈ 70 тыс. ₽ в год, надбавка к тарифу может добавлять сопоставимую сумму, поэтому установка на 127 кВАр обычно окупается за 1–2 года. Калькулятор считает ток, полную мощность, потери, высвобожденную мощность и экономию по вашим потерям и тарифу.
Эффект компенсации до 0,95 для 200 кВт при 400 В
Чем ниже исходный cos φ, тем больше выигрыш: потери падают в (cos φ₁/cos φ₂)² раза.
Разгрузка сети для нагрузок разной мощности
cos φ 0,72 → 0,95: ток до и после, снижение потерь.
Повышающий (понижающий) коэффициент к тарифу рассчитывается по формуле К = 1 + П − С, где П — составляющая повышения тарифа за потребление (генерацию) реактивной мощности сверх установленных предельных значений коэффициента реактивной мощности; С — составляющая снижения тарифа за участие потребителя по соглашению с сетевой организацией в регулировании реактивной мощности.— Приказ ФСТ России от 31.08.2010 № 219-э/6, п. 3
Как считать и что проверить
- Потери в собственной сети потребителя обычно 2–5 % от P (кабели, трансформатор, шины) — уточните по паспорту трансформатора (ΔPк при загрузке) и длине кабелей.
- Эффект в токе — 1 − cos φ₁/cos φ₂: с 0,7 до 0,95 ток падает на 26 %, потери — на 46 %; с 0,85 до 0,95 — на 11 % и 20 %.
- Компенсация снижает потери только на участке между конденсаторами и источником: чем ближе к нагрузке, тем длиннее разгруженный участок.
- Высвобожденную мощность трансформатора (67,3 кВА в примере) можно использовать под новые нагрузки — учитывайте это при расчёте окупаемости.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе компенсации; ток и сечение линии после разгрузки проверьте в расчёте падения напряжения, защиту — в расчёте тока короткого замыкания.
- РТМ 36.18.32.6-92 «Указания по проектированию установок компенсации реактивной мощности в электрических сетях общего назначения промышленных предприятий» — выбор мощности и размещения конденсаторных установок. ВНИПИ Тяжпромэлектропроект. 1992.
- Электроснабжение промышленных предприятий — компенсация реактивной мощности, индивидуальная и групповая, выбор Qc ≤ 0,9·Q₀ для двигателей. Кудрин Б. И.. Интермет Инжиниринг. 2005.
- Приказ Минэнерго России от 23.06.2015 № 380 «О Порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии» — предельные tg φ 0,35 / 0,4 / 0,4 / 0,5 по уровням напряжения, минимум 0 в часы малых нагрузок. Минэнерго России. 2015.
- Приказ ФСТ России от 31.08.2010 № 219-э/6 «Об утверждении Методических указаний по расчету повышающих (понижающих) коэффициентов к тарифам на услуги по передаче электрической энергии в зависимости от соотношения потребления активной и реактивной мощности…» — К = 1 + П − С, составляющая повышения с коэффициентом 0,2. ФСТ России. 2010.
