Зачем нужна компенсация реактивной мощности: схемы, видео

Тарификация в зависимости от потребляемой реактивной энергии (квар∙ч)

Большинство поставщиков выдвигают условие поддержания среднего коэффициента мощности cosφ в течение месяца или расчётного периода выше 0,9. Если потребление реактивной энергии становится больше 50% потребления активной энергии, то дополнительная реактивная энергия будет тарифицироваться. Как говорилось выше, реактивная энергия будет измеряться отдельным счётчиком квар·ч. Обычно дополнительная реактивная энергия (квар·ч) оценивается в диапазоне от 10 до 15% стоимости активной энергии (кВт·ч). Оценка реактивной энергии также может быть предметом переговоров с местным поставщиком

Также нужно обратить внимание, оценивает ли энергоснабжающая компания дополнительную реактивную энергию по периоду высокого тарифа (дневного) или по периоду низкого тарифа (ночному)

В случае системы с распределённой генерацией, которая может отдавать активную энергию обратно в сеть, должны приниматься во внимание специальные технические соображения, так как значения коэффициента мощности cosφ могут оказаться во всех четырёх квадрантах при генерации в перевозбуждённом и недовозбуждённом режимах и для нагрузок с опережающим и отстающим коэффициентами мощности). На рисунке показан в графическом виде метод определения дополнительного потребления реактивной энергии при коэффициенте мощности, задаваемом энергоснабжающей компанией, например, при cosφ ≈ 0,9

Иногда поставщик может задавать разные коэффициенты мощности в дневной и ночной период, потому что ночью может оказаться удовлетворительным более низкое значение, чтобы избежать опережающего (емкостного) коэффициента мощности в системе электроснабжения. Такие условия могут быть предложены прежде всего в городской местности с большими кабельными сетями в периоды низкой нагрузки. Некоторые изготовители реле коэффициента мощности предлагают в качестве функции возможность автоматического переключения между двумя заданными значениями коэффициента мощности cosφ

На рисунке показан в графическом виде метод определения дополнительного потребления реактивной энергии при коэффициенте мощности, задаваемом энергоснабжающей компанией, например, при cosφ ≈ 0,9. Иногда поставщик может задавать разные коэффициенты мощности в дневной и ночной период, потому что ночью может оказаться удовлетворительным более низкое значение, чтобы избежать опережающего (емкостного) коэффициента мощности в системе электроснабжения. Такие условия могут быть предложены прежде всего в городской местности с большими кабельными сетями в периоды низкой нагрузки. Некоторые изготовители реле коэффициента мощности предлагают в качестве функции возможность автоматического переключения между двумя заданными значениями коэффициента мощности cosφ.

Защита конденсаторных установок

Чтобы обеспечить безопасность установки, применяются механизмы:

датчик температуры, инициирующий подогрев при ее понижении и охлаждение при излишнем нагреве батареи конденсаторов;
защита от инцидентов короткого замыкания, сильных скачков тока и напряжения;
блокиратор попыток прикосновения к токоведущим деталям;
контактный переключатель, отключающий агрегат при отпирании двери с работающим оборудованием.

Монтаж установки с конденсаторной батареей позволит разгрузить электродвигатели, генераторы и другое оборудование, несущее реактивную нагрузку. При подготовке к приобретению нужно рассчитать, куда целесообразнее всего будет подключить агрегат.

Оборудование

Высокие технические параметры и надежность работы АКУ определяют конденсаторы реактивной мощности, которые являются основным компенсирующим элементом. В УККРМ-5 используются современные импортные конденсаторы типа МКР от ведущих европейских производителей с экологически чистым наполнителем — инертным газом. Данные конденсаторы имеют защиты:

от перенапряжения и коротких замыканий — в них используется самовосстанавливающийся диэлектрик из полимерной металлизированной пленки;
от разрыва корпуса конденсатора.

При увеличении по разным причинам давления газа внутри конденсатора происходит удлинение корпуса конденсатора, после этого происходит разрыв технологического проводника-перемычки и конденсатор обесточивается.

Ресурс конденсаторов при эксплуатации в диапазоне температур от -40 до +50 °С превышает 100 тыс. часов! Переключение конденсаторов производится специализированными контакторами, имеющими режим предвключения (опережающие контакты с навесными проволочными резисторами) для ограничения бросков тока при подключении конденсаторов к питающей сети. Дополнительная защита конденсаторов и контакторов производится плавкими предохранителями.

Используемые регуляторы реактивной мощности обеспечивают:

Автоматический запуск прибора. Регулятор автоматически определяет способ подключения и величину тока отдельных присоединенных компенсирующих ступеней конденсаторов. В автоматическом режиме работы регулятор обеспечивает поддержание заданного cos ϕ в пределах от 0,8 до 0,98. На дисплей регулятора может быть выведен любой параметр, в том числе измеренное значение тока, напряжения или численное значение cos ϕ.
При пропадании или изменении тока компенсирующей ступени конденсатора данная ступень выводится из процесса регулирования, но продолжает периодически тестироваться.
Измеряет содержание в сети высших гармоник тока. При превышении заданного уровня регулятор отключает все компенсирующие ступени.
Регулятор с высокой точностью измеряет значения тока и напряжение компенсирующей сети.
Регулятор имеет релейный выход «Авария» для сигнализации состояний:
- малый измеряемый ток сети;
- большой измеряемый ток сети;
- измеряемое напряжение сети пропало;
- превышение уровня гармоник сети;
- состояние недокомпенсации или перекомпенсации сети;
- допустимое количество срабатываний ступени компенсации превысило заданное;
- исчезновение ступени компенсации.

Регулятор может работать с интерфейсом

типа RS-232 (длина линии до 15 м) или RS-485 (длина линии до 1200 м), которые позволяют дистанционно наблюдать все измеряемые величины, а также выполнять настройку параметров регулятора.

Схема подключения конденсаторной установки

Конденсаторная установка подключается в параллель к главному шинопроводу силового трансформатора. При этом используется трансформатор тока, который измеряет значение тока на шинах от силового трансформатора. Трансформатор тока располагается на шинопроводе между фидером силового трансформатора и точкой подключения конденсаторной установки. Выводы трансформатора тока подключаются к клеммной колодке внутри установки, имеющей обозначение «ТТ» Ввод конденсаторной установки в работу производится с помощью комплектного вводного разъединителя, путем поворота ручки в положение «ВКЛЮЧЕНО».

Расчет и компенсация реактивной мощности. Расчет реактивной мощности.

Если с постоянным током при определении мощности проблем нет, то с переменным начинают твориться чудеса. По отношению к резистивным нагрузкам (нагревательные элементы, лампы накаливания) переменный электроток ведет себя также как и постоянный. Но когда в цепи появляются индуктивные (трансформаторы, дроссели, электродвигатели) и емкостные (конденсаторы) электронагрузки – возникают паразитные токи, не только не участвующие в полезной работе, но и создающие ей помехи. В индуктивностях ток начинает отставать от напряжения, а в емкостях наоборот – опережает. Это называется сдвигом фаз, угол которых принято обозначать символом ϕ.

В итоге, мощность разделяется на активную и реактивную. Первая участвует в работе, а реактивная или ничего не делает или мешает. Зависимость угла сдвига фаз принято выражать через cos ϕ.

COS φ = Р/S

Где Р – активная мощность, S – реактивная. Это отношение называется коэффициентом мощности (Pf) и может варьироваться от 0 до 1. И чем эта величина ближе к единице, тем меньше реактивная мощность, а значит выше КПД.

Также читайте – «Время-токовые характеристики автоматов».

Опираясь на то, что S находится в зависимости от угла ϕ, мы имеем возможность сделать ее расчет по формуле:

Q = U*I*sinφ.

Где Q– реактивная составляющая, единицей измерения является вар или квар.

А по формуле:

P = U*I*cosφ — производят расчет активной составляющей.

Элементы конденсаторной электроустановки

Современная конденсаторная установка обладает следующими элементами:

Конденсатор. Специальные «банки», которые выполнены в виде двухполюсника с постоянным или переменным значением емкости. Изделия отличаются малой проводимостью, предназначаются для накопления заряда. Для получения нужной величины емкости собирается несколько элементов в виде секций.
Коммутационная аппаратура. Шины или кабельные линии, которые собирают конденсаторы в единое целое и подключается к источнику питания. Выбор схемы определяется условиями подключения (звезда и треугольник).
Контакторы и регуляторы. Устройства автоматики, которые используются для регулирования емкости в зависимости от реактивной мощности.

Среди прочего имеются элементы защиты в виде предохранителей, автоматов и так далее.

Активная, реактивная, полная мощность и коэффициент мощности

Рейтинг материала:

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность (это полезная мощность, отбираемая нагрузкой, в том числе и ИБП, из электросети и преобразуемая в энергию любого иного вида (механическую, тепловую, электрическую, электромагнитную и др.) и реактивная мощность ( это мощность или поток энергии, циркулирующий через реактивное сопротивление электрической цепи (емкостное или индуктивное).

Рассеяния энергии на реактивных элементах не происходит, так как полученная ими энергия от источника и энергия и возвращенная обратно в сеть в течение периода эквивалентны. Считается, что в большинстве случаев реактивная энергия (мощность), циркулирующая в электрической цепи, является паразитной и приводит к нежелательному разогреву проводников, а также к перегреву и ухудшению режимов работы прочих устройств сети, как генерирующих электричество, так и его потребителей.) точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007). Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности. Все эти 4 параметра:Активная мощность: обозначение P, единица измерения: ВаттРеактивная мощность: обозначение Q, единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный)Полная мощность:обозначение S, единица измерения: ВА (Вольт Ампер)Коэффициент мощности: обозначение k или cosФ, единица измерения: безразмерная величинаЭти параметры связаны соотношениями: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/SТакже cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor – PF)

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8. В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе.

Для стабилизатора коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера

Различия

Разница между величинами в том, что активно действующая мощностная характеристика показывает КПД устройств, а реактивная является передачей этого КПД. Разница также наблюдается в определении, символе, формуле и значимости.

Вам это будет интересно Особенности единиц измерения кВТ и кВА

Обратите внимание! Что касается значения, то вторая нужна лишь для того, чтобы управлять создавшимся напряжением от первой величины и преодолевать мощностные колебания

Смысл реактивной нагрузки

Любая реактивная нагрузка создает временной сдвиг между фазами тока и напряжения. Эту величину измеряют в градусах. Наиболее наглядным является векторное представление электрических параметров. Если подключить индуктивность, напряжение будет опережать ток. Угол между ними обозначают в формулах буквой «ϕ» («Фи» греч.).

Временные и векторные диаграммы показывают, как изменяются основные параметры при подключении индуктивных (емкостных) элементов

На картинке показано, что при подключении емкостной нагрузки вектора «меняются» местами. В идеальных условиях сдвиг между векторами равен 90°. В действительности следует учитывать влияние электрического сопротивления цепи, несовершенство конструкций. С учетом особенностей элементов следует напомнить, что в индуктивности (емкости) при сохранении параметров источника питания плавно изменяется ток (напряжение), соответственно.

Почему в сети напряжение переменное

Для объяснения настоящей ситуации надо сделать краткий экскурс в историю. Электричество известно человеку сотни (по некоторым данным, тысячи лет). Однако действительно массовое использование этой энергии началось сравнительно недавно – в конце 19 века. Именно тогда (1879 г.) Эдисон запатентовал первый функциональный прибор, который помогал решать проблемы освещения. Для питания лампочек он стал монтировать сети постоянного тока.

Через десять лет Тесла создал генераторы переменного тока. После ожесточенной конкурентной борьбы именно его способ передачи энергии на расстояния одержал победу. Этот результат был обеспечен скорее рыночными методами, чем внимательным сравнением потребительских характеристик.

Активная нагрузка

К устройствам с активной нагрузкой причисляются нагревательные приборы (утюги, электроплиты, лампы накаливания, электрические чайники). Подобные приборы вырабатывают тепло и свет. Они не содержат индуктивности и емкости. Активная нагрузка преобразовывает электроэнергию в свет и тепло.

Реактивная нагрузка содержит емкость и индуктивность. Данные параметры имеют качество собирать энергию, а потом отдавать ее в сеть. Примером может служить электродвигатель, электрическая мясорубка, бытовой инструмент (пылесос, кухонный комбайн). То есть, все устройства, которые содержат электродвигатели.

Режимы передачи реактивной мощности по рас- пределительной линии.

Возможность компенсации потерь реактивной мощности рассматривается на примере типового фрагмента распределительной сети радиальной конфигурации, изображенной на рис. 1.

От шин центра питания (ЦП) с напряжением \( U_1 \) , потребляется полная мощность

Потребителям Н через распределительную линию РЛ и распределительный трансформатор Т отдается полная мощность

Разность активных мощностей, потребляемой от ЦП ( \(P_1\) ) и отдаваемой потребителям ( \(P_Н\) ), определяется суммой потерь активной мощности в распределительной линии \( \Delta P_Л \) и потерь короткого замыкания \( \Delta P_К \) распределительного трансформатора Т

Баланс реактивных мощностей в рассматриваемой распределительной сети отражает уравнение

где:: \( Q_x \)— намагничивающая мощность распределительного трансформатора Т;; \( Q_{КУ} \)— мощность компенсирующего устройства (конденсаторной батареи) на шинах потребителей.

На рис. 2 представлены диаграммы передачи активной ( \( \alpha \) ) и реактивной ( \( \delta – \epsilon \) ) составляющих полной мощности через распределительную сеть при различных вариантах компенсации реактивной мощности.

Режим передачи активной мощности через распределительную линию РЛ практически не зависит от режимов компенсации реактивной мощности. Активная мощность \(P_1\) , потребляемая от ЦП, за исключением потерь \( \Delta P \) в распределительной линии РЛ и распределительном трансформаторе Т, передается потребителям Н (рис. 2, а). При постоянной величине энергопотребления, т.е. при \( P_Н = const \), от режима компенсации реактивной мощности будет зависеть только уровень потерь активной мощности \( \Delta P \) , изменение которых будет компенсироваться соответствующим изменением активной мощности \(P_1\) , потребляемой от ЦП.

Рис. 1. Фрагмент распределительной сети радиальной конфигурации

Рис. 2. Диаграммы передачи составляющих полной мощности через распределительную линию:а) активной мощности; б) реактивной мощности без компенсации РМ нагрузки; в) реактивной мощности с полной компенсацией РМ нагрузки; г) натуральный режим ЛЭП без компенсации РМ нагрузки; д) натуральный режим ЛЭП с компенсацией РМ нагрузки; з) режим генерации РМ распределительной линией.

При отсутствии компенсации реактивной мощности от ЦП потребляется реактивная мощность \( Q_1 \) , часть которой \( Q_Н \) передается потребителям Н, а другая часть \( (Q_М – Q_Л + Q_X ) \) расходуется на создание магнитного поля распределительной линии РЛ и распределительного трансформатора Т, т.е. потребляется распределительной линией и распределительным трансформатором (рис. 2, б).

При полной компенсации реактивной мощности потребителей, т.е. при \( Q_Н = Q_{КУ} \), от ЦП потребляется реактивная мощность \( Q_1 = (Q_М + Q_X – Q_Л ) \), которая расходуется только на создание магнитного поля распределительной линии РЛ и распределительного трансформатора Т (рис. 2, в).

При работе в натуральном режиме распределительная линия РЛ сбалансирована по реактивной мощности, т.е. \( Q_М = Q_Л \), а от ЦП потребляется только реактивная мощность нагрузки Н и намагничивающая мощность распределительного трансформатора Т, т. е. \( Q_1 = (Q_Н + Q_X ) \) (рис. 2, г). При работе распределительной линии РЛ в натуральном режиме \( (Q_М = Q_Л ) \) и полной компенсации реактивной мощности нагрузки \( (Q_Н = Q_{КУ} ) \) от ЦП потребляется реактивная мощность \( Q_1 = Q_X \) , равная намагничивающей мощности распределительного трансформатора Т (рис. 2, д).

Наконец, путем искусственного увеличения емкостной проводимости распределительной линии РЛ возможно соответственно и увеличение мощности электрического поля до уровня, достаточного и для создания натурального режима, и для компенсации реактивной мощности нагрузки, т. е. \( Q_{ЭЛ} = Q_М + Q_Н + Q_X \) (рис. 2, з). В этом случае реактивная мощность от ЦП не потребляется, т. е. \( Q_1 = 0 \), а распределительная линия РЛ выполняет одновременно и функции компенсирующего устройства. Таким образом, создание натурального режима работы распределительной линии является обязательным условием снижения потребляемой от ЦП полной мощности до уровня только активной составляющей, которое будет сопровождаться также снижением потерь активной мощности. Однако для этого потребуется искусственное увеличение натуральной мощности распределительной линии либо до значения

\
(7)

либо до значения

\
(8)

где:: \( Р_{(э)} \) — пропускная способность распределительной линии, ограниченная экономической плотностью тока;; \( Р_{(t)} \) — пропускная способность распределительной линии, ограниченная допустимой по нагреву плотностью тока.

Пусковой ток

При расчете необходимо учитывать и пусковые токи устройства. Например, сопротивление нити накаливания в лампочке в момент включения в 10 раз меньше, чем в рабочем режиме. Следовательно, пусковой ток этой лампочки в 10 раз больше. Через некоторое время она начнет потреблять ту мощность, которая записана в данных этой лампочки. Поэтому, при включении она перегорает за счет больших пусковых токов.

В радиоэлектронной аппаратуре пока не зарядится конденсатор в блоке питания, также образуется пусковой ток.

В нагревательных приборах пусковой ток образуется, пока спираль не нагреется до дежурной температуры.

Параметры режимов электрических систем

Режим работы электрической системы характеризуется значениями показателей ее состояния, называемых параметрами режимов. Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью. Но для удобства расчетов режимов применяются и другие параметры, в частности, реактивная и полная мощность. Произведение показаний вольтметра и амперметра в цепи переменного тока называется полной мощностью. Для трехфазной цепи она выражается формулой:(1) где
I — ток в одной фазе; U — линейное напряжение.
Активная мощность трехфазного переменного тока определяется по формуле:(2) Множитель cosφ называется коэффициентом мощности. Угол ф указывает сдвиг по фазе тока и напряжения.
На основании этих выражений полная мощность S представляется гипотенузой прямоугольного треугольника, один катет которого представляет активную мощность Р = S cosφ, а другой — реактивную Q = S sinφ. Реактивная мощность находится также из выражения:(3) где
tgφ — коэффициент реактивной мощности. Следует помнить об условности толкования Q как мощности. Только активная мощность и энергия могут совершать работу и преобразовываться в механическую, тепловую, световую и химическую энергию. Активная мощность обусловлена преобразованием энергии первичного двигателя, полученной от природного источника, в электроэнергию. Реактивная мощность не преобразуется в другие виды мощности, не совершает работу, и поэтому называется мощностью условно. Реактивная мощность идет на создание магнитного и электрических полей. Для анализа режимов в цепях синусоидального тока реактивная мощность является очень удобной характеристикой, широко используемой на практике.
Особенностью производства и потребления электроэнергии является равенство выработанной и израсходованной в единицу времени электроэнергии (мощности). Следовательно, в электрической системе должно выполняться равенство (баланс) для активных мощностей: (4)
где Рг — суммарная активная мощность, отдаваемая в сеть генераторами электростанций, входящих в систему;
РПОтр — суммарная совмещенная активная нагрузка потребителей системы; АРпер — суммарные потери активной мощности во всех элементах передачи электроэнергии (линиях, трансформаторах) по электрическим сетям;
Рсн — суммарная активная нагрузка собственных нужд всех электростанций системы при наибольшей нагрузке потребителя. Основная доля выработанной мощности идет на покрытие нагрузки потребителей. Суммарные потери на передачу зависят от протяженности линий электрических сетей, их сечений и числа трансформаций и находятся в пределах 5…15% от суммарной нагрузки. Нагрузка собственных нужд электростанций зависит от их типа, рода топлива и типа оборудования; она составляет для тепловых электростанций

.12%, для гидростанций — 0,5… 1 % от мощности электростанции.

Расчет мощности УКРМ

Коэффициент реактивной мощности на стороне ВН определяется следующим образом:

(2)

Потребляемая активная мощность на шинах ВН складывается из активной мощности нагрузки и активных потерь мощности в трансформаторе:

(3)

Потребляемая реактивная мощность на шинах ВН складывается из реактивной мощности нагрузки и реактивных потерь мощности в трансформаторе за вычетом расчетной мощности компенсирующего устройства:

(4)

Выразим реактивную мощность нагрузки через известные величины (см. рис.1):

(5)

(6)

Потери активной и реактивной мощности в трансформаторе зависят от передаваемой мощности и рассчитываются по формулам (7) и (8):

(7)

(8)

где ΔP_xx – потери активной мощности холостого хода трансформатора (паспортные данные), кВт;

ΔQ_μ – потери реактивной мощности холостого хода трансформатора, квар;

ΔP_нагр. (ΔQ_нагр.) – нагрузочные активные (реактивные) потери в трансформаторе, кВт (квар);

ΔP_к – потери активной мощности короткого замыкания трансформатора (паспортные данные), кВт;

S_НН – потребляемая полная мощность на шинах НН, кВ*А:

(9)

S_Т – номинальная полная мощность трансформатора, кВ*А;

I_хх – ток холостого хода трансформатора, %;

U_к – напряжение короткого замыкания трансформатора, %.

Следует заметить, что расчеты по формулам (7) – (9) носят приближённый характер, так как на этом этапе нельзя определить значение Q_НН из-за того, что неизвестно расчетное значение реактивной мощности компенсирующего устройства Q_КУ.р, см. формулу (4). В этом случае можно:

принять Q_КУ.р = 0 и выполнить расчет без компенсирующего устройства;
принять Q_КУ.р = Q_р.нагр. и выполнить расчет при полной компенсации реактивной мощности на шинах НН (этот вариант рекомендуется использовать из-за меньшей расчетной погрешности первой итерации расчёта потерь в трансформаторе).

Подставляя в (2) выражения (3), (4) и (5), получим выражение для расчета коэффициента реактивной мощности на шинах ВН, где вторым неизвестным является значение реактивной мощности компенсирующего устройства Q_КУ:

(10)

Так как максимальное значение коэффициента реактивной мощности на шинах ВН нормировано, значит должно выполняться следующее условие:

(11)

Выполнение условия (11) необходимо по нормативным требованиям, но недостаточно, так как коэффициент реактивной мощности может быть отрицательной величиной. Действительно, если в (10) Q_КУ.р будет достаточно большой величиной, чтобы числитель дроби стал отрицательным, то получим перекомпенсацию реактивной мощности Q_ВН< 0 (генерацию в сеть высокого напряжения) и tgϕ_ВН < 0. Перекомпенсация реактивной мощности также нежелательна, как и недокомпенсация, так как в сети опять появляются дополнительные потери мощности и энергии в электрической сети и возрастают капитальные затраты на её строительство. Таким образом, наряду с максимальным значением коэффициента реактивной мощности должно задаваться его минимальное значение tgϕ_min. В отсутствие нормативных требований к величине tgϕ_min его значение может быть определено из следующих соображений:

если генерация реактивной мощности в сеть ВН недопустима, то tgϕ_min = 0;
если нельзя превышать заданный уровень потерь мощности и энергии в сети, а также обеспечить работу оборудования в номинальных режимах (перекомпенсация допустима), то tgϕ_min = -tgϕ_max.

Необходимое и достаточное условие для выбора УКРМ выглядит следующим образом:

(12)

Подставив (10) в (12), получим:

(13)

Рассмотрим отдельно левую и правую части выражения (13).

Очевидно, что tgϕ_max будет при наименьшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства Q_КУ.р._min. Заменим в (13) Q_КУ.р на Q_КУ.р._min и подставим знак равенства между правой и средней частью выражения:

(14)

Выразив в (14) Q_КУ.р._min и выполнив необходимые преобразования (15), получим выражение для расчета минимально допустимой мощности компенсирующего устройства (16):

(15)

(16)

Аналогично для левой части (13), tgϕ_min будет при наибольшем расчетном значении реактивной мощности компенсирующего устройства Q_КУ.р._max. Соответственно, выражение для расчета максимально допустимой мощности КУ:

(17)

Номинальная мощность установки компенсации реактивной мощности выбирается из условия:

(18)

где Q_КУ.р._max и Q_КУ.р._min – граничные значения реактивной мощности УКРМ, определенные для расчётных значений P_р.нагр. и cosϕ_р.нагр..

Подставив (16) и (17) в (18), получаем окончательные выражения для выбора номинальной реактивной мощности УКРМ:

(19)

(20)

Выбрав УКРМ, проводим вторую итерацию расчетов по формулам (7) – (9), подставляя в формулы вместо Q_КУ.р значение Q_КУ.ном, и уточняем величину Q_КУ.ном по выражениям (19) и (20).