16.2 Коефіцієнт потужності та його техніко-економічне значення

Відношення активної потужності приймача енергії до повної називається коефіцієнтом потужності:

Чим більше зсув фаз між напругою та струмом, тим менший коефіцієнт потужності і тим менше корисна (активна) потужність і ККД. У загальному випадку активна потужність менша за повну, тому . І лише при активному навантаженні, а.

Але більшість споживачів енергії мають індуктивне навантаження, так як принцип дії електротехнічних пристроїв базується на створенні магнітного поля (магніти, реле, контактори, трансформатори, ЕМ, ЕА).

У більшості приймачів змінюється з часом роботи в залежності від навантаження. Наприклад, у АДзмінюється від 0,2 при холостому ході до 0,85 при номінальному навантаженні.

Один і той же генератор при номінальній повній потужності може віддавати приймачам енергії різну активну потужність: зі зменшенням приймача активна потужність генератора зменшується, а реактивна збільшується, тобто це приводе до неповного використання потужності генератора.

Найкраще використання потужності генератора можливо при його роботі з номінальною напругою і струмом при . В цьому випадку генератор розвиває максимальну потужність, яка дорівнює повній номінальній потужності:.

Проте лише при активному навантаженні. З іншого боку, якщо приймач працює з постійною активною потужністю при незмінній напрузі, але при різних, то його струм зі зменшеннямзбільшується і нагріває обмотку генератора і проводів, що приводе до збільшення втрат потужності, енергії і зменшення ККД. Так, наприклад, втрати енергії у проводах в цьому випадку складаються з потрібних втрат на передачу активного струму і безкорисних втрат при передачі реактивного струму:

Таким чином, низький коефіцієнт потужності, з одного боку, не дозволяє повністю використовувати встановлену потужність генераторів, а з іншого боку, викликає збільшення втрат енергії. Тому при індуктивному чи ємнісному навантаженні приймають міри по збільшенню установки до значень близьких до одиниці.

16.3 Засоби підвищення коефіцієнта потужності. Компенсація реактивної потужності

Розрізняють природні та штучні засоби покращення коефіцієнта потужності. Засіб збільшення коефіцієнта потужності за рахунок вірного вибору обладнання, вірної його експлуатації, збільшення завантаженості АД, використання СД (які майже не споживають реактивного струму і навіть здатні створювати ємнісний струм) називають природним. Засіб збільшення коефіцієнта потужності за рахунок використання додаткового спеціального обладнання називають штучним. Штучний засіб вимагає певних витрат коштів на придбання цього обладнання і дозвіл відповідної енергетичної установи.

Прикладом штучного засобу є підключення паралельно приймачу статичних конденсаторів чи компенсаційної установки (КУ). Розглянемо векторну діаграму такої установки (рис.16.3). Струм приймача відстає від напруги на кутφ. Якщо підключити КУ, то загальний струм дорівнює геометричній сумі струмів приймача й КУ, тобто зменшується. Реактивна складова струму приймача частково чи повністю компенсується струмом КУ. У зв’язку з цим зменшуються струм від джерела, кут зсуву фаз, втрати потужності, енергії і збільшується ККД. А активна складова струму і активна потужність не змінюються.

Рисунок 16.3 - Схема штучного засобу підвищення коефіцієнта потужності та векторна діаграма цієї схеми

Щоб не завантажувати генератори та ЛЕП реактивним струмом КУ встановлюють на місці споживання паралельно приймачам. Тобто, іншими словами, це використання резонансу струмів для розвантаження обладнання від безкорисних коливань енергії, так як двигуни можна розглядати як індуктивність з активним опором. У більшості випадків роблять часткову компенсацію зсуву фаз. Збільшення означає велику економію електроенергії, так як зменшуються втрати у генераторах, трансформаторах, двигунах, в ЛЕП, і зменшуються встановленні номінальні данні обладнання та проводів ЛЕП, тобто їх вартість.