8. Мощность в цепях переменного тока. Коэффициент мощности и его технико-экономическое значение.

Коэффициент мощности и его технико-экономическое значение. Компенсация реактивной мощности

Отношение активной мощности к полной показывает, какая доля полной мощности потребляется нагрузкой, и называется коэффици­ентом мощности.

.  (153)

Таким образом, коэффициент мощности численно равен cos φ.

В качестве примера на рис. 51 показана зависимость силы тока от 

Рис. 51. Зависимость силы тока от cos φ

при напряжении сети U=380 В и Р=500 кВт

Из графика видно, что при снижении коэффициента мощности возрастает реактивная составляющая тока, а следовательно, возрастает общий ток линии.

Генераторы, питающие потребители, рассчитывают на опре­деленную номинальную мощность:

.  (154)

При заданном напряжении   генератор может быть нагружен током, не превышающим номинальное значение   (  и   – соответственно линейные значения напряжения и тока). Поэтому увеличение тока потребителя вследствие снижения его   не должно превышать определенных пределов.

Чтобы ток генератора не был выше номинального при сниже­нии   потребителя, необходимо снижать его активную мощность. В этом случае генератор будет полностью загружен по току и не­догружен по активной мощности. Недогрузка генератора активной мощностью влечет за собой снижение КПД всей энергетической установки. Себестоимость электроэнергии от этого повышается.

Важным технико-экономическим показателем является и коэффициент реактивной мощности:

.  (155)

Коэффициент   наглядно выражает реактивную мощность в долях от активной мощности. Связь между коэффициентом мощности и коэффициентом реактивной мощности выражается следующей зависимостью:

.  (156)

 Коэффициент мощности является недостаточным показателем для оценки реактивной составляющей нагрузки, особенно при высо­ких значениях коэффициента мощности, что видно из зависимостей реактивной мощности Q от коэффициента мощности   и коэффициента реактивной мощности  , приведенных в табл. 2.

Таблица 2

Из таблицы видно, что при достаточно высоком значении   реактивная нагрузка составляет 29% от активной. Поэтому более показательным является коэффициент реактивной мощности  , выражающий непосредственное значе­ние реактивной мощности в долях от активной.

Чтобы повысить экономичность энергетических установок, принимают меры для уменьшения реактивной мощности в линии электропередачи. Коэффициент мощности при этом возрастает.

Повышения коэффициента мощности промышленного предприятия можно достигнуть лишь правильным сочетанием направленных на это мероприятий, каждое из которых должно быть технически и экономически обосновано. Мероприятия по повышению коэффициента мощности можно разделить на следующие группы:

1) уменьшение потребления реактивной мощности приемниками электрической энергии без применения компенсирующих устройств;

2) применение компенсирующих устройств.

К первой группе мероприятий относятся:

 а) упорядочение технологического процесса, ведущее к улуч­шению энергетического режима оборудования;

 б) замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями мень-шей мощности;

  в) понижение напряжения питания асинхронных двигателей, системати­чески работающих с малой нагрузкой;

 г) ограничение режимов холостого хода двигателей и трансформаторов;

 д) повышение качества ремонта двигателей;

 е) замена малозагруженных трансформаторов трансформаторами мень-шей мощности.

Для компенсации реактивной мощности, потребляемой электроустановками промышленного предприятия, могут быть применены синхронные компенсаторы и статические конденсаторы.

Рассмотрим способ компенсации реактивной мощности статическими конденсаторами. На рис. 52 показаны асинхронные двигатели, являющиеся приемниками электрической энергии, и эквивалентная схема одной фазы, в которой обмотка статора асинхронного двигателя представлена активным и индуктивным сопротивлениями. В качестве компенсирующего устройства включены конденсаторы.

Рис. 52. Схема включения конденсаторов в качестве компенсаторов

реактивной мощности при активно-индуктивной нагрузке (обмотки

статора асинхронных двигателей) и эквивалентная схема одной фазы

Активная мощность одной фазы приемника электроэнергии при заданном напряжении определяется активной составляющей тока Ia:

.  (157)

При заданном значении активной мощности активная составляющая тока должна оставаться неизменной. Наличие реактивной (индуктивной) составляющей тока приводит к увеличению фактического значения тока нагрузки и, как следствие, к увеличению потерь мощности. Снизить ток на­грузки можно только за счет уменьшения реактивной составляющей тока приемника.

Последнее можно осуществить путем параллельного подключения приемника с емкостным элементом. Все сказанное наглядно иллюстрируется векторной диаграммой (рис. 53).

Таким образом, c введением компенсирующего устройства уменьшается реактивная составляющая тока, а следовательно, уменьшаются полный ток   цепи и угол сдвига по фазе между напряжением и полным током цепи.

При определении емкости конденсаторов, необходимых для понижения коэффициента реактивной мощности   сети до определенного значения, исходят из того, что реактивная мощность батареи конденсаторов должна скомпенсировать соответствующую часть реактивной мощности сети. В этом случае реактивную мощность конденсаторов можно определить через активную мощность Р и значения коэффициентов реактивной мощности до установки статических конденсаторов   и после их установки  :

.  (158)

Рис. 53. Векторная диаграмма, иллюстрирующая

компенсацию индуктивной составляющей тока

включением емкостного элемента