Математические расчёты
Треугольник мощностей
Коэффициент мощности необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях. Чтобы увеличить коэффициент мощности, используют компенсирующие устройства. Неверно рассчитанный коэффициент мощности может привести к избыточному потреблению электроэнергии и снижению КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.
Для расчётов в случае гармонических переменных U (напряжение) и I (сила тока) используются следующие математические формулы:
Здесь
—
активная мощность,
—
полная мощность,
—
реактивная мощность.
Типовые оценки качества электропотребления
При одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, то есть его повышения до значения, близкого к единице.
Значение коэффициента мощности |
Высокое |
Хорошее |
Удовлетворительное |
Низкое |
Неудовлетворительное |
cos φ |
0,95…1 |
0,8…0,95 |
0,65…0,8 |
0,5…0,65 |
0…0,5 |
λ |
95…100 % |
80…95 % |
65…80 % |
50…65 % |
0…50 % |
Например, большинство компактных люминесцентных («энергосберегающих») ламп, имеющих ЭПРА, характеризуются высоким его значением.
Несинусоидальность
Несинусоидальность — вид нелинейных искажений напряжения в электрической сети, который связан с появлением в составе напряжения гармоник с частотами, многократно превышающими основную частоту сети. Высшие гармоники напряжения оказывают отрицательное влияние на работу системы электроснабжения, вызывая дополнительные активные потери в трансформаторах, электрических машинах и сетях; повышенную аварийность в кабельных сетях; уменьшение коэффициента мощности за счёт мощности искажения, вызванной протеканием токов высших гармоник; а также ограниченное применение батарей конденсаторов для компенсации реактивной мощности.
Источниками высших гармоник тока и напряжения являются электроприёмники с нелинейными нагрузками. Например, мощные выпрямители переменного тока, применяемые в металлургической промышленности и на железнодорожном транспорте, газоразрядные лампы и др.
Коррекция коэффициента мощности
Коррекция коэффициента мощности при помощи конденсаторов
Коррекция коэффициента мощности ((англ. power factor correction) PFC) — процесс приведения потребления конечного устройства, обладающего низким коэффициентом мощности при питании от силовой сети переменного тока, к состоянию, при котором коэффициент мощности соответствует принятым стандартам.
Технически реализуется в виде той или иной дополнительной схемы на входе устройства.
Данная процедура обязательна для импульсных источников питания мощностью в 100 и более ватт[источник не указан 858 дней], необходимая для равномерного использования мощности фазы и исключения перегрузки нейтрального провода трёхфазной сети. Компенсация обеспечивает отсутствие всплесков тока потребления на вершине синусоиды питающего напряжения и равномерную нагрузку на силовую линию.