14 Коэффициент мощности.

1. 1. Общие положения.

2. Последствия низкого соs .

3. Измерение и определение соs .

4. Основные причины низкого соs .

5. Способы повышения соs .

1. Большая часть промышленных приемников в процессе работы потребляют из сети помимо активной мощности Р, реактивную мощность Q. Активная мощность электродвигателей превращается в машине в механическую работу, а в лампах накаливания в световую и тепловую энергию и т.п. Реактивная мощность необходима для создания магнитных полей в стальных сердечниках асинхронных электродвигателей и трансформаторов. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные двигатели, трансформаторы, воздушные электрические сети, реакторы, преобразователи и другие установки. В зависимости от характера электрооборудования его реактивная нагрузка может составлять до 130% по отношению к активной. Передача значительной реактивной мощности невыгодна, ведет к снижению коэффициента мощности электроустановок (cos  ), что приводит к увеличению установленной мощности генераторов, силовых трансформаторов, излишним капитальным затратам на содержание и техническое обслуживание электрических станций, подстанций и ЛЭП, создает неэкономичный режим работы всей энергосистемы. Поэтому на предприятиях запрещается использовать устройства с коэффициентом мощности менее 0,85.

2. Коэффициент мощности электроустановок определяет степень использования полной мощности генераторов и трансформаторов. Коэффициент мощности, как показатель качественного использования электрической энергии, имеет важное народнохозяйственное значение.

Коэффициентом мощности соs  называют отношение активной мощности электрической машины к полной мощности (в треугольнике это отношение прилежащего катета к гипотенузе), а tg  -отношение реактивной мощности к активной (отношение противолежащего катета к прилежащему):

Р Q

соs  = -- tg  = --

S P

В настоящее время больше употребляется функция tg  , поскольку она показывает не только величину реактивной мощности, но и характер реактивной нагрузки (емкостной или индуктивный).

Полная мощность есть произведение номинального тока и напряжения. Для трехфазной системы переменного тока полная мощность равна:

S=3 U I ,

Активная мощность:

Р=3 U I cos ,

Откуда видно, что уменьшение соs  электроустановки приводит к неполному использованию ее мощности.

Также уменьшение коэффициента мощности влечет за собой увеличение тока, а следовательно, приводит к дополнительным потерям электроэнергии во всех элементах энергосистемы

Увеличение тока вызывает необходимость увеличения сечений проводов и жил кабелей, увеличения габаритов и массы пускозащитной аппаратуры, что значительно усложняет и удорожает применение электрооборудования.

При увеличении тока возрастают потери напряжения. Работа двигателей при пониженном напряжении увеличивает скольжение и ток в обмотках. Увеличение тока приводит к большому тепловому нагреву и, как следствие, к быстрому износу изоляции и уменьшению срока службы оборудования; повышение скольжения снижает частоту вращения, что приводит к снижению производительности машины.

3. Коэффициент мощности измеряют при помощи специальных приборов – фазометров, или рассчитывают исходя из приведенных выше формул определения мощностей.

Как следует из приведенных формул, при увеличении соs  активная мощность увеличивается при тех же величинах напряжения и тока.

S S-полная мощность, кВА

Q Q-реактивная мощность, квар

 Р-активная мощность, кВт

Р

Рисунок 1 - Векторная диаграмма мощностей.

Снижение мощности S приводит к уменьшению линейного тока, что будет сопровождаться уменьшением потерь напряжения и мощности в сопротивлениях проводов сети, обмотках трансформаторах и генераторах.

Очевидно, что при уменьшении тока, площади поперечного сечения токопроводящих элементов могут быть также уменьшены. В отношении трансформаторов и генераторов это приводит к уменьшению габаритных размеров, расхода дефицитных материалов на изготовление, массы, и стоимости.

В действующей установке повышения соs  при существующей площади поперечного сечения проводов, позволит увеличить число приемников, которые могут быть подключены к данной сети.

4. Основными причинами сравнительно большого потребления реактивной мощности , а значит ухудшения коэффициента мощности являются:

4. 1. Несовершенство конструкции асинхронного двигателя и его некачественный ремонт (наличие большого воздушного зазора между статором и ротором). Магнитное сопротивление воздушного зазора составляет примерно 80% от общего сопротивления магнитной цепи..

4. 2. Работа асинхронных двигателей и трансформаторов при неполной загрузке. При этом уменьшается активная мощность электрической машины, тогда как реактивная мощность остается почти без изменения, что ведет к снижению соs  .

4. 3. Повышение напряжения сети. С повышением напряжения у асинхронных двигателей и трансформаторов возрастает магнитный поток, а следовательно и потребляемая реактивная мощность, при этом коэффициент мощности снижается.

4. 4. Снижение скорости электрических машин. Тихоходные асинхронные двигатели имеют более сложную магнитную цепь, потребляют большую реактивную мощность, следовательно, имеют более низкий коэффициент мощности, чем быстроходные.

4. 5. Некачественный ремонт электродвигателей. Изменение обмоточных данных и обточка ротора приводят к увеличению воздушного зазора.

5. Улучшения коэффициента мощности промышленного предприятия можно достигнуть лишь при правильном сочетании различных способов повышения его, каждый из которых должен быть технически и экономически обоснован. Мероприятия по повышению коэффициента мощности можно разделить на следующие группы, часть из них требуют согласования с энергоснабжающей организацией.

- уменьшение потребления реактивной мощности приемниками электрической энергии без применения компенсирующих устройств.

- применение компенсирующих устройств (требуется согласование).

Мероприятия по уменьшению потребления приемниками реактивной мощности должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления не требуется значительных капитальных затрат. К ним относятся следующие:

- Упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима работы оборудования;

- Замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности. Если загрузка двигателя составляет менее 40%, то их замена обязательна, если загрузка колеблется в пределах 40-70% необходимость их замены должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами;

- Ограничение времени работы двигателей на холостом ходу. Если промежутки работы на холостом ходу достаточно велики, то целесообразно на это время отключить двигатель от сети. Потребление активной и особенно реактивной энергии при этом значительно уменьшается;

- Замена асинхронных двигателей с фазным ротором во всех случаях, когда позволяет технологический процесс, асинхронными короткозамкнутыми двигателями, имеющими, как правило, более высокий соs .

- Повышение качества ремонта электродвигателей. При ремонтах необходимо выдерживать величину зазора между статором и ротором в соответствии с заводскими требованиями.

- Замена малозагруженных трансформаторов. Если трансформатор работает с нагрузкой менее 30% его следует заменить на трансформатор меньшей мощности.

- Понижение напряжения на двигателях, систематически работающих с малой загрузкой. Снижение напряжения на выводах асинхронного двигателя до определенного минимального значения приводит к уменьшению потери активной мощности и реактивной мощности и, следовательно, увеличивается К.П.Д.двигателя.

Искусственные способы повышения соs  осуществляются путем установки на предприятиях специального электрооборудования, компенсирующего реактивную мощность. Установка такого оборудования допускается только с разрешения энергосистемы.

В качестве специального оборудования, компенсирующего реактивную мощность, применяют статические конденсаторы, синхронные компенсаторы и синхронные электродвигатели большей мощности, чем это требуется для привода рабочей машины и механизма. На горных предприятиях , в том числе в карьерах, на поверхностном комплексе и на обогатительных фабриках многие машины приводится синхронными двигателями , в связи с чем величина коэффициента мощности находится в оптимальных пределах. Это позволяет уменьшить расход электроэнергии и получать электроэнергию с оплатой по льготным тарифным ставкам.