Масса трёхфазных трансформаторов
S, кВА |
f = 50 Гц |
f = 400 Гц |
KG |
4 |
47 |
25 |
1.88 |
10 |
91 |
47 |
1,94 |
25 |
160 |
91 |
1,76 |
При переходе на частоту 400 Гц масса трёхфазного трансформатора снижается от 1,76 до 1,94 раза.
Конденсаторы. Статические конденсаторы используются в СЭЭС как элемент электрической цепи люминесцентных ламп и для компенсации реактивной мощности, потребляемой приёмниками (с целью повышения коэффициента мощности).
В первом случае необходимо обеспечить заданное емкостное сопротивление XC конденсатора. При этом нужно определить, чему равна ёмкость C этого конденсатора при частоте f. Для этого применима формула
(7)
Эта формула показывает выгодность использования повышенной частоты, ведь чем больше частота, тем меньше ёмкость C, размеры, масса и стоимость конденсатора.
Во втором случае необходимо обеспечить заданное значение реактивной мощности конденсаторов, которое равно реактивной (индуктивной) мощности, потребляемой одним или группой приёмников электроэнергии:
(8)
где U
– линейное напряжение сети, к которой
подключена трёхфазная батарея
конденсаторов, C
– ёмкость одной фазы батареи, соединённой
в треугольник. И в этом случае очевидна
выгодность использования повышенной
частоты, так как с увеличением частоты
необходимая ёмкость снижается. Масса
и стоимость батареи конденсаторов
пропорциональна произведению
.
Следовательно,
эти показатели снижаются примерно в
восемь раз при переходе от частоты 50 Гц
к частоте 400 Гц.
Электрическое освещение и приборы нагрева. На работу ламп накаливания и приборов обогрева с использованием резисторов изменение частоты в пределах от 50 Гц до 500 Гц не оказывает какого-либо влияния. Небольшие значения электрической мощности для систем освещения и обогрева отдельных помещений передаются по тонким кабелям. Коэффициент мощности токов, проходящих по этим кабелям, практически равен единице. Поэтому суммарная масса кабельных линий в системах освещения и обогрева при увеличении частоты остаётся неизменной. Так как у трансформаторов, питающих распределительную сеть освещения, с увеличением частоты масса снижается, то применение повышенной частоты для системы освещения является полезным.
Наибольшую выгоду представляет использование повышенной частоты в люминесцентном освещении. У пусковых устройств всех разновидностей: стартёрных устройств с емкостным или индуктивным балластом и резонансных устройств – при переходе на повышенную частоту снижается масса и стоимость из-за уменьшения этих показателей у реакторов и конденсаторов (до 5 и более раз). Кроме этого, проявляются и другие положительные эффекты использования повышенной частоты:
1. Увеличивается световая отдача ламп. (Максимальное увеличение световой отдачи имеет место в диапазоне частот от 400 до 1000 Гц.). Уровень освещённости повышается на 20 – 50 %.
2. Исчезает стробоскопический эффект.
3. Отсутствуют помехи радиоприёму.
4. Растёт срок службы ламп (примерно на 12%).
Электрические кабели. Повышение частоты приводит к ухудшению массовых и габаритных показателей кабельных линий электропередачи. Такое отрицательное действие повышенной частоты объясняется следующими причинами. Во-первых, активное сопротивление кабелей увеличивается вследствие эффекта вытеснения тока и эффекта близости. Поэтому для сохранения потерь мощности при увеличении частоты необходимо снижать значение тока, допустимое для токопроводящих жил кабеля. При этом приходится использовать кабели с большим сечением токоведущих жил по сравнению с кабелями, применяемыми для токов с частотой 50 Гц. Во вторых, увеличение активного и, в особенности, индуктивного сопротивления токопроводящих жил приводит к росту потери напряжения в линии электропередачи. Для обеспечения допустимых значений потери напряжения в длинных линиях электропередачи приходится выбирать другие кабели. Как правило, в этом случае увеличивают число кабелей, включённых в линии параллельно. В третьих, при повышенной частоте необходимо учитывать потерю напряжения на концах кабеля, так как при разделке кабеля его жилы отдаляются друг от друга, что приводит к местному увеличению индуктивности линии. В четвёртых, при повышенной частоте необходимо учитывать потерю напряжения в индуктивных сопротивлениях автоматических выключателей, особенно с малыми номинальными токами. Рассмотрим количественные показатели, характеризующие каждую из этих причин.
Снижение допустимого значения тока кабеля определяется поправочным коэффициентом k1, на который умножается допустимое значение постоянного тока. При частоте 50 Гц этот коэффициент меньше единицы только для самых больших сечений q токоведущих жил: для сечения 185 мм2 он равен 0,99, а для сечения 240 мм2 он составляет 0,98. Значения этого коэффициента для частоты 400 Гц даны в таблице 5.
Таблица 5