13. Коефіцієнт потужності підприємств

13.1. Суть питання

Будь-яке промислове підприємство є споживачем активної (Р) та реактивної (Q) потужностей. Навантаження, що мають у своєму складі індуктивність, як то асинхронні двигуни, трансформатори, повітряні лінії, являються споживачами реактивної потужності (Q_L). Такі навантаження, що мають ємнісний характер (статичні конденсатори, перезбуджені синхронні машини, кабельні лінії), являються генераторами реактивної потужності Q_С.

Співвідношення активної потужності до всієї потужності, що споживається промисловим підприємством(S), називається коефіцієнтом потужності:

. (13.1)

На рис. 13.1 зображена схема заміщення підприємства, її векторна діаграма і трикутник потужностей.

Рис. 3.1: а) схема заміщення підприємства; б) векторна діаграма; в) трикутник потужностей

Природній коефіцієнт потужності більшості промислових підприємств (тобто, без використання спеціальних засобів для підвищення ), дорівнює 0,6 ÷ 0,8.

Реактивна потужність, яка споживається підприємствами, розподіляється між окремими видами електроспоживачів таким чином: 65 ÷ 70% споживається асинхронними двигунами; 20 ÷ 25% – трансформаторами і біля 10% – повітряними електричними лініями та іншими електроспоживачами (люмінесцентні лампи, реактори, індуктивні пристрої). Для однофазних споживачів

Р = U·I· U·I_a = S ; (13.2)

для трифазних –

S = = U . (13.3)

Звідси витікає, що при наявності реактивних струмів всі елементи електричного обладнання на електростанціях та підстанціях, а також дроти ліній електропередачі повинні бути розраховані на розміри більші за такі, що можна було б використати при передачі тільки активної потужності. Надлишкові розміри електричних машин, апаратів і дротів електропередач являються наслідком надмірно підвищеного повного струму І в порівнянні із достатньою величиною струму І_а, який передає активну потужність. Цілком очевидно, що підвищення струму призведе до зростання вартості електричних установок. Крім того, в них виникають додаткові втрати потужності.

13.2. Заходи до підвищення коефіцієнта потужності, які не потребують компенсуючих пристроїв

13.2.1. Недопущення роботи асинхронних двигунів і трансформаторів у режимі холостого ходу, оскільки в цьому випадку являється мінімальним. На рис. 12.2,а показаний фрагмент векторної діаграми асинхронного двигуна і трансформатора; на рис. 12.2,б – залежність коефіцієнта потужності від коефіцієнта навантаження (β).

Рис. 13.2: а) фрагмент векторної діаграми асинхронного двигуна і трансформатора; (б) залежність f(β)

13.2.2. Вірний вибір потужності асинхронних двигунів та трансформаторів, або заміна слабо навантажених (до 30% від номінального) пристроїв менш потужними з таким розрахунком, щоб нове обладнання працювало з навантаженням ~100% (β ≈ 1).

13.2.3. Заміна, або застосування синхронних двигунів замість асинхронних там, де це можливо за техніко-економічними показниками.

13.2.4. Перемикання обмоток статора асинхронних машин з «трикутника» на «зірку», якщо ці машини навантажені менш, ніж на 40%. Внаслідок зменшення в раз напруги зменшується значення струму намагнічування і, таким чином, зменшується реактивна потужність. Але, слід враховувати, що й момент знижується у 3 рази.