книги из ГПНТБ / Тасбулатов Х.Т. Электропривод в сельском хозяйстве

ІІІІІІІІШІІІІІІІІ1ІІІІІІІІІШІІІШ1ІІІІНІІІІІІІІІІІШІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІІ1

Глава VI

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ

Значение коэффициента мощности

Коэффициент мощности является одним из наиболее важных показателей экономичности электроэнергетической системы. Он имеет ог­ ромное значение, так как способствует более эффективному использованию мощности гене­ раторов, трансформаторов, линий электропе­ редач и снижению их потерь.

Низкий коэффициент мощности в электри­ ческих сетях и системах влечет за собой ряд экономически неблагоприятных последствий. Так, неполностью используются мощности ге­ нераторов и трансформаторов. В самом деле, активная мощность генератора трехфазного тока определяется по формуле

1 — линейный ток, выражается в амперах

(а);

ер — угол сдвига фаз между током и на­ пряжением. Угол сдвига фаз между

123

током и напряжением принято обо­ значать греческой буквой «фи» (ср).

Множитель cos ср, входящий в эту форму­ лу, называется коэффициентом мощности.

Если генератор работает при неизменном напряжении {И—постоянно) и токе (/ — по­ стоянно), то активная мощность его прямо

активная мощность, отдаваемая генератором во внешнюю сеть.

Для пояснения этого положения рассмот­ рим следующий пример. Пусть на электро­ станции установлен генератор, работающий при номинальном напряжении 400 в и номи­ нальном токе 361 а. В зависимости от величи­ ны коэффициента мощности активная мощ­ ность, отдаваемая этим генератором, составит:

при cos9 = l активной мощности

Р\ = 1,73 • 400 • 361 =250 000 вт=250 кет;

при cos9 = 0,8 активной мощности

Р2 —250 ■0,8 = 200 квт\

при cos ф = 0,-7 активной мощности

Р3= 250 ■0,7= 175 кет.

Впоследнем случае (при соэф = 0,7) гене­ ратор используется примерно на 70%. Таким образом, при низком коэффициенте мощности вследствие невозможности использования име­ ющихся на электростанции генераторов при­ ходится производить дополнительную их уста­ новку.

Аналогичное положение имеет место на трансформаторных подстанциях.

124

Выбор трансформаторов (или генераторов)

Выбор электрических машин по кажущей­ ся мощности обусловлен тем, что всякая элек­ трическая машина рассчитывается и конструи­ руется из соображений предельно допустимого нагрева обмоток током. Это предопределяет наибольшую допустимую величину тока при работе в нормальных условиях.

Увеличение тока выше расчетного для дан­

обмоток. С другой стороны, выбранное для ма­ шины напряжение обусловливает необходи­ мость применения изоляции обмоток опреде­ ленной прочности и в нормальных условиях не может быть превышено. Каждая машина рас­ считывается на некоторое номинальное напря­ жение Uн и номинальный ток Ін . Эти вели­ чины предопределяют номинальную мощность Рн генераторов или трансформаторов, рав­ ную 1,73 • UHIH.

Таким образом, номинальная мощность генератора переменного тока — это кажущая­ ся электрическая мощность на зажимах гене­ ратора, выраженная в вольтамперах (ва) или киловольтамперах (ква) в условиях работы, предусмотренных для него изготовившем ге­ нератор заводом.

* Кажущаяся мощность дает представление о той мощности, которую может развить генератор при коэф­ фициенте мощности, равном 1.

125

Однако предельная, мощность, которую Можно получать от генератора или трансфор­ матора длительное время, зависит не только от наибольшего напряжения и силы тока, на которые рассчитаны эти установки, но и от коэффициента мощности.

Так как коэффициент мощности зависит от потребителя, в паспортах генераторов и тран­ сформаторов, а также в каталогах указывает­ ся их кажущаяся мощность.

Из формулы (1) и (2) видно, что коэффи­ циент мощности равен:

где S=\J2>UI — кажущаяся мощность генератора и трансформатора.

Очевидно, что коэффициент мощности по­ казывает, какую часть от кажущейся мощно­ сти генератора составляет его активная мощ­ ность, отдаваемая потребителям. Чем выше коэффициент мощности, тем лучше исполь­ зуется электроэнергия, выработанная на элек­ тростанциях.

Кажущаяся мощность связана с активной мощностью соотношением:

Можно считать, что кажущаяся мощность

(5) состоит из двух составляющих — актив­ ной мощности Р и реактивной — Q.

Между этими величинами существует за­ висимость:

126

реактивный, и сокращенно обозначается как вар или квар, так как

1000 вар —1 квар.

Формула (6) показывает, что при умень­ шении индуктивности во внешней цепи умень­ шается реактивная мощность, вырабатывае­ мая генератором; при безиндукционной на­ грузке угол сдвига фаз (ср = 0) и реактивная мощность (Q) равны нулю и генератор выра­ батывает только активную мощность Р.

где 1 вольтампер (ва) —1 вольту■1 ампер. Таким образом, если, например, нагрузка

сельскохозяйственного потребителя составляет 35 кет, то в зависимости от величины коэффи­ циента мощности (cos ср) соответствующего трансформатора, устанавливаемого на под­ станции, кажущаяся мощность равна:

при cos (р' = 0,7, S' = ÖY = 50 ква,

т. е. при меньшем коэффициенте мощности трансформатор на подстанции надо устанав­ ливать большей мощности.

127

Отсюда ясно, насколько невыгодны для сельского хозяйства низкие коэффициенты мощности электроустановок. Повышение ко­ эффициента мощности даст возможность пол­ нее использовать установленные генераторы и трансформаторы, уменьшит затраты на ка­ питаловложения в электрооборудование.

Пример. Мощность, потребляемая электро­ установками хозяйства колхоза и совхоза, со­ ставляет Я = 70 кет при cos ср — 0,7. Определить добавочную мощность Яг, которую можно по­ лучить при полной загрузке трансформатора подстанции, если повысить коэффициент мощ­ ности cos ф до 0,9.

Решение.

Мощность трансформатора

Активная мощность полностью загружен­ ного трансформатора при созф = 0,9 будет:

Р\ =S cos ф= 100 ■0,9 = 90 кет.

Возможная добавочная мощность при по­ вышении коэффициента мощности с 0,7 до 0,9 составляет:

Я2= Я[ —Я = 90 —70 = 20 кет.

Низкий коэффициент мощности повлечет увеличение удельного расхода топлива на электростанции, т. е. топлива, потребного для выработки 1 кѳтч.

Так как генераторы на тепловых электро­ станциях вращаются с помощью тепловых двигателей, уменьшение коэффициента мощ­

128

ности (cos cp), кроме уменьшения активной мощности генератора, снизит механическую нагрузку теплового двигателя. Это повлечет за собой уменьшение его к.п.д. п увеличение расхода топлива.

При низком коэффициенте мощности уве­ личиваются потери энергии в проводах и в об­ мотках генераторов и трансформаторов. Вели­ чина тока при этом определяется по формуле

1 = l,7 3 t//cos if

Если потребитель получает от станции или подстанции неизменную мощность (Р = посто­ янно) при неизменном напряжении (11= по­ стоянно), то величина потребляемого тока мо­ жет быть выражена упрощенной формулой:

J _ постоянно

Из формулы видно, что ток обратно про­ порционален коэффициенту мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем большее количество тока протекает от электростанции к потребителю. В связи с этим возрастает потеря энергии в проводах, а так­ же в обмотках машин и трансформаторов (потеря мощности на нагрев проводов равна произведению квадрата тока на сопротивле­ ние проводов).

В таблице 3 показана зависимость потерь электроэнергии от величины коэффициента мощности.

Повышение коэффициента мощности всего на 0,01 дает возможность сэкономить на поте­ рях сотни тысяч киловатт-часов энергии в год

и, следовательно, позволит дополнительно от­ пустить это количество энергии на нужды сельского хозяйства.

Для уменьшения потери энергии при низ­ ком коэффициенте мощности можно увеличить сечение проводов (при этом сопротивление проводников уменьшается), однако это невы­ годно, так как связано с увеличением расхода металла на электросети.

Низкий коэффициент мощности вызывает увеличение потери напряжения в проводах. При уменьшении коэффициента мощности,

в проводах.

Величина коэффициента мощности отдель­ ных сельскохозяйственных потребителей не остается постоянной, а меняется во времени.

Различают мгновенное и средневзвешенное значение коэффициента мощности.

Мгновенное значение коэффициента мощ­ ности измеряется специальным прибором (фа­ зометром) или на основании показаний ампер­ метра, вольтметра или ваттметра рассчиты­ вается по формуле

130

где Р — активная Мощность в кет (I квт=

—1000 вт) ;

Uл — линейное напряжение в вольтах (е); І л — линейный ток в амперах (а). Однако точно учесть мгновенное значение

коэффициента мощности трудно, так как ве­ личина его меняется каждый раз как изме­ няется нагрузка потребителя. Поэтому при расчетах за электроэнергию и расчетах ком­ пенсационных установок пользуются средне­ взвешенным значением коэффициента мощно­ сти (cos ціер.вэв) *, который на основании пока­ заний счетчиков активной и реактивной энер­ гии** за определенный промежуток времени (час, сутки, месяц, год) определяется по фор­ муле

гии, учитываемое счетчика­ ми.

* Среднеарифметическое значение коэффициента мощности находят путем ряда отсчетов его через оди­ наковые промежутки времени и последующее деление суммы отсчетов на их количество, т. е.

понятия, соответствующие активной и реактивной мощ­ ностям (формулы 1 и 6).

Таким образом, активная энергия \Va = P-t, а реак­ тивная энергия Wp= Qt, где t — время.

14 350 квтч и 7300 кварк, в конце того же меся­ ца соответственно—15 860 квтч и 8320 кварк.

Определить общий средневзвешенный ко­ эффициент мощности данного объекта за ме­ сяц.

Решение.

Суммарное потребление активной и реак­ тивной энергии определяется как разность по­ казаний счетчиков.

Wa = 15 86014 350= 1510 квтч. Wp =8320-7300=1020 кварк.

Общий средневзвешенный коэффициент мощности определяется по формуле

CO S ®ср. взв —

/Ю 2 0 'а

\15l0/

= 0,83, или 83%.

Согласно существующим директивам Сове­ та Министров СССР потребители, получающие электроэнергию от энергосистем Министерства энергетики и электрификации, обязаны повы­ сить коэффициент мощности электроустановок до 92—95%:

Классификация электроустановок по характеру потребления мощности

По характеру потребления активной и ре­ активной мощности все установки можно раз­ делить на следующие группы:

132