Основные теоретические положения.

Приемники электрической энергии при своей работе потребляют из сети активную и реактивную мощность. Наиболее распространенные приемники электрической энергии - асинхронные электродвигатели, трансформаторы и другие требуют для своей работы создания магнитного поля: вращающееся магнитное поле электрических машин и переменный магнитный поток трансформаторов. Величина тока, необходимая для создания магнитного поля, зависит от индуктивного сопротивления потребителя электрической энергии и его нагрузки во время работы.

Эффективность использования электрической установки определяется по отношению активной мощности Р к полной мощности S, потребляемой приемником из сети. Это отношение называется коэффициентом мощности. Из треугольника мощностей (рис.1) видно, что

Рис.1. Треугольник мощностей.

Тогда P=Scosj=UIcosj, а ток в нагрузке I=P/U cosj.

При заданной активной мощности P (U=const) ток обратно пропорционален cosj, т.е. реактивный ток при уменьшении cosj возрастает за счет индуктивной составляющей I_p=Isinj, являясь носителем реактивной энергии. Увеличение тока в нагрузке, вызванное уменьшением cosj неизбежно приводит к дополнительной потере электроэнергии во всех элементах системы электроснабжения: в проводах линии электропередач (Q = R×I²), в трансформаторах, в обмотках генераторов. Увеличение тока в нагрузке приводит к дополнительному увеличению падения напряжения в обмотках генераторов и трансформаторов, в проводах сети с сопротивлением Z (U=Z×I). все это приводит к снижению КПД энергосистемы и напряжения на электроприемниках.

Для повышения cosj (уменьшения реактивной составляющей активно-индуктивной нагрузки) промышленных установок применяют различные меры, которые сводятся или к уменьшению потребления реактивной мощности Q_L, или к компенсации реактивной мощности Q_L мощностью Q_С. Так как емкостной ток I_c находится в противофазе с индуктивной составляющей тока нагрузки, то реактивная составляющая тока в линии I_P=I_L-I_C уменьшается. В результате ток в линии, угол сдвига фаз j и реактивная мощность Q=UIsinj уменьшается, а cosj увеличивается. Для осуществления этого мероприятия параллельно нагрузке подключают батареи конденсаторов или синхронные компенсаторы (синхронный электродвигатель в режиме перевозбуждения). Реактивная мощность по-прежнему поступает к потребителю, но уже не от генераторов, расположенных иногда за сотни километров, а от источника, находящегося рядом (например конденсатор). Таким образом, происходит освобождение элементов системы электроснабжения от реактивной составляющей тока нагрузки.

Уменьшение потребления реактивной мощности Q достигается за счет применения более современного оборудования, улучшения качества ремонта, ограничения работы оборудования на холостом ходу или с недогрузкой.

Для повышения коэффициента мощности и, следовательно, экономичности системы электроснабжения предприятий до недавнего времени нормировался минимально допустимый cosj, а в настоящее время устанавливается допустимое значение реактивной мощности и нормируемый tgj=Q/P, определяемый по показаниям счетчиков реактивной и активной энергии.

При компенсации реактивной энергии за счет установки конденсаторов их величина может быть определена по формуле:

, Ф

где Р - активная мощность потребления, Вт

f - частота сети, Гц

U - напряжение сети, В

tgj₁ - до компенсации

tgj₂ - после компенсации.

Задание по работе.

2.1 Определить энергетические показатели потребителя при отключенной конденсаторной батарее.

2.2 Рассчитать емкость конденсаторной батареи, необходимую для компенсации реактивной энергии до нормируемого значения cosj=0,95.

2.3 Исследовать влияние емкости конденсаторной батареи на энергетические показатели потребителя.

2.4 Построить векторные диаграммы для трех случаев: при отключенной конденсаторной батарее; при полной компенсации реактивной мощности (cosj=1); при перекомпенсации (мощность конденсаторов превышает индуктивную мощность нагрузки и в сеть отдается емкостная мощность).

2.5 Составить краткие выводы по работе.

2.6 Ответить на вопросы самоконтроля.