Теоретические сведения

На современных промышленных предприятиях большинство потребителей электрической энергии переменного тока представляют собой индуктивно-активную нагрузку. Это асинхронные двигатели, силовые, сварочные и другие специальные трансформаторы, катушки контакторов и реле и т.п. Активная мощность таких потребителей помимо заданной нагрузки зависит также и от cosφ . Если для потребителя задаются его напряжение U и активная мощность Р , то с изменением cosφ изменится и ток потребителя. С уменьшением cosφ потребителя его ток возрастает

 (10.1)

Увеличение тока потребителя при снижении cosφ не должно превышать определенных пределов, так как питающие их генераторы рассчитываются на определенную номинальную мощность

, ВА(10.2)

При заданном напряжении U_H они могут быть нагружены током, не превышающим номинальное значение. Поэтому увеличение тока потребителя вследствие снижения его cosφ не должно превышать определенных пределов. Чтобы ток генератора не был выше номинального при снижении cosφ потребителя, необходимо снижать его активную мощность . В этом случае генератор будет полностью нагружен по току и недогружен по активной мощности.

Для сохранения неизменной активной мощности потребителя при снижении cosφ можно было установить генератор на большую номинальную мощность с тем, чтобы увеличение тока вследствие снижения cosφ не превышало его номинального значения. В этом случае активная мощность

Р=S_H cosφ (10.3)

которой будет нагружен генератор, составляет только часть номинальной S_H . Например, при снижении cosφ от 1 до 0,5 нагрузка генератора составляет только 50% от его номинальной мощности. Таким образом, cosφ характеризует, как используется номинальная мощность источника, и поэтому его называют коэффициентом мощности.

Работа источника питания в целом характеризуется к.п.д. генератора и первичного двигателя. Работа первичного двигателя определяется в основном активной мощностью генератора. Поэтому недогрузка генератора активной мощностью влечет за собой недогрузку и снижение к.п.д. первичного двигателя и всей энергетической установки. Себестоимость электроэнергии от этого повышается.

Работа потребителя с малым коэффициентом мощности, кроме ухудшения условий экономического использования источника питания, приводит к увеличению мощности потерь в лини передачи электрической энергии от источника к потребителю. Если сопротивление проводов этой лини r , то мощность потерь в ней

 (10.4)

Мощность потерь, как видно из этого выражения, тем больше, чем ниже cosφ установки. Следовательно, чем ниже cosφ потребителя, тем дороже будет обходиться передача к нему электроэнергии. При номинальном режиме потребители имеют довольно высокий коэффициент мощности, достигающий значения 0,7 – 0,9. Но при малой нагрузке их коэффициент мощности очень мал, что может привести к снижению cosφ энергетической установки в целом.

Чтобы повысить экономичность энергетических установок, принимают меры к повышению коэффициента мощности потребителей. Существует три основных способа увеличения коэффициента мощности:

1 Рациональное использование электрооборудования, заключающееся в следующем:

а) систематическое наблюдение за работой и нагрузкой двигателей, замена малонагруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

б) ограничение времени холостого хода двигателей, для чего необходимо применять автоматический пуск и остановку на расстоянии, блокировки и сигнализацию;

в) нормальная нагрузка двигателей путем улучшения технологического процесса, повышения загрузки оборудования;

г) отключение неработающих трансформаторов от сети;

д) применение высокоскоростных двигателей с короткозамкнутым ротором по возможности открытого исполнения;

е) качественный ремонт оборудования.

Проведение указанных мероприятий приводит к значительному увеличению естественного cosφ до 0,7-0,8. естественным называется коэффициент мощности, получающийся без применения специальных технических средств.

2 Технические мероприятия, заключающиеся в замене асинхронных двигателей синхронными, использование синхронных двигателей в качестве компенсаторов (то есть двигателей, работающих в холостую и вырабатывающих реактивную мощность) и в установке конденсаторов. Применение этих мероприятий приводит к искусственному повышению cosφ.

3 Тарифно-экономические мероприятия, которые заключаются в предоставлении предприятию скидки или взиманию надбавки к тарифу на электроэнергию в зависимости от величины коэффициента мощности.

При cosφ < 0,9 предприятие платит надбавку к тарифу по специальной шкале: при cosφ > 0,92 предприятие получает соответствующую скидку. Коэффициент мощности от 0,9 до 0,92 называется нейтральным, так как не оказывает влияния на стоимость электроэнергии.

Идея искусственного повышения cosφ заключается в следующем: общий ток потребителя рассматривают состоящим из активной и реактивной составляющих. Активная мощность потребителя при данном напряжении определяется активной составляющей тока

Р = U I_a (10.5)

поэтому при заданном значении активной мощности, активная составляющая тока должна оставаться неизменной. Снизить ток потребителя можно только за счет уменьшения реактивной составляющей тока потребителя. Последнее можно осуществить только путем параллельного подключения к нагрузке какого-либо приемника с емкостным током. Таким приемником может быть или синхронный компенсатор, или батарея специальных конденсаторов. Обычно при помощи батареи конденсаторов повышают cosφ до 0,9-0,95.