Тема 11. Энергосберегающие технологии в промышленности

Компенсация реактивной мощности в электрических цепях с помощью конденсаторов. Реактивная мощность электрических установок. Коэффициент мощности. Влияние величины реактивной мощности на технико-экономические показатели электроустановок. Естественные и искусственные меры сокращения реактивной мощности. Расчет компенсационной установки с конденсаторами

11.1 Компенсация реактивной мощности в электрических цепях

с помощью конденсаторов

В электрической цепи переменного тока, в которой имеются катушка индуктивности и конденсатор, включенные последовательно или параллельно, общая реактивная мощность цепи всегда меньше, чем реактивная мощность каждого из элементов.

Благодаря взаимному обмену энергией между катушкой и конденсатором источник частично или полностью освобождается от поставки реактивной энергии в цепь.

В этом случае говорят о компенсации реактивной мощности катушки реактивной мощностью конденсатора и наоборот (реактивные мощности Q_L и Q_С имеют противоположные знаки). Полная компенсация реактивной мощности имеет место при резонансе.

Компенсация реактивной мощности в электрических сетях имеет большое технико-экономическое значение. Далее кратко рассмотрены общие сведения по этому вопросу и принцип применения конденсаторов для компенсации реактивной мощности.

11.2 Реактивная мощность электрических установок. Коэффициент мощности

Энергетический процесс в катушке индуктивности, включенной в цепь переменного тока, характеризуется активной мощностью P и реактивной мощностью Q:

P=UIcos, (11.1)

Q=UIsin. (11.2)

В электрической схеме замещения замещения такая катушка представлена активным сопротивлением R и индуктивностью L, или активной проводимостью G и реактивной проводимостью Y.

В этом отношении катушке индуктивности подобны многочисленные устройства переменного тока: асинхронные двигатели, индукционные нагревательные установки, трансформаторы, воздушные линии и др.

Получая от генераторов электрическую энергию, эти устройства передают или преобразуют ее в другие виды энергии (активная мощность Р), т.е. выполняют те функции, для которых созданы.

Одновременно они обмениваются энергией с источниками (реактивная мощность Q), что является процессом хотя и нежелательным, но неизбежным, так как без магнитного поля и периодического накопления энергии в нем перечисленные устройства работать не могут.

Коэффициент мощности (cosφ)– отношение активной мощности потребителя к полной:

cosφ = P/S. (11.3)

Чем меньше cos, тем большую мощность S должен иметь источник для питания этого потреби­теля, т. е. тем больше его габариты, вес, расход материалов, стои­мость и др.

Ток в цепи потребителя с определенным коэффициентом мощности равен:

I=P/(Ucos). (11.4)

Видно, что чем меньше cos, тем больше ток потребителя I, тем больший ток проходит по проводам линий электропередачи, тем больше потери энергии в этой линии и меньше КПД ее и всей системы. Кроме того, увеличение тока требует для его передачи проводов большего сечения, т. е. большего расхода цветных металлов.

В России установлен минимально допустимый коэффициент мощности не менее 0,93, т.е. cos должен быть равен или больше 0,93.

Однако коэффициент мощности большинства электрических потребителей пере­менного тока меньше этой нормы. Так, например, cos асин­хронных двигателей, в зависимости от нагрузки, составляет 0,2…0,85, трансформаторов – 0,5…0,9, выпрямителей – 0,7…0,85 и т.д. Следовательно, коэффициент мощности этих потребителей необходимо повышать.

На каждом предприятии одновременно работают электродвигатели (их может быть десятки и сотни), трансформаторы и другие устройства. Чем больше их число и чем меньше их коэффициент мощности, тем больше общая реактивная мощность электрооборудования производственного участка, цеха, всего предприятия.

Величина общей реактивной мощности электрической установки или электрооборудования предприятия в целом зависит еще и от правильного выбора, степени загрузки электродвигателей, трансформаторов, от соблюдения правил эксплуатации электрооборудования.

Для обеспечения оптимальной величины тока и требуемых величин напряжения в сети необходимо иметь оптимальный баланс реактивных мощностей (индуктивной и емкостной).