11.4 Естественные и искусственные меры сокращения реактивной мощности. Расчет компенсационной установки с конденсаторами

Из приведенных рассуждений следует, что реактивную мощность установок, потребляющих электрическую энергию, надо по возможности сокращать.

На практике это достигается путем правильного выбора мощности электродвигателей переменного тока и трансформаторов, рациональной эксплуатации их без недогрузки и работы вхолостую. Эти и некоторые другие меры уменьшения реактивной мощности, связанные с выбором и эксплуатацией электрооборудования, называют естественными.

В тех случаях, когда естественные меры не могут обеспечить оптимальной величины реактивной мощности установки, принимают искусственные меры для ее компенсации.

Одной из таких мер является включение параллельно к приемникам батареи конденсаторов (рисунок 11.1).

Для определения мощности и емкости батареи конденсаторов должны быть известны величины напряжения сети U, реактивной мощности установки до компенсации Q₁ и после компенсации Q₂.

Можно установить батарею конденсаторов мощностью Q_C=Q₁, тогда Q₂=0. Полная компенсация реактивной мощности освобождает полностью сеть от реактивного тока.

Рисунок 11.1. Схема и векторная диаграмма компенсационной установки с конденсатором

Однако технико-экономические расчеты показывают, что полная компенсация в большинстве случаев не является оптимальным решением вопроса, так как компенсационное устройство оказывается более сложным и дорогим, чем при некоторой оптимальной величине реактивной мощности Q₂, которую определяют на основе технико-экономического сопоставления вариантов.

Мощность батареи конденсаторов Q_C и емкость конденсаторов С определяются по формулам:

Q_C=Q₁– Q₂, (11.8)

. (11.9)

Сущность компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторов видна из векторной диаграммы (рис.11.1,б). До включения конденсаторов ток в подводящих проводах I₁ отстает по фазе от напряжения на угол ₁. После включения батареи реактивная составляющая тока I_Р1 тока двигателя частично компенсируется емкостным током I_C.Из векторной диаграммы видно, что с под­ключением конденсатора С (ключ S замкнут) появляется ток I_С, за счет которого уменьшается угол  и увеличивается cos установки. При этом уменьшается ток цепи I, который до под­ключения конденсатора был равен току нагрузки I₁.

Если реактивные мощности до компенсации (Q₁) и после компенсации (Q₂) неизвестны, а известны активная мощность P и угол φ, то входящую в выражение (11.9 мощность Q_С) можно найти по формуле:

Q_C=P(tg₁ - tg₂). (11.10)

Для повышения коэффициента мощности конденсатор можно включать не только параллельно, но и последовательно с потребителем индуктивно­го характера. Однако при этом нарушается режим работы (напря­жение) потребителя. Поэтому параллельное подключение является предпочтительным.

Коэффициент мощности также можно повысить, увеличив активную нагрузку. Однако при этом увеличивается потребляемая энергия, что экономически нерационально (уменьшается КПД установки).