2.9. Повышение коэффициента мощности электротехнических установок.

Как показано ранее, полезное преобразование электрической энергии в другие виды энергии в электрической цепи характеризует активная мощность P. Активная мощность составляет часть полной мощности. Доля активной мощности в полной определяется коэффициентом мощности:

(2.182)

Чем ближе к единице, тем большую часть в полной мощности цепи составляет активная мощность, тем эффективней преобразование электрической энергии в другие виды энергии.

Поэтому коэффициент мощности имеет важное экономическое значение.

Большинство потребителей электрической энергии имеют активно-индуктивный характер, то есть они потребляют активную P и реактивную индуктивную мощность Q_L . Разность фаз φ>0. Коэффициент мощности cosφ < 1. При номинальной нагрузке потребителей , а при нагрузке меньше номинальной – ниже. Это требует мер по повышению коэффициента мощности.

Источником снижения является излишнее потребление реактивной мощности недогруженными двигателями и трансформаторами. Один из способов повышения коэффициента мощности – рациональное использование электрооборудования. Другой способ – применение специальных косинусных конденсаторов или синхронных компенсаторов, обладающих емкостным характером, подключаемых параллельно приемнику и потребляющих емкостный ток.

Схема замещения активно-индуктивного потребителя представлена последовательным соединением активного и индуктивного элементов с параметрами R_п и X_п (рис. 2.28).

Рис. 2.28. Схема замещения потребителя с косинусным конденсатором

Ток приемника

. (2.183)

Активная мощность определяется активной составляющей тока приемника:

. (2.184)

Ток в линии передачи до подключения конденсатора определяется током приемника:

. (2.185)

При замыкании ключа К емкостный элемент подключается параллельно приемнику. При этом ток в приемнике не изменяется и определяется выражением (2.183). Активная мощность по–прежнему определяется активной составляющей тока приемника в соответствии с (2.184).

Ток в конденсаторе

. (2.186)

Ток в линии передачи при подключенном конденсаторе по первому закону Кирхгофа:

. (2.187)

Анализ эффективности этого способа повышения коэффициента мощности может проведен по векторной диаграмме, показанной на рис. 2.29.

Рис. 2.29. Векторная диаграмма потребителя с косинусным конденсатором

Здесь ток приемника I_П имеет активно–индуктивный характер и отстает от напряжения на угол, определяемый разностью фаз приемника φ_П. Ток конденсатора I_C опережает по фазе напряжение на π/2. Ток в линии при подключенном конденсаторе определяется в соответствии с (185) суммой векторов I_П и I_C. При этом ток в линии отстает по фазе от напряжения на угол , меньший, чем φ_П :

, (2.188)

т.е. коэффициент мощности увеличился:

. (2.189)

. Величина тока в линии передачи уменьшилась при подключении конденсатора. Практически это означает, что при той же активной мощности приемника полная мощность уменьшилась, т.к. уменьшился ток:

(2.190)

Таким образом, подключив конденсатор параллельно потребителю, можно повысить коэффициент мощности установки при неизменной активной мощности.

Меньший ток в линии передачи обуславливает меньшие потери, меньшую нагрузку для источника электроэнергии, позволяет подключать к нему дополнительные потребители. Все это делает электроустановку в целом более рациональной.

Емкость батареи конденсаторов, необходимая для повышения коэффициента мощности, определяется исходя из закона Ома для емкостного элемента (2.75):

. (2.191)

Очевидно, наиболее рациональным будет режим, при котором ток конденсатора равен реактивной составляющей тока приемника:

. (2.192)

При этом коэффициент мощности cosφ = 1.

Необходимая для этого емкость конденсатора

. (2.193)

Обычно таким способом удается повысить коэффициент мощности до значения cosφ = 0,92 ÷ 0,95. Это ограничено тем, что режим работы потребителей нестабилен, величина нагрузки непрерывно изменяется.

Повышение электрических установок является важной технико-экономической проблемой. Поэтому в нашей стране для предприятий введен дифференциальный тариф на электроэнергию. Её стоимость снижается, если на предприятии осуществляются мероприятия по повышению среднего значения над нормативным значением. При низком коэффициенте мощности оборудования плата за электроэнергию оказывается больше. В быту проблема повышения коэффициента мощности не возникает, т.к. бытовые электроприборы обладают достаточно высоким .