Как повысить коэффициент мощности без использования компенсирующих конденсаторов

Компенсация реактивной мощности позволяет значительно экономить топливно-энергетические ресурсы и денежные средства. Ее определяют по показаниям реактивных счетчиков. Активная мощность, кВт, характеризует интенсивность преобразования электрической энергии в тепловую, механическую, световую и т. д. Реактивная мощность, квар, характеризует интенсивность обмена мощности между генератором и потребителем; электрическая энергия при этом не преобразуется.

Для промышленных объектов промышленных предприятий характерно заметное превышение реактивной мощности над активной. Потери энергии, как известно, пропорциональны квадрату полного тока. Реактивные нагрузки обусловливают значительные потерн энергии. Для повышения экономичности электроснабжения предприятия и его цехов, улучшения качества напряжения и повышения производительности электрифицированного оборудования необходимо уменьшать эти нагрузки.

Уменьшения реактивных нагрузок в условиях эксплуатации достигают в результате организационно-технических мероприятий, главным образом применения компенсирующих устройств.

При недостаточной компенсации прохождение реактивных нагрузок по линиям электропередач и через трансформаторы приводит к уменьшению их пропускной способности, потерям энергии и напряжения во всех элементах схемы электроснабжения. Следствием этого являются повышенный расход топливно-энергетических ресурсов и необходимость дополнительных затрат на расширение электростанций, увеличение установленной мощности силовых трансформаторов и сечения проводников.

Для повышения экономичности электроснабжения промышленных предприятий необходимо стремиться к уменьшению потребляемой реактивной мощности до значений, задаваемых энергосистемой.

Для повышения коэффициента мощности путем улучшения работы электроустановок без применения компенсирующих устройств проводятся следующие мероприятия:

Электродвигатель для рабочей машины следует подбирать в соответствии с режимом ее работы, учитывая допустимую перегрузку двигателя.

Во всех случаях желательно выбирать электродвигатель с более высоким номинальным коэффициентом мощности. Там, где это возможно, необходимо отдавать предпочтение двигателям с большей скоростью вращения и с короткозамкнутым ротором, вращающимся на подшипниках качения.

Если электродвигатели уже установлены и возможность их замены исключается, то для повышения коэффициента мощности рекомендуется пересмотреть технологию производства и по возможности модернизировать механизмы. Например, если на шпалорезках, лесопильных рамах, торцовках и т. д. двигатели загружены не полностью, их загрузку можно увеличить, повысив скорость пиления, увеличив скорость подачи, в связи с чем повысится их производительность.

Замена незагруженных асинхронных электродвигателей двигателями меньшей номинальной мощности не всегда целесообразна. Объясняется это тем, что у электродвигателей меньшей мощности при других равных параметрах номинальный к. п. д. ниже, поэтому после замены потери в двигателе могут оказаться выше, чем до замены. Как показывают подсчеты и опыт, при средней загрузке двигателя на 45% от номинальной мощности замена целесообразна всегда. Если же загрузка находится в пределах от 45 до 70%, то целесообразность замены должна быть проверена расчетом. При загрузках выше 70% замена в большинстве случаев нецелесообразна, тем более, что это связано с расходом на демонтаж установленного электродвигателя и монтаж заменяющей его машины.

Заметную роль в режиме работы электродвигателей играет постоянство подводимого напряжения. На маломощных электростанциях иногда поддерживают напряжение выше номинального, что приводит к увеличению тока холостого хода, а следовательно, к увеличению реактивной мощности. Поэтому для повышения коэффициента мощности необходимо поддерживать номинальное напряжение.

В целях повышения коэффициента мощности особенное внимание следует обращать на качество ремонта электродвигателей.

Изменения коэффициента мощности и к. п. д. короткозамкнутого асинхронного электродвигателя при включении обмоток статора звездой и треугольником двигателя снижает коэффициент мощности, поэтому необходимо следить, чтобы в отремонтированном двигателе сохранились: прежнее число последовательно соединенных витков в фазе; суммарное поперечное сечение обмотки фазы, т. е. сумма сечений проводов всех параллельных ветвей; прежний воздушный зазор. Если после ремонта окажется, что воздушный зазор увеличился более чем на 15% против нормы, такой двигатель использовать не рекомендуется.

Значительные результаты в повышении естественного коэффициента мощности предприятия можно получить при более рациональном использовании трансформаторов. Так как основная часть реактивной мощности, потребляемой трансформатором, приходится на мощность холостого хода, рекомендуется по возможности отключать трансформаторы на время холостого хода. Следует заменять трансформаторы, загрузка которых составляет 30% и меньше; в остальных случаях целесообразность замены или перестановки трансформаторов определяется расчетом. При этом следует иметь в виду, что повышение коэффициента загрузки трансформатора до 0,6 приводит к заметному повышению коэффициента мощности, а при дальнейшем увеличении коэффициента загрузки от 0,6 до 1 коэффициент мощности улучшается незначительно.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Повышение коэффициента мощности в цепях синусоидального тока

Большинство современных потребителей электрической энергии имеют индуктивный характер нагрузки, токи которой отстают по фазе от напряжения источника. Так для асинхронных двигателей, трансформаторов, сварочных аппаратов и других реактивный ток необходим для создания вращающегося магнитного поля у электрических машин и переменного магнитного потока трансформаторов.

Активная мощность таких потребителей при заданных значениях тока и напряжения зависит от cos φ:

Снижение коэффициента мощности приводит к увеличению тока.

Косинус фи особенно сильно снижается при работе двигателей и трансформаторов вхолостую или при большой недогрузке. Если в сети есть реактивный ток мощность генератора, трансформаторных подстанции и сетей используется не полностью. С уменьшением cos φ значительно возрастают потери энергии на нагрев проводов и катушек электрических аппаратов.

Потери на нагрев проводов сети и обмоток генератора (трансформатора) Pнагр = I 2 сети х Rсети пропорциональны квадрату тока, то есть они возрастают в 1,25 2 = 1,56 раза.

При cos φ = 0,5 сила тока в сети при той же активной мощности равна 100 / 0,5 = 200 А, а потери в сети возрастают в 4 раза (!). Возрастают потери напряжения в сети, что нарушает нормальную работу других потребителей.

Счетчик потребителя во всех случаях отсчитывает одно и то же количество потребляемой активной энергии в единицу времени, но в последнем случае генератор подает в сеть силу тока, в 2 раза большую, чем в первом. Нагрузка же генератора (тепловой режим) определяется не активной мощностью потребителей, а полной мощностью в киловольт-амперах, то есть произведением напряжения на силу тока, протекающего по обмоткам.

Если обозначить сопротивление проводов линии R л, то потери мощности в ней можно определить так:

Таким образом, чем выше потребителя, тем меньше потери мощности в линии и дешевле передача электроэнергии.

Следовательно, повышение коэффициента мощности увеличивает степень использования мощности генераторов.

1) заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности,

2) понижением напряжения

3) выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу,

4) включением в сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока.

Для компенсации cos φ в электрических установках до нескольких сотен кВА применяют косинусные конденсаторы. Их выпускают на напряжение от 0,22 до 10 кВ.

При построении векторной диаграммы в качестве исходного вектора принят вектор напряжения источника. Если нагрузка представляет собой индуктивный характер, то вектор тока I 1 отстает от вектора напряжения на угол φ 1 I а совпадает по направлению с напряжением, реактивная составляющая тока I р отстает от него на 90° (рис. 2 б).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Основные способы повышения коэффициента мощности

Как повысить коэффициент мощности в цепях синусоидального тока

Влияние реактивного тока

Большинство современных потребителей электрической энергии имеют индуктивный характер нагрузки, токи которой отстают по фазе от напряжения источника. Так дл асинхронных двигателей, трансформаторов, сварочных аппаратов и других реактивный ток необходим для создания вращающегося магнитного поля у электрических машин и переменного магнитного потока трансформаторов.Активная мощность таких потребителей пи заданных значениях тока и напряжения зависит от :

Снижение коэффициента мощности
приводит к увеличению тока.
особенно сильно снижается при работе двигателей и трансформаторов вхолостую или при большой недогрузке. Если в сети есть реактивный ток, мощность генератора, трансформаторных подстанции и сетей используется не полностью.

Внимание! С уменьшением
значительно возрастают потери энергии на нагрев проводов и катушек электрических аппаратов.
Например, если активная мощность остается постоянной, обеспечивается током 100 А при =1, то при понижении до 0,8 и той же мощности сила тока в сети возрастает в 1,25 раза.

Потери на нагрев проводов сети и обмоток генератора (трансформатора) Рнагр=I2сети хRсети пропорциальны квадрату тока, то есть они возрастают в 1,252=1,56 раза.

При =0,5 сила тока в сети при той же активной мощности равна 100/0,5=200 А, а потери в сети возрастают в 4 раза. Возрастают потери напряжения в сети, что нарушает нормальную работу других потребителей.

Счетчик потребителя во всех случаях отсчитывает одно и то же количество потребляемой активной энергии в единицу времени, но в последнем случае генератор подает в сеть силу тока, а в 2 раза большую, чем в первом. Нагрузка же генератора (тепловой режим) определяется не активной мощностью потребителей, а полной мощностью в киловольт-амперах, то есть произведением напряжения на силу тока, протекающего по обмоткам.

Если обозначить сопротивление проводов линии Rл, то потери мощности в ней можно определить так:

Таким образом, чем выше коэффициент мощности потребителя, тем меньше потери мощности в линии и дешевле передача электроэнергии.

Коэффициент мощности – это величина, которая показывает, как используется номинальная мощность источника.

Так, для питания приемника 1000кВт при =0,5 мощность генератора должна быть S=P/ =1000/0,5=2000кВА, а при =1 S=1000 кВА.

Следовательно, повышение коэффициента мощности увеличивает степень использования мощности генераторов.

Для повышения коэффициента мощности электрических установок применяют компенсацию реактивной мощности.

Увеличения коэффициента мощности (уменьшения угла — сдвига фаз тока и напряжения) можно добиться следующими способами:

— заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

— выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу;

— включением в сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока.

На мощных районных подстанциях для этой цели специально устанавливают синхронные компенсаторы – синхронные перевозбужденные электродвигатели.

Основные способы повышения коэффициента мощности

Повышение коэффициента мощности может быть осуществлено:

улучшением использования электрооборудования и приме­нением, где это возможно, синхронных двигателей вместо асин­хронных;

применением специальных технических средств.

Улучшение использования электрооборудования заключается в основном в увеличении загрузки, асинхронных двигателей и трансформаторов, в замене малозагруженных асинхронных дви­гателей и трансформаторов двигателями и трансформаторами меньшей мощности. Это мероприятие в некоторых случаях мо­жет дать весьма ощутимый эффект.

Применение синхронных двигателей, которые работают с опережающим коэффициентом мощности, может значительно повысить общий коэффициент мощности по предприятию з це­лом. При отсутствии синхронных двигателей коэффициент мощ­ности, как правило, всегда ниже требуемой величины и прихо­дится применять специальные меры для его Повышения.

Искусственное повышение коэффициента мощности осуще­ствляется за счет компенсации потребляемой реактивной мощ­ности с помощью установки специальных компенсаторов реак­тивной мощности.

На рис. 31.1 показан принцип компенсации реактивной мощ­ности, потребляемой из энергосистемы.

До компенсации потребляемые из энергосистемы реактив­ная и полная мощности равны Q и S.

После компенсации реак­тивная мощность, потребляемая из энергосистемы, будет меньше на величину мощности компенсатора QK, т. е.
Q’=Q
—QK, умень­шится и полная мощность до величины, равной
S’,
что приве­дет к повышению коэффициента мощности на шинах под­станции.

Компенсация реактивной мощности может быть осуществ­лена применением синхронных компенсаторов и статических конденсаторов.

Синхронный компенсатор представляет собой синхронную машину, работающую как двигатель — вхолостую, т. е. без на­грузки. Применяют их при требуемой мощности компенсатора в несколько тысяч квар.

Наибольшее распространение в качестве компенсаторов ре­активной мощности получили статические конденсаторы. Их преимущества:

незначительная величина потерь активной мощности (0,3— 0,1 % полной реактивной мощности);

надежность работы и простота эксплуатации благодаря от­сутствию вращающихся и трущихся частей;

малый вес, исключающий необходимость в специальных фундаментах;

простота и легкость подбора необходимого числа конденса­торов;

независимость работы всей компенсирующей установки от выхода из строя отдельного конденсатора;

установка конденсаторов в любой точке сети: у приемников тока, на КРП и ГПП.

Мощность батареи конденсаторов

— суточный расход активной электроэнергии, кВт∙ч; Ф1 и ф2 — угол сдвига фаз до и после компенсации реактивной мощности; &и — коэффициент использования статических кон­денсаторов во времени, равный 0,9—0,95.

Число конденсаторов (на все три фазы) определяют по уравнению

где QK— мощность батареи конденсаторов, квар; qK

— номи­нальная мощность одного конденсатора, квар;
U
ном — номиналь­ное напряжение на шинах подстанции, кВ;
UK
— номинальное напряжение конденсатора, кВ.

Компенсация реактивной мощности может быть индивиду­альной, групповой и централизованной.

При индивидуальной компенсации конденсаторы устанавли­вают непосредственно у отдельных двигателей или трансфор­маторов. При этом от реактивной мощности разгружается вся линия до потребителя электроэнергии.

При групповой компенсации конденсаторы устанавливают на распределительных пунктах (РП), к которым подключают несколько потребителей электроэнергии.

Для централизованной компенсации конденсаторная уста­новка подключается к шинам ГПП или КРП.

В зависимости от способа компенсации конденсаторные ус­тановки включаются по различным схемам.

При индивидуальной компенсации конденсаторная установка присоединяется через общий выключатель с электродвигателем или трансформатором (рис. 31.2).

При централизованной и групповой компенсации конденса­торная установка присоединяется к шинам 6 кВ ГПП, КРП или распределительного пункта через отдельный выключатель, при мощности конденсаторной установки больше 400 квар — через масляный или вакуумный выключатель, если мощность конденсаторов меньше 400 квар — через выключатель нагрузки (рис. 31.3).

Для обеспечения безопасности обслуживания конденсатор­ных установок необходимо снять электрический заряд отклю-

ченной от сети конденсаторной установки. Для этого к конден­саторной батарее подключают наглухо разрядное сопротивле­ние. В схеме индивидуальной компенсации (см. рис. 31.2) разрядным сопротивлением являются обмотки двигателя или тран­сформатора.

При централизованной или групповой компенсации (см. рис. 31.3) разрядным сопротивлением являются первичные об­мотки трансформаторов напряжения НОМ-6. Для контроля це­лостности цепи разряда к вторичным обмоткам трансформато­ров напряжения подключены неоновые лампы.

Защита от коротких замыканий в конденсаторной установке осуществляется максимальной токовой защитой. Кроме того, каждый конденсатор защищен плавким предохранителем, кото­рый отключает конденсатор при коротком замыкании (пробое) в конденсаторе.

Для учета отданной конденсаторной установкой в сеть энер­гии устанавливают счетчик реактивной энергии.

Тарификация электроэнергии

Электроэнергия, расходуемая промышленными предприятиями, оплачивается по двухставочному тарифу, состоящему из основ­ной и дополнительной ставок.

С промышленных предприятий с годовым максимумом на­грузки не ниже 500 кВт основная плата взимается за 1 кВт за­явленной активной мощности, участвующей в суточном мак­симуме нагрузки энергосистемы. Под заявленной мощностью понимается наибольшая получасовая активная мощность и оп­тимальная реактивная мощность, потребляемые предприятием в часы суточного максимума нагрузок энергосистемы.

Дополнительная ставка предусматривает плату за каждый киловатт-час потребляемой активной энергии, учтенной счетчи­ками расчетного учета.

Кроме того, при расчетах за электроэнергию применяют шкалу скидок и надбавок. Скидки и надбавки определяются в зависимости от выполнения предприятием требований энергоснабжающей организации к потреблению реактивной мощ­ности в часы максимума активной нагрузки энергосистемы. Ко­личественным показателем этого являются оптимальный и фак­тический коэффициенты компенсации реактивной мощности.

Оптимальный коэффициент компенсации реактивной мощности

потребителем мощность, участвующая в максимуме нагрузки энергосистемы и зафиксированная в приложении к договору на использование электроэнергии, кВт; Q8 — оптимальная реактивная нагрузка потребителя, заданная энергоснабжающей организацией и зафиксированная в прило­жении к договору на пользование электроэнергией, квар; QM

— фактическая реактивная нагрузка потребителя, участвующая в максимуме нагрузки энергосистемы, квар.

Скидка или надбавка к тарифу на электроэнергию опреде­ляется по шкале скидок и надбавок.

Стоимость электроэнергии (руб.), потребляемой предприя­тием за определенный промежуток времени (месяц, квартал, год), определяется по формуле

— ставка за каждый киловатт заявленной мощности, руб.;
d
— стоимость 1 кВт∙ч активной энергии, учтенной счетчиками, руб./кВт∙ч;
W
а — расход активной энергии, кВт∙ч;
α
— над­бавка ( + ) или скидка (—) в зависимости от значений коэф­фициентов компенсации реактивной мощности.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования…

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем…

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот…

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры…

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Математически cos φ

Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин (отсюда и название параметра).

Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.

Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.

Когда токи / напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.

Васильев Дмитрий Петрович Профессор электротехники СПбГПУ

В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.

Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.

Короткое видео о кратким объяснением, что такое коэффициент мощности:

Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, физический смысл

Содержание

Коэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями расходуется электрическая энергия. Другими словами, коэффициент мощности описывает электроприемники с точки зрения присутствия в потребляемом токе реактивной составляющей.

В этой статье мы рассмотрим физическую сущность и основные методы определения cos φ.

Источник

Способы повышения коэффициента мощности

Большинство потребителей электрической энергии синусоидального тока представляют активно-индуктивные нагрузки, токи которых отстают по фазе от напряжения сети. Для потребителей электрической энергии при заданном напряжении питающей сети U и потребляемой активной мощности Р, ток потребителя зависит от величины cos j :

,

то есть с уменьшением cos j ток возрастает. Электрические генераторы, трансформаторы и электрические сети рассчитываются на определенные значения напряжения и тока . Поэтому при cos j = 0.5 и полной загрузке током генераторов, трансформаторов и сетей, потребителю может быть передана активная мощность, составляющая 50% от номинальной активной мощности трансформаторов и генераторов при cos j = 1. Таким образом, генераторы, трансформаторы и сеть будут полностью загружены по току и недогружены по активной мощности. Поэтому величину cos j, характеризующую использование номинальной мощности источника электрической энергии, называют коэффициентом мощности. Работа потребителей с малым коэффициентом мощности, кроме ухудшения условий использования источника питания, приводит к увеличению мощности потерь в линиях передач, вследствие увеличения передаваемого тока.

Существует несколько способов для увеличения коэффициента мощности, основанных на подключении к нагрузке приемника с емкостным током:

1. Применение синхронных двигателей, которые позволяют регулировать cos j при изменении тока возбуждения (синхронные компенсаторы).

2. Параллельно приемникам электрической энергии подключают конденсаторы.

Емкость конденсаторов, необходимая для уменьшения угла сдвига фаз между током и напряжением от j₁ до требуемого значения j ₂ определяется из выражения:

.

Источник