Коэффициент мощности и его значение

Большинство потребителей электрической энергии в процессе работы потребляют из сети вместе с активной и реактивную мощность. Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные электродвигатели (70 - 75% общего потребления реактивной мощности), трансформаторы (20 - 25%), воздушные электрические сети, реакторы, преобразователи и другие установки (около 10 %), в которых переменный магнитный поток связан с обмотками. Вследствие этого в обмотках при протекании переменного тока индуктируются реактивные ЭДС, обусловливающие сдвиг по фазе φ между напряжением и током. При малых нагрузках электрооборудования угол φ увеличивается, a cosφ уменьшается. Например, cosφ малонагруженных асинхронных электродвигателей составляет 0,2 - 0,4.

При определенной величине, потребляемой электроприемниками активной мощности и неизменном напряжении на зажимах приемников значение тока будет тем больше, чем меньше их коэффициент мощности cosφ, т. е. I = P/U∙cosφ. Таким образом, с уменьшением cosφ ток нагрузки электрической станции и подстанций будет увеличиваться при одной и той же отдаваемой потребителям мощности. Так как электрические генераторы, трансформаторы и электрические сети рассчитываются на определенные напряжение и ток, то при низких значениях cosφ их номинальные мощности используются не полностью. Например, при cosφ = 0,5 и полной нагрузке током генераторов, трансформаторов и сетей активная мощность, передаваемая потребителям, будет составлять всего 50 % от мощности, которая могла бы быть передана при cosφ = 1, (Р = S ∙ cosφ).

Следовательно, чем ниже cosφ потребителя, тем меньше активная (полезная) мощность генераторов и трансформаторов, а значит, и степень использования этих машин.

При передаче активной мощности по проводам ток в линии передачи I = P/U ∙ cosφ. Следовательно, чем меньше cosφ, тем больше должен быть ток в проводах для передачи той же полезной мощности. Это. приводит к увеличению сечения проводов и излишнему расходу цветных металлов.

Потеря мощности в проводах:

где Р  -  передаваемая активная мощность, кВт;

 r_пров - со­противление проводов, Ом.

Таким образом, потеря активной мощности в проводах обратно пропорциональна квад­рату cosφ.

Из приведенных примеров видно, какое большое зна­чение для народного хозяйства имеет величина коэффи­циента мощности потребителя электрической энергии. По­вышение cosφ всего на 0,01 дает дополнительное по­лезное использование электрической энергии порядка не­скольких сот миллионов киловатт-часов в год.

Коэффициент мощности энергетических систем в нашей стране достаточно высок. Нормальным считается соsφ = 0,85 - 0,9. За низкий коэффициент мощности пред­приятия, потребляющие электроэнергию, штрафуются, за высокий  -  премируются.

В целях повышения коэффициента мощности на промышленных предприятиях особое внимание должно быть обращено на: правильный выбор электродвигателей по мощности и типу для привода рабочих механизмов и машин; улучшение энергетического режима работы оборудования; недопущение работы асинхронных электродвигателей без нагрузки (холостого хода); замену мало загруженных электродвигателей двигателями меньшей мощности; замену, перестановку и отключение трансформаторов, загружаемых в среднем менее чем на 30 % их номинальной мощности; применение синхронных двигателей для установок электропривода, где это приемлемо ПО технико-экономическим соображениям; регулирование напряжения, подводимого к электродвигателю при тиристорном управлении; повышение качества ремонта электродвигателей и другого электрооборудования с сохранением их номинальных данных.

Повышение коэффициента мощности достигается также искусственным путем при помощи статических конденсаторов.

Если параллельно приемнику с индуктивной нагрузкой включить конденсатор, то реактивный ток приемника при наличии емкости уменьшится, а соs φ увеличится (рисунок  4.10, а). Из диаграммы (рисунок  4.10, б) видно, что при включении конденсатора активный ток I_а, протекающий в цепи, остается неизменным, а реактивная составляющая I_p1 уменьшится за счет емкостного тока до значения I_p.

Рисунок 4.10 - Электрическая цепь с компенсацией реактивного тока: а) - схема; б) - векторная диаграмма

Угол сдвига фаз φ₂ после подключения конденсатора меньше, чем φ₁. В связи с этим уменьшается и общий ток цепи со значения I₁ до значения I.

Задавшись желаемой величиной коэффициента мощно­сти (а следовательно, угла φ₂) и зная коэффициент мощ­ности электроустановки, потребную емкость конденсатора можно определить по формуле:

где Р = I_а ∙ U - активная мощность, кВт.

Потребная реактивная мощность конденсатора:

где Р - активная мощность, кВт;

 tgφ₁ - тангенс угла сдвига фаз, соответствующий коэффициенту мощности электроустановки;

 tgφ₂ - тангенс угла сдвига фаз, соответствующий коэффициенту мощности, который должен быть получен после компенсации.

Компенсация реактивной мощности электроустановок промышленных предприятий осуществляется с помощью статических (косинусных) конденсаторов, включаемых параллельно электроприемникам.

Косинусные конденсаторы (таблица 4.1) изготовляются следующих типов: KM, KM2, КМА, КМ2А, КС, КС2, КСА, КС2А, где буква К означает косинусный, М и С - с пропиткой минеральным маслом или синтетическим жидким диэлектриком, А - исполнение для наружной установки (без буквы А - для внутренней), 2 - исполнение в корпусе второго габарита (без цифры 2 - в корпусе первого габарита). Цифры после обозначения типа конденсатора показывают его номинальное напряжение (кВ) и номинальную мощность (квар). Например, тип КМ - 66 0,38-26 расшифровывается следующим образом: конденсатор косинусный, с пропиткой минеральным маслом, для внутренней установки, первого габарита, на напряжение 380 В, мощностью 26 квар.

Размещение конденсаторов в сетях напряжением до 1000 В и выше должно удовлетворять условию наибольшего снижения потерь активной мощности от реактивных нагрузок. При этом возможна компенсация: индивидуальная - с размещением конденсаторов непосредственно у токоприемника; групповая - с размещением конденсаторов у силовых шкафов и магистральных шинопроводов в цехах; централизованная - с подключением батареи на шины 0,38 и 6 - 10 кВ подстанции. Чаще применяется групповая компенсация.

Таблица 4.1 -  Шкала напряжений и мощностей косинусных конденсаторов

Uн, В	Qн, квар
	Серия I		Серия II		Серия III
	КМ, КМА	КМ2, КМ2А	КС, КСА	КС2, КС2А	КС, КСА	КС2, КС2А
1	2	3	4	5	6	7
220	4,5	9	6	12	8	16
380	13	26	18	36	25	50
500	13	26	18	36	-	-
660	13	26	20	40	25	50
1050	-	-	25	50	37,5	75
3150/3	13	26	25	50	37,5	75
3150,6300/3	13	26	25	50	37,5	75
6300,10500/3	13	26	25	50	37,5	75
10500	13	26	25	50	37,5	75

Пример.В сеть напряжением U = 220 В и частотой f = 50 Гц подключен электродвигатель мощностью Р = 4,62 кВт. Коэффициент мощности двигателя cos φ₁ = 0,84. Определить емкость конденсатора, подключенного параллельно двигателю и обеспечивающего повышение коэффициента мощности cos φ₂ до 0,92.

Решение.Определяем по таблицам тригонометрических функций значенияtg φ₁ = 0,649 и tg φ₂ = 0,425, соответствующие значениям cos φ₁ и cos φ_2.

Емкость конденсатора:

Пример.К шинам подстанции подключена нагрузка общей активной мощностью P = 500 кВт. Коэффициент мощности токоприемников cosφ₁ = 0,77. Определить мощность Q батареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности до величины cosφ₂ = 0,95.

Решение.По таблицам тригонометрических функций находим tgφ₁ = 0,839; tgφ₂ = 0,325, которые соответствуют значениям cosφ₁ и cosφ₂.

Мощность батареи конденсаторов:

Пример.К трансформатору S_н = 100 кВА, U_н = 220 В подключена группа электродвигателей, общая активная мощность которых Р = 60 кВт, cosφ₁ = 0,6 при частоте f = 50 Гц.

Определить емкость и мощность батареи конденсаторов, включен­ной параллельно группе электродвигателей для того, чтобы реактивная мощность установки уменьшилась до величины, при которой коэф­фициент мощности cosφ₂ = 0,9.

Решение.Активный ток установки:

Значения синусов:

· при cosφ₁ = 0,6 sinφ₁ = 0,8;

· при cosφ₂ = 0,9  sinφ₂ = 0,436.

Необходимый ток в батарее конденсаторов:

Емкость батареи конденсаторов:

Мощность батареи конденсаторов:

или

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №5

«Электрические цепи однофазного переменного тока»

Задание 1

Указать единицы измерения:

1. Частота пере­менного тока
2. Период колебаний Т
3. Полное сопротивление
4. Полная мощность
5. Активная мощность
6. Реактивная мощность
7. Реактивная энергия
8. Активная энергия

Задание 2

Написать формулу:

1. Частота пере­менного тока
2. Соотношение между действующим и амплитудным значениями пе­ременного тока
3. Соотношения между действующими и амплитудными значениями ЭДС и напряжения переменного тока
4. Мгновенное зна­чение ЭДС
5. Мгновенное зна­чение тока
6. Угловая частота
7. Число оборотов
8. Напряжение на индуктивности
9. Ток в индуктивности
10. Ток в емкости
11. Напряжение на емкости
12. Полное сопротивление для переменного тока
13. Закон Ома для переменного тока
14. Напряжение, приложенное к цепи при переменном токе и R-L-C - нагрузке
15. Угловая частота собственных колебаний в контуре
16. Частота собственных колебаний в контуре
17. Энергия магнитного поля
18. Энергии электрического поля
19. Активная мощность
20. Активная энергия
21. Реактивная мощность
22. Реактивная энергия
23. Полная мощность
24. Коэффициент мощности cos φ
25. Потери мощности в проводах
26. Требуемая реактивная мощность конденсаторов для компенсации реактивной мощности
27. Сдвиг по фазе между напряжением и током

Задание 3

Решить задачу:

К шинам подстанции подключена нагрузка общей активной мощностью P = 700 кВт. Коэффициент мощности токоприемников cos φ₁ = 0,75. Определить мощность Q батареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности до величины cos φ₂ = 0,99. tg φ₁ = 0,88 tg φ₂ = 0,142

Задание 4

Решить задачу:

К трансформатору S_H = 160 кВА, U_H = 380 В подключена группа электродвигателей, общая активная мощность которых Р = 60 кВт, cos φ₁ = 0,6 при частоте f = 50 Гц.

Определить емкость и мощность батареи конденсаторов, включен­ной параллельно группе электродвигателей для того, чтобы реактивная мощность установки уменьшилась до величины, при которой коэф­фициент мощности cos φ₂ = 0,9.

Задание 5

Изобразить принципиальную электрическую схему квартирной электропроводки:

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 2790; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!