2.12. Повышение коэффициента мощности

На современных промышленных предприятиях большинство потре­бителей электрической энергии переменного тока представляют собой индуктивно-активную нагрузку в виде асинхронных двигателей, сварных трансформаторов, преобразователей и т. п. Активная мощность подоб­ных потребителей помимо заданной нагрузки зависит также и от При заданной активной мощностиР потребителя с уменьшением cosφ возрастает потребляемый им ток: Увеличение тока потребителя при сниженииcosφ не должно превышать определенных пределов, так как питающие их генераторы рассчитываются на опреде­ленную номинальную мощностьвследствие чего они не должны оказаться перегруженными.

Для того чтобы ток генератора не превышал номинального значе­ния при снижении cosφ потребителя, необходимо снижать его актив­ную мощность. Таким образом, понижение cosφ потребителей вызывает неполное использование мощности синхронных генераторов, трансфор­маторов и линий электропередачи. Они бесполезно загружаются за счет индуктивного реактивного тока I_L, наличие которого в линиях электро­передачи увеличивает потери в проводах линий (r_л). Мощность потерь в линиях электропередач

(2.80)

Следовательно, потери в линиях электропередачи складываются из потерь за счет прохождения активного I_r и реактивного I_L токов, причем, как следует из (2.80), мощность потерь будет тем больше, чем нижеэлектроприемника, например сварного трансформатора, у которогоособенно низок. Более эффективное и полное использование мощности генераторов возможно тогда, когда они работают при номинальных напряжении и токе и на большемВ этом случае генераторы развивают наибольшую активную мощность:

(2.81)

При работе генераторов на номинальных напряжении и токе, но изменяющемся cosφ, значение которого зависит от электроприемников, активная мощность, выдаваемая генераторами, пропорциональна cosφ; следовательно, уменьшение cosφ ведет к снижению эффективности использования мощностей генераторов электрических станций. Если же приемник работает при постоянных активной нагрузке и напряжении сети, но при различных значениях cosφ, то ток, потребляемый им из сети, обратно пропорционален cosφ, т. е. в этом случае с уменьшением cosφ ток, потребляемый из сети, увеличивается. Таким образом, низ­кий коэффициент мощности не дает возможности полностью исполь­зовать номинальную полную мощность генераторов электрических станций и в то же время вызывает увеличение потерь энергии в линии электропередач. Поэтому для повышения экономичности электро­передачи в целом необходимо принимать меры к повышению cosφ электроприемников. Например, асинхронные двигатели, трансформаторы при нагрузке, близкой к номинальной, имеют наибольший cosφ, поэтому следует не допускать их работу при малой нагрузке или вхолостую.

При возрастании реактивного токаувеличивается магнитный поток приемника (потребителя), энергия на создание которого подается от генераторов электростанции. При уменьшении токамагнитный поток уменьшается и, следовательно, уменьшается энергия магнитного поля, запасенная в магнитном поле приемника, которая возвращается обратно к электростанции. Интенсивность обмена энергией между электростанцией и потребителем при неизменной активной мощности зависит от cosφ. Повышение cosφ приемника ведет к уменьшению энергии, которая циркулирует между электростанцией и потребителем при Р = const. Для уменьшения энергии, затрачиваемой на создание магнитного потока, используют явление резонанса токов, когда эту энергию можно получить не от электростанции, а от конденсатора, параллельно подключенного к электроприемнику. Такой режим позволяет разгрузить источник энергии и линию электропередачи.

Однако для полной компенсации сдвига фаз реактивная (емкостная) мощность Q_C должна быть равна реактивной (индуктивной) мощности , что на практике получить трудно. Поэтому обычно осуществляют неполную компенсацию сдвига фаз, так как наличие небольшого реактивного тока в цепи прибольшого значения не имеет.

Для каждой установки, являющейся индуктивным потребителем, задают определенное значение cosφ, которое она должна иметь после компенса­ции. Для уменьшения сдвига фаз φ_н цепи (рис. 2.18, а) до заданного значения φ необходимо снизить результирующий реактивный ток

как показано на векторной диаграмме рис. 2.18,6. Здесь — реактивный ток после компенсации,— реактивный ток в цепи до компенсации. Активный токсвязан с реактивным токомсоотношением, причем активный ток при компенсации остается без изменения. Разность реактивных токов до и после компен­сации численно равна емкостному току, необходимому для компенса­ции:

Согласно закону Ома, емкостный ток в ветви с емкостью С тогда емкость, необходимая для компенсации,

(2.82)

Повышение cosφ электрических установок является важнейшей народнохозяйственной задачей и в масштабах всей страны означает значительную экономию электрической энергии за счет уменьшения потерь в генераторах, трансформаторах, двигателях переменного тока и в линиях электропередачи. Для поощрения промышленных пред­приятий за повышенный cosφ в нашей стране введен дифференциро­ванный тариф на оплату за электроэнергию, т. е. ее стоимость понижает­ся с повышением значения cosφ.