Povećanje faktora snage u krugovima sinusne struje

Većina modernih potrošača električne energije ima induktivnu prirodu opterećenja, čije struje zaostaju za naponom izvora. Dakle, za indukcijske motore, transformatori, aparati za zavarivanje a ostala jalova struja potrebna je za stvaranje okretnog magnetskog polja u električnim strojevima i izmjeničnog magnetskog toka u transformatorima.

Aktivna snaga takvih potrošača pri zadanim vrijednostima struje i napona ovisi o cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Smanjenje faktora snage dovodi do povećanja struje.

Kosinus phi posebno je značajno smanjen kada su motori i transformatori u praznom hodu ili pod velikim opterećenjem. Ako mreža ima jalovu struju, snaga generatora, transformatorske stanice i mreže nije u potpunosti iskorištena. Kako se cosφ smanjuje, oni se značajno povećavaju gubitak energije za grijanje žica i zavojnica električnih uređaja.

Na primjer, ako stvarna snaga ostane konstantna, osigurava se strujom od 100 A pri cosφ= 1, zatim sa smanjenjem cosφ na 0,8 i istom snagom struja u mreži raste 1,25 puta (I = Imreža x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Gubici na žicama mreže grijanja a namoti generatora (transformatora) Pload = I2nets x Rnets proporcionalni su kvadratu struje, odnosno povećavaju se za 1,252 = 1,56 puta.

Pri cosφ= 0,5 struja u mreži uz istu djelatnu snagu jednaka je 100 / 0,5 = 200 A, a gubici u mreži se povećavaju 4 puta (!). Raste gubici mrežnog naponašto remeti normalan rad drugih korisnika.

Korisničko brojilo u svim slučajevima javlja istu količinu utrošene aktivne energije u jedinici vremena, ali u drugom slučaju generator napaja mrežu strujom koja je 2 puta veća od one u prvom. Opterećenje generatora (toplinski način rada) određeno je ne aktivnom snagom potrošača, već ukupnom snagom u kilovolt-amperima, odnosno umnoškom napona s jakost strujeteče kroz zavojnice.

Ako označimo otpor žica linije Rl, tada se gubitak snage u njemu može odrediti na sljedeći način:

Dakle, što je veći korisnik, manji su gubici snage u vodu i jeftiniji je prijenos električne energije.

Faktor snage pokazuje kako se koristi nazivna snaga izvora. Dakle, za napajanje prijemnika od 1000 kW pri φ= 0,5 snaga generatora treba biti S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, a pri cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Stoga povećanje faktora snage povećava iskorištenje snage generatora.

Za povećanje faktora snage (cosφ) koriste se električne instalacije kompenzacija jalove snage.

Povećanje faktora snage (smanjenje kuta φ — fazni pomak struje i napona) može se postići na sljedeće načine:

1) zamjena malo opterećenih motora motorima manje snage,

2) pod naponom

3) isključivanje motora i transformatora u stanju mirovanja,

4) uključivanje posebnih kompenzacijskih uređaja u mrežu, koji su generatori vodeće (kapacitivne) struje.

U tu svrhu, sinkroni kompenzatori - sinkroni preuzbudjeni elektromotori - posebno su instalirani na snažnim regionalnim trafostanicama.

Sinkroni kompenzatori

Za povećanje učinkovitosti elektrana, najčešće korištene baterije kondenzatora spajaju se paralelno s induktivnim opterećenjem (slika 2 a).

Riža. 2 Uključivanje kondenzatora za kompenzaciju jalove snage: a — krug, b, c — vektorski dijagrami

Za kompenzaciju cosφ u električnim instalacijama do nekoliko stotina kVA koriste se kosinusni kondenzatori… Proizvode se za napone od 0,22 do 10 kV.

Kapacitet kondenzatora potreban za povećanje cosφ sa postojeće vrijednosti cosφ1 na potrebni cosφ2 može se odrediti iz dijagrama (sl. 2 b, c).

Prilikom konstruiranja vektorskog dijagrama, vektor napona izvora se uzima kao početni vektor. Ako je opterećenje induktivno, tada vektor struje Az1 zaostaje za kutom vektora napona φ1Aza poklapa se u smjeru s naponom, reaktivna komponenta struje Azp zaostaje za njim za 90 ° (slika 2 b).

Nakon spajanja kondenzatorske baterije na korisnika, struja Az određuje se kao geometrijski zbroj vektora Az1 i Az° C... U ovom slučaju, vektor kapacitivne struje prethodi vektoru napona za 90 ° (slika 2, c) . Ovo pokazuje vektorski dijagram φ2 <φ1, tj. nakon uključivanja kondenzatora faktor snage raste s cosφ1 na cosφ2

Kapacitet kondenzatora može se izračunati pomoću vektorskog dijagrama struja (slika 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

S obzirom da je P = UI, pišemo kapacitet kondenzatora C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

U praksi se faktor snage obično povećava ne na 1,0, već na 0,90 - 0,95, budući da puna kompenzacija zahtijeva dodatnu ugradnju kondenzatora, što često nije ekonomski opravdano.