Теоретические принципы повышения коэффициента мощности

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)


Повышение коэффициента мощности требует блока конденсаторов, служащего в качестве источника реактивной мощности. Устройство обеспечивает компенсацию реактивной мощности.


Индуктивная нагрузка, имеющая низкий коэффициент мощности, требует от генераторов и систем передачи/распределения пропускать реактивный ток (с отставанием от напряжения системы на 90 градусов) с сопутствующими потерями активной мощности и повышенными потерями напряжения, как указывается в подразделе Природа реактивной мощности. Если блок шунтирующих конденсаторов добавить к нагрузке, его (емкостный) реактивный ток будет проходить по тому же пути через энергосистему, как и реактивный ток нагрузки. Поскольку (как указывается в подразделе Природа реактивной мощности) такой емкостный ток Ic (который опережает напряжение системы на 90 градусов) прямо противофазен реактивному току нагрузки (IL), две составляющие, протекающие по одному пути, будут компенсировать друг друга. При этом, если мощность конденсаторной батареи (КБ) значительна и Ic = IL, то реактивный ток из системы будет равен нулю.

На рис. L8 (a) и (b), показаны реактивные составляющие тока, где:
R – элементы, потребляющие активную мощность нагрузки;
L – элементы, потребляющие реактивную (индуктивную) мощность нагрузки;
C – элементы, генерирующие реактивную (емкостную) мощность (конденсаторы).


a) Проходят только реактивные составляющие тока


Рис L07.jpg


b) При Iс = IL вся реактивная мощность подается от блока конденсаторов


Рис L08.jpg


c) Показаны все токи, Iс = IL


Рис L09.jpg


Рис. L8 : Особенности компенсации коэффициента мощности

Как видно из диаграммы (b) рис. L9, блок конденсаторов C подает весь реактивный ток нагрузки. По этой причине конденсаторы иногда называются «генераторами реактивной мощности - VAR». На схеме (c) на рис. L8 приведены реактивные и активные токи при Ic = IL и показано, что нагрузка (при полной компенсации) представляется энергосистеме как имеющая коэффициент мощности 1.

Как правило, полная компенсация нагрузки не является экономически целесообразной.

На рис. L9 приведены треугольники мощностей (рис. L3), для демонстрации принципа компенсации путем снижения большой реактивной мощности Q до меньшего значения Q’ посредством КБ мощностью Qc. При этом величина полной мощности S снижается до S’.

Рис L10.jpg


Рис. L9 : Диаграмма, показывающая принцип компенсации Qc = P (tg φ – tg φ’)


Пример:

Двигатель потребляет 100 кВт при коэффициенте мощности 0,75 (tg φ = 0,88). Для повышения коэффициента мощности до 0,93 (tg φ = 0,4), реактивная мощность конденсаторов должна составлять: Qc = 100 (0,88 – 0,4) = 48 квар.

Выбор уровня компенсации и расчет номинальных параметров КБ зависит от конкретной нагрузки. Факторы, подлежащие учету, разъясняются в разделе Выбор оптимального уровня компенсации для общего случая и в разделах Компенсация на зажимах трансформатора и Компенсация реактивной мощности асинхронных двигателей для трансформаторов и двигателей.

Примечание: перед тем, как реализовать проект компенсации, следует принять ряд мер для повышения коэффициента мощности без применения КБ. В частности, следует избегать завышения номинальных значений мощности двигателей, также как и работы двигателей в режиме холостого хода. В последнем случае реактивная мощность, потребляемая двигателем, приводит к крайне низкому коэффициенту мощности (до 0,17). Это вызвано малой активной мощностью кВт, потребляемой двигателем в ненагруженном состоянии.