Основные теоретические положения

К числу мероприятий по рациональному и экономичному использованию электроэнергии относятся все работы, проводимые по улучшению коэффициента мощности , как по энергосистемам, так и по отдельным промышленным предприятиям.

Коэффициент мощности является одним из важнейших энергетических показателей рационального использования электроэнергии и представляет собой отношение активной мощности Р к полной мощности S, потребляемой предприятием, т. е.

. (1)

Активная мощность Р, квт, потребляемая силовыми электроприемниками, определяется, в основном, потребностью электрифицированных производственных агрегатов и зависит от их нагрузки.

Полная мощность S, ква, всего предприятия определяется как

, (2)

где: Q – величина реактивной мощности, квар.

Величина реактивной мощности Q, квар, отнесенная к силовым электроприемникам, обладающим некоторой индуктивностью (трансформаторы, асинхронные электродвигатели, индукционные плавильные печи, воздушные линии), условно считается положительной, а сами электроприемники рассматриваются как потребители реактивной энергии. Для электроприемников, имеющих емкостный характер (статические конденсаторы, перевозбужденные синхронные машины, асинхронные электродвигатели с фазокомпенсаторами, кабельные линии), реактивная мощность Q, квар, условно считается отрицательной, а сами электроприемники – генераторами реактивной энергии.

Некоторые электроприемники (лампы накаливания, электронагревательные приборы) практически потребляют только активную мощность.

Исходя из величин потребляемых активной Р и реактивной Q мощностей, можно определить коэффициент мощности как для отдельных электроприемников, так и для всего предприятия в целом из соотношения

. (3)

Из соотношения (3) видно, что значение коэффициента мощности промышленного предприятия в значительной степени зависит от величины реактивной мощности Q, потребляемой различными электроприемниками.

Основными потребителями реактивной мощности являются асинхронные электродвигатели, коэффициент мощности которых зависит от их нагрузки и имеет значение от при холостом ходе до номинального значения в зависимости от мощности, быстроходности и конструктивных особенностей машины.

Асинхронные электродвигатели потребляют около 65 – 70 % всей реактивной мощности предприятия.

Трансформаторы, работающие также с переменным коэффициентом мощности , зависящим от величины и характера их нагрузки, потребляют около 15 – 25 % реактивной мощности. Около 5 – 10 % всей реактивной мощности приходится на воздушные электрические сети, различные индукционные приборы, сварочные агрегаты и пр.

Синхронные электродвигатели могут работать при неизменной нагрузке на валу с различным значением в зависимости от тока возбуждения и вести себя аналогично активной, индуктивной или емкостной нагрузкам.

Электротермические установки, оборудованные промышленными печами сопротивления или дуговыми электрическими печами, у которых коэффициент мощности имеет значение , играют значительную роль в общезаводском коэффициенте мощности.

Светотехнические устройства с лампами накаливания работают при , а люминесцентные лампы, укомплектованные дросселями, составляющую непременную часть установки, – с при .

Компенсирующие устройства, применяемые на промышленных предприятиях для повышения коэффициента мощности, представляют собой конденсаторные батареи, работающие с при и малых потерях активной энергии, составляющих всего 0,003 – 0,005 квт/ква.

Экспериментальное определение коэффициентов мощности отдельных электроприемников, а также всего предприятия в целом можно провести по методу вольтметра, амперметра и ваттметра, исходя из соотношения

, (4)

либо измерить его непосредственно фазометром.

Кроме того, общезаводской коэффициент мощности на шинах вторичного напряжения подстанции, если пренебречь потерями активной энергии в сетях вторичного напряжения, можно найти из соотношения

, (5)

где: – ток i -го электроприемника, а;

– коэффициент мощности i -го электроприемника;

n – число параллельно соединенных электроприемников.

Наличие присоединенной конденсаторной батареи реактивной мощностью , квар, которой отвечает фазная емкость С при соединении треугольником, равная

мкф, (6)

дает возможность довести коэффициент мощности предприятия до значения , определяемого из соотношения

, (7)

где: Р – активная мощность, потребляемая заводом, кет;

– потери активной мощности в компенсирующем устройстве, кет;

и – углы сдвига фаз между напряжением и током до и после компенсации.

Величина общезаводского коэффициента мощности со стороны вторичного напряжения имеет существенное значение для выбора мощности трансформаторной подстанции, которая определяется по формуле

, (8)

где: – расчетная нагрузка на шинах вторичного напряжения трансформаторной подстанции, квт;

– средневзвешенное значение коэффициента мощности предприятия со стороны вторичного напряжения.

Величина находится из соотношения

, (9)

где: – наибольшая нагрузка всех цехов, питающихся от данной трансформаторной подстанции, квт;

– к.п.д. электросетей вторичного напряжения (0,92 – 0,97).

При проектных работах расчетную нагрузку на шинах вторичного напряжения трансформаторной подстанции находят из соотношения

, (10)

где: – коэффициент спроса со стороны шин вторичного напряжения;

– установленная мощность всех электроприемников.

Последняя находится из соотношения

, (11)

где: – установленная мощность каждого электроприемника, квт;

n – число электроприемников.

Из формулы (8) видно, что на предприятиях с более высоким значением коэффициента мощности , отнесенным к шинам вторичного напряжения понижающей трансформаторной подстанции, мощность последней будет меньшей, а следовательно, и затраты на её сооружение снизятся.

Кроме того, уменьшение присоединенной мощности трансформаторной подстанции, при всех прочих равных условиях, приводит к снижению месячной оплаты за электроэнергию, израсходованную предприятием, которая при двухставочном тарифе (см. работу № 42) определяется соотношением

, (12)