Коефіцієнт потужності та способи його підвищення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Полтавська обласна державна адміністрація Департамент освіти і науки Державний професійний-технічний навчальний заклад «Полтавський професійний ліцей транспорту»

Курсова робота

на тему: «Коефіціент потужності та способи його підвищення»

професія: Електромонтер з ремонту та обслуговування електроустаткування

учень: Снегірьов Руслан

керівник роботи: Качалка О.С.

м. Полтава

1. Техніко економічне значення коефіцієнта потужності

технічний економічний потужність конденсаторний

Залежно від виду використовуваного устаткування електричне навантаження підрозділяється на активне, індуктивне і ємнісне. Найчастіше споживач має справу із змішаними активно-індуктивними навантаженнями. Відповідно, з електричної мережі відбувається споживання як активної, так і реактивної енергії.

Активна енергія перетвориться в корисну - механічну, теплову та ін. енергії. Реактивна енергія не пов'язана з виконанням корисної роботи, а витрачається на створення електромагнітних полів в електродвигунах, трансформаторах, індукційних печах, зварювальних трансформаторах, дроселях і освітлювальних приладах.

У загальному випадку вираз для визначення реактивної потужності має вигляд Q = UxIx sinц. Вона позитивна при струмі, який відстає (індуктивне навантаження -- 0 < ц < 180 ) і негативна при струмі, який випереджає (ємнісне навантаження -- 180 < ц < 360). Показником споживання реактивної енергії (потужності) є коефіцієнт потужності cosц, який показує співвідношення активної потужності Р і повної потужності S, споживаній електроприймачами з мережі: P = S Ч cosц. Одиницею вимірювання реактивної потужності є вольт-ампер реактивний (ВАр). Активна, реактивна і повна потужності пов'язані наступним співвідношенням.

Значення коефіцієнта потужності незкомпенсованого устаткування наведені в табл.1. В оптимальному режимі показник повинен прямувати до одиниці і відповідати нормативним вимогам.

Реактивна потужність, яка споживається промисловим підприємством у кожній даній точці мережі, визначається величиною намагнічувальної потужності, яка необхідна для окремих елементів електроустановки, які розташовані за даною точкою в напрямку передачі енергії. Реактивні навантаження підприємств не залишаються незмінними не тільки протягом більш-менш тривалих проміжків часу доби місяця року, але й протягом однієї виробничої зміни. Ці навантаження безупинно змінюються залежно від виробничої програми окремих струмоприймачів, від ступеня їхнього завантаження і відносної тривалості ввімкнення, від коливань напруги в мережі, від якості обслуговування устаткування експлуатаційним і ремонтним персоналом та від інших факторів.

Компенсація реактивної потужності є найдешевшим і ефективним засобом підвищення техніко-економічних показників електропостачання, який зменшує всі види втрат електроенергії.

Основи компенсації реактивної потужності

Реактивний струм додатково навантажує лінії електропередачі, що призводить до збільшення перерізів проводів і кабелів і відповідно до збільшення капітальних витрат на зовнішні і внутрішньо майданчикові мережі. Реактивна потужність разом з активною потужністю враховується постачальником електроенергії, а отже, підлягає оплаті по тарифах, що діють, тому складає значну частину рахунку за електроенергію.

Найбільш дієвим і ефективним способом зниження споживаної з мережі реактивної потужності є застосування установок компенсації реактивній потужності (конденсаторних батарей, синхронних двигунів і синхронних компенсаторів). За рахунок приєднання до мережі компенсуючого пристрою КП зменшуються втрати потужності і напруги. На практиці коефіцієнт потужності після компенсації знаходиться в межах від 0,93 до 0,99.

Відносну ефективність зменшення реактивного навантаження в тому чи іншому пункті електричної мережі можна оцінити за допомогою так називаного економічного еквівалента реактивної потужності. Економічний еквівалент чисельно дорівнює зменшенню втрат активної потужності в мережах при зменшенні реактивного навантаження на 1 кВАр.

Види та способи компенсації

Основним джерелом реактивної потужності (РП) є синхронні генератори електростанцій. Передавання РП з енергосистеми до споживачів не є раціональним, оскільки виникають додаткові втрати активної потужності у всіх елементах систем електропостачання, обумовлені завантаженням РП, та додаткові втрати в живлячих мережах. Щоб знизити ці втрати, необхідно біля споживачів встановлювати додаткові джерела РП, основними серед яких є конденсатори.

Використання конденсаторних установок

Одинична компенсація - краща там, де: потрібна компенсація потужних (понад 20 кВт) споживачів; потужність, яка споживається постійна протягом тривалого часу.

Групова компенсація - застосовується для випадку компенсації декількох індуктивних навантажень, які розташовані поруч і вмикаються одночасно, підімкнених до одного розподільного пристрою і які компенсуються однією конденсаторною батареєю.

Централізована компенсація. Для підприємств, які потребують змінної реактивної потужності постійно ввімкнені батареї конденсаторів не прийнятні, оскільки при цьому може виникнути режим недокомпенсації або перекомпенсації. У цьому випадку конденсаторна установка оснащується спеціалізованим контролером і комутаційно-захисною апаратурою. При відхиленні значення сosц від заданого значення контролер підмикає або відмикає ступені конденсаторів. Перевага централізованої компенсації полягає в наступному: ввімкнена потужність конденсаторів відповідає спожитій в конкретний момент часу реактивній потужності без перекомпенсації або недокомпенсації.

При виборі конденсаторної установки необхідна потужність конденсаторів визначається як

Qc = P Ч (tgц1 - tgц2), де

tgц1 - коефіцієнт потужності споживача до встановлення компенсувальних пристроїв; tgц2 - коефіцієнт потужності після встановлення компенсувальних пристроїв (бажаний або коефіцієнт, який задає енергосистема).

Режим роботи конденсаторних установок повинен виключати можливість роботи підприємств із випереджальним коефіцієнтом потужності. У зв'язку із цим найдоцільнішим є застосування автоматичного регулювання потужності конденсаторних установок за напругою, за часом доби і за іншими параметрами.

Для розрахунку параметрів компенсаторної установки в мережі знімають характерні добові графіки навантаження і текуче значення cosц, за якими визначають середнє значення коефіцієнта потужності за період. Знаючи фактичний і потрібний (за умовами компенсації) коефіцієнт потужності, а також споживання активної електроенергії, можна розрахувати потрібну потужність конденсаторної установки.

Коефіціємнт потумжності -- безрозмірна фізична величина, що характеризує споживача змінного електричного струму з точки зору наявності в навантаженні реактивної складової. Коефіцієнт потужності показує, наскільки зсувається по фазі змінний струм, що протікає через навантаження, щодо прикладеного до нього напруги

2. Визначення коефіцієнта потужності

Потужність електричного струму -- фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії

Коефіцієнт потужності характеризує зсув фаз струму відносно напруги на реактивних елементах. Проте в більшості випадків його визначають з трикутника потужностей шляхом поділу активної потужності на повну.

Проте це можна робити тільки в колах синусоїдних струмів і напруг.

В колах з нелінійними елементами чи несинусодними напругою, чи струмом це призведе до хибного результату. Адже повна потужність включає і реактивну потужність спотворення, а отже буже завищеною.

Фізичний зміст коефіцієнта потужності (косинуса фі) - це ксинус зсуву фаз між сигналами одинакової форми і частоти. Тому коефіцієнт потужності можна визначати тільки для кожної гармоніки синусоїдного струму окремо

Споживання енергії насправді є дуже важливим фактором коли йдеться про насосні системи та насоси. Для насосів зі стандартними електродвигунами змінного струму, споживана потужність визначається шляхом вимірювання вхідної напруги вхідного струму, а також на основі значення величини cosц при повному навантаженні згідно з даними заводської таблички електродвигуна. Cosц - це фазовий кут між напругою та струмом. Cosц також називають коефіцієнтом потужності (КП). Споживання енергії P1 можна обчислити за формулою, яка зазначена нижче, враховуючи тип електродвигуна: однофазний чи трифазний.

Однофазний електродвигун змінного струму, наприклад, 1 x 230 В

P1 = U * I * cosц

Коефіцієнт потужності це фізична величина без розмірності , що є енергетичною характеристикою електричного струму. Коефіцієнт потужності дає характеристику приймача електроенергії. Він вказує на лінійність або нелінійність навантаження. Коефіцієнт потужності дорівнює відношенню споживаної активної потужності до повної потужності. Активна потужність , споживана приймачем електричного струму , витрачається на роботу. Повна потужність складається з геометричної суми активної потужності і реактивної потужності ( для синусоїдальної напруги і струму). Повна потужність цей твір середньоквадратичних значень струму і напруги в ланцюзі.

Повну потужність вимірюють у вольт- амперах ВА , а коефіцієнт потужності лежить в межах від нуля до одиниці. В якості позначення для коефіцієнта потужності застосовують позначення cos f ( косинус фі) . Математично це косинус кута між векторами напруги та струму. Для синусоїдальної напруги і струму коефіцієнт потужності збігається з косинусом кута відставання відповідних фаз.

У разі наявності реактивності навантаження має характер відповідний навантаженні. Для ємнісний реактивності активно - ємнісний , а для індуктивної реактивності активно - індуктивний . При відсутності реактивності коефіцієнт потужності дорівнює коефіцієнту спотворення струму.

Нелінійні спотворення струму виникають якщо струм від нелінійних споживачів змінюється непропорційно напрузі . Струм при цьому стає несинусоїдальними і якість електроенергії погіршується через відповідної зміни форми напруги .

Два основних види спотворень це зрушення фаз і несинусоїдальность . Зрушення фаз це різниця між початковими фазами двох величин , що змінюються з однією частотою і з одним періодом. Зрушення фаз безрозміряний і може вимірюватися в частках періоду і градусах. Зрушення фаз між напругою і струмом викликає погіршення параметрів електричної мережі . Несинусоїдальность це нелінійні спотворення напруги мережі , пов'язані з появою гармонік з високими частотам у багато разів більшими , ніж напруга в мережі. Вищі гармоніки напруги погіршують роботу системи електропостачання і призводять до втрат у трансформаторах , електрообладнанні і мережах ; підвищують аварійність ; зменшують коефіцієнт потужності гармонік . Вищі гармоніки струму дають плавильні дугові печі , зварювальні апарати , газорозрядні світильники і т.п.

3.Причини що визивають зниження коефіцієнта потужності

Більшість сучасних споживачів електричної енергії мають індуктивний характер навантаження, струми якої відстають по фазі від напруги джерела. Так для асинхронних двигунів, трансформаторів, зварювальних апаратів та інших реактивний струм необхідний для створення обертового магнітного поля біля електричних машин і змінного магнітного потоку трансформаторів.

Активна потужність таких споживачів при заданих значеннях струму і напруги залежить від cosц:

P = UICosц, I = P / UCosц

Зниження коефіцієнта потужності призводить до збільшення струму.

Косинус фі особливо сильно знижується при роботі двигунів і трансформаторів вхолосту або при великій недогрузке. Якщо в мережі є реактивний струм потужність генератора, трансформаторних підстанції та мереж використовується не повністю. Із зменшенням cosц значно зростають втрати енергії на нагрів проводів і котушок електричних апаратів.

Наприклад , якщо активна потужність залишається постійною , забезпечується струмом 100 А при cosц = 1 , то при зниженні cosц до 0,8 і тієї ж потужності сила струму в мережі зростає в 1,25 рази (Іа = Iсеті х cosц , Iс = Iа / cosц ) .

Втрати на нагрів проводів мережі та обмоток генератора ( трансформатора ) Pнагр = I2сеті х Rсеті пропорційні квадрату струму , тобто вони зростають в 1,252 = 1,56 рази.

При cosц = 0.5 сила струму в мережі при тій же активної потужності дорівнює 100 / 0.5 = 200 А , а втрати в мережі зростають в 4 рази ( !) . Зростають втрати напруги в мережі , що порушує нормальну роботу інших споживачів.

Лічильник споживача у всіх випадках відраховує одне і те ж кількість споживаної активної енергії в одиницю часу , але в останньому випадку генератор подає в мережу силу струму , в 2 рази більшу , ніж у першому . Навантаження ж генератора ( тепловий режим ) визначається не активною потужністю споживачів , а повною потужністю в кіловольт - амперах , тобто твором напруги на силу струму, що протікає по обмотках .

Якщо позначити опір проводів лінії Rл , то втрати потужності в ній можна визначити так:

Таким чином , чим вище споживача , тим менше втрати потужності в лінії і дешевше передача електроенергії.

Коефіцієнт потужності показує , як використовується номінальна потужність джерела . Так , для живлення приймача 1000 кВт при ц = 0.5 потужність генератора повинна бути S = P / cosц = 1000 / 0,5 = 2000 кВА , а при cosц = 1 S = 1000 кВА.

Отже, підвищення коефіцієнта потужності збільшує ступінь використання потужності генераторів.

Для підвищення коефіцієнта потужності ( cosц ) електричних установок застосовують компенсацію реактивної потужності

Збільшення коефіцієнта потужності ( зменшення кута ц - зсуву фаз струму і напруги) можна домогтися наступними способами:

1) заміною мало завантажених двигунів двигунами меншої потужності,

2) зниженням напруги

3) вимкненням двигунів і трансформаторів , що працюють на холостому ходу ,

4) включенням в мережу спеціальних компенсуючих пристроїв, що є генераторами випереджаючого ( ємнісного ) струму.

На потужних районних підстанціях для цієї мети спеціально встановлюють синхронні компенсатори - синхронні перезбуджені електродвигуни .

Размещено на Allbest.ru