Демкин Алексей, demkin_av@mail.ru, г. Липецк
При линейной нагрузке повышают коэффициент мощности (снижая тем самым реактивную мощность, а следовательно и ток) для:
- экономии на счетах за электроэнергию (промышленные предприятия оплачивают активную и реактивную мощность, счетчики электроэнергии в квартирах измеряют только активную мощность, соответственно и оплачиваем только потребляемую активную мощность);
- экономии на штрафах за низкий КМ;
- снижения нагрузки на питающие линии электропередачи, трансформаторы и распределительные устройства, что позволит снизить затраты на их приобретение (можно использовать более слабые);
- снизить падение напряжения в кабелях;
- возможность получения большей мощности от имеющегося источника;
- увеличение срока службы оборудования в связи со снижением нагрузки на кабели и другие электрические компоненты;
- экономии топлива для генераторов;
- экологические: снижение потребления энергии приводит к уменьшению выбросов парниковых газов и замедлению истощения ресурсов ископаемого топлива для электростанций.
Линейная нагрузка - нагрузка, не искажающие потребляемый от источника ток
Примеры линейных нагрузок, с определенными допущениями:
- лампы накаливания;
- электронагреватели - техника на их основе, если нагреватель основной потребитель: утюг, чайник, водонагреватель;
- устройства с электродвигателями без полупроводниковых регуляторов (инверторов, выпрямителей) - насосы, вентиляторы, компрессоры, станки, дробилки, конвейеры и прочие приводы;
- часть трансформаторов;
- конденсаторные батареи.
Линейная нагрузка потребляет активную и реактивную мощность. Естественно на практике реальная нагрузка не бывает идеально линейной, но ее небольшой нелинейностью можно пренебречь и не корректировать форму потребляемого тока (не учитываем мощность искажения).
Активная мощность расходуется на выполнение работы.
Реактивная мощность не расходуется на выполнение работы.
Физический смысл реактивной мощности (Q) — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду. Реактивная мощность характеризует энергию, совершающую колебания между источником и реактивным (индуктивным и/или емкостным) участком цепи без совершения этой энергией полезной работы - энергия уходит на нагрев проводов, потери в генераторе.
Если нагрузка индуктивная (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, электромагниты), ток отстает по фазе от напряжения, если нагрузка емкостная (конденсаторные батареи), то ток по фазе опережает напряжение. Поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе (реактивная нагрузка), то в нагрузку (потребителю) передается только часть мощности (полной мощности), которая могла бы быть передана в нагрузку, если бы сдвиг фаз был равен нулю (активная нагрузка).
При линейной нагрузке и синусоидальном напряжении:
КМ= PF = P/S = cosφ - характеризует угол сдвига по фазе между линейными током и напряжением в данной установке.
где,
PF - коэффициент мощности.
P - Потребляемая (полезная, активная) мощность. P=UIcosφ.
S - Полная мощность. S = UI.
φ - Угол сдвига фаз между током и напряжением, созданный реактивными элементами нагрузок (обмотки электродвигателей, трансформаторов, электромагнитов), в зависимости от значения этого угла (емкостная или индуктивная нагрузка) PF может характеризоваться как опережающий или отстающий.
Некоторые способы повышения cosφ:
- например асинхронный двигатель как нагрузка имеет индуктивный характер - потребляемый ток отстает от напряжения, для снижения реактивной мощности (повышения КМ) можно, установить конденсаторную батарею (емкостной характер) - опережающий ток которой будет компенсировать отстающий ток в двигателе, включаем в цепь реактивный элемент, производящий обратное действие.
- если учесть то, что недогруженный двигатель имеет низкий cosφ, то КМ можно повысить и заменой недогруженного двигателя на менее мощный;
- отключение двигателей и трансформаторов работающих на холостом ходу.
Учитывая что потери пропорциональны квадрату тока, то небольшое повышение cosφ приводит к значительному снижению потерь.
Источники информации:
http://ukrm.ru/content/view/68/31/
http://electricalschool.info/main/elsnabg/14-dlja-chego-nuzhna-kompensacija.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B8%D1%86%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D0%BC%D0%BE%D1%89%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8
http://khomovelectro.ru/articles/pochemu-neobkhodimo-povyshat-koeffitsient-moshchnosti.html
