Verhoging van de vermogensfactor in sinusvormige stroomcircuits

De meeste moderne verbruikers van elektrische energie hebben een inductieve aard van de belasting, waarvan de stromen achterblijven bij de bronspanning. Dus voor inductiemotoren, transformatoren, lasapparaten en andere reactieve stroom is nodig om een ​​roterend magnetisch veld in elektrische machines en een wisselende magnetische flux in transformatoren te creëren.

Het actieve vermogen van dergelijke verbruikers bij de gegeven waarden van stroom en spanning hangt af van cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Een afname van de arbeidsfactor leidt tot een toename van de stroom.

Cosinus phi het wordt vooral sterk verminderd wanneer motoren en transformatoren stationair draaien of onder zware belasting staan. Als het netwerk blindstroom heeft, wordt het vermogen van de generator, transformatorstations en netwerken niet volledig benut. Naarmate cosφ afneemt, nemen ze significant toe verlies van energie voor het verwarmen van draden en spoelen van elektrische apparaten.

Als het werkelijke vermogen bijvoorbeeld constant blijft, wordt het voorzien van een stroom van 100 A bij cosφ= 1, dan neemt bij afnemende cosφ naar 0,8 en hetzelfde vermogen de stroom in het netwerk toe met 1,25 keer (I = Innetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ).

Verliezen op de draden van het verwarmingsnetwerk en wikkelingen van een generator (transformator) Pload = I2nets x Rnets zijn evenredig met het kwadraat van de stroom, dat wil zeggen, ze nemen toe met 1,252 = 1,56 keer.

Bij cosφ= 0,5 is de stroom in het netwerk met hetzelfde actieve vermogen gelijk aan 100 / 0,5 = 200 A, en nemen de verliezen in het netwerk toe met 4 keer (!). Het groeit netspanningsverliezendie de normale werking van andere gebruikers verstoort.

De meter van de gebruiker meldt in alle gevallen dezelfde hoeveelheid verbruikte actieve energie per tijdseenheid, maar in het tweede geval voedt de generator het netwerk met een stroom die 2 keer zo groot is als in het eerste geval. De generatorbelasting (thermische modus) wordt niet bepaald door het actieve vermogen van consumenten, maar door het totale vermogen in kilovolt-ampère, dat wil zeggen het product van de spanning door stroomsterktestroomt door de spoelen.

Als we de weerstand van de draden van de lijn Rl aangeven, kan het vermogensverlies daarin als volgt worden bepaald:

Dus hoe groter de gebruiker, hoe minder vermogensverliezen in de lijn en hoe goedkoper de transmissie van elektriciteit.

De vermogensfactor geeft aan hoe het nominale vermogen van de bron wordt gebruikt. Dus om de ontvanger 1000 kW te leveren bij φ= 0,5 moet het generatorvermogen S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA zijn, en bij cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Daarom verhoogt het verhogen van de arbeidsfactor het stroomverbruik van de generatoren.

Om de arbeidsfactor (cosφ) te verhogen worden elektrische installaties gebruikt blindvermogen compensatie.

Het verhogen van de arbeidsfactor (verkleinen van de hoek φ — faseverschuiving van stroom en spanning) kan op de volgende manieren worden bereikt:

1) vervanging van licht belaste motoren door motoren met een lager vermogen,

2) onder spanning

3) ontkoppeling van inactieve motoren en transformatoren,

4) de opname van speciale compenserende apparaten in het netwerk, die generatoren zijn van de leidende (capacitieve) stroom.

Hiervoor worden speciaal synchrone compensatoren - synchrone overbelaste elektromotoren - geïnstalleerd op krachtige regionale onderstations.

Synchrone compensatoren

Om de efficiëntie van energiecentrales te verhogen, zijn de meest gebruikte condensatorbanken parallel geschakeld met de inductieve belasting (Fig. 2a).

Rijst. 2 Schakelcondensatoren voor blindvermogencompensatie: a — circuit, b, c — vectordiagrammen

Om cosφ te compenseren in elektrische installaties tot enkele honderden kVA worden ze gebruikt cosinus condensatoren… Ze worden geproduceerd voor spanningen van 0,22 tot 10 kV.

De capaciteit van de condensator die nodig is om cosφ te verhogen van de bestaande waarde cosφ1 naar de vereiste cosφ2 kan worden bepaald uit het diagram (Fig. 2b, c).

Bij het construeren van een vectordiagram wordt de bronspanningsvector als initiële vector genomen. Als de belasting inductief is, blijft de stroomvector Az1 achter op de hoek van de spanningsvector φ1Aza valt samen in de richting van de spanning, de reactieve component van de stroom Azp blijft 90 ° achter (Fig. 2 b).

Na het aansluiten van de condensatorbank op de gebruiker, wordt de stroom Az bepaald als een geometrische som van vectoren Az1 en Az° C... In dit geval gaat de capacitieve stroomvector de spanningsvector vooraf met 90 ° (Fig. 2, c) . Dit toont het vectordiagram φ2 <φ1, d.w.z. na het inschakelen van de condensator neemt de arbeidsfactor toe van cosφ1 naar cosφ2

De capaciteit van een condensator kan worden berekend met behulp van een vectordiagram van stromen (Fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Gegeven dat P = UI, schrijven we de capaciteit van de condensator C = (I / ωU) NS (tgφ1 - tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 - tgφ2).

In de praktijk wordt de arbeidsfactor meestal niet verhoogd tot 1,0, maar tot 0,90 - 0,95, aangezien volledige compensatie een extra installatie van condensatoren vereist, wat vaak economisch niet verantwoord is.