Реактивная мощность электрических установок. Коэффициент мощности

Энергетический процесс в катушке индуктивности, включенной в цепь переменного тока, характеризуется активной мощностью P и реактивной мощностью Q :

                                                            P = U × I × cos j ,                                                  (11.1)

                                                            Q = U × I × sin j.                                                  (11.2)

В электрической схеме замещения замещения такая катушка представлена активным сопротивлением R и индуктивностью L, или активной проводимостью G и реактивной проводимостью Y.

В этом отношении катушке индуктивности подобны многочисленные устройства переменного тока: асинхронные двигатели, индукционные нагревательные установки, трансформаторы, воздушные линии и др.

Получая от генераторов электрическую энергию, эти устройства передают или преобразуют ее в другие виды энергии (активная мощность Р), т.е. выполняют те функции, для которых созданы.

Одновременно они обмениваются энергией с источниками (реактивная мощность Q), что является процессом хотя и нежелательным, но неизбежным, так как без магнитного поля и периодического накопления энергии в нем перечисленные устройства работать не могут.

Коэффициент мощности (cosφ)– отношение активной мощности потребителя к полной:

                                                                     cosφ = P / S.                                             (11.3)

Чем меньше cos j, тем большую мощность S должен иметь источник для питания этого потреби­теля, т. е. тем больше его габариты, вес, расход материалов, стои­мость и др.

Ток в цепи потребителя с определенным коэффициентом мощности равен:

                                                                 I = P /( U × cos j ).                                           (11.4)

Видно, что чем меньше cos j, тем больше ток потребителя I, тем больший ток проходит по проводам линий электропередачи, тем больше потери энергии в этой линии и меньше КПД ее и всей системы. Кроме того, увеличение тока требует для его передачи проводов большего сечения, т. е. большего расхода цветных металлов.

В России установлен минимально допустимый коэффициент мощности не менее 0,93, т.е. cos j должен быть равен или больше 0,93.

Однако коэффициент мощности большинства электрических потребителей пере­менного тока меньше этой нормы. Так, например, cos j асин­хронных двигателей, в зависимости от нагрузки, составляет 0,2…0,85, трансформаторов – 0,5…0,9, выпрямителей – 0,7…0,85 и т.д. Следовательно, коэффициент мощности этих потребителей необходимо повышать.

На каждом предприятии одновременно работают электродвигатели (их может быть десятки и сотни), трансформаторы и другие устройства. Чем больше их число и чем меньше их коэффициент мощности, тем больше общая реактивная мощность электрооборудования производственного участка, цеха, всего предприятия.

Величина общей реактивной мощности электрической установки или электрооборудования предприятия в целом зависит еще и от правильного выбора, степени загрузки электродвигателей, трансформаторов, от соблюдения правил эксплуатации электрооборудования.

Для обеспечения оптимальной величины тока и требуемых величин напряжения в сети необходимо иметь оптимальный баланс реактивных мощностей (индуктивной и емкостной).