Tehokertoimen lisääminen sinimuotoisissa virtapiireissä

Useimmilla nykyaikaisilla sähköenergian kuluttajilla on kuorman induktiivinen luonne, jonka virrat ovat jäljessä lähdejännitteestä. Joten induktiomoottoreille, muuntajat, hitsauskoneet ja muuta loisvirtaa tarvitaan pyörivän magneettikentän luomiseksi sähkökoneissa ja vaihtomagneettivuon luomiseksi muuntajiin.

Tällaisten kuluttajien aktiivinen teho annetuilla virran ja jännitteen arvoilla riippuu cosφ:stä:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Tehokertoimen lasku johtaa virran kasvuun.

Kosini phi se pienenee erityisen paljon, kun moottorit ja muuntajat ovat joutokäynnillä tai raskaan kuormituksen alla. Jos verkossa on loisvirtaa, generaattorin, muuntaja-asemien ja verkkojen teho ei ole täysin hyödynnetty. Kun cosφ pienenee, ne kasvavat merkittävästi energian menetys sähkölaitteiden johtojen ja kelojen lämmittämiseen.

Esimerkiksi jos todellinen teho pysyy vakiona, siihen syötetään 100 A virra, kun cosφ= 1, sitten kun cosφ pienenee arvoon 0,8 ja samalla teholla, verkon virta kasvaa 1,25-kertaiseksi (I = Innetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ).

Häviöitä lämpöverkon johtimissa ja generaattorin (muuntajan) käämit Plload = I2nets x Rnets ovat verrannollisia virran neliöön, eli ne kasvavat 1,252 = 1,56 kertaa.

Kun cosφ= 0,5, virta verkossa samalla pätöteholla on 100 / 0,5 = 200 A, ja verkon häviöt kasvavat 4 kertaa (!). Se kasvaa verkon jännitehäviötmikä häiritsee muiden käyttäjien normaalia toimintaa.

Käyttäjän mittari ilmoittaa kaikissa tapauksissa saman kulutetun aktiivienergian aikayksikköä kohden, mutta toisessa tapauksessa generaattori syöttää verkkoon 2 kertaa suuremmalla virralla kuin ensimmäisessä. Generaattorin kuormitusta (lämpötilaa) ei määritä kuluttajien aktiivinen teho, vaan kokonaisteho kilovolttiampeerina, eli jännitteen tulo ampeerivirtaa kelojen läpi.

Jos merkitsemme linjan Rl johtimien vastusta, siinä oleva tehohäviö voidaan määrittää seuraavasti:

Siksi mitä suurempi käyttäjä, sitä vähemmän tehohäviöitä linjassa ja halvempaa sähkön siirtoa.

Tehokerroin osoittaa, kuinka lähteen nimellistehoa käytetään. Joten, jotta vastaanottimelle syötetään 1000 kW teholla φ= 0,5, generaattorin tehon tulee olla S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA ja kun cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Siksi tehokertoimen lisääminen lisää generaattoreiden tehonkäyttöä.

Tehokertoimen (cosφ) lisäämiseksi käytetään sähköasennuksia loistehon kompensointi.

Tehokertoimen lisääminen (kulman φ pienentäminen - virran ja jännitteen vaihesiirto) voidaan saavuttaa seuraavilla tavoilla:

1) kevyesti kuormitettujen moottoreiden vaihtaminen pienempitehoisiin moottoreihin,

2) alijännite

3) joutokäyntimoottorien ja muuntajien irtikytkentä,

4) erityisten kompensointilaitteiden sisällyttäminen verkkoon, jotka ovat johtavan (kapasitiivisen) virran generaattoreita.

Tätä tarkoitusta varten voimakkaille aluesähköasemille asennetaan erityisesti synkroniset kompensaattorit – synkroniset yliherätetyt sähkömoottorit.

Synkroniset kompensaattorit

Voimalaitosten hyötysuhteen lisäämiseksi yleisimmin käytetyt kondensaattoriparistot kytketään rinnan induktiivisen kuorman kanssa (kuva 2 a).

Riisi. 2 Kondensaattorien kytkeminen päälle loistehon kompensoimiseksi: a — piiri, b, c — vektorikaaviot

Cosφ:n kompensoimiseen sähköasennuksissa useisiin satoihin kVA:iin asti niitä käytetään kosinikondensaattorit… Ne valmistetaan jännitteille 0,22 - 10 kV.

Kondensaattorin kapasiteetti, joka tarvitaan nostamaan cosφ olemassa olevasta arvosta cosφ1 vaadittuun cosφ2:een, voidaan määrittää kaaviosta (kuvat 2 b, c).

Rakennettaessa vektorikaaviota lähdejännitevektori otetaan alkuvektoriksi. Jos kuorma on induktiivinen, niin virtavektori Az1 on jäljessä jännitevektorin φ1Aza kulman jälkeen, ja virran reaktiivinen komponentti Azp on jäljessä 90 ° (kuva 2 b).

Kun kondensaattoripankki on liitetty käyttäjään, virta Az määritetään vektorien Az1 ja Az° C geometrisena summana... Tässä tapauksessa kapasitiivinen virtavektori edeltää jännitevektoria 90° (kuva 2, c) . Tämä näyttää vektorikaavion φ2 <φ1, ts. kondensaattorin päällekytkennän jälkeen tehokerroin kasvaa arvosta cosφ1 arvoon cosφ2

Kondensaattorin kapasiteetti voidaan laskea käyttämällä virtojen vektorikaaviota (kuva 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Koska P = UI, kirjoitetaan kondensaattorin kapasitanssi C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

Käytännössä tehokerrointa ei yleensä nosteta arvoon 1,0, vaan 0,90 - 0,95, koska täydellinen kompensointi vaatii kondensaattoreiden lisäasennuksen, mikä ei usein ole taloudellisesti perusteltua.