Причины, вызывающие снижение коэффициента мощности и методы его повышения

Технико-экономическое значение коэффициента мощности

Величина коэффициента мощности характеризует степень использования активной мощности источника электроэнергии. Чем выше коэффициент мощности электроприемников, тем лучше используются генераторы электрических станций и их первичные двигатели (турбины и др.), трансформаторы подстанции и электрические сети.

Низкие значения косинуса фи (cos фи) при тех же величинах активной мощности приводят к дополнительным затратам па сооружение более мощных станций, подстанций и сетей, а также к дополнительным эксплуатационным расходам.

Действительная мощность электроприемников предприятия непрерывно изменяется с течением времени. Это объясняется тем, что работа отдельных участков или цехов предприятий не совпадает во времени. Кроме того, часть оборудования может работать с неполной загрузкой или даже находиться в состоянии холостого хода. Изменение активной и реактивной мощностей электроприемников влечет за собой изменения cos фи.

Причины низкого коэффициента мощности

Основными потребителями реактивной энергии являются асинхронные электродвигатели, трансформаторы и индуктивные печи, сварочные аппараты, газоразрядные лампы и т. д.

Асинхронный электродвигатель, работающий с нагрузкой, близкой к номинальной, имеет наибольшее значение cos фи. При снижении нагрузки электродвигателя коэффициент мощности уменьшается.

Это объясняется тем, что активная мощность на зажимах электродвигателя изменяется пропорционально его загрузке, в то время как реактивная мощность вследствие незначительного изменения намагничивающего тока практически остается постоянной. При холостом ходе cos фи имеет наименьшую величину, которая в зависимости от типа электродвигателя, мощности и скорости вращения находится в пределах 0,1 — 0,3.

Силовые трансформаторы, как и асинхронные электродвигатели, при загрузке меньше чем на 75% имеют пониженное значение коэффициента мощности.

Перегруженные асинхронные электродвигатели тоже имеют низкий cos фи, что объясняется увеличением потоков магнитного рассеяния.

Электродвигатели, обладающие лучшими условиями охлаждения по сравнению с закрытыми электродвигателями, могут нести большую нагрузку (активную мощность) и будут иметь, следовательно, более высокий cos фи.

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором вследствие меньших значений индуктивного сопротивления рассеяния имеют cos фи выше, чем электродвигатели с фазным ротором.

Значение cos фи у машин одного и того же типа возрастет с ростом номинальной мощности и скорости вращения ротора, так как при этом уменьшается относительная величина намагничивающего тока.

Увеличение напряжения на вторичной стороне силовых трансформаторов вследствие снижения нагрузки (например, во время ночных смен и в часы обеденных перерывов) ведет к повышению напряжения по сравнению с номинальным на зажимах работающих электродвигателей. Это в свою очередь приводит к увеличению намагничивающего тока и реактивной мощности электродвигателей, что влечет за собой у меньшие коэффициента мощности.

Обточка ротора, которую производят при износе подшипников, чтобы ротор не задевал статор, приводит к увеличению, воздушного зазора между статором и ротором, что вызывает увеличение намагничивающего тока и понижение cos фи.

Уменьшение числа проводников в пазу статора при перемотке вызывает увеличение намагничивающего тока и снижение cos фи асинхронного двигателя.

Применение газоразрядных ламп (ДРЛ и люминесцентных), имеющих в цепи индуктивное сопротивление (дроссель) при отсутствии компенсирующих устройств, также снижает коэффициент мощности электроустановок (смотрите — Как устроены и работают пускорегулирующие аппараты люминесцентных ламп).

Методы повышения коэффициента мощности

Повышать коэффициент мощности электроустановки нужно в первую очередь правильной и рациональной эксплуатацией электрооборудования, т. е. естественным путем. Мощность электродвигателя следует выбирать в строгом соответствии с мощностью, необходимой для приводимого механизма, а уже установленные, но слабозагруженные электродвигатели заменять электродвигателями соответственно меньшей мощности.

Однако при этом необходимо учитывать, что иногда такая замена может привести к увеличению потерь активной энергии в самом электродвигателе и сети, если к. п. д. вновь устанавливаемого электродвигателя окажется меньше установленного ранее. Поэтому следует проверить расчетом целесообразность такой замены.

Кроме того, необходима проверка заменяющего электродвигателя по условиям допустимого нагрева и перегрузки, а иногда и времени разгона. Как правило, замене подлежат электродвигатели, загруженные меньше чем на 40%. При загрузке больше чем на 70% замена становится нерентабельной.

Во всех возможных случаях нужно отдавать предпочтение электродвигателю с короткозамкнутым, а не с фазным ротором. Нужно отказаться от применения закрытых электродвигателей, если по условиям окружающей среды допускается применение электродвигателей в открытом или защищенном исполнении.

Электродвигатели, приводящие в действие различные станки и механизмы, работают не все время с полной нагрузкой. Например, при установке новой детали для обработки на станке электродвигатель иногда работает на холостом ходу с малым cos фи. Поэтому целесообразно на время холостого хода при длительности межоперационного периода 10 сек и больше отключать электродвигатель от сети (это требование обязательно также в целях экономии активной электроэнергии).

Межоперационным периодом считается то время, которое затрачивается, чтобы отвести инструмент в его исходное положение, снять обработанную деталь со станка, установить на станке новую деталь, подвести инструмент в рабочее положение. На станках и механизмах, у которых периоды работы чередуются с межоперационными периодами, целесообразно устанавливать автоматические ограничители холостого хода.

Рекомендуется также заменять или временно отключать трансформаторы, загруженные в среднем меньше чем на 30% от их номинальной мощности.

Качественный ремонт асинхронного электродвигателя существенно влияет на повышение величины cos фи. Хорошо отремонтированный двигатель должен иметь паспортные номинальные данные. Следует тщательно следить за величиной воздушного зазора между статором и ротором, не допускай отклонения от нормы, укладывать в пазы количество активных проводников соответственно расчету. Отремонтированные электродвигатели должны подвергаться всесторонним испытаниям, включая проверку величины тока холостого хода.

В ряде случаев мероприятия по улучшению естественного коэффициента мощности не позволяют увеличить cos фи до величины 0,92 — 0,95 по условиям технологического процесса. На таких электроустановках применяются искусственные методы компенсации реактивной мощности — повышение коэффициента мощности применением специальных компенсирующих устройств.

К таким устройствам относятся: статические конденсаторы, синхронные компенсаторы и перевозбужденные синхронные электродвигатели. Однако синхронные электродвигатели и компенсаторы, изготовляемые на большие мощности, на предприятиях редко. Наибольшее распространение для повышения коэффициента мощности получили статические конденсаторы.

При соответствующем выборе емкости конденсаторов можно довести угол сдвига фаз между напряжением и током до любой требуемой величины. Уменьшение тока в питающей сети достигается за счет реактивной составляющей, которая компенсируется емкостным током батареи конденсаторов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Как повысить коэффициент мощности без использования компенсирующих конденсаторов

Компенсация реактивной мощности позволяет значительно экономить топливно-энергетические ресурсы и денежные средства. Ее определяют по показаниям реактивных счетчиков. Активная мощность, кВт, характеризует интенсивность преобразования электрической энергии в тепловую, механическую, световую и т. д. Реактивная мощность, квар, характеризует интенсивность обмена мощности между генератором и потребителем; электрическая энергия при этом не преобразуется.

Для промышленных объектов промышленных предприятий характерно заметное превышение реактивной мощности над активной. Потери энергии, как известно, пропорциональны квадрату полного тока. Реактивные нагрузки обусловливают значительные потерн энергии. Для повышения экономичности электроснабжения предприятия и его цехов, улучшения качества напряжения и повышения производительности электрифицированного оборудования необходимо уменьшать эти нагрузки.

Уменьшения реактивных нагрузок в условиях эксплуатации достигают в результате организационно-технических мероприятий, главным образом применения компенсирующих устройств.

При недостаточной компенсации прохождение реактивных нагрузок по линиям электропередач и через трансформаторы приводит к уменьшению их пропускной способности, потерям энергии и напряжения во всех элементах схемы электроснабжения. Следствием этого являются повышенный расход топливно-энергетических ресурсов и необходимость дополнительных затрат на расширение электростанций, увеличение установленной мощности силовых трансформаторов и сечения проводников.

Для повышения экономичности электроснабжения промышленных предприятий необходимо стремиться к уменьшению потребляемой реактивной мощности до значений, задаваемых энергосистемой.

Для повышения коэффициента мощности путем улучшения работы электроустановок без применения компенсирующих устройств проводятся следующие мероприятия:

упорядочение технологического процесса предприятия, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования;
применение синхронных электродвигателей вместо асинхронных той же мощности, когда это возможно по условиям технологического процесса;
замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности;
понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;
ограничение холостого хода двигателей;
замена малозагруженных трансформаторов; трансформаторами меньшей мощности.

Электродвигатель для рабочей машины следует подбирать в соответствии с режимом ее работы, учитывая допустимую перегрузку двигателя.

Во всех случаях желательно выбирать электродвигатель с более высоким номинальным коэффициентом мощности. Там, где это возможно, необходимо отдавать предпочтение двигателям с большей скоростью вращения и с короткозамкнутым ротором, вращающимся на подшипниках качения.

Если электродвигатели уже установлены и возможность их замены исключается, то для повышения коэффициента мощности рекомендуется пересмотреть технологию производства и по возможности модернизировать механизмы. Например, если на шпалорезках, лесопильных рамах, торцовках и т. д. двигатели загружены не полностью, их загрузку можно увеличить, повысив скорость пиления, увеличив скорость подачи, в связи с чем повысится их производительность.

Замена незагруженных асинхронных электродвигателей двигателями меньшей номинальной мощности не всегда целесообразна. Объясняется это тем, что у электродвигателей меньшей мощности при других равных параметрах номинальный к. п. д. ниже, поэтому после замены потери в двигателе могут оказаться выше, чем до замены. Как показывают подсчеты и опыт, при средней загрузке двигателя на 45% от номинальной мощности замена целесообразна всегда. Если же загрузка находится в пределах от 45 до 70%, то целесообразность замены должна быть проверена расчетом. При загрузках выше 70% замена в большинстве случаев нецелесообразна, тем более, что это связано с расходом на демонтаж установленного электродвигателя и монтаж заменяющей его машины.

Заметную роль в режиме работы электродвигателей играет постоянство подводимого напряжения. На маломощных электростанциях иногда поддерживают напряжение выше номинального, что приводит к увеличению тока холостого хода, а следовательно, к увеличению реактивной мощности. Поэтому для повышения коэффициента мощности необходимо поддерживать номинальное напряжение.

В целях повышения коэффициента мощности особенное внимание следует обращать на качество ремонта электродвигателей.

Изменения коэффициента мощности и к. п. д. короткозамкнутого асинхронного электродвигателя при включении обмоток статора звездой и треугольником двигателя снижает коэффициент мощности, поэтому необходимо следить, чтобы в отремонтированном двигателе сохранились: прежнее число последовательно соединенных витков в фазе; суммарное поперечное сечение обмотки фазы, т. е. сумма сечений проводов всех параллельных ветвей; прежний воздушный зазор. Если после ремонта окажется, что воздушный зазор увеличился более чем на 15% против нормы, такой двигатель использовать не рекомендуется.

Значительные результаты в повышении естественного коэффициента мощности предприятия можно получить при более рациональном использовании трансформаторов. Так как основная часть реактивной мощности, потребляемой трансформатором, приходится на мощность холостого хода, рекомендуется по возможности отключать трансформаторы на время холостого хода. Следует заменять трансформаторы, загрузка которых составляет 30% и меньше; в остальных случаях целесообразность замены или перестановки трансформаторов определяется расчетом. При этом следует иметь в виду, что повышение коэффициента загрузки трансформатора до 0,6 приводит к заметному повышению коэффициента мощности, а при дальнейшем увеличении коэффициента загрузки от 0,6 до 1 коэффициент мощности улучшается незначительно.