Повећање фактора снаге у струјним колима синусоидне струје

Већина савремених потрошача електричне енергије има индуктивну природу оптерећења, чије струје заостају за напоном извора. Дакле, за индукционе моторе, трансформатори, апарати за заваривање а друга реактивна струја је потребна за стварање обртног магнетног поља у електричним машинама и наизменичног магнетног флукса у трансформаторима.

Активна снага таквих потрошача при датим вредностима струје и напона зависи од цосφ:

П = УИЦосφ, И = П / УЦосφ

Смањење фактора снаге доводи до повећања струје.

Цосине пхи посебно се значајно смањује када су мотори и трансформатори у празном ходу или под великим оптерећењем. Ако мрежа има реактивну струју, снага генератора, трансформаторских подстаница и мреже није у потпуности искоришћена. Како се цосφ смањује, они се значајно повећавају губитак енергије за грејање жица и намотаја електричних уређаја.

На пример, ако реална снага остане константна, обезбеђује се струја од 100 А при цосφ= 1, а затим са смањењем цосφ на 0,8 и истом снагом, струја у мрежи се повећава за 1,25 пута (И = Мрежа к цосφ , Азац = Аза / цосφ ).

Губици на жицама мреже за грејање и намотаја генератора (трансформатора) Пулоад = И2нетс к Рнетс су пропорционални квадрату струје, односно повећавају се за 1,252 = 1,56 пута.

При цосφ= 0,5, струја у мрежи са истом активном снагом је једнака 100 / 0,5 = 200 А, а губици у мрежи се повећавају за 4 пута (!). Расте губици напона у мрежишто ремети нормалан рад других корисника.

Бројило корисника у свим случајевима извештава исту количину потрошене активне енергије по јединици времена, али у другом случају генератор напаја мрежу струјом која је 2 пута већа од оне у првом. Оптерећење генератора (термички режим) не одређује се активном снагом потрошача, већ укупном снагом у киловолт-амперима, односно производом напона од амперажатече кроз калемове.

Ако означимо отпор жица линије Рл, онда се губитак снаге у њему може одредити на следећи начин:

Дакле, што је већи корисник, мањи су губици струје у линији и јефтинији је пренос електричне енергије.

Фактор снаге показује како се користи називна снага извора. Дакле, за напајање пријемника од 1000 кВ при φ= 0,5 снага генератора треба да буде С = П / цосφ = 1000 / 0,5 = 2000 кВА, а при цосφ = 1 Ц = 1000 кВА.

Дакле, повећање фактора снаге повећава искоришћење снаге генератора.

За повећање фактора снаге (цосφ) користе се електричне инсталације компензација реактивне снаге.

Повећање фактора снаге (смањење угла φ — фазни помак струје и напона) може се постићи на следеће начине:

1) замена малооптерећених мотора моторима мање снаге,

2) под напоном

3) искључење мотора и трансформатора у празном ходу,

4) укључивање посебних компензационих уређаја у мрежу, који су генератори водеће (капацитивне) струје.

У ту сврху, синхрони компензатори — синхрони преузбуђени електромотори — посебно су инсталирани на моћним регионалним трафостаницама.

Синхрони компензатори

За повећање ефикасности електрана, најчешће коришћене кондензаторске батерије су повезане паралелно са индуктивним оптерећењем (слика 2 а).

Пиринач. 2 Укључивање кондензатора за компензацију реактивне снаге: а — коло, б, ц — векторски дијаграми

Користе се за компензацију цосφ у електричним инсталацијама до неколико стотина кВА косинусни кондензатори… Производе се за напоне од 0,22 до 10 кВ.

Капацитет кондензатора потребан за повећање цосφ са постојеће вредности цосφ1 на тражени цосφ2 може се одредити из дијаграма (сл. 2 б, ц).

Приликом конструисања векторског дијаграма, вектор напона извора се узима као почетни вектор. Ако је оптерећење индуктивно, тада вектор струје Аз1 заостаје за углом вектора напона φ1Аза поклапа се у правцу са напоном, реактивна компонента струје Азп заостаје за њим за 90 ° (слика 2 б).

Након повезивања кондензаторске банке са корисником, струја Аз се одређује као геометријски збир вектора Аз1 и Аз° Ц... У овом случају вектор капацитивне струје претходи вектору напона за 90° (сл. 2, ц) . Ово показује векторски дијаграм φ2 <φ1, тј. након укључивања кондензатора фактор снаге расте са цосφ1 на цосφ2

Капацитет кондензатора се може израчунати коришћењем векторског дијаграма струја (слика 2 ц) Иц = азп1 — Азр = Аза тгφ1 — Аза тгφ2 = ωЦУ

С обзиром да је П = УИ, пишемо капацитивност кондензатора Ц = (И / ωУ) НС (тгφ1 — тгφ2) = (П / ωУ2) НС (тгφ1 — тгφ2).

У пракси се фактор снаге обично повећава не на 1,0, већ на 0,90 — 0,95, пошто пуна компензација захтева додатну уградњу кондензатора, што често није економски оправдано.