Электроснабжение, электрические сети — 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.
С целью уменьшения реактивной мощности целесообразно понизить напряжение на выводах обмоток статора асинхронного электродвигателя, если его нагрузка не превышает 40% номинальной мощности, что можно осуществить переключением обмотки статора с треугольника на звезду. При этом напряжение на концах каждой фазы обмотки статора уменьшится в √3 раз, что повлечет за собой уменьшение магнитного потока и реактивной мощности.
Вращающий момент электродвигателя практически пропорционален квадрату приложенного напряжения, следовательно, при уменьшении напряжения в √3 раз пусковой и максимальный моменты уменьшаются в 3 раза. Поэтому при переключении обмотки статора с треугольника на звезду необходимо учитывать пусковые условия приводимого электродвигателем механизма.
При необходимости пуска под нагрузкой применяют специальный переключатель для переключения обмотки электродвигателя после его разбега с треугольника на звезду.
Переключение обмотки статора с треугольника на звезду применимо только у электродвигателей с номинальным напряжением 380/220 в при работе их в сетях 220 и 220/127 в. При работе электродвигателя в силовой сети с номинальным напряжением 380 в обмотка его может быть включена только звездой.
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 cosφ. 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 cosφ.
Хорошо отремонтированный двигатель должен иметь паспортные номинальные данные.
Следует тщательно следить за величиной воздушного зазора между статором и ротором, не допуская 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 его до величины 0,92—0,95 по условиям технологического процесса.
На таких электроустановках применяются искусственные методы компенсаций 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 городских предприятиях применяются редко.
Наибольшее распространение для повышения коэффициента мощности получили статические конденсаторы.
На рис. 9.1 представлены схема и векторная диаграмма электрической цепи с индуктивной нагрузкой, к которой параллельно подключена батарея конденсаторов для повышения cosφ.
Ток IL отстает по фазе от напряжения U на угол φ1, соответствующий его коэффициенту мощности.
Ток подключенных конденсаторов IС опережает по фазе напряжение на угол, близкий к 90°. Общий ток установки I равен геометрической сумме токов IL и Iс.
Рис. 9.1. Схема (а) и векторная диаграмма (б) искусственной компенсации сдвига фаз между приложенным напряжением и током при параллельном соединении индуктивной нагрузки с конденсатором
Из векторной диаграммы, на которой угол φС принят примерно 90°, видно, что ток I в неразветвленной части цепи, т. е. в проводах питающей линии, уменьшается при включении конденсаторов, а коэффициент мощности установки в целом увеличивается (φ2 <φ1).
При соответствующем выборе емкости С конденсаторов можно довести угол сдвига фаз между напряжением и током до лю бой требуемой величины. Уменьшение тока в питающей сети достигается за счет реактивной составляющей, которая компенсируется емкостным током батареи конденсаторов.
Конденсаторные батареи составляют из отдельных бумажно- масляных конденсаторов, которые выпускаются на различные напряжения: 0,22, 0,38, 0,5, 1,05, 3,15, 6,3, 10,5 кВ.
Конденсаторы с номинальным напряжением до 1,05 кВ изготовляются трехфазными, а свыше 1,05 кВ — однофазными.
Трехфазные конденсаторы, в отличие от однофазных, имеют индивидуальную защиту каждой фазы от токов коротких замыканий плавкими предохранителями, вмонтированными внутрь их корпуса. При составлении конденсаторных батарей из однофазных конденсаторов последние разделяются на три группы одинаковой мощности. Внутри группы конденсаторы включаются параллельно, а группы между собой — чаще всего в треугольник.
На рис. 9.2 показан внешний вид бумажно-масляных конденсаторов для повышения коэффициента мощности, получивших название косинусных конденсаторов.
Применение статических конденсаторов по сравнению с другими способами искусственного повышения коэффициента мощности имеет определенные преимущества. Потери активной энергии в конденсаторах невелики и составляют всего 0,3—0.5% от их номинальной мощности.
Монтаж и эксплуатация конденсаторных установок просты. Для установки их не требуется специальных фундаментов вследствие отсутствия вращающихся частей. Мощность конденсаторной установки легко изменяется в результате увеличения или уменьшения количества конденсаторов.
Повреждение одного из конденсаторов не отражается на работе всей компенсационной установки, так как поврежденный конденсатор легко заменить новым.
Конденсаторные установки имеют и некоторые недостатки. Они неустойчивы к динамическим усилиям, возникающим при коротких замыканиях.
При включении конденсаторной установки возникают большие пусковые токи (до 10Iн).
После отключения конденсаторной установки от сети на ее шинах остается заряд, который опасен для обслуживающего персонала.
Конденсаторы весьма чувствительны к повышению напряжения (не допускается повышение напряжения более чем на 10% от номинального).
После пробоя диэлектрика конденсаторы довольно трудно ремонтировать. Чаще всего их приходится заменять новыми.
Почему необходимо повышать коэффициент мощности?
Коэффициент мощности – это отношение полезной (активной) мощности к полной (кажущейся) мощности, потребляемой электрооборудованием объекта или электроустановкой. Он является мерой эффективности преобразования электрической энергии в полезную работу. Идеальное значение коэффициента мощности равно единице. Любая величина, меньшая, чем единица, означает, что для получения желаемого результата необходима дополнительная мощность.
Протекание токов приводит к потерям в генерирующих мощностях и распределительной системе. Нагрузка с коэффициентом мощности 1,0 наиболее эффективно загружает источник, а нагрузка с коэффициентом мощности, к примеру, 0,8 является причиной больших потерь в системе и более высоких расходов на электроэнергию. Сравнительно небольшое улучшение коэффициента мощности может привести к значительному снижению потерь, так как они пропорциональны квадрату тока.
Если коэффициент мощности меньше единицы, это указывает на присутствие так называемой реактивной мощности. Она требуется для получения магнитного поля, необходимого для работы двигателей и других индуктивных нагрузок. Реактивная мощность, которую также можно назвать бесполезной мощностью или мощностью намагничивания, создаёт дополнительную нагрузку на систему электропитания и увеличивает затраты потребителя за электроэнергию.
Низкий коэффициент мощности обычно является результатом сдвига фаз между напряжением и током на выводах нагрузки. Также его причиной может стать высокое содержание гармоник, то есть сильно искажённая форма тока. Коэффициент мощности чаще всего понижается из-за наличия индуктивных нагрузок: асинхронных двигателей, силовых трансформаторов, ПРА люминесцентных ламп, сварочных установок и дуговых печей. Искажения формы тока могут быть результатом работы выпрямителей, преобразователей, регулируемых приводов, импульсных источников питания, газоразрядных ламп или других электронных нагрузок.
Низкий коэффициент мощности из-за индуктивных нагрузок может быть улучшен с помощью оборудования коррекции коэффициента мощности, а низкий коэффициент мощности из-за искажения формы тока требует изменения конструкции оборудования или установки фильтров гармоник. Некоторые преобразователи позиционируются как имеющие коэффициент мощности выше 0,95, тогда как на самом деле их реальный коэффициент мощности находится в пределах от 0,5 до 0,75. Значение 0,95 основано на косинусе угла между напряжением и током и не учитывает провалы в форме тока, которые также приводят к увеличению потерь.
Для работы индуктивной нагрузки необходимо магнитное поле, для создания которого требуется ток, отстающий по фазе от напряжения. Коррекция коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности) – это процесс компенсации отставания тока путём генерации опережающего тока при подключении конденсаторов к системе электроснабжения. При этом величина подключаемой ёмкости выбирается таким образом, чтобы коэффициент мощности был максимально возможно близким к единице.
Подробнее о коэффициенте мощности
Представим себе однофазный асинхронный двигатель. Если он является чисто резистивной нагрузкой для источника, ток будет в фазе с напряжением. Но так не бывает. Двигатель имеет магнитную систему, и ток намагничивания находится не в фазе с напряжением. Ток намагничивания – это ток, который определяет магнитный поток в сердечнике. Будучи не в фазе с напряжением, он заставляет поворачиваться вал двигателя. Ток намагничивания не зависит от нагрузки двигателя, его величина обычно находится в пределах от 20 до 60% от номинального тока двигателя при полной нагрузке, и он не вносит вклад в выполнение двигателем полезной работы.
Рассмотрим двигатель с током потребления 10 А и коэффициентом мощности 0,75. В этом случае полезный ток равен 7,5 А. Полезная мощность двигателя равна 230 х 7,5 = 1,725 кВт, однако общая потребляемая мощность составляет 230 х 10 = 2,3 кВт. Без коррекции коэффициента мощности для получения требуемой мощности 1,725 кВт (7,5 А) должна подаваться мощность 2,3 кВА (10 А). То есть потребляется ток 10 А, но полезную работу выполняют только 7,5 А.
Коэффициент мощности можно определить двумя способами:
- коэффициент мощности равен частному активной мощности (кВт) и полной мощности (кВА).
- коэффициент мощности равен косинусу угла между активной мощностью и полной мощностью (cosφ).
Коррекция коэффициента мощности
Коррекция коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности) – это название технологии, которая используется с начала 20 века для восстановления значения коэффициента мощности до значения, как можно более близкого к единице. Это обычно достигается подключением к сети конденсаторов, которые компенсируют потребление реактивной мощности индуктивными нагрузками и таким образом снижают нагрузку на источник. При этом не должно быть никакого влияния на работу оборудования.
Обычно для уменьшения потерь в системе распределения и снижения расходов на электроэнергию производится компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторов, которые подключаются к сети для максимально возможной компенсации тока намагничивания. Через конденсаторы, содержащиеся в большинстве устройств компенсации реактивной мощности, проходит ток, который опережает по фазе напряжение, обеспечивая таким образом опережающий коэффициент мощности. Если конденсаторы подключаются к цепи, которая работает при отстающем коэффициенте мощности, это отставание соответственно уменьшается.
Обычно значение скорректированного коэффициента мощности находится в пределах от 0,92 до 0,95. Некоторые распределительные энергокомпании поощряют работу при коэффициенте мощности, к примеру, больше 0,9, а некоторые штрафуют потребителей за низкий коэффициент мощности. Имеется много методов достижения данной цели, суть которой сводится к тому, что для снижения потерь энергии в системе распределения потребителю рекомендуется применять коррекцию коэффициента мощности. В настоящее время большинство сетевых компаний штрафуют потребителей при коэффициенте мощности ниже 0,95 или 0,9.
Необходимость повышения коэффициента мощности
При должным образом выполненной коррекции коэффициента мощности достигаются следующие преимущества:
- экологические: снижение потребления электроэнергии за счёт повышения эффективности её использования. Снижение потребления приводит к уменьшению выбросов парниковых газов и замедлению истощения ресурсов ископаемого топлива для электростанций;
- уменьшение расходов на электроэнергию;
- возможность получения большей мощности от имеющегося источника;
- снижение тепловых потерь в трансформаторах и оборудовании распределения;
- уменьшение падения напряжения в длинных кабелях;
- увеличение срока службы оборудования в связи со снижением электрической нагрузки на кабели и другие электрические компоненты.
Методы улучшения коэффициента мощности
Коррекция коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности) достигается установкой конденсаторов параллельно двигателю или схеме освещения, которые могут устанавливаться на оборудовании, распределительном щите или на вводе в электроустановку.
Статическая компенсация реактивной мощности может быть достигнута для каждого отдельного двигателя при подключении компенсирующих конденсаторов к пускателю двигателя. При этом при изменении нагрузки двигателя может наблюдаться недо- или перекомпенсация. Статическая компенсация реактивной мощности не должна применяться на выходе регулируемого привода, электронного устройства плавного пуска или преобразователя, так как конденсаторы могут стать причиной выхода из строя электронных компонентов.
При правильно рассчитанной компенсации реактивной мощности не должно быть перекомпенсации. Обычно компенсация реактивной мощности отдельного двигателя рассчитывается исходя из реактивной (намагничивающей) мощности, так как она сравнительно постоянна в отличие от активной мощности, это позволит избежать перекомпенсации.
При применении управления компенсацией реактивной мощности в схеме звезда/треугольник необходимо обратить внимание на то, чтобы конденсаторы не работали в режиме частого подключения и отключения. Обычно устройство компенсации подключается к сети или цепям контактора переключения на треугольник. Устройство компенсации реактивной мощности, подключаемое на вводе электроустановки, состоит из контроллера, измеряющего реактивную мощность и коммутирующего конденсаторы для поддержания значения коэффициента мощности выше заданного значения (обычно 0,95). При применении общей компенсации реактивной мощности другие нагрузки теоретически могут устанавливаться в любом месте сети.
Как можно увеличить коэффициент мощности
- Бензиновые насосы
- Вакуумные насосы
- Вихревые насосы
- Горизонтальные
- Дозировочные насосы
- Консольные насосы
- Маслонасосы
- Песковые насосы
- Пищевые насосы онц, онцс
- Погружные насосы
- Поршневые насосы
- Ручные насосы
- Специальные насосы
- Фекальные насосы
- Химические консольные насосы
- Химические погружные насосы типа ахп, тхи
- Грунтовые
- Насосы шламовые
- Вертикальные
| ЗАВОДЫ-ПАРТНЕРЫ |
| КОНСУЛЬТАНТЫ |
icq 673-568-755 Евгения
skype aendako Алексей
| НОВАЯ СТАТЬЯ |
26.11.22 | 12:29:41 Промышленный центробежный насос
Часто производственные задачи такие, что не обойтись без организации автономной системы водоснабжения. И для ее создания требуется специальное оборудование, основой которого являются промышленные насосы для воды. Они выбираются с учетом технических характеристик источника воды (скважины), требуемых объемов перекачиваемой жидкой среды, числа потребителей воды и других параметров. Читать..
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.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: