ПОНЯТИЕ О КОЭФФИЦИЕНТЕ МОЩНОСТИ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ В ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Основными потребителями электроэнергии в сельском хозяйстве, как и в промышленности, являются активно-индуктивные приемники, к которым относятся асинхронные двигатели, силовые и сварочные трансформаторы. Особенность названных устройств заключается в том, что часть потребляемого ими тока (активная составляющая) используется на совершение полезной работы в то время, как другая часть (реактивная составляющая) не совершает полезной работы, а идет на создание переменного магнитного поля, без которого невозможна работа электромагнитных устройств.
Активная и реактивная составляющие тока равны полному току, умноженному соответственно на косинус и синус угла сдвига фаз между напряжением и полным током.
Из этого соотношения видно, что при постоянстве кажущейся мощности активная мощность пропорциональна cos φ. Чем он выше, тем большая часть кажущейся мощности используется на совершение полезной работы, и наоборот.
Из формулы (4) видно, что при неизменном напряжении одну и ту же активную мощность можно получить при меньшем токе, если соответственно увеличить cos φ, и наоборот, при большем токе, но при малом значении cos φ.
Совершенно очевидно, что при малом токе и большем cos ср лучше используются электрические установки. Следовательно, значение cos φ определяет собой эффективность использования электрических установок, начиная от источников электроэнергии и кончая ее потребителями.
В сельских электрических сетях коэффициент мощности весьма низок, вследствие чего установки и линии электропередачи используются плохо. Поэтому повышение коэффициента мощности в сельских сетях приобретает особо важное значение с точки зрения экономичности и качества электроснабжения сельскохозяйственного производства.
По значениям различают мгновенный, средний и средневзвешенный коэффициент мощности.
Мгновенный коэффициент мощности определяется по показаниям фазометра для данного момента времени. Он может быть также вычислен по известной формуле, куда подставляются значения величин, определенных по амперметру, вольтметру и ваттметру при одновременном отсчете их показаний.
Наиболее важной расчетной величиной является средневзвешенный коэффициент мощности, по которому, обычно, определяется значение необходимой мощности компенсирующего устройства. Средневзвешенный коэффициент мощности вычисляется по показаниям счетчиков активной и реактивной энергии за определенный промежуток времени.
Отношение разности показаний реактивного счетчика к разности показаний активного счетчика за определенный период времени выражается в следующем виде:
(6)
Зная tg φ, легко определить коэффициент мощности.
ПРИЧИНЫ СНИЖЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ
Значение коэффициента мощности в сельских электрических сетях определяется асинхронными электродвигателями, силовыми трансформаторами и сварочными аппаратами. Для наиболее распространенных в сельскохозяйственном производстве маломощных асинхронных двигателей при их номинальной мощности cos φ составляет 0,75—0,85. По мере разгрузки асинхронных двигателей коэффициент мощности снижается, доходя при холостом режиме до 0,15—0,3.
Поскольку в процессе эксплуатации электродвигателей в сельскохозяйственном производстве по многим причинам возможны их недогрузки и холостая работа, коэффициент мощности может оказаться ниже указанного верхнего предела, соответствующего номинальной нагрузке электродвигателей.
То же самое можно сказать и о силовых трансформаторах сельскохозяйственных понизительных подстанций. При больших нагрузках они имеют достаточно высокий коэффициент мощности. Но при уменьшении нагрузки трансформатора коэффициент мощности падает и при холостой работе доходит до 0,1—0,2.
Таким образом мы видим, что недогрузка и холостая работа силовых трансформаторов также оказывают существенное влияние на величину коэффициента мощности.
Значительно снижают коэффициент мощности в сельских электросетях сварочные трансформаторы, номинальный cos φ которых составляет 0,4—0,5, а при холостой работе 0,1.
В результате совокупного влияния всех перечисленных факторов значение коэффициента мощности в сельских электрических сетях весьма низкое и, как правило, не превышает 0,6—0,7.
Естественно, что такой низкий коэффициент мощности понижает технико-экономическую эффективность электроустановки. При низком cos φ потери мощности и напряжения в линии увеличиваются, а их пропускная способность снижается. Кроме того, недостаточно используются установленные мощности первичных двигателей, генераторов, трансформаторов, асинхронных двигателей, возрастает стоимость электроэнергии, снижается к.п.д. электроустановок.
Существуют различные способы повышения коэффициента мощности. Они могут быть как естественными, то есть состоять из ряда организационно-технических мероприятий, так и искусственными или, иначе говоря, предусматривать применение специальных компенсирующих устройств.
К мероприятиям естественного повышения коэффициента мощности относятся:
выбор электродвигателей в соответствии с мощностью рабочей машины, станка;
применение короткозамкнутых быстроходных асинхронных электродвигателей открытого исполнения (если этого позволяют условия работы);
сокращение периодов холостой работы электродвигателей или при возможности полная их ликвидация;
повышение качества ремонта электродвигателей; рациональный режим работы трансформаторов.
Однако возможности организационно-технических мероприятий ограничены: они не в состоянии повысить коэффициент мощности до уровня современных требований. Тем не менее проводить их нужно, так как благодаря им для дальнейшего повышения коэффициента мощности потребуются средства компенсации с возможно меньшей мощностью, а следовательно, с сравнительно малой затратой.
Одним из наиболее приемлемых средств искусственного повышения коэффициента мощности в сельских электроустановках является применение статических конденсаторов. Преимущество статических конденсаторов заключается в том, что они не требуют фундамента, просты и удобны в обслуживании, не вызывают затруднений при подборе на различную компенсирующую мощность, а также имеют весьма незначительные потери (0,3-1%).
