Zvýšení účiníku v obvodech se sinusovým proudem

Většina moderních spotřebičů elektrické energie má indukční povahu zátěže, jejíž proudy zaostávají za napětím zdroje. Takže pro indukční motory, transformátory, svařovací stroje a další jalový proud je potřeba k vytvoření rotujícího magnetického pole v elektrických strojích a střídavého magnetického toku v transformátorech.

Činný výkon těchto spotřebitelů při daných hodnotách proudu a napětí závisí na cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Snížení účiníku vede ke zvýšení proudu.

Kosinus phi je zvláště výrazně snížena, když motory a transformátory běží naprázdno nebo jsou při velkém zatížení. Pokud má síť jalový proud, není plně využit výkon generátoru, transformoven a sítí. Když cosφ klesá, výrazně rostou ztráta energie pro ohřev drátů a cívek elektrických zařízení.

Zůstane-li například skutečný výkon konstantní, dodává se mu proud 100 A při cosφ= 1, pak při klesajícím cosφ na 0,8 a stejném výkonu se proud v síti zvyšuje 1,25krát (I = síť x cosφ , Azac = Aza / cosφ).

Ztráty na vodičích topné sítě a vinutí generátoru (transformátoru) Zátěž = I2nets x Rnets jsou úměrné druhé mocnině proudu, to znamená, že se zvětší 1,252 = 1,56 krát.

Při cosφ= 0,5 je proud v síti se stejným činným výkonem roven 100 / 0,5 = 200 A a ztráty v síti vzrostou 4krát (!). roste to ztráty síťového napětícož narušuje běžný provoz ostatních uživatelů.

Měřič uživatele ve všech případech hlásí stejné množství spotřebované činné energie za jednotku času, ale ve druhém případě generátor napájí síť proudem, který je 2x větší než v prvním případě. Zatížení generátoru (tepelný režim) není určeno činným výkonem spotřebičů, ale celkovým výkonem v kilovoltampérech, tedy součinem napětí proudproudí skrz cívky.

Pokud označíme odpor vodičů vedení Rl, lze ztrátu výkonu v něm určit takto:

Čím větší uživatel, tím menší ztráty výkonu ve vedení a levnější přenos elektřiny.

Účiník ukazuje, jak je využit jmenovitý výkon zdroje. Takže pro napájení přijímače 1000 kW při φ= 0,5 by měl být výkon generátoru S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA a při cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Proto zvýšení účiníku zvyšuje využití energie generátorů.

Pro zvýšení účiníku (cosφ) se používají elektrické instalace kompenzace jalového výkonu.

Zvýšení účiníku (snížení úhlu φ — fázový posun proudu a napětí) lze dosáhnout následujícími způsoby:

1) výměna málo zatížených motorů za motory s nižším výkonem,

2) pod napětím

3) odpojení volnoběžných motorů a transformátorů,

4) zařazení speciálních kompenzačních zařízení do sítě, což jsou generátory vedoucího (kapacitního) proudu.

K tomuto účelu jsou ve výkonných regionálních rozvodnách speciálně instalovány synchronní kompenzátory — synchronní přebuzené elektromotory.

Synchronní kompenzátory

Pro zvýšení účinnosti elektráren se nejčastěji používané kondenzátorové banky zapojují paralelně s indukční zátěží (obr. 2 a).

Rýže. 2 Zapínání kondenzátorů pro kompenzaci jalového výkonu: a — obvod, b, c — vektorová schémata

Používají se pro kompenzaci cosφ v elektrických instalacích až do několika stovek kVA kosinové kondenzátory… Vyrábějí se pro napětí od 0,22 do 10 kV.

Kapacitu kondenzátoru potřebnou ke zvýšení cosφ ze stávající hodnoty cosφ1 na požadovanou cosφ2 lze určit z diagramu (obr. 2 b, c).

Při konstrukci vektorového diagramu se jako počáteční vektor bere vektor napětí zdroje. Pokud je zátěž indukční, pak vektor proudu Az1 zaostává za úhlem vektoru napětí φ1Aza se shoduje ve směru s napětím, jalová složka proudu Azp za ním zaostává o 90° (obr. 2 b).

Po připojení kondenzátorové banky k uživateli je proud Az určen jako geometrický součet vektorů Az1 a Az° C... V tomto případě kapacitní vektor proudu předchází vektor napětí o 90° (obr. 2, c) . To ukazuje vektorový diagram φ2 <φ1, tzn. po zapnutí kondenzátoru se účiník zvýší z cosφ1 na cosφ2

Kapacitu kondenzátoru lze vypočítat pomocí vektorového diagramu proudů (obr. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Vzhledem k tomu, že P = UI, zapíšeme kapacitu kondenzátoru C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

V praxi se účiník obvykle nezvyšuje na 1,0, ale na 0,90 - 0,95, protože plná kompenzace vyžaduje dodatečnou instalaci kondenzátorů, což často není ekonomicky odůvodněné.