Раздел 2. Выбор компенсирующих устройств для стройплощадки

Необходимость выбора соответствующих компенсирующих устройств связана с тем, что, согласно «Правилам устройства электроустановок (ПУЭ)», допустимая величина коэффициента мощностей потребителей электроэнергии стройплощадки должна быть в пределах 0,92-0,95, а по результатам расчета она оказывается практически всегда значительно меньше.

Коэффициент мощности является очень важным энергетическим фактором, что можно доказать следующим примером.

Пример 1. Если реактивная мощность передается при cosφ = 1, то ток в цепи равен:

Если же активная мощность передается при cosφ = 0,5, то:

,

т. е. ток по сравнению с первым случаем увеличивается в два раза.

Современные потребители переменного тока (электродвигатели, трансформаторы и т. п.) создают в электрических цепях сдвиг тока по фазе относительно напряжения в сторону отставания на угол ц < 90˚, т. е. создаются условия, когда:

Это обстоятельство приводит к последствиям, имеющим большое народнохозяйственное значение.

1. Приведенный пример показывает, что при данной активной мощности ток будет тем больше, чем меньше cosφ.

Обмотки генераторов, двигателей и других электроустановок рассчитаны на токи определенной величины, потому загрузка их реактивной мощностью, т. е. работа при низких значениях cosφ, снижает отдачу активной мощности. Другими словами, снижение cosφ приводит к уменьшению реальной полезной мощности электростанций, что крайне нежелательно.

2. Снижение cosφ ограничивает пропускную способность электрических сетей, так как она определяется максимально допустимой величиной тока. Для передачи необходимой активной мощности при низком cosφ, требуются провода большого сечения, больший расход материалов, большие капитальные затраты.

3. Повышение величины тока в сетях ведет к существенному увеличению потерь энергии на нагрев проводов и к увеличению падения напряжения в линии передач, т. е. к снижению напряжения на концах линии передачи. Поддержание напряжения на должном уровне требует дополнительных капиталовложений.

Чтобы увеличить cosφ и сократить потери электроэнергии в электрооборудовании стройплощадки, могут быть применены методы естественной и искусственной компенсации коэффициента мощности.

Основными методами естественной компенсации являются следующие:

а) повышение загрузки электрооборудования строительных механизмов до номинальной мощности и увеличение равномерности его работы,

б) ликвидация режимов холостого хода у асинхронных двигателей и сварочных трансформаторов,

в) замена незагруженных электродвигателей электродвигателями меньшей мощности, что всегда целесообразно, если средняя нагрузка двигателя составляет менее 45 % от номинальной.

К методам искусственной компенсации относят использование статических конденсаторов и синхронных двигателей.

Наиболее простым представляется использование для искусственного повышения cosφ батарей конденсаторов.

Компенсация сдвига фаз с помощью конденсаторов основана на резонансных явлениях, что поясняется рис. 1:

Рис. 1

Ток I₁, потребляемый основными приемниками, отстает по фазе от напряжения на угол j₁. Ток конденсаторов I_с опережает напряжение на угол 90°. Суммарный ток I, забираемый

от электростанции и протекающей по линии, равен геометрической сумме I₁ и I_c , т. е. I меньше чем I_I , угол f близок к нулю, следовательно, cosφ близок к единице.

Реактивная мощность компенсирующего устройства может быть определена по формуле

, (12)

где φ1 – угол сдвига фаз до компенсации; φ₂ – угол сдвига фаз после компенсации; P_расч. – расчетная активная мощность строительной площадки.

Практически емкостные компенсаторы – батареи конденсаторов, включенных параллельно в систему трехфазного тока по схеме «треугольник». Компенсирующее устройство может быть установлено на стороне низшего напряжения трансформаторной подстанции (централизованная компенсация), у магистральных шкафов (групповая компенсация) или непосредственно у потребителей электроэнергии (индивидуальная компенсация).

Пример 2.Выбрать компенсирующее устройство для повышения коэффициента мощности электрооборудования строительной площадки, полученного в результате расчетов в примере I, от величины 0,864 до величины 0,95.

В соответствии с формулой (12) рассчитываем реактивную мощность компенсирующего устройства:

.

Из таблицы Прил. 2 по результатам расчета выбираем для компенсации косинусные конденсаторы типа КМ-0, 38–13 номинальной мощностью