Косинус фи требования

Косинус фи требования

Официальный сайт
единой информационной системы
в сфере закупок

Организация, оказывающая услуги по обслуживанию пользователей ЕИС,
сообщает о проведении регламентных работ
в период с 22:00 01.02.2019 по 12:00 02.02.2019

В настоящий момент Вам доступны:

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Коэффициент мощности (cos φ). Понятие, физический смысл, измерение.

Коэффициент мощности (cos φ) это параметр, характеризующий искажения формы тока, потребляемого от электросети переменного тока. Важный показатель потребителя электроэнергии. Во многом он определяет требования к питающей сети. От него зависят потери в проводах и на внутреннем сопротивлении сети.

В цепях постоянного тока мощность, впрочем, как и все остальные параметры, не меняет своего значения в течение определенного отрезка времени. Поэтому, при постоянном токе, существует единственное понятие электрической мощности как произведение значений тока и напряжения.

При переменном токе значения тока и напряжения постоянно меняются с течением времени. Мощность тоже меняется. Поэтому вводится понятие мгновенной мощности.

Мгновенная мощность.

Мгновенная мощность это произведение значения мгновенного напряжения цепи на значение мгновенного тока. На практике мощность связана с выделением тепла, механической работой и т.п. А эти явления имеют инерционный характер. Поэтому понятие мгновенной мощности не имеет практического значения, а используется для расчетов и понимания происходящих процессов.

Действующие значения тока и напряжения.

Для оценки и расчетов цепей переменного тока используются действующие значения тока и напряжения.

Действующее значение переменного тока определяется как величина такого эквивалентного постоянного тока, который проходя через то же активное сопротивление, что и переменный ток, выделяет на нем за период то же количества тепла. Математически действующее значение определяется как среднеквадратичное за период.

Вольтметры и амперметры переменного тока показывают именно действующие значения. Все операции по тепловым расчетам происходят так же, как и на постоянном токе, только с использованием действующих значений. Но это не всегда правильно.

Полная мощность.

Полная мощность вычисляется как произведение действующих значений тока и напряжения цепи.

В случае синусоидальной формы тока и напряжения, а также отсутствия фазового сдвига, вся полная мощность выделяется на нагрузке. Расчеты для переменного тока соответствуют анализу цепей постоянного тока, только используются действующие значения тока и напряжения.

Полная мощность фактически показывает требования к электрической сети. Измеряется она в В ·А , не в Вт.

Реактивная мощность.

Как только в цепи переменного тока появляются реактивные элементы ( индуктивность и емкость) все меняется. Реактивные элементы обладают способностью накапливать энергию и отдавать ее в цепь обратно. Появляется реактивная мощность.

Реактивная мощность не выделяется на нагрузке, не создает полезной работы. Она накапливается на реактивных элементах нагрузки ( конденсаторах, катушках индуктивности), а затем возвращается обратно в питающую сеть. Понятно, что возвращается она с потерями на проводах, на внутреннем сопротивлении питающей сети и т.п. Поэтому в любой энергосистеме стремятся уменьшить реактивную мощность до минимума.

Реактивная мощность может быть как положительной (для индуктивных цепей), так и отрицательной (для емкостной составляющей).

Единица измерения – вольт-ампер реактивный (ВАР).

Активная мощность.

На нагрузке остается активная мощность. Она и совершает полезную работу. Активная мощность это среднее значение мгновенной мощности за период.

Основные соотношения между параметрами.

Полная мощность в цепях переменного тока равна квадратному корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей.

Активная мощность вычисляется как:

I и U это действующие значения тока и напряжения.

Т.е. активная и полная мощности связаны через коэффициент — cos φ.

cos φ – это косинус угла сдвига между напряжением питающей сети и током, потребляемым нагрузкой. Это соотношение верно только для синусоидальной формы тока и напряжения. При cos φ = 1 активная мощность на нагрузке равна полной. Вся энергия питающей сети используется для полезной работы. Происходит это только на чисто активной нагрузке, без реактивной составляющей.

cos φ и есть коэффициент мощности (КМ) для переменных цепей с током и напряжением синусоидальной формы.

Но многие потребители энергии не только сдвигают фазу, но искажают форму тока. Примером может служить блок питания с бестрансформаторным входом. Это эквивалентная схема подключения его к питающей сети.

В подобных устройствах напряжение питающей сети выпрямляется и сглаживается на конденсаторе большой емкости. Полученное постоянное напряжение с малым уровнем пульсаций используется для дальнейшего преобразования.

Для питающей сети эта схема представляет нагрузку активно-емкостного характера. Но диоды выпрямительного моста имеют нелинейную характеристику. В начале и в конце периода они закрыты и нагрузка отключена. А в середине периода диоды открываются и кроме активной нагрузки подключают к сети значительную емкость сглаживающего фильтра. В результате ток имеет искаженную форму, показанную на рисунке.

Это один из самых неприятных типов нагрузки, но и самый распространенный. Вся бытовая техника (телевизоры, компьютеры . ) представляют такой характер нагрузки.

Коэффициент мощности (КМ) в переменных цепях с искаженной формой тока определяется как отношение активной мощности к полной.

Следующие диаграммы иллюстрируют, как КМ влияет на работу потребителей электроэнергии.

На этом рисунке показаны осциллограммы чисто активной нагрузки. Фазового сдвига нет, cos φ = 1, вся энергия из сети переходит в активную мощность на нагрузке.

На втором рисунке крайний, самый плохой вариант.

Сдвиг фазы между током и напряжением 90°, cos φ = 0. Видно, что диаграмма мгновенной мощности расположена симметрично относительно 0. Средняя активная мощность равна 0. Конечно, устройств с cos φ = 0 на практике не бывает, но промежуточных вариантов сколько угодно. Например, бестрансформаторный блок питания, приведенный в качестве примера выше, имеет КМ 0,6 — 0,7.

Значимость КМ можно показать простейшими расчетами.

Два потребителя электроэнергии с одинаковой активной (полезной) мощностью. У первого cos φ = 1, а у второго 0,5. Это означает, что второй потребитель потребляет от сети ток в два раза больше, чем первый. Т.к. зависимость потерь в проводах от тока имеет квадратичный характер (P = I 2 * R), то потери на активном сопротивлении проводов во втором случае будут в 4 раза больше. Потребуются провода большего сечения.

Для мощных нагрузок, длинных линий электропередач высокий КМ особенно важен.

Измерение коэффициента мощности.

Для измерения cos φ используются специальные приборы – фазометры. Они применяются в сетях с потребляемым током синусоидальной формы, без искажения.

Для измерения КМ у нагрузок, искажающих ток, обычно пользуются следующей методикой.

Схема измерения коэффициента мощности.

Необходимо вычислить полную мощность, как произведение показаний вольтметра и амперметра.

Теперь надо активную мощность (показания ваттметра) разделить на полную.

При отсутствии ваттметра можно использовать счетчик электроэнергии.

Для этого необходимо замерить время 10 калибровочных импульсов (миганий светодиода на корпусе счетчика). Вычислить время периода одного импульса (разделить на 10). Зная коэффициент счетчика (обычно 3200 импульсов на кВт) можно посчитать активную мощность нагрузки. С учетом того, что счетчики электроэнергии имеют класс точности 1.0, измерение получится довольно точным.

Коррекция коэффициента мощности.

Для увеличения КМ существуют специальные устройства – корректоры коэффициента мощности (ККМ). Они бываю пассивными и активными.

Для пассивной коррекции КМ в цепь питания последовательно включают дроссель. Такое решение часто применяется для трансформаторных станций катодной защиты. Но это от безвыходности. Других решений для трансформаторных станций не существует. Дроссель требуется громадных размеров, не меньше чем силовой трансформатор станции. Размеры, вес, цена станции увеличиваются практически в 2 раза, а коэффициент мощности удается поднять только до 0,85.

Смотрите так же:  Завещание гумилева анализ

В инверторных станциях катодной защиты без корректора мощности (выпрямительно-емкостная нагрузка, пример был выше) КМ порядка 0,6 — 0,7. Для его увеличения используют специальные электронные модули – активные корректоры коэффициента мощности. Их схемы, построены по принципу повышающего импульсного преобразователя. Специальные управляющие микросхемы отслеживают форму тока потребления и так управляют ключом преобразователя, что она становится синусоидальной. На выходе активного ККМ формируется постоянное напряжение 380 – 400 В. Поэтому использовать их с трансформаторами невозможно.

Активные корректоры повышают КМ до 0,95 – 0,99.

Пример активного ККМ 2000 Вт для инверторной станции катодной защиты серии «ТИЭЛЛА».

Схемотехнике активных ККМ я посвящу отдельную статью.

Косинус фи требования

А скоро ещё может появиться документ, согласно которому для светодиодных светильников с мощностью 5-25Вт минимальный коэффициент мощности (а не cos ф) будет 0,6 😀

Не нормируется этот параметр при мощностях менее 5Вт.

А скоро ещё может появиться документ, согласно которому для светодиодных светильников с мощностью 5-25Вт минимальный коэффициент мощности (а не cos ф) будет 0,6 😀

Не нормируется этот параметр при мощностях менее 5Вт.

ээээээх, заживем. :D:D:D

А скоро ещё может появиться документ, согласно которому для светодиодных светильников с мощностью 5-25Вт минимальный коэффициент мощности (а не cos ф) будет 0,6 😀

Не нормируется этот параметр при мощностях менее 5Вт.

Уже почти нормируется. С 01.07.2014г. вводится в действие новый стандарт ГОСТ Р 55705-2013 « Приборы осветительные со светодиодными источниками света. Общие технические условия». Согласно него п.5.2:
Коэффициент мощности ОП должен быть не менее:
0,7 — для ОП с потребляемой мощностью не более 8Вт
0,85 — для ОП с потребляемой мощностью от8 до 20 Вт включительно
0,9 — для ОП с потребляемой мощностью более 20Вт

А кто за соблюдением следить будет?

Схемы измерения КМ утвержденные ГОСТ есть? ))) ВНИСИ меряет неверно )

А кто за соблюдением следить будет?

Схемы измерения КМ утвержденные ГОСТ есть? ))) ВНИСИ меряет неверно )

Ты, да я . да мы с тобой. ну и еще кого нибудь приобщим 😀
Создадим наблюдательный комитет и будем мозги выносить всем. 😉

ВНИСИ меряет неверно )[/QUOTE]

Как не верно? :confused:

Уже почти нормируется. С 01.07.2014г. вводится в действие новый стандарт ГОСТ Р 55705-2013 « Приборы осветительные со светодиодными источниками света. Общие технические условия». Согласно него п.5.2:
Коэффициент мощности ОП должен быть не менее:
0,7 — для ОП с потребляемой мощностью не более 8Вт
0,85 — для ОП с потребляемой мощностью от8 до 20 Вт включительно
0,9 — для ОП с потребляемой мощностью более 20Вт

Читаю этот ГОСТ и как-то мне не по себе становится.
1. Пропала нижняя планка по мощности, ниже которой коэффициент мощности не нормируется. Где бы нарыть драйвер с корректором на 3-х ваттный спотик?
2. Срок службы ОП — не менее 12 лет. Считаем, что непрерывной работы?
3. Соответствие по ЭМС ГОСТ Р. Однако, при сертификации требуется соответствие ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств».

1. Пропала нижняя планка по мощности, ниже которой коэффициент мощности не нормируется. Где бы нарыть драйвер с корректором на 3-х ваттный спотик?

Этот факт действительно печалит. Надеюсь в будущем при корректировке этого стандарта, все таки внесут больше конкретики

2. Срок службы ОП — не менее 12 лет. Считаем, что непрерывной работы?

Я думаю здесь изложены мечты разработчиков стандарта =) Опять же никакой конкретики.

3. Соответствие по ЭМС ГОСТ Р. Однако, при сертификации требуется соответствие ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств».
Соответствие ТР ТС — это соответствие стандартам, входящим в перечень для этого регламента. ГОСТы по ЭМС в перечне присутствуют, поэтому все верно. Перечень стандартов для этого ТС утвержден Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011г. №879.

2. Срок службы ОП — не менее 12 лет. Считаем, что непрерывной работы?

Очевидно, что календарных с даты продажи. Иначе ж никак не подсчитаешь.

Как не верно? :confused:

Увы увы. они измеряют косинус.

Ты, да я . да мы с тобой. ну и еще кого нибудь приобщим 😀
Создадим наблюдательный комитет и будем мозги выносить всем. 😉

Ага. И будем силой заставлять соблюдать )

Похвально конечно. Все же с нежностью вспоминаю советские ГОСТы прочитав которые можно было практически на коленке выполнить измерения. Помню дома спектры измерял ) У меня был спектрометр лист фотобумаги, скамейка и табуретка )
И ведь результаты достоверные получил.

А сейчас эти фантазии читаешь и в тихом «шоке» пытаешься расшифровать — что же автор имеет ввиду?!
Ищешь оригинал на английском и думаешь — «ну как. Как можно было так изуродовать и так не самый понятный документ?!»

Соответствие ТР ТС — это соответствие стандартам, входящим в перечень для этого регламента. ГОСТы по ЭМС в перечне присутствуют, поэтому все верно. Перечень стандартов для этого ТС утвержден Решением Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011г. №879.

Тут есть закавыка: в ГОСТ Р 55705-2013 в требованиях по ЭМС перечислены следующие ГОСТы: 51318.15, 51514, 51317.3.2, 51317.3.3.
Однако, ни в одном из перечней стандартов ТР ТС 020/2011 (по которому теперь идёт сертификация) ГОСТов 51318.15 и 51514 не обнаружено. Глубоко не копал — но, есть подозрение, что вместо этих ГОСТов в ТР ТС использованы белорусские стандарты (СТБ IEC 61547-2011 и СТБ ЕН 55015-2006).
Чем белрусские стандарты отличаются от наших — не знаю, так как тексты белорусских в открытом доступе не нашёл.
В итоге, как обычно, может оказаться ситуация, когда один и тот же светильник должен будет соответствовать по одному и тому же параметру двум разным нормативам, предъявляющим к этому параметру ну очень разные требования.

Увы увы. они измеряют косинус.

Согласно их протоколов на наши изделия, для измерения эл. параметров они используют в частности измеритель электрической мощности GPM-8212H\RS. А тот согласно паспортных данных вычисляет коэфф-т. мощности как Мощность активная (Вт) / Мощность реактивная (ВА). И значения измеряются с учетом гармонических составляющих (True RMS).

Ага. И будем силой заставлять соблюдать )

Ну да, силой. а куда деваться то? Силу нашу только надо подкрепить посильнее, а то ведь сопротивляться будут 🙂

Согласно их протоколов на наши изделия, для измерения эл. параметров они используют в частности измеритель электрической мощности GPM-8212H\RS. А тот согласно паспортных данных вычисляет коэфф-т. мощности как Мощность активная (Вт) / Мощность реактивная (ВА). И значения измеряются с учетом гармонических составляющих (True RMS).

В других лабораториях на драйверы дали 0,6 , и на счетчике эл. энергии — тоже было 0,6.

Так что. Есть повод думать что как то они не так измеряют! Рекомендую проверить.

Тут есть закавыка: в ГОСТ Р 55705-2013 в требованиях по ЭМС перечислены следующие ГОСТы: 51318.15, 51514, 51317.3.2, 51317.3.3.
Однако, ни в одном из перечней стандартов ТР ТС 020/2011 (по которому теперь идёт сертификация) ГОСТов 51318.15 и 51514 не обнаружено.

Вы абсолютно правы, что многие путаются, но это из разряда по какому стандарту определять IP (по 60598-1 или по 14254, оба действующие). Поэтому выбирается, к сожалению, чисто формальный подход: в ТР ТС 004 указан 60598, на него и опирайтесь при сертификации. В ТР ТС 020 фигурируют 51317 в разных вариациях, поэтому на них и сертифицируются. А 55705, как и многие, носит рекомендательный характер.
Вообще вся эта путаница в стандартах как я вижу не одного меня достала ))))) Чтобы в этих перепитиях разобраться и выбрать правильный подход — не один литр коньяка нужен 😀

Смотрите так же:  Великий новгород пенсионный фонд материнский капитал

Тут есть закавыка: в ГОСТ Р 55705-2013 в требованиях по ЭМС перечислены следующие ГОСТы: 51318.15, 51514, 51317.3.2, 51317.3.3.

А какой ГОСТ 51317.3.3 действующий или чем он заменен, т.к. 51317.3.3-2008 отменен ([Только зарегистрированные пользователи могут видеть ссылки.]).

А какой ГОСТ 51317.3.3 действующий или чем он заменен, т.к. 51317.3.3-2008 отменен ([Только зарегистрированные пользователи могут видеть ссылки.]).

Поиск показал, что действующим сейчас является СТБ IEC 61000-3-3-2011 ([Только зарегистрированные пользователи могут видеть ссылки.]). Однако, в перечне стандартов ТР ТС 020/2011 указан именно ГОСТ 51317.3.3-2008 (IEC 61000-3-3:2005). По-тихоньку у нас все нормативы станут Белорусскими? 😉

Получается список 51318.15, 51514, 51317.3.2, 51317.3.3.
с учетом таможенносоюзнечества должен выглядеть:
ГОСТ Р 51318.15-99, ГОСТ Р 51514-2013, ГОСТ Р 51317.3.2-2006 (МЭК 61000-3-2:2005), СТБ IEC 61000-3-3-2011 (IEC 61000-3-3:2008)??

Нет. Список по ТР ТС получается такой:
СТБ IEC 61547-2011 (вместо ГОСТ Р 51514-2013);
СТБ ЕН 55015-2006 (вместо ГОСТ Р 51318.15-99);
СТБ МЭК 61000-3-2-2006 (вместо ГОСТ Р 51317.3.2-2006 (МЭК 61000-3-2:2005));
СТБ IEC 61000-3-3-2011 (IEC 61000-3-3:2008)

ГОСТов не осталось в итоге ))) Поотменяли нафиг! )))

ГОСТ Р 51318.15-99 — действует

Но не упоминается в ТР ТСАга. Читаем:

1. С введением в действие ГОСТ Р 51318.15-99 утратил силу на территории РФ ГОСТ 21177-82 (Указатель «Государственные стандарты» за 2003 год).

2. Документ включен в отмененный Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 27 декабря 2010 года N 347-ФЗ «Технический регламент о безопасности низковольтного оборудования», утвержденный приказом Росстандарта от 14.09.2010 N 3546.
В связи со вступлением в силу с 15 февраля 2013 года Технического регламента Таможенного союза «О безопасности низковольтного оборудования» (ТР ТС 004/2011) утратил силу приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 сентября 2010 года N 3546.

Это ездец. Статус завис в воздухе.
ГОСТ Р 51514-2013 — действует
ГОСТ Р 51317.3.2-2006 отменен на территории РФ с 01.01.2014 с введением в действие ГОСТ 30804.3.2-2013 (Приказ Росстандарта от 22.07.2013 N 423-ст).
Но не упоминается в ТР ТС
ГОСТ Р 51514-2013 утверждён приказом Росстандарта от 8 октября 2013 года N 1134-ст

С введением в действие ГОСТ 30804.3.2-2013 с 01.01.2014 отменен на территории РФ ГОСТ Р 51317.3.2-2006 (приказ Росстандарта от 22.07.2013 N 423-ст).

Не техрегламентом единым жив человек! Приказы Росстандарта тоже имеют законодательную силу

Как выбрать коэффициент мощности?

При расчете электрических нагрузок мы постоянно сталкиваемся с необходимостью выбора коэффициентов мощности для различных электроприемников. В данной статье хочу рассказать, как выбрать cosϕ и чем руководствоваться в таких случаях.

Чтобы правильно выбрать cosϕ и правильно рассчитать ток самый верный способ – посмотреть в паспорт на оборудование либо руководство по эксплуатации. Лично я очень редко туда заглядываю, т.к. не всегда паспорта имеются под рукой, поэтому пойдем по другому пути.

Проектировщик любое свое решение должен подкреплять требованиями нормативных документов. Кое-что можно найти в ТКП 45-4.04-149-2009 (п.8.1.15, 8.2.18) и СП 31-110-2003 (п.6.12, 6.30).

Также советую иметь у себя:

Скачать М788-1069 можно на форуме.

1 Выбор коэффициента мощности для освещения.

Для освещения выбрать cosϕ проще всего.

Коэффициент мощности зависит от типа лампы. У ламп накаливания он 1,0, у люминесцентных – 0,92; у ДРЛ, ДРИ, МГЛ — 0,85; у светодиодных – до 0,98.

При проектировании наружного освещения и промышленных объектов cosϕ лучше выбирать из каталогов производителей светильников, поскольку они могут немного колебаться от приведенных значений. Не стоит брать коэффициент мощности больше 0,92 для освещения, несмотря на то, что в каталогах можно встретить и 0,96, и 0,98. Пусть будет небольшой запас, поскольку заказчик может купить светильник совсем другого производителя и лучше ориентироваться на требования нормативных документов. Лучше бы производители указывали и потребляемый ток светильников, поскольку часть электроэнергии теряется в ПРА.

Для освещения у меня 3 значения: 1,0; 0,92 и 0,85.

2 Выбор коэффициента мощности для силовых электроприемников.

Коэффициент мощности для электроприемников, которые не нашел ТНПА я выбираю исходя из режима работы и наличия двигательной нагрузки. Если не знаешь cosϕ для силового оборудования — принимай 0,8 Например, лифты, подъемные механизмы имеют cosϕ около 0,65.

Если мощность ЭП не превышает пару кВт, то не правильно выбранный cosϕ не значительно повлияет на расчетный ток.

Для мощных ЭП при выборе коэффициента мощности нужно относиться более ответственно, а также для однотипного оборудования имеющегося в большом количестве.

2.1 Выбор коэффициента мощности для электронно-вычислительной техники.

Отдельным пунктом следует выделить компьютерное оборудование. В проектах для ЭВМ я принимаю cosϕ=0,7. У некоторых он может быть чуть выше, все зависит здесь от блока питания.

2.2 Выбор коэффициента мощности для холодильного оборудования.

Коэффициенты мощности для холодильного оборудования нужно принимать в зависимости от мощности. У данного оборудования cosϕ от 0,65 до 0,85. Например, у моего холодильника cosϕ=0,85, хотя по ТНПА нужно принимать 0,65. cosϕ=0,75 – среднее значение для всех холодильных установок.

2.3 Выбор коэффициента мощности для нагревательного оборудования.

Чайники, электрические плиты, водонагреватели и другие электронагревательные ЭП имеют коэффициент мощности близкий к 1,0.

Чтобы лучше запомнить, подведем итоги:

  • cosϕ для освещения — 1,0; 0,92 и 0,85.
  • cosϕ для нагревательного оборудования – 1,0.
  • cosϕ для ЭВМ – 0,7.
  • cosϕ для холодильников – 0,75.
  • cosϕ для других силовых ЭП – 0,65-0,8.

Реактивная мощность и cos фи

Рассмотрим такие понятия, как: реактивная мощность, коэффициент мощности ( cos фи), низкое значение Cos FI и способы его повышения.

Что такое реактивная мощность?

Коэффициент мощности cos фи (φ) определяется как отношение полезной мощности к полной. Математически это определение часто записывают в виде кВт/кВА, где числитель – активная (действительная) мощность, а знаменатель – кажущаяся (активная + реактивная, полная) мощность. И хотя определение выглядит весьма простым, само понятие реактивной мощности весьма зачастую туманно и запутанно даже для людей с неплохой технической подготовкой.

Объяснение понятия реактивной мощности основывается на том, что в системе переменного тока в случае, когда напряжение и ток возрастают и уменьшаются одновременно, передается только активная мощность, а когда между током и напряжением есть сдвиг во времени (сдвиг по фазе), передается как активная, так и реактивная мощность. Однако, при расчете среднего за период значения, присутствует только среднее значение активной мощности, которое приводит к «чистой» передаче энергии из одной точки в другую, тогда как среднее значение реактивной мощности равно нулю, независимо от структуры и режима работы системы.

В случае реактивной мощности количество энергии, протекающее в одном направлении равно количеству энергии, протекающему в противоположном направлении (иначе говоря, реактивные элементы сети – конденсаторы, индуктивности и др. – обмениваются реактивной энергией). Это означает, что реактивная мощность не производится и не потребляется.

Но, в действительности, мы наблюдаем потери реактивной мощности и внедряем много различного оборудования для ее компенсации, чтобы уменьшить потребление электроэнергии и затраты.

Заблуждения о законе сохранения энергии

Закон сохранения энергии, не подвергаемый сомнению, гласит: «энергия ни откуда не возникает и никуда не исчезает», а мы все еще продолжаем говорить о «сбережении энергии»!! Заблуждения возникают тогда, когда мы рассуждаем о законе сохранения, игнорируя другие законы термодинамики, в частности закон, гласящий, что энтропия («низкосортная» энергия) постоянно увеличивается. В математическом смысле «полная» энергия не имеет значения для потребителя энергии, следовательно, он должен заботиться об эффективности ее преобразования и сохранения. Точно так же, несмотря на то, что мы можем доказать математически, что потери реактивной мощности не являются реальными потерями и реактивная энергия вообще не тратится, у нас есть целый ряд причин для коррекции реактивной мощности. Это проще объяснить на основе физических аналогий.

Смотрите так же:  Транспортный налог в чечне калькулятор

Физические аналогии

Предположим, нам надо заполнить водой резервуар, выливая по одному ведру за раз. Единственный способ сделать это – подняться по лестнице с ведром воды и вылить ведро в емкость. Вылив ведро, мы должны спуститься по лестнице за следующим ведром. За этот цикл (подъем по лестнице и спуск) мы проделали определенную работу, причем энергия, затраченная на подъем, больше энергии, требуемой для спуска.

Если бы мы поднялись по лестнице с пустым ведром и с ним же спустились, то мы не совершили бы никакой работы. Но энергия для подъема и спуска осталась бы такой же. И хотя мы не совершали никакой полезной работы, мы затратили некоторое количество энергии.

Таким образом, энергия, необходимая на подъем и спуск по лестнице с пустыми руками, требует реактивной мощности, но не полезной. А энергия, затраченная на подъем с ведром воды и спуск с пустым ведром, требует как активной мощности, так и реактивной.

Аналогия может быть распространена и на трехфазные системы, если поставить три лестницы к резервуару и заставить трех человек подниматься по ним в такой последовательности, чтобы наполнение резервуара было непрерывным.

Что вызывает низкий коэффициент мощности cos φ (cos фи) в электрической системе?

Перечислим некоторые причины, которые способствуют возникновению в системе низкого коэффициента мощности:

  • индуктивные нагрузки, особенно недогруженные асинхронные двигатели и трансформаторы;
  • индукционные печи и дуговые печи с реакторами;
  • дуговые лампы;
  • токоограничивающие реакторы;
  • повышенное напряжение.

Реактивная мощность, потребляемая этими нагрузками, увеличивает значение полной мощности в распределительной сети, и такое увеличение реактивной и полной мощности вызывает снижение коэффициента мощности.

Как повысить коэффициент мощности cos φ?

Коэффициент мощности можно повысить путем дополнительного подключения в сеть потребителей реактивной мощности, таких как конденсаторы или асинхронные двигатели.

Также его можно увеличить за счет полного использования по нагрузке асинхронных двигателей и трансформаторов и за счет применения высокоскоростных двигателей. Применение автоматической системы переключения отводов обмоток трансформаторов также способствует повышению коэффициента мощности.

При каких обстоятельствах коррекция коэффициента мощности способна:

а) снизить потребление электроэнергии на предприятии?
Повышение коэффициента мощности cos фи (cos φ) на предприятии за счет внедрения любого из вышеупомянутых способов компенсирует потери и уменьшает токовые нагрузки на оборудование электросети, т.е. кабели, распределительные коммутационные устройства, трансформаторы, генерирующие установки и т.д. Это означает, что коррекция коэффициента мощности cos фи там, где она возможна, уменьшит потребление электроэнергии на предприятии и, в свою очередь, снизит стоимость электроэнергии.

Повышение коэффициента мощности cos φ приводит к снижению энергопотребления, когда коррекция реализована на уровне отдельных потребителей (т.е. оборудования) или на уровне распределительного устройства. Но это не приведет к снижению энергопотребления, если предприятие, получающее энергию из общей сети, вынесет коррекцию на уровень питающего/входного напряжения только для того, чтобы скомпенсировать реактивную энергию, потребляемую из сети. Если предприятие осуществляет такую коррекцию для своей собственной системы генерации электроэнергии, то в этом случае экономия на стоимости (либо электроэнергии, либо стоимости топлива) будет иметь место за счет снижения потерь в генераторе.

б) сократить только затраты на электроэнергию?
Коррекция коэффициента мощности cos φ (cos фи) приведет только к уменьшению стоимости электроэнергии в случае, если предприятие, получающее энергию из общей сети, вынесет коррекцию на уровень питающего/входного напряжения только для того, чтобы скомпенсировать реактивную энергию, потребляемую из сети.

Как правило, cos фи повышают до значения 0.95-0.98, а дальнейшее его повышение до единицы может привести к увеличению срока окупаемости мероприятий по коррекции.

в) снизить затраты и потребление электроэнергии?
Во всех остальных случаях, кроме вышеописанных исключений, повышение коэффициента мощности в конечном итоге приводит к снижению потребления энергии и, следовательно, к снижению стоимости электроэнергии. Однако окупаемость инвестиций за счет повышения коэффициента мощности зависит от типа предприятия и многих других факторов, таких как тариф на электроэнергию, схемы загрузки оборудования, метода производства и использования мощности и т.д.

Коррекция коэффициента мощности cos фи осуществляется за счет индивидуальной или групповой коррекции.

Коэффициент мощности

Материал из Руководство по устройству электроустановок

  • Реактивная мощность и коэффициент мощности
    • Природа реактивной мощности
    • Установки и приборы, требующие реактивной мощности
    • Коэффициент мощности
    • Практические значения коэффициента мощности
  • Зачем повышать коэффициент мощности?
  • Методы повышения коэффициента мощности
    • Теоретические принципы повышения коэффициента мощности
    • Выбор оборудования повышения коэффициента мощности
    • Выбор между нерегулируемой или автоматически регулируемой КБ
  • Выбор места установки конденсаторов
  • Выбор оптимального уровня компенсации
  • Компенсация на зажимах трансформатора
    • Компенсация для повышения пропускной способности
    • Компенсация реактивной мощности, поглощаемой трансформатором
  • Компенсация реактивной мощности асинхронных двигателей
  • Работа установки до и после компенсации реактивной мощности
  • Влияние гармоник
    • Проблемы, связанные с гармоническими составляющими напряжения
    • Возможные решения, связанные с гармоническими составляющими напряжения
    • Выбор оптимального решения, связанного с гармоническими составляющими напряжения
  • Конденсаторные батареи

Определение коэффициента мощности

PF = P (кВт)/S (кВА), где:
P = активная мощность;
S = полная мощность.

Коэффициент мощности нагрузки, которая может являться электроприемником (ЭП) или совокупностью таких ЭП (например, вся система), задается отношением P/S, т.е. число кВт, деленное на число кВА в заданный момент времени.

Значение коэффициента мощности изменяется в диапазоне 0-1.

Если токи и напряжения являются идеальными синусоидальными сигналами, коэффициент мощности равен cos φ.

Коэффициент мощности около единицы означает, что реактивная мощность мала в сравнении с активной, а низкое значение коэффициента указывает на противоположное.

Векторная диаграмма мощности

  • Активная мощность P (кВт):

— однофазная (1 фаза и нейтраль): P = V х I х cos φ;
— однофазная (фаза-фаза): P = U х I х cos φ;
— трехфазная (3 провода или 3 провода + нейтраль): P = х U х I cos φ.

  • Реактивная мощность Q (квар):

— однофазная (1 фаза и нейтраль): Q = V х I х sin φ;
— однофазная (фаза-фаза): Q = U х I х sin φ;
— трехфазная (3 провода или 3 провода + нейтраль): Q = х U х I sin φ.

— однофазная (1 фаза и нейтраль): S = V х I;
— однофазная (фаза-фаза): S = U х I;
— трехфазная (3 провода или 3 провода + нейтраль): S = х U х I,
где:
V — линейное напряжение;
U — фазное напряжение;
I — ток;
φ — угол между векторами напряжения и тока;
— для симметричных или почти симметричных нагрузок четырехпроводных систем.

Векторы тока и напряжения и вывод векторной диаграммы мощности

Векторная диаграмма мощности – полезный инструмент, выводимый непосредственно из истинной диаграммы вращающихся векторов токов и напряжений следующим образом:

Напряжения энергосистемы принимаются в качестве исходных величин, и рассматривается только одна фаза, исходя из предположения о симметричной трехфазной нагрузке.

Исходное напряжение фазы (V) совпадает с горизонтальной осью, а ток (I) этой фазы сдвинут (отстает) (практически для всех нагрузок энергосистемы) относительно напряжения на угол φ.

Составляющая тока I, совпадающая по фазе с напряжением V, является реактивной составляющей тока I и равна I·cos φ, значение V·I cos φ равно активной мощности (кВт) в цепи, если V выражается в кВ.

Составляющая тока I с отставанием 90 градусов от напряжения V является безваттной составляющей тока I и равна I·sin φ, а значение V·I·sin φ равно реактивной мощности (квар), если напряжение V выражается в кВ.

Результат умножения I на V в кВ (V·I) равен полной мощности (кВА) для цепи.

Получается простая формула S 2 = P 2 + Q 2

Следовательно, умноженные на 3, указанные выше значения кВт, квар и кВА на фазу могут удобно представлять взаимосвязь кВА, кВт, квар и коэффициента мощности для общей трехфазной нагрузки, как показано на рис. L3.