Meningkatkan faktor daya dalam rangkaian arus sinusoidal

Sebagian besar konsumen energi listrik modern memiliki sifat beban induktif, yang arusnya tertinggal dari tegangan sumber. Jadi untuk motor induksi, transformer, mesin las dan arus reaktif lainnya diperlukan untuk membuat medan magnet berputar pada mesin listrik dan fluks magnet bolak-balik pada transformator.

Daya aktif konsumen tersebut pada nilai arus dan tegangan yang diberikan tergantung pada cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Penurunan faktor daya menyebabkan peningkatan arus.

Kosinus phi itu sangat berkurang ketika motor dan transformator dalam keadaan diam atau di bawah beban berat. Jika jaringan memiliki arus reaktif, maka daya pembangkit, gardu trafo dan jaringan tidak termanfaatkan secara maksimal. Saat cosφ menurun, mereka meningkat secara signifikan kehilangan energi untuk memanaskan kabel dan gulungan perangkat listrik.

Misalnya, jika daya nyata tetap konstan, ia diberikan arus 100 A pada cosφ= 1, kemudian dengan penurunan cosφ menjadi 0,8 dan daya yang sama, arus dalam jaringan meningkat 1,25 kali (I = Inetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Kerugian pada kabel jaringan pemanas dan belitan generator (trafo) Pload = I2nets x Rnets sebanding dengan kuadrat arus, yaitu meningkat 1,252 = 1,56 kali.

Pada cosφ= 0,5, arus dalam jaringan dengan daya aktif yang sama sama dengan 100 / 0,5 = 200 A, dan kerugian dalam jaringan meningkat 4 kali lipat (!). Itu tumbuh kerugian tegangan jaringanyang mengganggu operasi normal pengguna lain.

Pengukur pengguna dalam semua kasus melaporkan jumlah energi aktif yang dikonsumsi per unit waktu yang sama, tetapi dalam kasus kedua generator memberi makan jaringan dengan arus yang 2 kali lebih besar dari yang pertama. Beban generator (mode termal) ditentukan bukan oleh daya aktif konsumen, tetapi oleh daya total dalam kilovolt-ampere, yaitu produk tegangan oleh arus listrikmengalir melalui kumparan.

Jika kita menunjukkan resistansi kabel garis Rl, maka daya yang hilang di dalamnya dapat ditentukan sebagai berikut:

Oleh karena itu, semakin besar penggunanya, semakin sedikit kehilangan daya di saluran dan semakin murah transmisi listriknya.

Faktor daya menunjukkan bagaimana daya pengenal sumber digunakan. Jadi, untuk menyuplai penerima 1000 kW pada φ= 0,5 daya generator harus S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, dan pada cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Oleh karena itu, meningkatkan faktor daya meningkatkan pemanfaatan daya generator.

Untuk meningkatkan faktor daya (cosφ) digunakan instalasi listrik kompensasi daya reaktif.

Meningkatkan faktor daya (mengurangi sudut φ — pergeseran fasa arus dan tegangan) dapat dicapai dengan cara berikut:

1) penggantian mesin bermuatan ringan dengan mesin berdaya rendah,

2) di bawah tegangan

3) pemutusan motor dan transformator yang menganggur,

4) dimasukkannya perangkat kompensasi khusus dalam jaringan, yang merupakan generator arus utama (kapasitif).

Untuk tujuan ini, kompensator sinkron - motor listrik tereksitasi sinkron - dipasang khusus di gardu induk regional yang kuat.

Kompensator sinkron

Untuk meningkatkan efisiensi pembangkit listrik, bank kapasitor yang paling umum digunakan dihubungkan secara paralel dengan beban induktif (Gbr. 2a).

Beras. 2 Mengaktifkan kapasitor untuk kompensasi daya reaktif: a — sirkuit, b, c — diagram vektor

Untuk mengkompensasi cosφ dalam instalasi listrik hingga beberapa ratus kVA digunakan kapasitor cosinus… Mereka diproduksi untuk voltase dari 0,22 hingga 10 kV.

Kapasitas kapasitor yang dibutuhkan untuk meningkatkan cosφ dari nilai yang ada cosφ1 menjadi cosφ2 yang dibutuhkan dapat ditentukan dari diagram (Gbr. 2 b, c).

Saat membuat diagram vektor, vektor tegangan sumber diambil sebagai vektor awal. Jika bebannya induktif, maka vektor arus Az1 tertinggal di belakang sudut vektor tegangan φ1Aza bertepatan dengan arah tegangan, komponen reaktif Azp saat ini tertinggal 90 ° di belakangnya (Gbr. 2 b).

Setelah menghubungkan bank kapasitor ke pengguna, arus Az ditentukan sebagai jumlah geometris dari vektor Az1 dan Az° C... Dalam hal ini, vektor arus kapasitif mendahului vektor tegangan sebesar 90 ° (Gbr. 2, c) . Ini menunjukkan diagram vektor φ2 <φ1, yaitu setelah menyalakan kapasitor, faktor daya meningkat dari cosφ1 ke cosφ2

Kapasitas kapasitor dapat dihitung menggunakan diagram vektor arus (Gbr. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Mengingat P = UI, kami menulis kapasitansi kapasitor C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

Dalam praktiknya, faktor daya biasanya dinaikkan bukan menjadi 1,0, tetapi menjadi 0,90 — 0,95, karena kompensasi penuh memerlukan pemasangan kapasitor tambahan, yang seringkali tidak dapat dibenarkan secara ekonomi.