Что такое коэффициент

Среди технических характеристик приобретаемых электроприборов попадается такой показатель, как коэффициент мощности. В одних случаях данным параметром можно пренебречь, а в других – пренебрежение такой характеристикой может повлечь непредусмотренные расходы и проблемы.

Коэффициент мощности

Полная мощность и ее составляющие

Довольно часто возникают вопросы, как у электриков, так и у обывателей, о том, какие должны быть характеристики электрической цепи для обеспечения нормальной работы электроприборов, какое должно быть сечение проводов с током. Таким вопросом задаются желающие установить дизельные или бензиновые генераторы, а также сами поставщики электрической энергии.

Для того чтобы разобраться с такими вопросами, необходимо иметь представление о том, нагрузка какой мощности подключена к сети, будь то промышленная сеть или сеть собственного генератора. Электрическая мощность, по сути, представляет собой израсходование электроэнергии за одну секунду и характеризует быстроту трансформации или отдачи электрической энергии. Потребляемая мощность зачастую указана на каждом электроприборе. Так называемая общая мощность нагрузки имеет два компонента: активная и реактивная мощности. Мощность, расходуемая на электрическое сопротивление конечного потребителя, является активной мощностью. Существуют также и аналогичные названия в виде резистивной или омической мощности. Непосредственно эта мощность выполняет полезную работу путем преобразования в свет механическую работу или вырабатывание тепла.

К потребителям, характеризующимся только активной компонентой мощности, относятся:

• Электрочайник;
• Электрический утюг;
• Лампочка;
• Электроплита;
• Обогреватели и тому подобное.

Согласно ТОЭ, реактивная мощность представляет собой мощность, которая не была передана в нагрузку, а была затрачена на переходные процессы путем создания электрических и магнитных полей, проходя через реактивные компоненты. Такими компонентами являются катушки индуктивности и конденсаторы.

Реактивная мощность представляет собой не расходуемую бесследно энергию, а только временно накапливаемую в электромагнитном поле.

Циркуляция реактивной мощности

Сущностью реактивной мощности является накопление энергии электромагнитным полем реактивных элементов в первом полупериоде тока и возврат этой энергии в сеть во втором полупериоде. Поскольку питающий ток является переменным, то присутствие паразитной реактивной мощности является постоянным. Циркулируя по проводникам трансформаторов, генераторов, линий передач, дросселей, электромагнитов или двигателей, данная энергия приводит к их нагреву.

Треугольник мощностей

Согласно картинке выше, существует взаимосвязь между общей, активной и реактивной мощностью, а именно:

S=√(P2+Q2), где:

• S – общая мощность;
• P – активная мощность;
• Q – реактивная мощность.

Активная мощность вычисляется по формуле:

P=I*U*cosφ, где:

• I – значение тока;
• U – значение напряжения;
• φ – угол сдвига между напряжением питающей сети и током, потребляемым нагрузкой.

Проходя через катушку индуктивности, электрический ток отстает от напряжения, а проходя через конденсатор, ток опережает напряжение.

Объединив оба выражения, выходит формула:

P= S*cosφ или cosφ=P/S.

Из формулы видно, что такое коэффициент мощности, он прямо пропорционален активной мощности и обратно пропорционален общей мощности.

Коэффициент мощности

Косинус фи является тем параметром, который характеризует деформацию синусоиды тока, используемого от электрической сети переменного тока, согласно картинке ниже. Он является основным критерием, определяющим потери в проводах и на внутреннем сопротивлении сети.

Искажение тока

Косинус фи, основываясь на таблице стандартов энергопотребления, имеет такие показатели:

1. Отличный – при значениях от 0,95 до 1;
2. Хороший – при значениях от 0,8 до 0,95;
3. Удовлетворительный – при значениях от 0,65 до 0,8;
4. Неудовлетворительный – при значениях ниже 0,65.

Коэффициент мощности асинхронного двигателя и генератора

Поскольку статор и ротор асинхронного двигателя выполнены путем намотки медного провода, то, помимо активной составляющей, имеется индуктивная и емкостная составляющая сопротивления. Соответственно, каждую половину периода колебания с частотой f в сеть возвращается некоторое количество электричества. Негативными последствиями такой операции, помимо паразитного нагрева проводов, является, по сути, вырабатывание генератором электроэнергии, часть которой расходуется впустую, путем циркулирования между генератором и двигателем. Для частных случаев величина реактивных токов является малой, однако если речь идет о больших предприятиях, то величина реактивной мощности может быть настолько велика, что может повлиять на энергосистему целого региона.

Наличие заниженного коэффициента мощности влечет за собой ряд неблагоприятных проявлений:

• Применение в линиях электропередач проводов большего сечения и использование электрических и трансформаторных станций большей мощности;
• Снижение коэффициента полезного действия генерирующих и трансформирующих элементов цепи;
• Снижение полезного напряжения и мощности в проводах.

Мероприятия по увеличению cosφ направлены на:

1. Максимальное сокращение потерь электрической энергии;
2. Применение оптимального количества цветных металлов в процессе формирования электропроводящей аппаратуры;
3. Использование электрических двигателей, трансформаторов, генераторов и других устройств, работающих на переменном токе, с максимальной пользой и для увеличения их срока службы. Соответственно, улучшение коэффициента мощности неизбежно влечет за собой увеличение коэффициента полезного действия питающей сети.

К основным методам по увеличению коэффициента мощности относятся:

1. Компенсация реактивного компонента путем включения в цепь элемента с обратным действием. Промышленные предприятия, имеющие в питающей сети большой индуктивный компонент, с целью его уменьшения применяют электротехнику, собранную на конденсаторах. В связи с этим циркуляция паразитных составляющих проходит между потребителями и установкой, не принося вред питающей сети;
2. Осмысленный подход к технологическому процессу и разумное рассредоточение нагрузок с целью увеличения коэффициента мощности.

Для таких целей прибегают к таким мероприятиям:

• Использование оптимальной нагрузки на электрические двигатели в процессе эксплуатации;
• Исключить использование оборудования, потребляющего индуктивную мощность, без нагрузки или в режиме холостого хода;
• Использование электрических двигателей с другими характеристиками.

Разобравшись, что такое коэффициент мощности, и осознав техпроцессы, проходящие в питающей сети, при наличии паразитных мощностей можно обоснованно подходить к вопросу выбора оборудования, отвечающего характеристикам этой сети. Второстепенный, на первый взгляд, показатель косинус фи является важным критерием, как для поставщиков электрической энергии, так и для различных ее потребителей.

Видео