Коэффициент мощности генератора что это

Выбирая электростанцию, многие потребители сталкиваются с непониманием ряда технических характеристик, в том числе и такого определения как коэффициент мощности. Между тем данный показатель является достаточно значимым, поэтому мы попытаемся дать здесь его определение словами, понятными не только профессиональному инженеру-электрику.

Для начала немного теории. Любой электрический прибор или подключенная к генератору нагрузка потребляет два вида мощности: активную и реактивную, которые в сумме составляют полную мощность автономной системы энергоснабжения измеряемой в кВА. В свою очередь активная – это та мощность, которая используется непосредственно для совершения работы (выполнения своих функций подключенным потребителем), т.е. полезная, необходимая мощность. В то же время реактивная – это так называемая «пустая» мощность, возникающая у электропотребителя вследствие существующих законов физики и особенностей его конструкции, и постоянно циркулирующая между генератором и потребителем. Не вдаваясь в подробности можно отметить, что чем меньше реактивной мощности потребляет подключенное устройство, тем большее качество энергоснабжения мы получаем и тем меньший по величине номинальной мощности необходим генератор. Почему? Вот здесь и необходимо объяснить понятие коэффициента мощности электростанции.

В целом коэффициент мощности, измеряемый как cos φ, показывает, какую часть от полной мощности вырабатываемой электростанцией составляет именно активная (полезная мощность). Сегодня принято измерять коэффициент мощности в дробных значениях, не превышающих 1, где 1 – это 100% (т.е. из всей заявленной мощности генератора 100% приходится именно на активную её составляющую). Соответственно, при показателе коэффициента мощности 0,8 генератор отдает потребителю 80% активной мощности из всех 100% полной мощности.

Таким образом, значение cos φ является достаточно важным при выборе генераторной установки, так как оказывает прямое влияние на работу подключенных потребителей. Попробуем объяснить.

Допустим, вы приобретаете дизельную электростанцию номинальной мощностью 1000 кВА с показателем коэффициента мощности cos φ равным 0,8. В таком случае генератор может отдать подключенным нагрузкам активную мощность, равную только 800 кВА (1000 кВА * 0,8 cos φ = 800 кВА). При увеличении коэффициента мощности до 0,9 мы, соответственно, получаем актуальную активную мощность, равную 900 кВА. Таким образом, можно сказать, что чем выше показатель cos φ, тем большую активную (рабочую) мощность может отдать генератор потребителям при равных показателях номинальной мощности.

В применении к подбору электростанции непосредственно под конкретные нужды объекта установки, данный показатель определяет, подойдет ли выбранная ДГУ для обеспечения бесперебойным питанием всех подключенных потребителей, либо необходимо остановить свой выбор на электростанции с меньшим показателем cos φ но с большим значением номинальной мощности, и наоборот.

Подводя итог можно сказать, что чем меньший коэффициент мощности имеет электростанция, тем меньшую активную мощность она может предоставить подключенным потребителям, и тем ниже качество потребления электроэнергии за счет увеличения доли реактивной (пустой) мощности. Что приводит к необходимости увеличения полной номинальной мощности дизель-генераторной установки, проведения расчетов по увеличению сечения проводов и другим работам.

Источник

Что такое коэффициент мощности (косинус фи)

Физическая сущность коэффициента мощности (косинуса «фи») заключается в следующем. Как известно, в цепи переменного тока в общем случае имеются три вида нагрузки или три вида мощности (три вида тока, три вида сопротивлений). Активная Р, реактивная Q и полная S мощности соответственно ассоциируются с активным r, реактивным х и полным z сопротивлениями.

Реактивное сопротивление при прохождении по нему тока потерь не вызывает. Обусловливается это сопротивление индуктивностью L, а также емкостью С.

Индуктивное и емкостное сопротивления являются двумя видами реактивного сопротивления и выражаются следующими формулами:

реактивное сопротивление индуктивности, или индуктивное сопротивление,

реактивное сопротивление емкости, или емкостное сопротивление,

Как видно из треугольника, в цепи переменного тока в общем случае возникают три мощности: активная Р, реактивная Q и полная S

Активная мощность может быть названа рабочей, т. е. она «греет» (выделение тепла), «светит» (электрическое освещение), «двигает» (электродвигатели приводят в движение механизмы) и т. д. Измеряется она так же, как и мощность на постоянном токе, в ваттах.

Реактивная мощность Q не расходуется и представляет собой колебание электромагнитной энергии в электрической цепи. Переливание энергии из источника к приемнику и обратно связано с протеканием тока по проводам, а так как провода обладают активным сопротивлением, то в них имеются потери.

Пример. Определить потери мощности в линии с сопротивлением r _л = 1 ом, если по ней передается мощность Р=10 кВт на напряжение 400 В один раз при cosфи ₁ = 0,5, а второй раз при cosфи₂=0,9.

Потери мощности dP₁ = I₁ 2 r _л = 50 2 •1 = 2500 Вт = 2,5 кВт.

Потери мощности dP₂ = I ₂ 2 r _л = 28 2 •1 = 784 Вт = 0,784 кВт, т.е. во втором случае потери мощности в 2,5/0,784 = 3,2 раза меньше только потому, что выше значение cosфи.

Расчет наглядно показывает, что чем выше величина косинус «фи», тем меньше потери энергии и тем меньше нужно закладывать цветного металла при монтаже новых установок.

Повышая косинус «фи», преследуем три основные цели:

1) экономию электрической энергии,

2) экономию цветных металлов,

3) максимальное использование установленной мощности генераторов, трансформаторов и вообще электродвигателей переменного тока.

Последнее обстоятельство подтверждается тем, что, например, от одного и того же трансформатора можно получить тем больше активной мощности, чем больше величина со sфи потребителей. Так, от трансформатора с номинальной мощностью S_н=1000 кВа при со sфи ₁ = 0,7 можно получить активной мощности Р ₁ = S _нcosфи ₁ = 1000•0,7=700 кВт, а при cosфи₂ = 0,95 Р₂ = S нcosфи₂= 1000•0,95 = 950 кВт.

В обоих случаях трансформатор будет нагружен полностью до 1000 кВа. Причиной низкого коэффициента мощности на предприятиях являются недогруженные асинхронные двигатели и трансформаторы. Например, асинхронный двигатель при холостом ходе имеет cos фи_хх примерно равный 0,2, тогда как при загрузке до номинальной мощности со sфи _н = 0,85.

Для наглядности рассмотрим приближенный треугольник мощности для асинхронного двигателя (рис. 1,г). При холостом ходе асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность, примерно равную 30% номинальной мощности, тогда как потребляемая активная мощность при этом составляет около 15%. Коэффициент мощности поэтому очень низок. С возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная меняется незначительно и поэтому cosфи возрастает. Подробнее об этом читайте здесь: Коэффициент мощности электропривода

Основным мероприятием, повышающим значение cosфи, является работа на полную производственную мощность. В этом случае асинхронные двигатели будут работать с коэффициентами мощности, близкими к номинальным величинам.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности делятся на две основные группы:

1) не требующие установки компенсирующих устройств и целесообразные во всех случаях (естественные способы);

2) связанные с применением компенсирующих устройств (искусственные способы).

К мероприятиям первой группы согласно действующим руководящим указаниям относится упорядочение технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования и повышению коэффициента мощности. К этим же мероприятиям относится применение синхронных двигателей вместо некоторых асинхронных (установка синхронных двигателей рекомендуется вместо асинхронных всюду, где требуется повышать соsфи).

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Вопросы по выбору бензогенератора

Мечты о энергонезависимости в данное время уже не являются чем-то далеким и несбыточным. Приобрести генератор (электростанцию) также просто, как и любой другой строительный инструмент — выбор этого оборудования настолько широк, что многие потенциальные покупатели просто теряются во всем этом разнообразии. Так ли это сложно — выбрать генератор для собственных нужд?

Генератор для постоянной работы или аварийный источник электроэнергии

Генераторы малой мощности используют одинаково часто как строительные, ремонтные бригады, так и частные лица. В первом случае генератор будет являться основным источником электроэнергии на площадке, а в частном хозяйстве ему уготована роль аварийного источника электроэнергии. Только не стоит рассматривать генераторы в качестве альтернативы стандартным источникам электроэнергии — это крайне дорогое удовольствие, себестоимость 1 кВт электроэнергии получается очень высокой. Даже на строительной площадке генераторы чаще всего используются только на первом этапе, до подвода электролинии. Однако, важным условием для такого рода оборудования является достаточная мощность, продолжительность работы и моточасы, а точнее, ресурс генератора.

Давайте разберемся с мощностью генератора

Выбирая генератор любой потребитель, прежде всего, обращает внимание на такой показатель, как мощность, совершенно забывая о том, что есть не только разделение на 1 фазные и 3 фазные генераторы разной мощности, но и целый ряд других характеристик, которые следует учитывать. В первую очередь нужно знать, что производители в большинстве случаев указывают максимальные параметры своего изделия (в данном случае мощность). Этот результат вы сможете получить от генератора только в течении короткого промежутка времени. Если провести аналогию с автомобилем, то вы исключительно редко эксплуатируете автомобиль на пике его возможностей, загоняя стрелку тахометра в красную зону шкалы. Для того, чтобы определить реальные возможности генератора вам, прежде всего, найти такой параметр, как коэффициент мощности, или, как его часто обозначают в технической документации к изделию, cos ф (косинус фи).

Если вы не находите данный параметр, не ленитесь, спросите его у продавца. Некоторые производители сознательно не указывают подобные данные с целью выдать свое изделие за более мощное. Приведем простой расчет. Электрогенератор вырабатывает 5 кВА, коэффициент мощности генератора (cos ф) составляет 0,8. Реально, что можно получить от вашего генератора это 4 кВт. Некоторые производители указывают на своих изделиях коэффициент мощности, который равен единице и при этом указывают реальную выходную мощность электростанции. Для того, чтобы у Вас не вызывало затруднений сразу же объясним, что означают такие величины, которые встречаются в технических характеристиках, как кВА и кВт:

— кВА это киловольт-амперы. Это так называемая суммарная мощность (активная и реактивная)

— кВт это киловатты. Этот показатель нам важен в момент выбора генератора, так как он показывает активную мощность

Косинус фи (cos ф) равный 0,8 чаще всего указывают на европейских изделиях. Принято в европейских стандартах, что изделие может работать на предельной нагрузке не более 10% времени (например, не более 2 часов за 24 часа непрерывной работы). У японцев несколько иные стандарты. Они допускают, что изделие может работать с перегрузкой не более 1,5% от рабочего времени. По этой причине разница косинуса фи для европейских и японских генераторов будет достаточно большой.

Фирма Makita дорожит своей многолетней репутацией производителя качественного инструмента и оборудования. На генераторе указаны два параметра:

— Максимальная мощность 4,1 кВт (а не кВА, как должно быть на самом деле);

— Номинальная мощность 3,5 кВт.

Соответственно, коэффициент мощности генератора будет составлять приблизительно 0,85.

В документации на генератор Glendale GP4000L-GEE нет указаний на то, какая именно номинальная мощность изделия. Однако, вызывает сомнение, что заявленная мощность в 3,8 кВА/кВт соответствует действительности. Особенно если внимательно прочитать наименование модели. Скорее всего, реальная номинальная мощность данного изделия будет около 3,2 кВт. По всей видимости, производитель просто указал несколько завышенную номинальную мощность генератора. И все же, нужно отдать производителю должное, что данная мощность не указана как номинальная.

Возникает резонный вопрос — зачем нам знать такие технические тонкости? Ответ очень прост. Мы рассматривали выше достаточно мощные генераторы, которые к тому же являются далеко не дешевыми изделиями. Некоторые потребители (это в полной мере относится как к тем, кто профессионально используют генераторы, так и к тем, кто приобретает генератор для дома) наивно полагают, что достаточно будет приобрести генератор такой же мощности, как и оборудование, которое планируется к нему подключить. Вот здесь и кроется одна из самых больших ошибок.

Как правильно подобрать генератор под определенное оборудование

Давайте попробуем подобрать генератор для «домашних» целей. Прежде всего, нам нужно определить список тех приборов, которые будут подключены к нашему генератору. Это нужно для того, чтобы знать, какие именно нагрузки «лягут на плечи» нашего генератора.

Естественно, что первыми в этом ряду будут лампочки, которые можно отнести к разряду активной нагрузки. К этому же виду нагрузки относятся электрические печи, обогреватели (без вентиляторов), чайники. Вентиляторы, кондиционеры, насосы, электроинструменты, пылесосы и многие другие потребители, которые имеют в своей основе электродвигатель, относятся к нагрузке с индуктивной составляющей (индуктивная нагрузка или реактивная нагрузка).

Если вам необходимо, чтобы в помещении светилось несколько лампочек и работал масляный обогреватель, то для выбора генератора вам будет достаточно посчитать суммарную мощность этих активных потребителей. Например. В доме будет гореть 5 лампочек по 100 Вт, работать обогреватель мощностью 1 кВт, а также электрическая печь мощностью 1,5 кВт. Для этих потребителей вам достаточно будет электростанции мощностью 3 кВт (суммарная мощность всех активных потребителей электроэнергии). А вот дальше начинаются определенные сложности. Если небольшой генератор с легкостью обеспечит вас электроэнергией для лампочек, то с пылесосом ему попросту не справиться.

Дело в том, что пылесосы оснащены достаточно мощными электродвигателями, для которых нужно учесть поправку при подборе генератора соответствующей мощности. Эта поправка составляет около 1,25. Также стоит учитывать коэффициент мощности самого генератора. Если взять все тот же генератор Glendale GP4000L-GEE, то с лампочками проблем у вас не возникнет, а вот с пылесосом… Давайте просто посчитаем. Мощность хорошего пылесоса около 1,8 кВт, как мы писали выше, поправка составляет 1,25. Значит, что для нормальной работы данного потребителя нужно 2,25 кВА. Учитывая коэффициент самой электростанции, получаем, что для нормальной работы пылесоса нам нужна электростанция, которая имеет номинальную мощность около 2.8 кВт. Только в таком случае все изделия будут работать без перегрузки. Однако подключить какой либо еще потребитель электроэнергии к данному генератору будет большой ошибкой. Генератор Glendale GP4000L-GEE позволит вам использовать пылесос и несколько других активных потребителей электроэнергии.

Вот поправочные коэффициенты к некоторым видам инструментов и бытовой техники:

— электрическая дрель мощностью 750 Вт имеет коэффициент 1,2;

— домашний деревообрабатывающий станок мощностью 2,3 кВт коэффициент 1,3;

— водяной подкачивающий насос мощностью 850 Вт коэффициент 1,25;

— бетономешалка мощностью 900 Вт коэффициент 3,5;

— холодильник мощностью 500 Вт коэффициент 3,2.

Вот и получается, что не так-то просто выбрать генератор, зная только мощность потребителей электроэнергии и мощность самого изделия. Если Продавец не владеет подобной информацией о том генераторе, который пытается продать — лучше выбрать другое место для покупки.

Устройство генератора достаточно простое. Все производители выпускают свои изделия, которые очень похожи одно на другое: металлическая рама или основание, на которое на специальных амортизаторах (чаще всего резиновых) крепится двигатель и генератор. Двигатели используют либо дизельные, либо бензиновые. В последнее время появились электрогенераторы, которые работают на газе. Выбирая генератор, особое обратите внимание на двигатель. Самые распространенные и наиболее качественные бензиновые двигатели производят фирмы Briggs&Stratton, Honda, Yamaha, Subaru. Желательно, чтобы двигатель имел верхнее расположение клапанов (OHV).

Именно такими двигателями оснащают электростанции, которые рассчитаны на продолжительную работу и именно эти двигатели имеют достаточно большой моторесурс. Желательно, чтобы ваш генератор был оснащен стартовым усилителем. Данная опция позволяет сглаживать все нагрузки, которые возникают в момент запуска мощного потребителя электроэнергии. Есть электростанции, которые оснащаются специальной автоматикой, благодаря которой в момент отключения электроэнергии ваша станция запустится автоматически и подаст в сеть потребителя электричество. Нужно заметить, что данное оборудование достаточно дорогое и нужно выполнить целый ряд технических условий, прежде чем установить данный генератор. Так, например, бензиновый генератор Endress ESE 1206 DHS/A-GT ES ISO стоит в настоящий момент порядка 183 000 рублей. Согласитесь, далеко не каждый семейный бюджет позволит с легкостью делать подобные приобретения. Стоит также отметить, что для подобных изделий вам может понадобиться выделить либо построить отдельное помещение, либо приобрести специальный защитный кожух для того, чтобы установить генератор на улице. Все электрогенерирующие установки с двигателями внутреннего сгорания периодически нуждаются в квалифицированном сервисном обслуживании.

При всей простоте конструкции, производство генераторов — это достаточно сложный и трудоемкий процесс. В последнее время на рынке появилось большое число самых разных моделей генераторов от самых разных производителей. Но, даже если электростанция оснащена двигателем известного производителя, то это вовсе не означает, что перед вами продукт высокого качества. Очень часто предлагают электростанции, которые оснащены двигателями «типа Хонда» (как говорят на рынке). При внешнем осмотре и в самом деле можно уловить сходство. Однако сходство вовсе не означает качество. А уж за ресурс этих изделий и вовсе не стоит говорить. Если вы внимательно послушаете продавцов на рынке (читайте — на базаре), то вам будут практически даром предлагать исключительно европейские изделия (бельгийские, немецкие, французские). Вас не настораживает тот факт, что в Европе просто не существует подобных заводов, а те адреса, которые указаны в паспортах на подобные изделия — это просто адреса небольших офисов? На самом же деле вся подобная продукция имеет одну страну происхождения — Китай. Реальных европейских и японских специализированных производителей подобной техники очень мало и их продукция очень дорого стоит. Но она и в самом деле стоит этих денег.

Вот и получается, что если мы решили приобрести не маленький генератор, который в условиях загородной поездки на природу обеспечит вас электроэнергией, а желаем правильно подобрать электростанцию, которая позволит вам максимально полностью удовлетворить все потребности, то стоит обратиться за помощью к профессиональным продавцам подобной техники. Только тогда вы будете уверены в том, что ваш генератор и все те потребители, которые вы к нему подключаете, будут работать долго и без поломок.

Источник

Коэффициент мощности и гармоники в электросети

Контроллер компенсаторной установки для увеличения cos φ

В прошлой статье я рассказал при исследование качества электроэнергии при помощи анализатора HIOKI. Там я обещал продолжить рассказ и поделиться своими знаниями по таким понятиям, как коэффициент мощности (известный в народе как cos φ) и гармоники питающего напряжения.

Кроме того, расскажу, что такое PF, DPF, и докажу, что косинус и синус – две большие разницы! 🙂

Для примера разберём, как обстоят дела с косинусом и гармониками на предприятии, которое мы обследовали совместно с “ИК Энергопартнер”.

Косинус угла в электротехнике

Кто хочет, почитайте про cos φ в Википедии, а я расскажу своими словами.

Итак, что такое косинус в электротехнике? Дело в том, что есть такое явление, как сдвиг фаз между током и напряжением. Он происходит по разным причинам, и иногда важно знать о его величине. Сдвиг фаз можно измерить в градусах, от 0 до 360.

На практике степень реактивности (без указания индуктивного либо емкостного характера) выражают не в градусах, а в функции косинуса, и называют коэффициентом мощности:

Полная мощность является геометрической суммой активной Р и реактивной Q мощностей, поэтому формулу коэффициента мощности можно записать в следующем виде:

Формула коэффициента мощности через активную и реактивную мощности

На самом деле, всё не так просто, подробности ниже.

Легендарный Алекс Жук очень толково рассказал, что такое реактивная мощность, и всё по этой теме:

В видео подробно и доступно изложена вся теория по теме.

Размерности. Что в чём измеряется

Активная мощность Р ⇒ Вт (то, что измеряет домашний счетчик),

Реактивная мощность Q ⇒ ВАР (Вольт · Ампер Реактивный),

Полная мощность S ⇒ ВА (Вольт · Ампер).

Кстати, в стабилизаторах и генераторах мощность указана в ВА. Так больше. Маркетологи знают лучше.

Также маркетологи знают, что на потребителях (например, на двигателях) мощность лучше указывать в Вт. Так меньше.

Минусы и плюсы наличия реактивной составляющей

При питании нагрузки, имеющей только активный характер, сдвиг фаз между током и напряжений равен нулю. Этот случай можно назвать идеальным, при нем можно питающие сети используются полностью, поскольку нет потерь на бесполезную реактивную составляющую.

Реактивная составляющая не так бесполезна. Она формирует электромагнитное поле, нужное для адекватной работы реактивной нагрузки.

В реальной жизни нагрузка, как правило, имеет индуктивный характер (ток отстает от напряжения), и является активно-реактивной. Поэтому всегда, когда говорят о сдвиге фаз и о косинусе, имеют ввиду индуктивную нагрузку.

Основными источниками реактивной составляющей электроэнергии являются трансформаторы и асинхронные электродвигатели.

Чисто реактивная нагрузка бывает только в учебнике. Реально за счет потерь всегда присутствует и активная составляющая тоже.

Реактивная составляющая мощности питания является негативным фактором, поскольку:

По приведенным причинам необходимо понижать долю реактивной мощности в сети (повышать косинус) – это выгодно и энергоснабжающим организациям, и потребителям с распределенными сетями.

Пример: Для передачи определенной мощности нужен ток 100 А при cos φ = 1. Однако, при cos φ = 0,6 для обеспечения той же мощности нужно будет передать ток 166 А! Соответственно, нужно думать о повышении мощности питающей сети и увеличении сечения проводов…

Реактивная мощность – это часть мощности источника питания, эта мощность была накоплена в магнитном поле, а затем возвращена обратно источнику.

Как компенсируют реактивную составляющую мощности?

Для понижения (компенсации) индуктивного характера реактивной составляющей используют введение емкостной составляющей в нагрузку, которая имеет положительный сдвиг фаз напряжения и тока (ток опережает напряжение). Реализуется это путем подключения параллельно нагрузке конденсаторов необходимой емкости. В результате происходит компенсация, и нагрузка со стороны питающей сети становится активной, с малой долей реактивной составляющей.

Компенсаторная установка на контакторах

Важно, чтобы не происходило перекомпенсации. То есть, даже после компенсации косинус не должен быть выше 0,98 – 0,99, и характер мощности всё равно должен оставаться индуктивным. Ведь компенсация имеет ступенчатый характер (контакторами переключаются трехфазные конденсаторы).

Конденсатор компенсатора реактивной мощности

Однако, для конечного потребителя компенсация реактивной мощности не имеет особого смысла. Польза в её компенсации есть только там, где имеются длинные сети передачи, которые “забиваются” реактивной мощностью, что в итоге снижает их пропускную способность.

Поэтому компенсация реактивной мощности относится к вопросу энергосбережения – она позволяет экономить расход топлива на электростанциях, и выработку бесполезной реактивной энергии, которая в конечном счете преобразуется в тепловую энергию и выбрасывается в атмосферу.

На предприятиях учитывается и активная, и реактивная потребляемые мощности, и при составлении договора оговаривается минимальное значение коэффициента мощности, которое нужно обеспечить. Если косинус упал – включается повышающий коэффициент при оплате.

Отрицательный косинус

Из школьного курса геометрии известно, что cos (φ) = cos (-φ), то есть косинус любого угла будет положительной величиной. Но как же отличить индуктивную нагрузку от емкостной? Всё просто – электрики всех стран условились, что при емкостной нагрузке перед знаком косинуса ставится минус!

В практике пользования прибором анализа напряжения HIOKI у меня были случаи, когда значение косинуса было отрицательным. В последствии выяснилось, что была неправильно включена компенсаторная установка и произошла перекомпенсация. То есть cos φ Коэффициент реактивной мощности Тангенс φ

Часто более удобным является коэффициент реактивной мощности tg φ, который показывает отношение реактивной мощности к активной. Понятно, что при tg φ = 0 достигается идеал cos φ = 1.

Гармоники питающего напряжения

Кроме образования реактивной мощности, на промышленных предприятиях существует такой негативный фактор, как выработка гармоник напряжения питающей сети.

Гармоники – это та часть спектра питающего напряжения, которая отличается частоты промышленной сети 50 Гц. Как правило, гармоники образуются на частотах, кратных основной. Таким образом, 1-я (основная) гармоника имеет частоту 50 Гц, 2-я – 100, 3-я – 150, и так далее.

Для измерения гармоник напряжения существует формула:

Гармоники напряжения – формула расчета

Однако, эта формула не удобна на практике, поскольку не дает представления об уровне каждой гармонике в отдельности. Поэтому для практических целей используют формулу:

Коэффициент каждой гармоники напряжения

Таким образом, при измерении мы получим детальное распределение гармоник в спектре питающего напряжения, что позволит провести детальный анализ полученной информации и сделать правильные выводы.

Есть ещё гармоники тока, но там всё гораздо хуже…

На основе увеличения гармоник тока построен прибор для обмана счетчика. Кстати, там Автор прибора довольно убедительно доказал пользу своего изобретения)

PF или DPF?

Здесь надо сделать оговорку. Всё, что я говорил выше про косинус – относится к линейной нагрузке. Это означает, что напряжение и ток, хоть и гуляют по фазе, имеют форму синуса.

Но в реальном мире вся нагрузка не только не активная, но и не линейная. Значит, ток через неё имеет хоть и периодическую, но далеко не синусоидальную форму. Искаженная синусоида означает, что кроме первой гармоники имеются и другие, вплоть до бесконечности.

Вот как обстоят иногда дела:

Формы напряжения и тока при нелинейной нагрузке

Гармоники напряжения, тока и мощности

Обычно, когда нагрузка симметричная (трехфазные потребители), за счёт принципов работы все гармоники, кратные 2 и 3, почти отсутствуют. В итоге остаются в основном 5, 7, 11, 13 гармоники, имеющие частоты соответственно частоты 250, 350, 550, 650 Гц.

Поэтому надо понимать, что та теория, что я расписал выше – для идеальных условий (без нелинейных искажений), которых в реале не бывает. Либо, если пренебречь высшими гармониками тока, и взять только первую (50 Гц), что обычно и происходит в жизни.

И если подходить к терминологии строго, то cos φ и PF (Power Factor) – это не одно и то же. PF учитывает также все гармоники напряжения и тока. И с учетом нелинейности реальный PF будет меньше.

Для учета коэффициента мощности в приборе HIOKI есть параметр DPF (Displacement Power Factor, смещённый коэффициент мощности), который учитывает только первую гармонику и равен cos φ.

Коэффициенты мощности полный PF и смещённый DPF (для чистого синуса)

В итоге можно сказать, что справедливо выражение:

cos φ = DPF ≤ PF

Измерения на предприятии

При индуктивном характере нагрузки, который наблюдается на практике в большинстве случаев, ток отстает от напряжения (отрицательный сдвиг фаз), что видно на экране прибора HIOKI 3197 (табличные данные) при проведении измерений:

В данном случае видно, что ток отстает от напряжения примерно на 26°.

Из вышеприведенного измерения видно, что при угле отставания тока (сдвиге фаз) 26° cos φ = 0,898. Данный расчет подтверждается измеренным значением.

Измерение проводилось в течение около двух часов, за это время оборудование (нагрузка) циклически включалось и выключалось. За всё время измерения коэффициент нелинейных искажений напряжения THD не превысил 1,3% по каждой из фаз.

Результаты измерений приведены ниже:

Измеренные гармоники напряжения, тока и мощности

Режим мультиметра – на экране разные параметры

Для проверки проведём расчет по выше приведенной формуле для самых интенсивных гармоник (5, 7, 11):

Расчет гармоник напряжения

Как видно, остальные гармоники имеют пренебрежимо малый вес.

Временной график THD:

График THD (коэфта нелинейных искажений)

Временной график cosϕ:

Анализ полученных результатов обследования

На предприятии нужно было выбрать компенсирующую установку для увеличения коэффициента мощности. Но перед её покупкой было решено обратить внимание на гармоники.

Были реальные случаи, когда из-за высокого уровня гармоник напряжения взрывались и загорались конденсаторные установки

В ГОСТ 13109-97 указан допустимый уровень гармонических искажений по напряжению, равный 8%. По проведенным измерениям, этот уровень не превышен. Однако, при увеличении мощности в 5 раз можно ожидать увеличение процента гармоник (THD) в то же количество раз. Следовательно, возможно увеличение коэффициента гармоник с 2,3 % до 11,5 %.

Однако, по рекомендациям производителей для безопасной эксплуатации батарей конденсаторов установок стандартного исполнения уровень THD не должен превышать 2 %. При этом уровень гармоник тока не учитывается и ГОСТом не регламентируется.

Следовательно, необходимо применять совместно с конденсаторными установками фильтры высших частот (фильтрокомпенсирующие устройства).

Рекомендации по уменьшению гармонических составляющих питающего напряжения

Для уменьшения гармоник напряжение рекомендуется сделать следующее:

Для выполнения приведенных рекомендаций желательно обратиться к инструкциям производителей и специалистам.

Креме того, рекомендуется проверить состояние питающих проводов, кабелей, клемм, переходных сопротивлений силовых соединений фазных и нейтральных проводов, качество соединений заземления корпусов электроприборов и т.д. В результате обследования выявлены преобразователи с отключенным заземлением.

Рекомендации по выбору компенсирующих устройств реактивной мощности

Мощность компенсирующего устройства выбирается исходя из мощности нагрузки, а также существующего и желаемого коэффициентов мощности.

Для расчета параметров можно воспользоваться следующей методикой.

Определить из таблицы коэффициент К, который считается по формулам на основе углов фаз некомпенсированного и компенсированного питания:

Таблица для определения коэффициента выбора конденсаторов

Например, текущий cosϕ = 0,7, желаемый cosϕ = 0,96. Тогда К = 0,73.

Как я уже говорил, не рекомендуется компенсировать реактивную мощность полностью (до cosϕ = 1), так как при этом возможна перекомпенсация (за счет переменной величины активной мощности нагрузки и других случайных факторов)

Этот тот самый случай, когда к идеалу стремиться не нужно)

Далее, необходимую емкостную мощность конденсаторных батарей определяют по формуле: Qc = КP (ВАр).

Например, в нашем случае, при мощности 1000 кВт полная мощность конденсаторной батареи будет 730 кВАр.

При выборе конденсаторной батареи она должна обладать следующими параметрами (не хуже):

(рекомендации даны поставщиком КУ)

На этом всё. Если есть желание что-то добавить, или поправить меня – как всегда, рад вашим комментариям!

Источник