Factorul de putere ( cos ), imbunatatirea factorului de putere

FACTORUL DE PUTERE ( COS ), IMBUNATATIREA FACTORULUI DE PUTERE

1. Calculul factorului de putere

Receptoarele electrice prevazute cu bobinaje, cum sunt motoarele, transformatoarele, cuptoarele electrice etc., consuma in afara de energia electrica activa (), care serveste la efectuarea lucrului mecanic, si o energie suplimentara denumita energie reactiva (), care serveste la magnetizare; acestei energii reactive ii corespunde puterea reactiva (Q) similara celei active (P). In procesul de producere a energiei electrice in generatoarele din centrale, energia reactiva provoaca o defazare (intarziere) intre tensiune si curent, reprezentata trigonometric printr-un unghi de defazaj ().

Acesta defazare este cu atat mai mare cu cat cererea de energie reactiva din partea receptoarelor este mai mare.

Puterea activa este egala cu (fig. din stanga), iar puterea reactiva este egala cu (fig. din dreapta).

Indicele din care putem deduce in ce masura se produce (sau se consuma) energia reactiva fata de cea activa este factorul de putere is el este reprezentat prin cosinusul unghiului de defazare ().

Relatia care ne da factorul de putere instantaneu este:

unde P - este puterea activa utila ();

S - puterea aparenta

Q - puterea reactiva ()

P

S

Triunghiul puterilor

Factorul de putere mediu este cel care, in mod uzual, se determina in instalatii, si care se ia in considerare in mod obisnuit.

Se determina pentru un anumit interval de timp (ora, zi, luna, an) pe baza citirii contoarelor de energie activa si reactiva:

unde: - este energia reactiva consumata pe intervalul de timp considerat;

- este energia activa pe acelasi interval.

2. Imbunatatirea factorului de putere

Imbunatatirea factorului de putere dintr-o instalatie sau sub o alta forma reducerea energiei reactive consumate si a celei vehiculate prin retele, se obtine pe doua cai astfel:

pe cale naturala, luandu-se o serie de masuri de rationalizare privind montarea si functionarea receptoarelor, fara a face cheltuieli de investitii;

pe cale artificiala, prin montarea de instalatii care sa produca, local, energia reactiva necesara (instalatii de compensare), cu cheltuieli de investitii.

Masurile de imbunatatire pe cale naturala, mai importante sunt urmatorele:

inlocuirea motoarelor asincrone, putin incarcate, cu motoare de putere mai mica. Este stiut faptul ca transformatoarele si motoarele asincrone sunt principalii consumatori de energie reactiva. Puterea reactiva absorbita la sarcina nominala variaza intre 0.35 - 0.70% din puterea activa nominala, iar la mersul in gol intre  0.30 - 0.55 %, functie de marimea si modul de constructie al motorului. In afara de un consum mai redus de putere reactiva, inlocuirea unui motor de putere mai mare cu altul de putere mai mica conduce si la o reducere a pierderilor de putere activa in motor, deci la o economie simtitoare de energie electrica consumata.

reducerea tensiunii de alimentare a motoarelor putin incarcate. Cresterea tensiunii de alimentare a motoarelor sincrone, peste tensiunea lor nominala, inrautateste factorul de putere; micsorarea deci a tensiunii de alimentare - pentru cazurile in care nu pot fi inlocuite motoarele supradimensionate - imbunatateste valoarea acetui factor. In mod practic micsorarea tensiunii de alimentare se poate face prin: schimbarea conexiunii statorului din triunghi in stea; sectionarea infasurarii statorului; reducerea tensiunii prin schimbarea ploturilor transformatoarelor ce alimenteaza motoarele asicrone.

Prin schimbarea conexiunilor din triunghi in stea, tensiunea de alimentare ce revine unei faze scade cu , iar cuplul de pornire si cel maxim se reduc de trei ori. Aceasta schimbare se face fie definitiv daca motorul porneste in gol si apoi se incarca, fie printr-un comutator stea - trinughi.

Sectionarea infasurarii statorului este si ea functie de conditiile de pornire si de mers ale motorului.

Reducerea tensiunii transformatoarelor este un procedeu de exploatare normal.

evitarea mersului in gol al motoarelor. In marea lor majoritate motoarele asincrone functioneaza alternativ in sarcina si in gol. Timpul de mers in gol reprezinta in general 50 - 65% din programul de lucru. Introducerea de limitatoare automate de mers in gol reduce atat consumul de energie activa cat si cel de energie reactiva si mareste prin aceasta factorul de putere mediu al instalatiilor.

desfiintarea transmisiilor. In cele mai multe cazuri, desfintarea transmisiilor conduce la imbunatatiri simtitoare ale factorului de putere, prin evitarea timpului de mers in gol al motorului transmisiei si a mersului sau in general cu sarcina redusa (prin reductoare).

Masuri de imbunatatire pe cale artificiala.

Daca procedeele de imbunatatire pe cale naturala a factorului de putere nu conduc la un rezultat satisfacator - tinandu-se seama ca in prezent valoarea factorului de putere mediu din instalatiile de forta ale consumatorilor trebuie ridicata la cel putin

- imbunatatirea in continuare a factorului de putere se realizeaza prin procedeele denumite compensarea artificiala a sarcinii reactive.

De fapt compensarea artificiala  inseamna producerea locala de putere reactiva la consumator. Dintre metodele cel mai des folosite amintim compensatoarele sincrone si condensatoarele statice.

Compensatoarele sincrone (reprezentate de motoare sincrone) se utilizeaza la puteri mari, de peste 5000 kVA si se construiesc in mod obisnuit pentru imbunatatirea factorului de putere in retelele electrice de distributie. 

Condensatoarele statice - bateriile de condensatoare pentru imbunatatirea factorului de putere prezinta o importanta deosebit de mare datorita calitatii lor.

Cele pana la puterea de 25 kVAr se considera de mica putere, cele de la 26 - 250 kVAr de putere medie, iar cele peste 250 kVAr de mare putere. Condensatoarele  actuale cu randamentul si fiabilitatea cea mai ridicata sunt uscate, prezinta rezistente de descarcare interne, admit un supracurent de 30% si o supratensiune de pana la 10%. Constructia este modulara, permitand o asamblare usoara precum si obtinerea unor trepte de valori diverse.

Bateriile de condensatoare sunt de doua tipuri: fixe si automatizate.

Bateriile fixe au o putere unitara fixa si sunt utilizate pentru o compensare locala (langa motor, transformator), iar cele automatizate produc o energie reactiva adaptata consumului sarcinii si se pozitioneaza la nivelul intregii instalatii electrice a consumatorului.

DESEN din autocad

Randamentul cel mai bun pe linie de compensare se obtine cu ajutorul bateriilor de condensatoare automatizate. Acestea sunt alcatuite din condensatoare grupate in trepte, contactoare (corespunzatoare fiecarei trepte) si un regulator varmetric care asigura comutarea treptei sau treptelor corespunzatoare in acord cu consumul de energie reactiva.

Trebuie sa mentionam ca temperatura condensatoarelor nu trebuie sa depaseasca , mediul inconjurator fiind de maxim . In caz contrar se reduce simtitor durata de viata a condensatoarelor.

Dintre avantajele compensarii amintim urmatoarele: cresterea puterii disponibile in secundarul transformatoarelor, diminuarea caderilor de tensiune, economie la plata energiei electrice, eliminand consumurile excesive de energie reactiva si reducand puterea platita pentru aceeasi putere reactiva necesara.

Determinarea puterii bateriei de condensatoare la un consumator ???

Filtrarea armonicilor ???