Материал: Градостроительство, инфраструктура, коммуникации

В случае, когда cosϕ = 90 , в первой четверти периода происходит потребление энергии

для создания магнитного поля, а во второй четверти его обратная генерация в сеть, то есть происходит обмен мощностью.

Рис. 3. График фаз напряжения и тока при индуктивной нагрузке в сети

Когда нагрузка является только емкостной (рис. 4), то фаза тока будет опережать фазу напряжения.

Рис. 4. График фаз напряжения и тока при емкостной нагрузке в сети

В большинстве случаев электрическая сеть представлена наличием в ней смешанной индуктивной и емкостной нагрузки, имеющей непосредственную связь с характером подключаемых к ней потребителей.

Из-за смещения фаз напряжения и тока уменьшается величина активной мощности, которая используется для совершения полезной работы в системах с индуктивной нагрузкой. Так как часть электрической энергии (реактивной мощности) будет циркулировать в энергосистеме и тратиться только на создание магнитных полей, не совершая ничего полезного, что в свою очередь приводит к увеличению тока необходимого для полноценной работы оборудования. Так как все проводники обладают активным сопротивлением, и циркуляция больших токов в системе будет приводить к их нагреву (величина нагрева, а

55

Выпуск № 4(25), 2021 ISSN 2413-6751

соответственно и потерь, пропорциональна квадрату тока), а соответственно и к потерям электрической энергии [5, 6].

2. Расчет токовой нагрузки для выбранной мощности. Для электрической трехфазной сети низкого напряжения расчет токовой нагрузки по активной мощности

Как мы можем видеть, в данной формуле хорошо прослеживается влияние коэффициента мощности (cosϕ ) на токовую нагрузку ( Ip ).

Полученные расчетные значения токовой нагрузки представлены ниже в таблице и для наглядности приведены в виде графиков (рис. 5–8) для активной мощности в диапазоне от 50 до 200 кВт с шагом 50 кВт в зависимости от коэффициента мощности в рассматриваемом интервале значений от 0,8 до 1.

Расчетные значения токовой нагрузки с учетом коэффициента мощности

Рис. 5. График зависимости токовой нагрузки мощностью 50 кВт от cosϕ

56

Для мощности 50 кВт токовая нагрузка без учета коэффициента мощности (т.е. равного единице) составляет 72,3 А, при выборе автоматического выключателя ближайшего значения из выпускаемых заводами-изготовителями на сегодняшний день на полученную нагрузку составит 80 А. Как видно из рис. 5 для выбранного автоматического выключателя с номинальным током нагрузки 80 А значение cosϕ в диапазоне от 1 до 0,91 не будет влиять

на его работу, так как токовая нагрузка в данном интервале меняется в допустимых пределах (от 72,3 до 80 А) выбранного автоматического выключателя. При дальнейшем снижении значения cosϕ в диапазоне от 0,91 до 0,8 приведет к автоматическому отключению

устройства из-за превышения его номинальной токовой нагрузки (от 80,3 до 90,4 А) и прекращению подачи электроэнергии.

Рис. 6. График зависимости токовой нагрузки мощностью 100 кВт от cosϕ

Для мощности 100 кВт токовая нагрузка без учета коэффициента мощности (т.е. равного единице) составляет 144,5 А, при выборе автоматического выключателя ближайшего значения из выпускаемых заводами-изготовителями на сегодняшний день на полученную нагрузку составит 160 А. Как видно из рис. 6 для выбранного автоматического выключателя с номинальным током нагрузки 160 А значение cosϕ не существенны лишь в интервале

значений от 1 до 0,91, так как токовая нагрузка в данном интервале меняется в допустимых пределах (от 144,5 до 160 А) выбранного автоматического выключателя. При дальнейшем снижении значения cosϕ в диапазоне от 0,91 до 0,8 приведет к автоматическому

отключению устройства из-за превышения его номинальной токовой нагрузки (от 160,6 до 180,6 А) и прекращению подачи электроэнергии.

Для мощности 150 кВт токовая нагрузка без учета коэффициента мощности (т.е. равного единице) составляет 216,8 А, при выборе автоматического выключателя ближайшего значения из выпускаемых заводами-изготовителями на сегодняшний день на полученную нагрузку составит 250 А. Как видно из рис. 7 для выбранного автоматического выключателя с номинальным током нагрузки 250 А значение cosϕ практически полностью исключает

влияние в рассматриваемом диапазоне значений (от 1 до 0,866), так как токовая нагрузка в данном интервале меняется в допустимых пределах (от 216,8 до 250 А) выбранного автоматического выключателя. При дальнейшем снижении значения cosϕ в диапазоне от

0,86 до 0,8 приведет к автоматическому отключению устройства из-за превышения его номинальной токовой нагрузки (от 250 до 271 А) и прекращению подачи электроэнергии.

57

Рис. 7. График зависимости токовой нагрузки мощностью 150 кВт от cosϕ

Рис. 8. График зависимости токовой нагрузки мощностью 200 кВт от cosϕ

Для мощности 200 кВт токовая нагрузка без учета коэффициента мощности (т.е. равного единице) составляет 289 А, при выборе автоматического выключателя ближайшего значения из выпускаемых заводами-изготовителями на сегодняшний день на полученную нагрузку составит 315 А. Как видно из рис. 8 для выбранного автоматического выключателя с номинальной токовой нагрузкой 315 А значение cosϕ также имеет зону не влияния

расположенную в диапазоне от 1 до 0,92, так как токовая нагрузка в данном интервале меняется в допустимых пределах (от 289 до 315 А) выбранного автоматического выключателя.

58

При дальнейшем снижении значения cosϕ в диапазоне от 0,93 до 0,8 приведет к

автоматическому отключению устройства из-за превышения его номинальной токовой нагрузки (от 316 до 361,3 А) и прекращению подачи электроэнергии. При использовании на данную нагрузку автоматического выключателя номиналом 400 А, то значение cosϕ не

будет оказывать влияния на его работу во всем рассматриваемом диапазоне значений (от 1 до 0,8).

3. Анализ полученных зависимостей. Нормируемое значение коэффициента мощности нормативно-техническими документами для сети напряжения 0,4 кВ составляет tgϕ от 0,35 до 0,4 (для различных сетевых организаций), что в пересчете составляет cosϕ от

0,93 до 0,95. При наличии правильно подобранных устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ), выдающих нормируемый показатель cosϕ от 0,93 до 0,95 все рассматриваемые выше автоматические выключатели по токовой нагрузке, находятся в диапазоне «не влияния» значений cosϕ (от 1 до 0,91).

Данный вывод справедлив для нормального режима работы. При условии выхода из строя устройств компенсации реактивной мощности или неправильного их подбора (часто при выборе УКРМ на рассчитанную мощность подбирают установки с меньшим количеством ступеней регулировки и централизованной установкой, из-за меньшей ее стоимости и соответственно менее чувствительных к изменению реактивной мощности на отдельных участках сети) диапазон рассмотренных значений cosϕ будет ощутимо влиять на

токовые нагрузки и соответственно на работу выбранных автоматических выключателей для электрической сети. В ряде случаев, когда до конца неизвестен характер потребителей, планируемых для подключения к электрической сети будет оправданным вариант принятия в расчетах токовой нагрузки коэффициента мощности по низшей рассматриваемой нами границе его значения (0,8) в целях повышения электробезопасности при внеплановых ситуациях и сбоях в работе оборудования.

Выводы. На основании приведенных выше теоретических данных и выполненных расчетов установлено, что учет значений коэффициента мощности в электрических сетях напряжением 0,4 кВ позволяет более точно подобрать автоматический выключатель, определить его зоны нечувствительности в определенных интервалах cosϕ , понять

необходимость компенсации реактивной мощности для снижения величины тока в системе распределения электроэнергии, а следовательно снижение нагрузки в сети и в результате повышения надежности электроснабжения потребителей и снижение потерь электроэнергии.

Библиографический список

1.Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники: учеб. для студ., 9-е изд., стереотип. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 560 с.

2.Коэффициент мощности, что это такое? [Электронный ресурс]. URL: https://electrikam.com/koefficient- moshhnosti-chto-eto-takoe/ (дата обращения: 10.10.2021).

3.Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, физический смысл. [Электронный ресурс]. URL: https://pue8.ru/elektrotekhnik/803-koeffitsient-moshchnosti-cos.html (дата обращения: 10.10.2021).

4.Почему необходимо корректировать коэффициент мощности. [Электронный ресурс]. URL: https://khomovelectro.ru/articles/pochemu-neobkhodimo-korrektirovat-koeffitsient-moshchnosti (дата обращения: 12.10.2021).

5.Реактивная мощность — еще раз коротко о главном. [Электронный ресурс]. URL: https://www.elec.ru/publications/menedzhment /1453/ (дата обращения: 12.10.2021).

6.Костин В.Н., Распопов Е.В., Родченко Е.А. Передача и распределение электроэнергии: учеб. пособие. СПб.: СЗТУ, 2003. 147 с.

Для цитирования: Николайчик А.В., Тагайчинова А.А. Влияние коэффициента мощности на токовую нагрузку при выборе автоматических выключателей // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации. 2021. № 4 (25). С. 52–59.

59