INSTALATII DE AMELIORARE A FACTORULUI DE PUTERE
A. GENERALITATI
Este cunoscut din electrotehnica ca intre tensiunea de la bornele unui receptor de curent alternativ si curentul care trece prin receptor exista un defazaj, exprimat prin unghiul (fig. 1.1). daca unghiul =0, curentul si tensiunea sunt in faza si receptoarele sunt rezistive. Daca unghiul >0 (s-a ales sensul pozitiv, sensul trigonometric de parcurgere a unghiurilor de la fazorul sunt inductive. Daca unghiul <0, curentul se afla inaintea tensiunii si receptoarele sunt capacitive.
Prin factor de putere se intelege valoarea cosinusului unghiului (cos ).
Din triunghiul puterilor (fig.1.2), triunghi in care laturile sunt proportionale cu puterile: activa P, reactiva Q si aparenta S, rezulta:
cos=
In functie de puterea aparenta S se dimensioneaza instalatiile furnizorului de energie electrica (centrale electrice si liniile de transport). Puterea activa P este puterea pe care receptoarele (sau instalatiile) de energie electrica o transforma intr-o alta forma de putere utila: mecanica, luminoasa, chimica si chiar electrica. Pentru o utilizare cat mai buna a instalatiilor de furnizare a energiei electrice este bine cu raportul P/S sa fie cat mai aproape de unitate.
Pentru instalatiile de furnizare a energiei electrice situatia cea mai avantajoasa o reprezinta receptoarele rezistive, deoarece cos=1, deci P=S.
Receptoarele inductive au un factor de putere cos < 1. acestea sunt dezavantajoase pentru instalatiile de alimentare cu energie electrica, deoarece absorb de la retea atat putere activa P, cat si putere reactiva Q de valoare:
Q = P tg ( din triunghiul puterilor)
Aceste instalatii trebuie dimensionate pentru o putere :
S= + = =
Receptoarele capacitive au de asemenea un factor de putere cos < 1 dar debiteaza in instalatiile de alimentare putere reactiva Q, lucru la fel de dezavantajoase pentru acestea, deoarece trebuie dimensionate la o putere S>P.
Pentru instalatiile de furnizare a energiei electrice este avantajos ca in consumatorii pe care ii alimenteaza sa se gaseasca atat receptoarele inductive (care absorb puterea reactiva), cat si receptoare capacitive (care debiteaza putere reactiva), astfel ca factorii de putere ai consumatorilor sa fie cat mai apropiati de unitate.
B. EFECTUL FACTORULUI DE PUTERE SCAZUT IN INSTALATIILE ELECTRICE
Pentru a alimenta un receptor (consumator) trifazat de putere activa P si de factor de putere cos , linia electrica trebuie sa transporte un curent electric I.
I=
Rezulta ca o data cu scaderea factorului de putere creste curentul transportat de retea, bineinteles in ipoteza aceleiasi puteri active absorbite.
Cresterea curentului are drept consecinte:
- necesitatea maririi sectiunii conductoarelor ce trebuie transportate de acest curent ;
- necesitatea supradimensionarii aparatajului de actionare (intreruptoare, contactoare) si de protectie (sigurante fuzibile, relee termice), parcurse de acest curent. Deci instalatiile in care factorul de putere este scazut sunt neeconomice, costa scump.
De exemplu o instalatie care are o putere activa de 40 kW alimentata la tensiunea 3x380/220 V si cu un factor de putere cos 1 = 0. 95 absoarbe de la retea un curent:
I1 = = =64A
O alta instalatie care absoarbe aceeasi putere de la retea, dar cu un factor de putere mai mic ( cos 2 = 0.70), absoarbe un curent:
I2 = = = 87 A
ceea ce inseamna cu 33.7% mai mult. Primul curent ar conduce la alegerea unei sectiuni de aluminiu AFY de 25 mm2, iar al doilea la o sectiune din acelasi material de 50 mm2 . Se poate vedea usor influenta pe care o are factorul de putere atat asupra curentului absorbit cat si asupra sectiunii conductelor.
Cresterea curentului absorbit va influenta negativ si pierderea de putere din retelele de distributie si transport:
= sau
Datorita cresterii pierderii de putere pe retelele electrice de distributie ai de transport este necesar ca agregatele din centralele electrice sa fie supradimensionate pentru a acoperi si acest consum suplimentar.
Rezulta ca este important ca receptoarele si instalatiile electrice sa functioneze cu un factor de putere cat mai ridicat.
C MIJLOACE PENTRU AMELIORAREA FACTORULUI DE PUTERE
Acestea sunt:
- mijloace naturale pentru marirea factorului de putere care cuprind totalitatea masurilor ce se pot adopta fara instalatii speciale fara cheltuieli, sau cu cheltuieli foarte mic;
- mijloace artificiale pentru marirea factorului de putere care cuprind instalatii special destinate producerii energiei reactive de compensare.
. Mijloacele naturale pentru marirea factorului de putere constau in:
- masurari organizatorice privind utilarea receptoarelor electrice inductive (motoare electrice asincrone, instalatii in componenta carora un loc important il ocupa bobinajele electromagnetice, cuptoarele cu inductie sau cu arc electric, instalatiile de sudare etc.). Acestea se refera la organizarea procesului de productie, astfel incat aceste receptoare sa nu functioneze in gol, sau timpul de functionare in gol sa fie redus la minimum. Receptoarele de felul acesta trebuie sa functioneze tot timpul la parametrii nominali sau cat mai aproape de acestia, pentru a avea un factor de putere cat mai ridicat. Atunci cand functioneaza subincarcate, factorul de putere scade si energia electrica este rau utilizata. Subincarcarea se poate evita prin organizarea cat mai buna a procesului de productie, sau prin inlocuirea cu alte motoare de putere mai mica. In acest ultim caz, se verifica daca motorul de putere mai mica se comporta corespunzator la pornire (adica daca poate invinge cuplul rezistent):
- inlocuirea motoarelor asincrone (in special cale de putere mare) cu motoare asincrone de aceeasi putere, deoarece acestea au un factor de putere cos = 1. aceasta masura se va preconiza numai atunci cand motorul sincron corespunde din punct de vedere tehnic procesului de productie;
- deconectarea transformatoarelor cand acestea sunt incarcate cu o sarcina sub 30% din sarcina nominala. Sarcina ramasa este preluata de alte transformatoare de putere mica (30% din puterea nominala a primelor), care se conecteaza anterior deconectarii transformatoarelor subincarcate;
- repararea corecta a motoarelor electrice, astfel ca acestea sa-si pastreze parametrii initiali.
