При
известных значениях активной мощности
и значение коэффициента активной
мощности ЭП средневзвешенное значение
коэффициента активной мощности узла
нагрузки определяется
Средневзвешенное
значение коэффициента реактивной
мощности узла нагрузки при известных
значениях потребляемых активной и
реактивной мощностях определяется
31. Классификация помещений по электробезопасности
-
Помещения без
повышенной опасности, в которых
отсутствуют условия, создающие повышенную
или особую опасность. -
Помещения с
повышенной опасностью, характеризующиеся
наличием в них одного из следующих
условий, создающих повышенную опасность:
-
сырости и
токопроводящей пыли -
токопроводящих
полов -
высокой температуры
-
возможности
одновременного прикосновения человека
к имеющим соединение с землей
металлоконструкций, зданий, технологическим
аппаратам, механизмам и т. п. с одной
стороны, и к металлическим корпусам с
другой стороны.
-
Особо опасные
помещения, характеризующиеся одним из
следующих условий, создающих особую
опасность:
-
особой сыростью
-
химической или
органической средой -
одновременно
наличием двух и более условий повышенной
опасности
-
Территории
размещения наружных электроустановок.
Возникновение
опасности поражения людей электрическим
током, эти территории приравниваются
к особо опасным помещениям.
32. Классификация взрывоопасных зон.
Взрывоопасная
зона – помещение или ограниченное
пространство в помещение или наружной
установке, в которых имеются или могут
образовываться взрывоопасные смеси.
Взрывоопасные зоны подразделяются на
классы:
В-I
– зоны, расположенные в помещениях в
которых выделяются газы или пары
легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ)
в таком количестве и с такими свойствами,
что они могут образовать с воздухом
взрывоопасные смеси при нормальном
режиме работы.
В-Iа
— зоны, расположенные в помещениях в
которых, при нормальной эксплуатации
взрывоопасной смеси горючих газов или
паров ЛВЖ с воздухом не образуется, а
возможны только в результате аварии
или неисправностей (независимо от
нижнего концентрационного придела
воспламенения).
В-Iб
— зоны, расположенные в помещениях в
которых при нормальной эксплуатации
взрывоопасной смеси горючих газов или
паров ЛВЖ с воздухом не образуется, а
возможны только в результате аварии
или неисправностей и которые отличаются
одной из особенностей:
-
Горючие газы в
этих зонах обладают высоким
концентрированным придела воспламенения
15% и более и резким запахом при предельно
допустимой концентрации (ПДК). -
Помещения
производственно связанных с образованием
газообразного водорода в которых по
условиям технологического процесса
исключается образование взрывоопасной
смеси в объеме более 5% свободного
помещения, имеют взрывоопасную зону
только в верхней части помещения.
Взрывоопасную зону принимают 0,75 от
общей высоты помещения.
В-II
– зоны, расположенные в помещениях, в
которых выделяются переходящие во
взвешенное состояние горючие пыли и
волокна в таком количестве и с такими
свойствами, что они способны образовывать
с воздухом взрывоопасные смеси при
нормальном режиме работы.
В-IIа
– то же, что и В-II,
но только возможны в результате аварии
или неисправности.
Соседние файлы в папке Ответы ЭЭ (ЭсПП)
- #
- #
- #
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
![[непонятно]](https://www.proektant.org/Smileys/default/huh.gif "[непонятно]")
Сейчас Вы — Гость на форумах «Проектант». Гости не могут писать сообщения и создавать новые темы.
Преодолейте несложную формальность — зарегистрируйтесь! И у Вас появится много больше возможностей на форумах «Проектант».
Последние сообщения на Электротехническом форуме
From Wikipedia, the free encyclopedia
US EIA monthly capacity factors 2011-2013
The net capacity factor is the unitless ratio of actual electrical energy output over a given period of time to the theoretical maximum electrical energy output over that period.[1] The theoretical maximum energy output of a given installation is defined as that due to its continuous operation at full nameplate capacity over the relevant period. The capacity factor can be calculated for any electricity producing installation, such as a fuel consuming power plant or one using renewable energy, such as wind or the sun. The average capacity factor can also be defined for any class of such installations, and can be used to compare different types of electricity production.
The actual energy output during that period and the capacity factor vary greatly depending on a range of factors. The capacity factor can never exceed the availability factor, or uptime during the period. Uptime can be reduced due to, for example, reliability issues and maintenance, scheduled or unscheduled. Other factors include the design of the installation, its location, the type of electricity production and with it either the fuel being used or, for renewable energy, the local weather conditions. Additionally, the capacity factor can be subject to regulatory constraints and market forces, potentially affecting both its fuel purchase and its electricity sale.
The capacity factor is often computed over a timescale of a year, averaging out most temporal fluctuations. However, it can also be computed for a month to gain insight into seasonal fluctuations. Alternatively, it can be computed over the lifetime of the power source, both while operational and after decommissioning. A capacity factor can also be expressed and converted to full load hours.
Sample calculations[edit]
Nuclear power plant[edit]
Worldwide Nuclear Power Capacity Factors
Nuclear power plants are at the high end of the range of capacity factors, ideally reduced only by the availability factor, i.e. maintenance and refueling. The largest nuclear plant in the US, Palo Verde Nuclear Generating Station has between its three reactors a nameplate capacity of 3,942 MW. In 2010 its annual generation was 31,200,000 MWh,[2] leading to a capacity factor of:
Each of Palo Verde’s three reactors is refueled every 18 months, with one refueling every spring and fall. In 2014, a refueling was completed in a record 28 days,[3] compared to the 35 days of downtime that the 2010 capacity factor corresponds to.
In 2019, Prairie Island 1 was the US unit with the highest factor and actually reached 104.4%.[4]
Wind farm[edit]
The Danish offshore wind farm Horns Rev 2 has a nameplate capacity of 209.3 MW.
As of January 2017 it has produced 6416 GWh since its commissioning 7 years ago, i.e. an average annual production of 875 GWh/year and a capacity factor of:
[5]
Sites with lower capacity factors may be deemed feasible for wind farms, for example the onshore 1 GW Fosen Vind which as of 2017 is under construction in Norway has a projected capacity factor of 39%. Feasibility calculations may be affected by seasonality. For example in Finland, capacity factor during the cold winter months is more than double compared to July.[6] While the annual average in Finland is 29.5%,[6] the high demand for heating energy correlates with the higher capacity factor during the winter.
Certain onshore wind farms can reach capacity factors of over 60%, for example the 44 MW Eolo plant in Nicaragua had a net generation of 232.132 GWh in 2015, equivalent to a capacity factor of 60.2%,[7] while United States annual capacity factors from 2013 through 2016 range from 32.2% to 34.7%.[8]
Since the capacity factor of a wind turbine measures actual production relative to possible production, it is unrelated to Betz’s coefficient of 16/27 
59.3%, which limits production vs. energy available in the wind.
Hydroelectric dam[edit]
As of 2017 the Three Gorges Dam in China is, with its nameplate capacity of 22,500 MW, the largest power generating station in the world by installed capacity.
In 2015 it generated 87 TWh, for a capacity factor of:
Hoover Dam has a nameplate capacity of 2080 MW[9] and an annual generation averaging 4.2 TW·h.[9] (The annual generation has varied between a high of 10.348 TW·h in 1984, and a low of 2.648 TW·h in 1956.[9]).
Taking the average figure for annual generation gives a capacity factor of:
Photovoltaic power station[edit]
At the low range of capacity factors is the photovoltaic power station, which supplies power to the electricity grid from a large-scale photovoltaic system (PV system).
An inherent limit to its capacity factor comes from its requirement of daylight, preferably with a sun unobstructed by clouds, smoke or smog, shade from trees and building structures.
Since the amount of sunlight varies both with the time of the day and the seasons of the year, the capacity factor is typically computed on an annual basis.
The amount of available sunlight is mostly determined by the latitude of the installation and the local cloud cover.
The actual production is also influenced by local factors such as dust and ambient temperature, which ideally should be low. As for any power station, the maximum possible power production is the nameplate capacity times the number of hours in a year, while the actual production is the amount of electricity delivered annually to the grid.
For example, Agua Caliente Solar Project, located in Arizona near the 33rd parallel and awarded for its excellence in renewable energy has a nameplate capacity of 290 MW and an actual average annual production of 740 GWh/year.
Its capacity factor is thus:
- .
A significantly lower capacity factor is achieved by Lauingen Energy Park located in Bavaria, near the 49th parallel. With a nameplate capacity of 25.7 MW and an actual average annual production of 26.98 GWh/year it has a capacity factor of 12.0%.
Determinants of a plant capacity factor[edit]
There are several reasons why a plant would have a capacity factor lower than 100%. These include technical constraints, such as availability of the plant, economic reasons, and availability of the energy resource.
A plant can be out of service or operating at reduced output for part of the time due to equipment failures or routine maintenance.
This accounts for most of the unused capacity of base load power plants. Base load plants usually have low costs per unit of electricity because they are designed for maximum efficiency and are operated continuously at high output.
Geothermal power plants, nuclear power plants, coal-fired plants and bioenergy plants that burn solid material are almost always operated as base load plants, as they can be difficult to adjust to suit demand.
A plant can also have its output curtailed or intentionally left idle because the electricity is not needed or because the price of electricity is too low to make production economical.
This accounts for most of the unused capacity of peaking power plants and load following power plants.
Peaking plants may operate for only a few hours per year or up to several hours per day.
Many other power plants operate only at certain times of the day or year because of variation in loads and electricity prices.
If a plant is only needed during the day, for example, even if it operates at full power output from 8 am to 8 pm every day (12 hours) all year long, it would only have a 50% capacity factor.
Due to low capacity factors, electricity from peaking power plants is relatively expensive because the limited generation has to cover the plant fixed costs.
A third reason is that a plant may not have the fuel available to operate all of the time.
This can apply to fossil generating stations with restricted fuels supplies, but most notably applies to intermittent renewable resources.[10]
Solar PV and wind turbines have a capacity factor limited by the availability of their «fuel», sunshine and wind respectively.
A hydroelectricity plant may have a capacity factor lower than 100% due to restriction or scarcity of water, or its output may be regulated to match the current power need, conserving its stored water for later usage.
Other reasons that a power plant may not have a capacity factor of 100% include restrictions or limitations on air permits and limitations on transmission that force the plant to curtail output.
Capacity factor of renewable energy[edit]
US EIA monthly capacity factors for renewables, 2011-2013
For renewable energy sources such as solar power, wind power and hydroelectricity, the main reason for reduced capacity factor is generally the availability of the energy source.
The plant may be capable of producing electricity, but its «fuel» (wind, sunlight or water) may not be available.
A hydroelectric plant’s production may also be affected by requirements to keep the water level from getting too high or low and to provide water for fish downstream.
However, solar, wind and hydroelectric plants do have high availability factors, so when they have fuel available, they are almost always able to produce electricity.[11]
When hydroelectric plants have water available, they are also useful for load following, because of their high dispatchability. A typical hydroelectric plant’s operators can bring it from a stopped condition to full power in just a few minutes.
Wind farms are variable, due to the natural variability of the wind.
For a wind farm, the capacity factor is determined by the availability of wind, the swept area of the turbine and the size of the generator.
Transmission line capacity and electricity demand also affect the capacity factor.
Typical capacity factors of current wind farms are between 25 and 45%.[12] In the United Kingdom during the five year period from 2011 to 2019 the annual capacity factor for wind was over 30%.[13][14][15][16]
Solar energy is variable because of the daily rotation of the earth, seasonal changes, and because of cloud cover.
For example, the Sacramento Municipal Utility District observed a 15% capacity factor in 2005.[17]
However, according to the SolarPACES programme of the International Energy Agency (IEA), solar power plants designed for solar-only generation are well matched to summer noon peak loads in areas with significant cooling demands, such as Spain or the south-western United States,[18] although in some locations solar PV does not reduce the need for generation of network upgrades given that air conditioner peak demand often occurs in the late afternoon or early evening when solar output is reduced.[19][20]
SolarPACES states that by using thermal energy storage systems the operating periods of solar thermal power (CSP) stations can be extended to become dispatchable (load following).[18]
Geothermal has a higher capacity factor than many other power sources, and geothermal resources are generally available all the time.
Capacity factors by energy source[edit]
Worldwide[edit]
- Nuclear power 88.7% (2006 — 2012 average of US’s plants).[21]
- Hydroelectricity, worldwide average 44%,[22] range of 10% — 99% depending on water availability (with or without regulation via storage dam).
- Wind farms 20-40%.[23][24]
- CSP solar with storage and Natural Gas backup in Spain 63%,[25] California 33%.[26]
- Photovoltaic solar in Germany 10%, Arizona 19%,[27][28][29] Massachusetts 13.35% (8 year average as of July 2018).[30]
United States[edit]
According to the US Energy Information Administration (EIA), from 2013 to 2017 the capacity factors of utility-scale generators were as follows:[31]
| Year |
|---|
| |
| 2013 |
| 2014 |
| 2015 |
| 2016 |
| 2017 |
| 2018 |
| Non-fossil fuels | Coal | Natural Gas | Petroleum Liquids | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nuclear | Conv. Hydro | Wind | Solar PV | Solar CSP | Landfill Gas and MSW |
Other Biomass including Wood |
Geothermal | CC | CT | ST | ICE | ST | CT | ICE | |
| 89.9% | 38.9% | 32.4% | NA | NA | 68.9% | 56.7% | 73.6% | 59.8% | 48.2% | 4.9% | 10.6% | 6.1% | 12.1% | 0.8% | 2.2% |
| 91.7% | 37.3% | 34.0% | 25.9% | 19.8% | 68.9% | 58.9% | 74.0% | 61.1% | 48.3% | 5.2% | 10.4% | 8.5% | 12.5% | 1.1% | 1.4% |
| 92.3% | 35.8% | 32.2% | 25.8% | 22.1% | 68.7% | 55.3% | 74.3% | 54.7% | 55.9% | 6.9% | 11.5% | 8.9% | 13.3% | 1.1% | 2.2% |
| 92.3% | 38.2% | 34.5% | 25.1% | 22.2% | 69.7% | 55.6% | 73.9% | 53.3% | 55.5% | 8.3% | 12.4% | 9.6% | 11.5% | 1.1% | 2.6% |
| 92.2% | 43.1% | 34.6% | 25.7% | 21.8% | 68.0% | 57.8% | 74.0% | 53.7% | 51.3% | 6.7% | 10.5% | 9.9% | 13.5% | 0.9% | 2.3% |
| 92.6% | 42.8% | 37.4% | 26.1% | 23.6% | 73.3% | 49.3% | 77.3% | 54.0% | 57.6% | 11.8% | 13.7% | NA | 13.9% | 2.5% | NA |
However, these values often vary significantly by month.
United Kingdom[edit]
The following figures were collected by the Department of Energy and Climate Change on the capacity factors for various types of plants in UK grid:[32][13][33][14][34][15][35][16][36][37]
| Generator type | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nuclear power stations | 59.6% | 49.4% | 65.6% | 59.3% | 66.4% | 70.8% | 73.8% | 66.6% | 75.1% | 80.1% | 78.8% | 72.9% | 62.9% | 59.8% | 58.5% |
| Combined cycle gas turbine stations | 64.7% | 71.0% | 64.2% | 61.6% | 47.8% | 30.3% | 27.9% | 30.5% | 32.1% | 49.8% | 45.5% | 42.7% | 43.0% | 35.4% | 38.9% |
| Coal-fired power stations | 46.7% | 45.0% | 38.5% | 40.2% | 40.8% | 56.9% | 58.1% | 50.7% | 44.0% | 21.2% | 17.3% | 14.2% | 7.8% | 9.7% | 12.7% |
| Hydroelectric power stations | 38.2% | 37.4% | 36.7% | 24.9% | 39.0% | 35.7% | 31.6% | 39.1% | 41.0% | 34.0% | 36.3% | 33.2% | 36.1% | 41.5% | 33.1% |
| Wind power | 27.7% | 27.5% | 27.1% | 23.7% | 30.1% | 29.4% | 32.2% | 30.1% | 33.6% | 27.8% | 31.7% | 31.5% | 32.0% | 35.6% | 29.3% |
| Offshore wind power | 25.6% | 30.7% | 25.9% | 30.5% | 37.0% | 35.8% | 39.1% | 37.3% | 41.5% | 36.0% | 38.9% | 39.9% | 40.4% | 45.7% | 37.4% |
| Photovoltaic power stations | 9.9% | 9.6% | 9.3% | 7.3% | 5.1% | 11.2% | 9.9% | 11.1% | 11.8% | 11.0% | 10.6% | 11.2% | 10.7% | 10.9% | 10.0% |
| Marine (wave and tidal power stations) | 0.4% | 0.8% | 4.8% | 8.4% | 3.8% | 8.3% | 9.6% | 3.2% | 2.6% | 0.0% | 3.0% | 5.5% | 7.5% | 5.7% | 2.8% |
| Bioenergy power stations | 52.7% | 52.2% | 56.5% | 55.2% | 44.1% | 46.9% | 56.8% | 60.1% | 67.4% | 61.8% | 61.5% | 58.6% | 55.4% | 56.7% | 56.6% |
See also[edit]
- Demand factor
- Intermittent power source
References[edit]
- ^ «Capacity factor (net)». nrc.gov. Retrieved 2017-02-11.
- ^ «Arizona Nuclear Profile 2010». eia.gov. Retrieved 2017-02-11.
- ^ «palo verde unit 2 ranked as top u.s. generator for 2013». aps.com. 2014-03-10. Archived from the original on 2015-04-20. Retrieved 2017-02-11.
- ^ Reactor Database — Top load factor table world-nuclear, 2020-08-15
- ^ Andrew (2017-01-26). «Capacity factors at Danish offshore wind farms». energynumbers.info. Archived from the original on 2017-01-29. Retrieved 2017-02-11.
- ^ a b Huotari, Jussi (2020). «Wind Power Generation Efficiency and Seasonality». Retrieved 11 December 2020.
- ^ «Centro Nacional de Despacho de Carga». Retrieved 2016-07-29.
- ^ «EIA — Electricity Data». www.eia.gov. Retrieved 2017-04-10.
- ^ a b c «Hoover Dam — Frequently Asked Questions and Answers». United States Bureau of Reclamation. February 2009. Archived from the original on 2010-03-23. Retrieved 2010-08-07.
- ^ «Electric generator capacity factors vary widely across the world — Today in Energy — U.S. Energy Information Administration (EIA)». www.eia.gov. Retrieved 13 April 2017.
- ^ How Does A Wind Turbine’s Energy Production Differ from Its Power Production? Archived March 13, 2008, at the Wayback Machine
- ^ Handleman, Clayton (2015-08-04). «Wind Could Replace Coal As US’ Primary Generation Source, New NREL Data Suggests». cleantechnica.com. Retrieved 2017-02-11.
- ^ a b «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2012: chapter 6 — Renewable sources of energy» (PDF). decc.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ a b «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2013: chapter 6 — Renewable sources of energy» (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ a b «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2014: chapter 6 — Renewable sources of energy» (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ a b «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2016: chapter 6 — Renewable sources of energy» (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ Tom Blees (2008). Prescription for the Planet. ISBN 978-1-4196-5582-1.
- ^ a b Thomas R. Mancini and Michael Geyer (2006). Spain Pioneers Grid-Connected Solar-Tower Thermal Power Archived 2018-09-27 at the Wayback Machine SolarPACES, OECD/ IEA, p. 3.
- ^ Muriel Watt Value of PV in summer peaks Archived February 17, 2011, at the Wayback Machine
- ^ Government of South Australia (2007), p.13,14 South Australia’s Feed-In Mechanism for Residential Small-Scale Solar Photovoltaic Installations Archived December 5, 2010, at the Wayback Machine
- ^ «United States Nuclear Capacity Factors». Nuclear Energy Institute. Retrieved 2013-10-26.
- ^ Hydropower p. 441
- ^ «Wind Power: Capacity Factor, Intermittency, and what happens when the wind doesn’t blow?» (PDF). Renewable Energy Research Laboratory, University of Massachusetts Amherst. Archived from the original (PDF) on 2008-10-01. Retrieved 2008-10-16.
- ^ «Blowing Away the Myths» (PDF). The British Wind Energy Association. February 2005. Archived from the original (PDF) on 2007-07-10. Retrieved 2008-10-16.
- ^ «Torresol Energy Gemasolar Thermosolar Plant». Archived from the original on 2014-02-20. Retrieved 2014-03-12.
- ^ «Ivanpah Solar Electric Generating Station». National Renewable Energy Laboratory. Archived from the original on 2015-10-12. Retrieved 2012-08-27.
- ^ «Low Capacity Factors: challenges for a low carbon energy transition — The Energy Collective». theenergycollective.com. 15 October 2013. Retrieved 20 March 2018.
- ^ Laumer, John (June 2008). «Solar Versus Wind Power: Which Has The Most Stable Power Output?». Treehugger. Retrieved 2008-10-16.
- ^
- ^ SREC Capacity Factor Report, https://www.masscec.com/data-and-reports
- ^ «Table 6.7.B. Capacity Factors for Utility Scale Generators Primarily Using Fossil Fuels». Retrieved 21 Aug 2018.«Table 6.7.B. Capacity Factors for Utility Scale Generators Not Primarily Using Fossil Fuels». Retrieved 21 Aug 2018.
- ^ «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2012: chapter 5 — Electricity» (PDF). decc.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2013: Chapter 5 — Electricity» (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2014: Chapter 5 — Electricity» (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2016: Chapter 5 — Electricity» (PDF). www.gov.uk. Retrieved 20 March 2018.
- ^ «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2020: Chapter 5 — Electricity». www.gov.uk. Retrieved 21 October 2020.
- ^ «Digest of United Kingdom energy statistics (DUKES) for 2020: chapter 6 — Renewable sources of energy». www.gov.uk. Retrieved 21 October 2020.
Что такое коэффициент мощности, косинус фи и тангенс фи
Содержание
- 1 Виды мощности
- 2 Что такое коэффициент мощности
- 3 Выгода электрооборудования с высоким коэффициентом мощности
- 4 Как узнать коэффициент мощности
- 5 Значения коэффициента для различных случаев
- 6 Видео по теме
Одной из важнейших характеристик электрических устройств является мощность. Поэтому желательно знать, что такое коэффициент мощности и как он рассчитывается. Это поможет не только оценить эффективность использования электрической энергии, но и правильно организовать работу электроприбора.
Виды мощности
В цепи переменного электротока возникают три мощности: активная, реактивная и полная. Активную называют полезной или действующей мощностью. Это связано с тем, что она тратится на осуществление полезной работы. Обычно при этом электрическая энергия преобразуется в другие виды.
Реактивная мощность в процессе работы электроприбора не тратится, а лишь переходит из одной формы в другую. В данной мощности нуждаются устройства, принцип действия которых основывается на использовании электромагнитного поля.
Одним из примеров таких устройств может служить колебательный контур, включающий в себя индуктивность и ёмкость в предположении, что активное сопротивление деталей пренебрежимо мало. Ещё одним можно считать трансформатор. В нём ток и напряжение передаются по сердечнику с помощью колебаний электромагнитного поля.
Полную мощность можно получить векторным сложением активной и реактивной составляющих.
Что такое коэффициент мощности
Иногда бывает важно понять, какая часть мощности уходит на выполнение полезной работы. Для этого необходимо узнать активную и реактивную мощность рассматриваемого электрического прибора. Далее на их основе определяют полную.
В электротехнике для определения мощности в сети постоянного тока используется следующее соотношение:
В цепи переменного тока вычисление искомой величины производится более сложным образом. При этом следует учитывать, что изменения напряжения и тока по времени совпадать не будут. Электроток в ёмкостной нагрузке опережает напряжение, а в индуктивной, наоборот, отстает.
Поэтому при вычислении мощности принято использовать эффективные значения тока и напряжения. При этом рассматривается такая постоянная величина тока и напряжения, которая на активном сопротивлении выделит то же количество тепла, что и рассматриваемые переменные величины.
Конечно, в таких случаях можно также вычислить мгновенную мощность. Для этого достаточно перемножить мгновенные значения тока и напряжения. Однако данная величина не учитывает сильную инерцию энергетических процессов, в связи с чем подобный расчет величин имеет ограниченное применение.
Чтобы определить коэффициент активной мощности нужно разделить активную мощность на полную. Данный коэффициент позволяет оценить эффективность использования рассматриваемого технического решения. Соотношение между реактивной и активной мощностью определяет тангенс «фи».
Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Для активной используют ватты (Вт). Для реактивной применяется единица измерения вольт-ампер реактивный (ВАР).
Поскольку сложение мощностей происходит по векторным правилам, то нужно учитывать, что векторы активной и реактивной составляющих перпендикулярны друг к другу. Результат вычислений представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника с указанными катетами. Формула полной мощности выглядит следующим образом:
Это следует из теоремы Пифагора. Здесь применяется правило для нахождения гипотенузы прямоугольного треугольника. Если выразить катеты через гипотенузу и угол «фи», то можно получить формулу для определения активной мощности:
Аналогичным образом выражается и реактивная:
Следовательно, из формулы для активной мощности можно найти cosφ:
Для трехфазного напряжения формула принимает следующий вид:
Поэтому следует понимать, что такое косинус «фи» в данной формуле. А это все тот же коэффициент мощности, который позволяет оценивать электроприемники при наличии реактивной составляющей в потребляемом токе.
Называется cosφ коэффициентом мощности в связи с тем, что при векторном сложении в прямоугольном треугольнике значение косинуса угла φ можно найти, разделив длину катета, соответствующего активной мощности, на длину гипотенузы, выражающей полную мощность. Следовательно, формула коэффициента мощности выглядит так:
Коэффициент активной мощности cosφ может иметь значение в диапазоне от 0 до 1. Иногда его выражают в процентах. В таком случае коэффициент обозначают греческой буквой «лямбда». Соотношение катетов в прямоугольном треугольнике определяет тангенс «фи».
Коэффициент мощности является низким в тех случаях, когда активная составляющая мала по сравнению с полной мощностью. Это говорит о неэффективности применяемого оборудования.
Для тока и напряжения синусоидальной формы cosφ соответствует косинусу угла отставания по фазе для этих параметров.
Выгода электрооборудования с высоким коэффициентом мощности
Это связано с наличием следующих факторов:
- Поставщики электроэнергии в некоторых случаях контролируют коэффициент мощности оборудования, используемого потребителями. Они могут выставлять дополнительный счёт, если он будет ниже 0.95. В том случае, когда коэффициент меньше 0.85, поставка электроэнергии может быть ограничена.
- Низкий коэффициент приводит к тому, что при относительно небольшом объёме полезной работы происходят повышенные траты электроэнергии. Таким образом, за определённый объём полезной работы потребителю приходится переплачивать.
- В линиях электропередач наличие высоких показателей указывает на незначительные потери при передаче энергии.
- Низкий коэффициент в системе электроснабжения может приводить к уменьшению напряжения в сети. Это часто становится причиной перегрева используемых потребителем устройств.
При рассмотрении работы электрических устройств нужно учитывать, что часть из них генерирует реактивную мощность, а другие являются потребителями. Следовательно, применение первых приводит к возрастанию реактивной мощности, а использование вторых — к её уменьшению.
Реактивная мощность генерируется при работе асинхронного электродвигателя, трансформаторов, ветряных генераторов, систем освещения на разрядных лампах. Наличие реактивной нагрузки ухудшает эффективность работы оборудования. В качестве потребителей рассматриваются конденсаторы, синхронные двигатели и генераторы.
Для уменьшения реактивной мощности можно использовать следующие способы:
- В цепи устанавливаются конденсаторы. При их использовании совместно с индуктивностью они образуют колебательный контур. В нём мощность от индуктивности будет потребляться ёмкостью.
- Следует избегать работы асинхронных двигателей вхолостую или с малой мощностью.
- Нужно исключить возможность работы оборудования при напряжении, которое превышает номинальное.
- Рекомендуется по мере замены двигателей переходить на те, которые имеют более высокий коэффициент полезного действия.
Оптимальной нагрузкой является номинальная. Если используется нагрузка, значение которой меньше или больше номинальной, то это существенно снижает эффективность работы оборудования.
Как узнать коэффициент мощности
Значение рассматриваемого коэффициента указывается в сопроводительной технической документации к приобретаемому промышленному оборудованию или бытовому прибору. Однако при этом речь идёт о номинальном значении.
Более точно коэффициент измеряется с помощью специализированного прибора, который называется фазометром.
Такие приборы могут быть электродинамическими или цифровыми. С помощью измерений можно достаточно просто и с большой точностью узнать чему равен cosφ и какова эффективность использования прибора.
Если фазометра нет в распоряжении, следует воспользоваться амперметром, вольтметром и ваттметром, с помощью которых измеряются такие физические величины, как сила тока, напряжение и мощность, а затем с помощью соответствующих формул вычислить коэффициент мощности.
Значения коэффициента для различных случаев
При измерении или вычислении коэффициента мощности необходимо знать характерные значения для различных видов оборудования:
- При использовании нагревательных устройств, несмотря на возможное присутствие индуктивных элементов, считается, что вся используемая мощность является активной. В таких случаях принимают косинус «фи» равный единице.
- Для перфораторов и ударных дрелей этот коэффициент составляет 0.95-0.97.
- Сварочные трансформаторы в значительной степени используют индуктивную нагрузку. Поэтому коэффициент мощности трансформатора обычно находится в диапазоне от 0.5 до 0.85.
Когда значения коэффициента являются широко известными, их могут не указывать в сопроводительной документации. Нужно помнить, что хотя в большинстве случаев напряжение меняется синусоидально, иногда оно может существенно отклоняться от этой формы. В такой ситуации говорят о присутствии высших гармоник в колебаниях.
Их появление ведёт к дополнительным затратам мощности, а также снижает компенсацию реактивной мощности, если она применялась. Подобное явление наблюдается при работе с дуговыми сталеплавильными печами, установками дуговой сварки, газоразрядными лампами.