Повышение косинуса фи

Цеховой трансформатор типа ТМ—1000/10 с каталожными данными ΔРх = 2,45 кВт; ΔРк = 12,2 кВт; Uк = 5,5 %. Iх = 1,4 % работает с активной нагрузкой Р = 540 кВт, реактивной нагрузкой Q1 = 718 квар и полной (кажущейся) нагрузкой S1 = 900 кВА (индексом 1 обозначены переменные до компенсации реактивной мощности; индексом 2 — после компенсации). Коэффициент загрузки трансформатора составляет κ1 = 0,9. Средневзвешенный коэффициент мощности нагрузки cos φ1 = 0,65 (tg φ1 = 1,17)

Трансформатор питается от главной понизительной подстанции при напряжении 10 кВ по кабельной линии, имеющей активное сопротивление жил R = 0,31 Ом.

Требуется за счет компенсации реактивной мощности на стороне низкого напряжения трансформатора 0,4 кВ повысить коэффициент мощности цеховой системы электроснабжения до уровня cos φ2 = 0,9 (tg φ2 = 1,17).

    Условия решения задачи:
  • для компенсации реактивной мощности используются автоматизированные компенсирующие устройства (АКУ);
  • потери активной мощности в компенсирующем устройстве не учитываются;
  • число часов работы трансформатора в году Тг = 8 760 ч; число часов работы с полной загрузкой при двухсменной работе цеха составляет Тр = 5 400 ч;
  • число часов наибольших потерь мощности в кабельной линии τ принимается равным 3 500 ч в год;
  • одноставочный тариф на электроэнергию сэ = 1,3 руб./кВт · ч (Москва, 2005 г.);
  • норма амортизационных отчислений ра = 0,05;
  • затраты на транспорт и монтаж компенсирующего устройства принимаются в размере 15 % от его стоимости.

Компенсация реактивной мощности осуществляется на стороне низкого напряжения трансформатора 0,4 кВ и обеспечивает снижение потерь мощности в трансформаторе и питающей его кабельной линии.


1. Рассчитываем мощность компенсирующего устройства

QКУ = Р(tg φ1 — tg φ2) = 540(1,17 — 0,44) = 394 квар.

2. Находим нагрузку трансформатора после компенсации и его коэффициент загрузки при этом:


S_2 = sqrt{P^2 + (Q_1-Q_ky)^2} = sqrt{540^2 + (718-394)^2} = 630 kBA;


kappa_2  =  S_2/ S_{2HOM} =  630/1000 = 0,63.

3. Потери энергии в трансформаторе за год

ΔWт = ΔРх Тг + κ ²ΔРк Тр,

тогда потери энергии до и после компенсации составят:

ΔWт1 = 2,45 · 8 760 + 0,9² · 12,2 · 5 400 = 74 825 кВт · ч;

ΔWт2 = 2,45 · 8 760 + 0,63² · 12,2 · 5 400 = 47 610 кВт · ч.

4. Годовая экономия электроэнергии в трансформаторе составит:

ΔW = ΔWт1 — ΔWт2 = 74 825 — 47 610 = 27 215 кВт · ч.

5. Определяем снижение потерь мощности в кабельной линии при ΔРКУ = 0 и номинальной мощности компенсирующей установки QКУ = 400 квар:

ΔРэн = QКУ(2Q1 — QКУ)R/U² = 400 · (2 · 718 — 400) · 0,31 : 10² = 1,29 кВт.

6. Экономия потерь энергии в кабельной линии (KЛ) за год составит:

ΔWКЛ = ΔРэнτ = 1,29 · 3500 = 4515 кВт · ч.

7. Общая экономия электроэнергии в трансформаторе и кабельной линии будет равна:

ΔWэк = ΔWт + ΔWКЛ = 27215 + 4515 = 31730 кВт · ч.

8. Для установки выбираем автоматизированную конденсаторную установку типа АКУ 0,4—400—20УЗ стоимостью (по состоянию на 2005 г.) 125400 руб. с учетом НДС. Находим срок окупаемости Ток при ее использовании:

Ток = КЗ/(ΔWэксэ — раЦКУ) = 1,15 — 125400 : (31730 · 1,3 — 0,05 · 125400) = 4,1 года,

где КЗ — капитальные затраты на покупку, транспортирование и монтаж установки, КЗ = 1,15 · ЦКУ; ЦКУ — цена компенсирующей установки.

Источник: Н. Ф. Ильинский, В. В. Москаленко. Электропривод. Энерго- и ресурсосбережение