В наиболее распространенных приемниках электрической энергии – асинхронных двигателях, трансформаторах, сварочных аппаратах и других – реактивный ток является индуктивным и отстает по фазе от напряжения. Он необходим для создания вращающего момента магнитного поля у электрических машин и переменного магнитного потока трансформаторов.

Коэффициент мощности в сетях с чистой активной нагрузкой (лампы накаливания, нагревательные приборы); в сетях со смешанной нагрузкой (двигатели и лампы с преобладанием мощности последних) обычно составляет 0,95….0,98 в сетях с преобладанием силовой нагрузки он может снизиться до 0,8….0,7, а иногда и до 0,4….0,3.

Коэффициент мощности особенно сильно уменьшается при работе двигателей и трансформаторов вхолостую при большой недогрузке.

Если сети есть индуктивный ток, мощности генераторов, трансформаторных подстанций и сетей используются не полностью. С уменьшением значительно возрастают потери энергии на нагрев проводов и обмоток электрических аппаратов.

Например, если активная мощность, оставаясь постоянной, обеспечивается током 100 А при , то понижением до 0,8 и той же мощности сила тока I сети возрастает в 1,25 ().Потери на нагрев проводов сети и обмоток генератора (трансформатора) пропорциональна квадрату тока, то есть они увеличиваются в 1,25² = 1,56 раза. При сила тока в сети при той же активной мощности , а потери в сети уже возрастают уже в 4 раза. Повышаются потери напряжения в сети, что нарушает нормальную работу других потребителей. Счетчик потребителя во всех случаях отсчитывает одно и то же количество расходуемой активной энергии в единицу времени, но в последнем случае генератор дает в сеть ток, сила которого в 2 раза больше, чем в первом. Нагрузка же генератора (тепловой режим) определяется не активной мощностью потребителей, а полной мощностью (в киловольт-амперах), то есть произведением напряжения на силу тока, протекающего по обмоткам.

Следует помнить и о том, что при низком потери в сети могут стать недопустимо большими, что вызовет необходимость замены проводов проводами увеличенного сечения, то есть приведет к перерасходу дорогостоящего материала и средств.

Для повышения электрических установок применят ряд мер, направленных на компенсацию реактивной мощности. Увеличение (уменьшение угла - сдвига фаз током и напряжением) можно добиться следующими способами:

1) заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

2) понижением напряжения на обмотках мало нагруженных двигателей;

3) выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу;

4) включением с сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока.

В последнем случае на мощных районных подстанциях устанавливают синхронные компенсаторы – синхронные перевозбужденные двигатели.

Методику выбора статических конденсаторов для компенсации реактивной мощности можно пояснить при помощи схемы, изображенной на рисунке 1 (а), где нагрузка, состоящая из R и X_L, вызывает угол сдвига фаз между напряжением и током.

Для компенсации угла сдвига фаз включают емкость С (группу конденсаторов) параллельно нагрузке. Полная компенсация (доведение до 0^О, а до 1) будет достигнута (рисунок 1,б), если емкостной ток через конденсаторы будет равен индуктивному, то есть

,

Емкостной ток

где U – напряжение сети, В; - угловая частота переменного тока, равная ; C- емкость конденсатора, Ф.

Отсюда емкость компенсирующих устройств

(1)

Если необходима частична компенсация сдвига фаз (рисунок 1, в), то емкостной ток

откуда

(2)

где Р – активная мощность нагрузки, Вт.

Пример. Освещение в помещении выполнено люминесцентными лампами ЛБ-40 (мощность лампы 40 Вт, потребляемая из сети лампой и дросселем мощность 50 Вт). В цепи такой лампы . Напряжение сети U=220 В. Определить емкость конденсатора для компенсации реактивной мощности в цепи каждой лампы.

Определяем значение :

Определим емкость конденсатора:

или 5,7 мкФ

Выбираем стандартный конденсатор емкостью 4 мкФ или 6 мкФ, например конденсатор типа КБГ МН на работе напряжение 600 В.