Зачем нужны фазометры?

Фазометр – прибор, измеряющий отношение потребляемой активной мощности к полной мощности. В электротехнике это отношение называют косинусом ϕ или коэффициентом мощности.

Физически фазометр измеряет угол между током и напряжением в точке сети, где он установлен. Шкала его отградуирована в безразмерных величинах, являющихся cos ϕ, в диапазоне -0,5 – 1 – 0,5. Значение «1» расположено по центру шкалы. Теперь разберемся, зачем это сделано.

Если нагрузка активная, ток совпадает по фазе с напряжением. При этом фазометр покажет единицу. Как только в сопротивлении нагрузки появляется индуктивная составляющая, ток начинает отставать от напряжения. Чем больше доля индуктивного сопротивления в нагрузке, тем угол отставания больше. В этом случае коэффициент мощности уменьшается, в стрелка фазометра отклоняется в правую сторону. Это явление характерно для сетей, содержащих электродвигатели и катушки индуктивности.

Если в сопротивлении нагрузки доминирует емкостная составляющая, то напряжение в сети отстает от тока. Стрелка фазометра отклоняется в левую сторону. По направлению отклонения стрелки определяют характер нагрузки: емкостная или индуктивная, а по величине отклонения – коэффициент мощности.

Регулировка коэффициента мощности

Чем ближе cos ϕ к единице, тем большая часть потребляемой энергии расходуется на совершение полезной работы. При его снижении увеличивается мощность, расходующаяся на бесполезный нагрев электрооборудования: обмоток трансформаторов, электродвигателей, кабельных линий. При этом напряжение в сети снижается, а для совершения той же полезной работы электрооборудованию требуется большая мощность.

Оптимальным считается коэффициент мощности, равный 0,95 в индуктивном направлении. Но как быть в случаях, когда в сети много индуктивной нагрузки? В этом случае на подстанциях устанавливают батареи конденсаторов, называемые установками компенсации реактивной мощности. Назначение их видно из названия: они уравновешивают индуктивную составляющую сопротивления, приближая угол между током и напряжением в сети к нулю, а cos ϕ – к единице.

При установке конденсаторов, имеющих постоянную емкость, возникает другой недостаток: при изменении количества подключенных к сети потребителей, имеющих индуктивное сопротивление, коэффициент мощности изменяется. Такая компенсация не эффективна, а иногда и вредна. Чтобы избежать этого, установки выполняются автоматическими. В зависимости от угла между током и напряжением автоматика подключает или отключает конденсаторы от сети, изменяя суммарную емкость батареи так, чтобы cos ϕ постоянно находился в заданных пределах.

Установка автоматической компенсации реактивной мощности до 1000 В
Установка автоматической компенсации реактивной мощности до 1000 В

Компенсационные установки выпускаются на напряжение до и выше 1000 В. На предприятиях используется только автоматическая компенсация. На городских и сельских подстанциях или в производственных цехах используются стационарно установленные конденсаторы, емкость которых рассчитана заранее и не изменяется.

Применение фазометров

Фазометры используются там, где изменяют режим работы электрической сети, влияя на коэффициент мощности. Помимо компенсационных установок, таких мест еще два:

  • синхронные генераторы на электрических станциях;
  • синхронные электродвигатели.

Рассмотрим по очереди, как эти электрические машины способны влиять на cos ϕ.

Синхронные генераторы

Коэффициент мощности синхронного генератора зависит не только от характера нагрузки, но и от тока возбуждения ротора. В процессе работы оперативный персонал станции (или автоматическая система возбуждения – АРВ) постоянно следят за косинусом ϕ, и удерживают его в заданных пределах, регулируя ток в роторе. В процессе работы за этим следит автоматика, но при пуске генератора в работу или при ее отказе регулировка выполняется в ручном режиме. Для этого на пульт-панели генератора установлен фазометр.

При снижении коэффициента мощности и отклонении стрелки фазометра в правую сторону (индуктивная нагрузка) возможен перегрев обмотки статора генератора. В случае емкостного характера нагрузки, вне зависимости от ее величины, генератор потребляет энергию от сети, что является ненормальным (аварийным) режимом его работы.

Синхронные электродвигатели

Коэффициент мощности синхронного электродвигателя также зависит от тока возбуждения. Его формирует и регулирует возбудительная станция. При определенном режиме работы синхронный электродвигатель может даже отдавать в сеть реактивную энергию, выполняя роль установки компенсации реактивной мощности.

Для оценки режима работы электродвигателя на его шкафу управления также устанавливают фазометр.

Виды фазометров

Щитовые фазометры, используемые для контроля технологических режимов, выполняются стрелочными или цифровыми. И те, и другие одинаково справляются со своими обязанностями, но применение стрелочных нагляднее для обслуживающего персонала.

Зачем нужны фазометры?

Кроме того, применяются еще и лабораторные фазометры, использующиеся для пусконаладочных работ в электроустановках. Фазометры применяются и в радиоэлектронике для настройки и ремонта устройств, работа которых основана на изменении фазового угла между напряжением и током.

В современных цифровых измерительных комплексах для наладки электрооборудования все приборы выполняются цифровыми. Кроме того, они входят в состав одного универсального прибора, показывающего одновременно несколько измеряемых величин: напряжение, ток, частоту, угол между током и напряжением.

Такая же тенденция и у щитовых приборов. Для сокращения их количества используются универсальные измерители, выводящие на один дисплей несколько измеряемых величин одновременно. В зависимости от режима работы электроустановки пользователь может оперативно изменять их состав, выводя на индикацию либо разные физические величины, либо одну из них, но для каждой из контролируемых фаз.

Ссылка на основную публикацию