A teljesítménytényező megértése és annak hatása az energiaszámlákra

A biztonság és a megbízhatóság mellett számos más célt kell elérni, beleértve a hatékonyságot is az elektromos rendszerek tervezésében és megvalósításában. Az elektromos rendszer hatékonyságának egyik mércéje az a hatékonyság, amellyel a rendszer a kapott energiát hasznos munkává alakítja. Ezt a hatékonyságot az elektromos rendszerek Power Factor néven ismert alkatrésze jelzi. A teljesítménytényező azt jelzi, hogy mekkora energiát használnak fel hasznos munkák elvégzésére egy terheléssel, és mennyi energiát „pazarol”. Bármennyire is triviális a neve, ez az egyik fő tényező a magas villanyszámlák és áramkimaradások mögött.

A teljesítménytényező és annak gyakorlati jelentőségének megfelelő leírása érdekében fontos, hogy frissítse a memóriáját a villamos energia különféle típusairól és a meglévő összetevőkről.

Az alapvető villamosenergia-osztályokból az elektromos terhelések jellemzően kétféle típusúak;

1. Ellenálló terhelések
2. Reaktív terhelések

1. Ellenálló terhelések

Az ellenálló terhelések, amint a neve is mutatja, ezek a terhelések tisztán ellenálló elemekből állnak. Ilyen típusú terheléseknél (ideális körülményeket figyelembe véve) a teljes energiát elvezetik a munkához, mivel az áram fázisban van a feszültséggel. A rezisztív terhelések jó példája az izzólámpák és az elemek.

A rezisztív terhelésekhez tartozó teljesítmény-komponenst tényleges teljesítménynek nevezzük . Ezt a tényleges hatalmat néha munkaerőnek, valódi hatalomnak vagy valódi hatalomnak is nevezik. Ha Ön még nem ismeri a váltakozó áramot, és összekeveredik ezekkel a hullámalakokkal, akkor ajánlott elolvasni a váltakozó áram alapjairól, hogy megértsük, hogyan működik az áramellátás.

2. Reaktív terhelések

A reaktív terhelések viszont egy kicsit összetettebbek. Miközben feszültségesést okoznak és áramot vonnak a forrásból, önmagukban nem oszlatnak el hasznos energiát, mert az áramellátásból táplált energia nem működik. Ez a reaktív terhelések jellegének köszönhető.

A reaktív terhelések lehetnek kapacitívek vagy induktívak. Induktív terheléseknél a felhasznált energiát a mágneses fluxus beállításához használják fel közvetlen munka nélkül, míg kapacitív terhelések esetén a teljesítményt a kondenzátor töltésére használják, és nem közvetlenül termelnek munkát. Az így a reaktív terhelésekben eloszlott teljesítményt reaktív teljesítménynek nevezzük. A reaktív terheléseket az áram vezető (kapacitív terhelések) vagy lemaradt (induktív terhelések) jellemzik a feszültség mögött, mint ilyen, általában fáziskülönbség van az áram és a feszültség között.

A fenti két grafikon egy induktív és egy kapacitív terhelést ábrázol, ahol a teljesítménytényező elmarad és vezető. Az eltérések a két típusú vezetékeket a létezését három teljesítmény-alkatrészek elektromos rendszerek, nevezetesen;

1. Tényleges hatalom
2. Reaktív erő
3. Látszólagos erő

1. Tényleges hatalom

Ez a rezisztív terhelésekhez tartozó teljesítmény. Ez az elektromos rendszerben a tényleges munka teljesítményéhez eloszlott teljesítménykomponens. A fűtéstől a világításig stb. Wattban kifejezve (W) (szorzóival, kilóval, megával stb. Együtt) és szimbolikusan a P betűvel ábrázolva.

2. Reaktív teljesítmény

Ez a reaktív terhelésekhez tartozó teljesítmény. A reaktív terhelésekben a feszültség és az áram közötti késés eredményeként a reaktívban (akár kapacitív, akár induktív) felvett energia nem eredményez munkát. Reaktív teljesítménynek nevezik, és egysége Volt-Amper Reaktív (VAR).

3. Látszólagos erő

A tipikus elektromos rendszerek mind rezisztív, mind induktív terhelésekből állnak, gondoljon az induktív terhelésre a rezisztív terhelésre szolgáló izzókra és fűtőkészülékekre, valamint a motorral, kompresszorokkal stb. Felszerelt berendezésekre. Tehát egy elektromos rendszerben a Teljes teljesítmény a tényleges és a meddő teljesítmény összetevőinek kombinációja, ezt a teljes teljesítményt látszólagos teljesítménynek is nevezik.

A látszólagos teljesítményt a tényleges teljesítmény és a meddő teljesítmény összege adja. Egysége volt-amper (VA), amelyet matematikailag az egyenlet képvisel;

Látszólagos teljesítmény = tényleges teljesítmény + reaktív teljesítmény

Ideális helyzetekben az elektromos rendszerben elszórt tényleges teljesítmény általában nagyobb, mint a reaktív teljesítmény. Az alábbi kép a három teljesítménykomponens segítségével rajzolt vektordiagramot mutatja

Ez a vektordiagram átalakítható a teljesítményháromszöggé az alábbiak szerint.

A teljesítménytényező kiszámítható a fent látható theta (ϴ) szög megszerzésével. Itt a theta a valódi hatalom és a látszólagos erő szöge. Ezután a koszinusz-szabályt követve (a hipotenusz felett), a teljesítménytényező megbecsülhető a tényleges teljesítmény és a látszólagos teljesítmény arányaként. A teljesítménytényező kiszámítására szolgáló képletek az alábbiakban találhatók

PF = tényleges teljesítmény / látszólagos teljesítmény vagy PF = Cosϴ

Ha a látszólagos teljesítmény meghatározására szolgáló egyenletet egymás mellé tesszük, könnyen belátható, hogy a reaktív teljesítmény növekedése (nagy számú reaktív terhelés jelenléte) a látszólagos teljesítmény növekedéséhez és a angle szög nagyobb értékéhez vezet, ami végül kis teljesítménytényezőt eredményez, amikor koszinuszát (cos ϴ) kapjuk. A másik oldalon a reaktív terhelések (reaktív teljesítmény) csökkenése megnövekedett teljesítménytényezőhöz vezet, ami magas hatékonyságot jelez a kevésbé reaktív terhelésű rendszerekben és fordítva. A Teljesítménytényező értéke mindig 0 és 1 érték között lesz, minél közelebb kerül az egyikhez, annál magasabb lesz a rendszer hatékonysága. Indiában az ideális teljesítménytényező értéke 0,8. A teljesítménytényező értékének nincs egysége.

A teljesítménytényező fontossága

Ha a teljesítménytényező értéke alacsony, az azt jelenti, hogy a hálózatból származó energiát pazarolják, mivel egy hatalmas darabot nem használnak értelmes munkára. Ennek oka, hogy a terhelés itt több reaktív energiát fogyaszt, mint a valós teljesítmény. Ez megterheli az ellátórendszert, ami túlterhelést okoz az elosztórendszer számára, mivel mind a terhelés által igényelt tényleges teljesítmény, mind a reaktív terhelések kielégítésére használt meddő teljesítmény a rendszerből származik.

Ez a megterhelés és a „pazarlás” általában hatalmas villanyszámlát eredményez a fogyasztók (különösen az ipari fogyasztók) számára, mivel a közüzemi vállalatok a fogyasztást a látszólagos teljesítmény alapján számolják, mint ilyenek, végül olyan energiáért fizetnek, amelyet nem használtak „értelmes” munkához. Néhány vállalat bírsággal is sújtja fogyasztóit, ha nagyobb a reaktív teljesítményük, mivel ez túlterhelést okoz a rendszerben. Ezt a bírságot azért kell kiszabni, hogy csökkentse az ipar alacsony terhelését okozó terheléseket.

Még azokban a helyzetekben is, amikor az áramot a vállalat generátorai biztosítják, pénzt pazarolnak nagyobb áramfejlesztőkre, nagyobb méretű kábelekre stb., Amelyek az áramellátáshoz szükségesek, amikor jó néhányat csak el fog pazarolni. Ennek jobb megértése érdekében vegye figyelembe az alábbi példát

Egy 70kW terhelést működtető gyár sikeresen táplálható generátorral / transzformátorral és 70 kVA névleges kábelekkel, ha a gyár 1 teljesítménytényezővel üzemel. De ha a teljesítménytényező 0,6-ra csökken, akkor ugyanolyan terhelés mellett is 70 kW, nagyobb generátorra vagy transzformátorra lesz szükség, amelynek névleges teljesítménye 116,67 kVA (70 / 0,6), mivel a generátornak / transzformátornak kell ellátnia a reaktív terheléshez szükséges kiegészítő energiát. Az áramigény jelentős növekedése mellett a felhasznált kábelek méretét is meg kell növelni, ami a berendezések költségeinek jelentős növekedéséhez és az áramveszteséghez vezet a vezetők mentén fellépő ellenállás következtében. Az emiatt kiszabott büntetés meghaladja a magas villanyszámlákat egyes országokban, mivel a gyenge teljesítménytényezővel rendelkező vállalatok általában hatalmas összegű bírságot kapnak a helyesbítés ösztönzése érdekében.

A teljesítménytényező javítása

Mindezek mellett egyetért velem abban, hogy gazdasági szempontból ésszerűbb a gyenge teljesítménytényező kijavítása, mint hogy továbbra is óriási villanyszámlákat fizessen, különösen a nagyipar számára. Becslések szerint a villamosenergia-számlák több mint 40% -a megtakarítható hatalmas iparágakban és gyártóüzemekben, ha a teljesítménytényezőt korrigálják és alacsony szinten tartják.

A fogyasztók költségeinek csökkenésétől eltekintve a hatékony rendszer működtetése hozzájárul az elektromos hálózat általános megbízhatóságához és hatékonyságához, mivel a közüzemi vállalatok képesek csökkenteni a vezetékek veszteségeit és a karbantartási költségeket, miközben a transzformátorok és a transzformátorok mennyisége is csökken. működéséhez szükséges hasonló támogató infrastruktúra.

A terhelés teljesítménytényezőjének kiszámítása

A teljesítménytényező korrigálásának első lépése a terhelés teljesítménytényezőjének meghatározása. Ezt megteheti;

1. A meddő teljesítmény kiszámítása a terhelés reaktancia-részleteinek felhasználásával

2. A terhelés által elvezetett tényleges teljesítmény meghatározása és a látszólagos teljesítménnyel való kombinálása a teljesítménytényező megszerzéséhez.

3. A teljesítménytényező-mérő használata.

A teljesítménytényező-mérőt többnyire azért használják, mert ez segít a teljesítménytényező könnyű megszerzésében nagy rendszerbeállításoknál, ahol a terhelés reaktancia-részleteinek és az eloszló tényleges teljesítmény meghatározása nehéz út lehet.

Az ismert teljesítménytényezővel ezután javíthatja, és a lehető legközelebb állíthatja az 1-hez. NAz áramszolgáltató vállalatok által ajánlott teljesítménytényező általában 0,8 és 1 között van, és ez csak akkor érhető el, ha szinte kizárólagosan fut rezisztív terhelés vagy az induktív reaktancia (terhelés) a rendszerben megegyezik a kapacitív reaktanciával, mivel mindkettő kioltja egymást.

Tekintettel arra, hogy az induktív terhelések használata az alacsony teljesítménytényező gyakoribb oka, különösen ipari környezetben (nehéz motorok stb. Miatt), a teljesítménytényező korrekciójának egyik legegyszerűbb módja az induktív reaktancia korrekciós kondenzátorok használatával, amelyek kapacitív reaktanciát vezetnek be a rendszerbe.

A teljesítménytényező korrekciós kondenzátorok reaktív áramgenerátorként működnek, ellensúlyozva / ellensúlyozva az induktív terhelések által „pazarolt” teljesítményt. Azonban gondosan meg kell fontolni a tervezést, amikor ezeket a kondenzátorokat behelyezik a rendszerekbe, hogy biztosítsák a zökkenőmentes működést olyan berendezésekkel, mint a változtatható sebességű meghajtók és a hatékony egyensúly a költségekkel. A létesítménytől és a terhelés eloszlásától függően a tervezés tartalmazhat fix értékű kondenzátorokat, amelyeket induktív terhelési pontokba telepítenek, vagy automatikus korrekciós kondenzátor bankokat, amelyek az elosztópanelek gyűjtősíneire vannak felszerelve a központosított korrekció érdekében, amely általában költséghatékonyabb a nagy rendszerekben.

A teljesítménytényező-korrekciós kondenzátorok használatának hátrányai vannak, különösen akkor, ha a megfelelő kondenzátorokat nem használják, vagy a rendszert nem megfelelően alakítják ki. A kondenzátorok használata bekapcsoláskor rövid ideig tartó „túlfeszültséget” eredményezhet, ami befolyásolhatja a berendezések, például a változó fordulatszámú hajtások megfelelő működését, ami időnként kialudhat, vagy felrobbanhatja a kondenzátorok egyes biztosítékait. Megoldható azonban úgy, hogy megpróbálunk változtatni a kapcsolás vezérlési sorrendjén, fordulatszám-meghajtók esetén, vagy ki kell zárni a harmonikus áramokat biztosítékok esetén.

Unity Power Factor és miért nem praktikus

Amikor a Teljesítménytényező értéke egyenlő 1-vel, akkor a teljesítménytényezőt egységhatalmi tényezőnek mondják . Lehet, hogy csábító az optimális 1-es teljesítménytényező megszerzése, de ezt szinte lehetetlen elérni, mivel egyetlen rendszer sem igazán ideális. Ebben az értelemben a terhelés nem pusztán rezisztív, kapacitív vagy induktív. Minden terhelés a másik néhány eleméből áll, függetlenül attól, hogy milyen kicsi, mivel az ilyen tipikus realizálható teljesítménytényező-tartomány általában 0,9 / 0,95-ig terjed. Az RLC elemek ezen parazita tulajdonságairól már tanultunk ESR és ESL with Capacitors cikkekben.

A teljesítménytényező meghatározza, hogy mennyire használja fel az energiát, és mennyit fizet az áramszámlákban (különösen az ipar számára). Tágabb értelemben ez jelentősen hozzájárul a működési költségekhez, és ez a tényező lehet a csökkent haszonkulcs mögött, amelyre Ön nem figyelt. Az elektromos rendszer teljesítménytényezőjének javítása hozzájárulhat a villanyszámlák csökkentéséhez és a teljesítmény maximalizálásához.