Forstå effektfaktoren og hvordan den påvirker energiregningene dine

Bortsett fra sikkerhet og pålitelighet, bør flere andre mål, inkludert effektivitet, forfølges i design og implementering av elektriske systemer. Et av målingene for effektivitet i et elektrisk system er effektiviteten som systemet forvandler energien det mottar til nyttig arbeid. Denne effektiviteten er indikert av en komponent i elektriske systemer kjent som Power Factor. Den maktfaktor indikerer hvor mye strøm som faktisk blir brukt til å utføre nyttig arbeid ved en belastning og hvor mye strøm det er “sløse”. Så trivielt som navnet høres ut, er det en av de viktigste faktorene bak høye strømregninger og strømbrudd.

For å kunne beskrive effektfaktoren og dens praktiske betydning riktig, er det viktig å oppdatere minnet ditt om de forskjellige typer elektriske belastninger og kraftkomponenter som finnes.

Fra grunnleggende strømklasser er elektriske belastninger vanligvis av to typer;

Motstandsdyktig belastning
Reaktive belastninger

1. Motstandsdyktig belastning

Resistive belastninger, som navnet antyder, består disse belastningene av rent resistive elementer. For denne typen belastninger (med tanke på ideelle forhold) blir all strømmen til den forsvunnet for arbeid på grunn av at strømmen er i fase med spenningen. Et godt eksempel på resistive belastninger inkluderer glødelamper og batterier.

Effektkomponenten assosiert med resistiv belastning kalles faktisk effekt. Denne faktiske kraften kalles også noen ganger som arbeidskraft, ekte kraft eller virkelig kraft. Hvis du er ny i vekselstrøm og føler deg forvirret med alle disse bølgeformene, anbefales det å lese om det grunnleggende om vekselstrøm for å forstå hvordan vekselstrøm fungerer.

2. Reaktive belastninger

Reaktive belastninger er derimot litt mer komplekse. Mens de forårsaker et spenningsfall og trekker strøm fra kilden, forsvinner de ingen nyttig kraft som sådan fordi strømmen de trekker fra forsyning ikke virker. Dette skyldes avgiften til reaktive belastninger.

Reaktive belastninger kan enten være kapasitive eller induktive. I induktive belastninger brukes den trukkede kraften til å sette opp magnetisk strømning uten direkte arbeid utført, mens for kapasitive belastninger brukes kraften til å lade kondensatoren og ikke produsere direkte arbeid. Kraften som dermed spres i reaktive belastninger blir referert til som reaktiv kraft. Reaktive belastninger er preget av strømledende (kapasitiv belastning) eller henger (induktive belastninger) bak spenningen, som sådan eksisterer det vanligvis en faseforskjell mellom strøm og spenning.

Ovennevnte to grafer representerer en induktiv og kapasitiv belastning der effektfaktoren henger henholdsvis. De variasjoner i disse to typer av laste fører til eksistensen av tre effekt komponenter i elektriske anlegg, nemlig;

Faktisk kraft
Reaktiv kraft
Tilsynelatende effekt

1. Faktisk kraft

Dette er kraften forbundet med resistive belastninger. Det er kraftkomponenten spredt til ytelsen til faktisk arbeid i elektriske systemer. Fra oppvarming til belysning, etc., uttrykkes det i Watt (W) (sammen med multiplikatorene, kilo, Mega, etc.) og symbolsk representert av bokstaven P.

2. Reaktiv kraft

Dette er kraften forbundet med reaktive belastninger. Som et resultat av forsinkelsen mellom spenning og strøm i reaktive belastninger, produserer energien som trekkes inn i reaktiv (enten kapasitiv eller induktiv) ikke noe arbeid. Det blir referert til som reaktiv kraft, og enheten er Volt-Ampere Reactive (VAR).

3. Tilsynelatende kraft

Typiske elektriske systemer består av både resistive og induktive belastninger, tenk på lyspærene og varmeovnene dine for resistive belastninger, og utstyr med motorer, kompressorer osv. Som induktive belastninger. I et elektrisk system er Total Power således en kombinasjon av de faktiske og reaktive kraftkomponentene, denne totale effekten kalles også tilsynelatende kraft.

Den tilsynelatende makten er gitt av summen av den faktiske kraften og den reaktive kraften. Enheten er volt-ampere (VA) og representert matematisk av ligningen;

Tilsynelatende kraft = faktisk kraft + reaktiv kraft

I ideelle situasjoner er den faktiske kraften som blir spredt i et elektrisk system vanligvis større enn den reaktive kraften. Bildet nedenfor viser vektordiagrammet tegnet ved hjelp av de tre kraftkomponentene

Dette vektordiagrammet kan transformeres til krafttrekanten som vist nedenfor.

Effektfaktoren kan beregnes ved å oppnå vinkelen theta (ϴ) vist ovenfor. Her er theta vinkelen mellom den virkelige kraften og tilsynelatende kraften. Etter cosinusregelen (Tilstøtende over hypotenusen) kan kraftfaktoren estimeres som forholdet mellom faktisk kraft og den tilsynelatende kraften. De formler til å beregne effektfaktor er gitt nedenfor

PF = Faktisk kraft / tilsynelatende kraft eller PF = Cosϴ

Ved å sette denne side ved side med ligningen for å bestemme tilsynelatende kraft, er det lett å se at en økning i reaktiv effekt (tilstedeværelse av et stort antall reaktive belastninger) fører til en økning i tilsynelatende effekt og en større verdi for vinkel ϴ, som til slutt resulterer i en lav effektfaktor når cosinus (cos ϴ) oppnås. På baksiden fører reduksjon av reaktive belastninger (reaktiv effekt) til en økt effektfaktor, noe som indikerer høy effektivitet i systemer med mindre reaktive belastninger og omvendt. Verdien av Power Factor vil alltid være mellom verdien 0 og 1, jo nærmere den kommer en, desto høyere blir systemets effektivitet. I India anses den ideelle effektfaktorverdien å være 0,8. Verdien av effektfaktor har ingen enhet.

Betydningen av kraftfaktor

Hvis verdien av effektfaktoren er lav, betyr det at energi fra strømnettet blir kastet bort siden en stor del av den ikke brukes til meningsfylt arbeid. Dette er fordi lasten her bruker mer reaktiv kraft sammenlignet med den virkelige kraften. Dette belaster forsyningssystemet og forårsaker overbelastning på distribusjonssystemet, da både den virkelige kraften som kreves av lasten og den reaktive kraften som brukes til å tilfredsstille reaktive belastninger, vil bli hentet fra systemet.

Denne belastningen og "sløsing" fører vanligvis til enorme strømregninger for forbrukere (spesielt industrielle forbrukere) ettersom strømforsyningsselskaper beregner forbruket i form av tilsynelatende kraft, som sådan betaler de for strøm som ikke ble brukt til å oppnå noe "meningsfylt" arbeid.. Noen selskaper bøter også sine forbrukere hvis de trekker mer reaktiv kraft siden det forårsaker overbelastning på systemet. Denne boten pålegges for å redusere lav effektfaktor som forårsaker belastning som brukes i næringer.

Selv i situasjoner der strømmen leveres av selskapets generatorer, blir penger kastet bort på større generatorer, kabler i større størrelse osv. Som kreves for å levere strøm når et stort antall av det bare blir bortkastet. For å forstå dette bedre, vurder eksemplet nedenfor

En fabrikk som driver en 70 kW belastning kan drives med suksess av en generator / transformator og kabler klassifisert til 70 kVA hvis fabrikken opererer med en effektfaktor på 1. Men hvis effektfaktoren faller ned til 0,6, selv med samme belastning på 70KW, en større generator eller transformator nominell til 116,67 kVA (70 / 0,6) vil være nødvendig, da generatoren / transformatoren må levere tilleggseffekten for den reaktive belastningen. Bortsett fra denne kraftige økningen i kraftbehov, vil størrelsen på kablene som brukes, også måtte økes, noe som fører til en betydelig økning i utstyrskostnadene og økte effekttap som et resultat av motstanden langs lederne. Straffen for dette går utover høye strømregninger i noen land, ettersom selskaper med dårlig effektfaktor vanligvis får store summer for å oppmuntre til utbedring.

Forbedring av kraftfaktoren

Med alt som er blitt sagt, vil du være enig med meg i at det er mer økonomisk fornuftig å rette opp den dårlige kraftfaktoren enn å fortsette å betale enorme strømregninger, spesielt for store næringer. Det anslås også at over 40% på strømregninger kan spares i store industrier og produksjonsanlegg hvis effektfaktoren korrigeres og holdes lav.

Bortsett fra reduksjonen i kostnadene for forbrukerne, bidrar det å drive et effektivt system til den generelle påliteligheten og effektiviteten til strømnettet, ettersom energiselskaper er i stand til å redusere tap i ledninger og vedlikeholdskostnader samtidig som de opplever en reduksjon i mengden transformatorer og lignende støtteinfrastruktur som kreves for deres virksomhet.

Beregning av effektfaktor for belastningen

Det første trinnet for å korrigere effektfaktoren er å bestemme effektfaktoren for lasten din. Dette kan gjøres av;

1. Beregning av reaktiv effekt ved hjelp av lastens reaktansdetaljer

2. Bestemme den virkelige kraften som blir spredt av lasten og kombinere den med den tilsynelatende kraften for å oppnå effektfaktoren.

3. Bruk av effektfaktormåler.

Effektfaktormåleren brukes for det meste da det hjelper med å enkelt oppnå effektfaktoren i store systemoppsett, hvor det å bestemme reaktansdetaljene for belastningen og den virkelige kraften som er spredt, kan være en vanskelig rute.

Med kjent effektfaktor kan du fortsette å rette den, justere den så nær som mulig til 1. nDen anbefalte effektfaktoren fra strømforsyningsselskaper er vanligvis mellom 0,8 og 1, og dette kan bare oppnås hvis du kjører en nesten ren motstandsbelastning eller induktiv reaktans (belastning) i systemet er lik kapasitansreaktansen, da de begge vil eliminere hverandre.

På grunn av det faktum at bruk av induktive belastninger er en mer vanlig årsak til lav effektfaktor, spesielt i industrielle omgivelser (på grunn av bruk av tunge motorer osv.), Er en av de enkleste metodene for å korrigere effektfaktoren ved å avbryte induktiv reaktans ved bruk av korreksjonskondensatorer som introduserer kapasitiv reaktans i systemet.

Effektfaktorkorrigeringskondensatorer fungerer som en reaktiv strømgenerator, som motvirker / motvirker strømmen som blir "bortkastet" av induktive belastninger. Imidlertid må det tas nøye hensyn til design når du setter inn disse kondensatorene i oppsett for å sikre jevn drift med utstyr som stasjoner med variabel hastighet og en effektiv balanse med kostnadene. Avhengig av anlegget og lastfordelingen, kan designet bestå av kondensatorer med fast verdi installert ved induktive lastpunkter eller automatiske korreksjonskondensatorbanker installert på samleskinnene til fordelingspanelene for en sentralisert korreksjon som vanligvis er mer kostnadseffektiv i store systemer.

Bruken av effektfaktorkorrigeringskondensatorer i oppsett har sine ulemper, spesielt når de rette kondensatorene ikke brukes eller systemet ikke er riktig utformet. Bruken av kondensatorene kan gi en kort periode med "overspenning" når den er slått på, noe som kan påvirke riktig funksjon av utstyr som drivere med variabel hastighet, noe som får dem til å gå av og til eller sprenge sikringene på noen av kondensatorene. Det kan imidlertid løses ved å prøve å gjøre justeringer av bryterstyringssekvensen, i tilfelle hastighetsdrev eller eliminere harmoniske strømmer i tilfelle sikringer.

Unity Power Factor og hvorfor det ikke er praktisk

Når verdien av din effektfaktor er lik 1, sies det at effektfaktoren er enhetseffektfaktor. Det kan være fristende å oppnå den optimale effektfaktoren 1, men det er nesten umulig å oppnå den på grunn av at intet system virkelig er ideelt. I den forstand er ingen belastning rent resistiv, kapasitiv eller induktiv. Hver last består av noen av elementene fra den andre, uansett hvor liten den typiske realiserbare effektfaktoren er vanligvis opp til 0,9 / 0,95. Vi har allerede lært om disse parasittiske egenskapene til RLC-elementene i ESR og ESL med kondensatorartikler.

Effektfaktor er en avgjørende faktor for hvor godt du bruker energi og hvor mye du betaler i strømregninger (spesielt for næringer). I forlengelse av dette er det en viktig bidragsyter til driftskostnadene, og det kan være den faktoren bak reduserte fortjenestemarginer som du ikke har vært oppmerksom på. Forbedring av effektfaktoren til det elektriske systemet kan bidra til å redusere strømregningene og sikre at ytelsen maksimeres.