Forståelse af effektfaktor og hvordan det påvirker dine energiregninger

Bortset fra sikkerhed og pålidelighed skal flere andre mål, herunder effektivitet, forfølges i design og implementering af elektriske systemer. Et af målene for effektivitet i et elektrisk system er effektiviteten, hvormed systemet omdanner den energi, det modtager, til nyttigt arbejde. Denne effektivitet er angivet med en komponent i elektriske systemer kendt som Power Factor. Den magt faktor angiver, hvor meget strøm er faktisk bliver brugt til at udføre nyttigt arbejde ved en belastning, og hvor meget strøm det er ”spilde”. Så trivielt som navnet lyder, er det en af de vigtigste faktorer bag høje elregninger og strømsvigt.

For at være i stand til korrekt at beskrive effektfaktor og dens praktiske betydning er det vigtigt at opdatere din hukommelse om de forskellige typer elektriske belastninger og strømkomponenter, der findes.

Fra grundlæggende elklasser er elektriske belastninger typisk af to typer;

Modstandsdygtige belastninger
Reaktive belastninger

1. Modstandsdygtige belastninger

Resistive belastninger, som navnet antyder, består disse belastninger af rent resistive elementer. Til denne type belastninger (i betragtning af ideelle forhold) spredes al strøm, der leveres til den, til arbejde på grund af det faktum, at strømmen er i fase med spændingen. Et godt eksempel på resistive belastninger inkluderer glødepærer og batterier.

Effektkomponenten forbundet med resistive belastninger kaldes faktisk effekt. Denne faktiske magt kaldes også undertiden som arbejdskraft, sand magt eller reel magt. Hvis du er ny på vekselstrøm og føler dig forvirret med alle disse bølgeformer, anbefales det at læse om det grundlæggende i vekselstrøm for at forstå, hvordan vekselstrøm fungerer.

2. Reaktive belastninger

Reaktive belastninger er derimod lidt mere komplekse. Mens de forårsager et fald i spænding og trækker strøm fra kilden, spreder de ingen nyttig strøm som sådan, fordi den strøm, de trækker fra forsyningen, ikke virker. Dette afhænger af de reaktive belastningers art.

Reaktive belastninger kan enten være kapacitive eller induktive. I induktive belastninger bruges den trækkede effekt til opsætning af magnetisk flux uden direkte arbejde, mens kapacitiv belastning bruges til at oplade kondensatoren og ikke producere direkte arbejde. Den effekt, der således spredes i reaktive belastninger, kaldes reaktiv effekt. Reaktive belastninger er kendetegnet ved den strøm, der fører (kapacitive belastninger) eller efterslæbende (induktive belastninger) bag spændingen, som sådan eksisterer der normalt en faseforskel mellem strømmen og spændingen.

Ovenstående to grafer repræsenterer en induktiv og kapacitiv belastning, hvor effektfaktoren hænger henholdsvis førende. De variationer i disse to typer af belastning fører til eksistensen af tre effektkomponenter i elektriske systemer, nemlig;

Faktisk magt
Reaktiv kraft
Tilsyneladende magt

1. Faktisk magt

Dette er kraften forbundet med resistive belastninger. Det er strømkomponenten spredt til udførelsen af det faktiske arbejde i elektriske systemer. Fra opvarmning til belysning osv. Udtrykkes det i watt (W) (sammen med dets multiplikatorer, kilo, mega osv.) Og symbolsk repræsenteret af bogstavet P.

2. Reaktiv magt

Dette er den effekt, der er forbundet med reaktive belastninger. Som et resultat af forsinkelsen mellem spænding og strøm i reaktive belastninger, producerer energien trukket i reaktiv (enten kapacitiv eller induktiv) intet arbejde. Det kaldes reaktiv effekt, og dens enhed er Volt-Ampere Reactive (VAR).

3. Tilsyneladende magt

Typiske elektriske systemer består af både resistive og induktive belastninger, tænk på dine pærer og varmeapparater til resistive belastninger og udstyr med motorer, kompressorer osv. Som induktive belastninger. I et elektrisk system er total effekt således en kombination af de faktiske og reaktive effektkomponenter, denne samlede effekt kaldes også tilsyneladende effekt.

Den tilsyneladende magt er givet af summen af den faktiske effekt og den reaktive kraft. Dens enhed er volt-ampere (VA) og repræsenteret matematisk ved ligningen;

Tilsyneladende magt = faktisk magt + reaktiv effekt

I ideelle situationer er den faktiske effekt, der spredes i et elektrisk system, normalt større end den reaktive effekt. Nedenstående billede viser vektordiagrammet tegnet ved hjælp af de tre strømkomponenter

Dette vektordiagram kan transformeres til effekttrekanten som vist nedenfor.

Effektfaktoren kan beregnes ved at opnå vinklen theta (ϴ) vist ovenfor. Her er theta vinklen mellem den virkelige kraft og tilsyneladende magt. Efter cosinusreglen (Tilstødende over hypotenusen) kan effektfaktoren estimeres som forholdet mellem den faktiske effekt og den tilsyneladende magt. De formler til at beregne Power Factor er angivet nedenfor

PF = Faktisk effekt / tilsyneladende magt eller PF = Cosϴ

At sætte denne side om side med ligningen til bestemmelse af tilsyneladende effekt, er det let at se, at en stigning i reaktiv effekt (tilstedeværelse af et stort antal reaktive belastninger) fører til en stigning i tilsyneladende effekt og en større værdi for vinkel ϴ, hvilket resulterer i sidste ende i en lav effektfaktor, når dens cosinus (cos ϴ) opnås. På bagsiden fører reduktion af reaktive belastninger (reaktiv effekt) til en øget effektfaktor, hvilket indikerer høj effektivitet i systemer med mindre reaktive belastninger og omvendt. Værdien af Power Factor vil altid være mellem værdien 0 og 1, jo tættere den kommer på en, jo højere er systemets effektivitet. I Indien anses den ideelle effektfaktorværdi for at være 0,8. Værdien af effektfaktor har ingen enhed.

Betydningen af effektfaktor

Hvis værdien af effektfaktoren er lav, betyder det, at energi fra lysnettet spildes, da et stort stykke af det ikke bruges til meningsfuldt arbejde. Dette skyldes, at belastningen her bruger mere reaktiv effekt sammenlignet med den virkelige effekt. Dette belaster forsyningssystemet og forårsager en overbelastning på distributionssystemet, da både den reelle effekt, der kræves af belastningen, og den reaktive effekt, der bruges til at tilfredsstille reaktive belastninger, vil blive trukket fra systemet.

Denne belastning og "spild" fører typisk til enorme elregninger for forbrugere (især industrielle forbrugere), da forsyningsvirksomheder beregner forbrug i form af tilsyneladende strøm, som sådan ender de med at betale for strøm, som ikke blev brugt til at opnå noget "meningsfuldt" arbejde. Nogle virksomheder bøder også deres forbrugere, hvis de trækker mere reaktiv effekt, da det forårsager overbelastning på systemet. Denne bøde pålægges for at reducere lav effektfaktor, der forårsager belastning, der bruges i industrier.

Selv i situationer, hvor strømmen leveres af virksomhedens generatorer, spildes penge på større generatorer, kabler i større størrelse osv., Der kræves for at levere strøm, når et stort antal af det bare bliver spildt. For at bedre forstå dette skal du overveje nedenstående eksempel

En fabrik, der driver en 70kW belastning, kan med succes drives af en generator / transformer og kabler, der er klassificeret til 70 kVA, hvis fabrikken arbejder med en effektfaktor på 1. Men hvis effektfaktoren falder ned til 0,6, selv med den samme 70KW, en større generator eller transformer, der er klassificeret til 116,67 kVA (70 / 0,6), kræves, da generatoren / transformatoren skal levere den ekstra effekt til den reaktive belastning. Bortset fra denne kraftige stigning i effektbehov, skal størrelsen af de anvendte kabler også øges, hvilket fører til en betydelig stigning i udstyrsomkostningerne og øgede effekttab som følge af modstanden langs lederne. Straffen for dette går ud over høje elregninger i nogle lande, da virksomheder med dårlig effektfaktor normalt får store bøder for at tilskynde til berigtigelse.

Forbedring af effektfaktoren

Med alt det der er blevet sagt, er du enig med mig i, at det giver mere økonomisk mening at rette op på den dårlige effektfaktor end at fortsætte med at betale enorme elregninger, især for store industrier. Det anslås også, at over 40% på elregninger kan spares i store industrier og produktionsanlæg, hvis effektfaktoren korrigeres og holdes lav.

Bortset fra reduktionen i omkostningerne for forbrugerne, bidrager kørsel af et effektivt system til den generelle pålidelighed og effektivitet i elnettet, da forsyningsselskaber er i stand til at reducere tab i ledninger og omkostninger til vedligeholdelse og samtidig opleve en reduktion i mængden af transformere lignende supportinfrastruktur, der kræves til deres drift.

Beregning af effektfaktor for din belastning

Det første skridt til at korrigere effektfaktoren er at bestemme effektfaktoren for din belastning. Dette kan gøres ved at;

1. Beregning af den reaktive effekt ved hjælp af belastningens reaktansdetaljer

2. Bestemmelse af den reelle effekt, der spredes af lasten, og kombinerer den med den tilsyneladende effekt for at opnå effektfaktoren.

3. Brug af effektfaktormåler.

Effektfaktormåleren bruges for det meste, da det hjælper med let at opnå effektfaktoren i store systemopsætninger, hvor bestemmelse af reaktansdetaljerne for belastningen og den virkelige spredte effekt kan være en vanskelig rute.

Med den kendte effektfaktor kan du derefter fortsætte med at rette den, justere den så tæt som muligt på 1. nDen anbefalede effektfaktor fra elforsyningsselskaber er normalt mellem 0,8 og 1, og dette kan kun opnås, hvis du kører en næsten rent resistiv belastning eller den induktive reaktans (belastning) i systemet er lig med kapacitansreaktansen, da de begge vil annullere hinanden.

På grund af det faktum, at brugen af induktive belastninger er en mere almindelig årsag til lav effektfaktor, især i industrielle omgivelser (på grund af brugen af tunge motorer osv.), Er en af de enkleste metoder til at korrigere effektfaktoren ved at annullere induktiv reaktans ved brug af korrektionskondensatorer, der introducerer kapacitiv reaktans i systemet.

Effektfaktorkorrigeringskondensatorer fungerer som en reaktiv strømgenerator, der modvirker / udligner strømmen, der "spildes" ved induktive belastninger. Imidlertid skal der overvejes nøje design, når disse kondensatorer indsættes i opsætninger for at sikre jævn drift med udstyr som drev med variabel hastighed og en effektiv balance med omkostningerne. Afhængig af anlægget og belastningsfordeling kan designet bestå af kondensatorer med fast værdi installeret ved induktive belastningspunkter eller automatiske korrektionskondensatorbanker installeret på fordelingspanelernes samleskinner til en central korrektion, som normalt er mere omkostningseffektiv i store systemer.

Brugen af effektfaktorkorrigeringskondensatorer i opsætninger har sine ulemper, især når de rigtige kondensatorer ikke bruges, eller systemet ikke er korrekt designet. Brugen af kondensatorerne kan medføre en kort periode med "overspænding", når den er tændt, hvilket kan påvirke korrekt funktion af udstyr som drev med variabel hastighed, hvilket får dem til at gå intermitterende eller sprænge sikringerne på nogle af kondensatorerne. Det kunne dog løses ved at forsøge at foretage justeringer af skiftestyringssekvensen i tilfælde af hastighedsdrev eller eliminering af harmoniske strømme i tilfælde af sikringer.

Unity Power Factor, og hvorfor det ikke er praktisk

Når værdien af din effektfaktor er lig med 1, siges det, at effektfaktoren er enhedseffektfaktor. Det kan være fristende at opnå den optimale effektfaktor 1, men det er næsten umuligt at opnå det på grund af det faktum, at intet system virkelig er ideelt. I den forstand er ingen belastning rent resistiv, kapacitiv eller induktiv. Hver belastning består af nogle af elementerne i den anden, uanset hvor lille, som sådan er typisk et realiserbart effektfaktorområde normalt op til 0,9 / 0,95. Vi har allerede lært om disse parasitære egenskaber ved RLC-elementerne i vores ESR og ESL med artikler om kondensatorer.

Effektfaktor er en afgørende faktor for, hvor godt du bruger energi, og hvor meget du betaler i elregninger (især for industrier). I forlængelse heraf bidrager det væsentligt til driftsomkostningerne og kan være den faktor bag reducerede fortjenstmargener, som du ikke har været opmærksom på. Forbedring af dit elektriske systems effektfaktor kan hjælpe med at reducere elregninger og sikre, at ydeevnen maksimeres.