Разбиране на фактора на мощността и как той влияе на сметките ви за енергия

Освен безопасността и надеждността, при проектирането и изпълнението на електрическите системи трябва да се преследват и няколко други цели, включително ефективността. Една от мерките за ефективност в електрическата система е ефективността, с която системата преобразува получената енергия в полезна работа. Тази ефективност е показана от компонент на електрически системи, известен като фактор на мощността. Коефициентът на мощност показва колко енергия всъщност се използва за извършване на полезна работа от товар и колко енергия той "губи". Колкото и тривиално да звучи името му, то е един от основните фактори зад високите сметки за електричество и прекъсванията на тока.

За да можете правилно да опишете фактора на мощността и неговото практическо значение, важно е да освежите паметта си за различните видове електрически товари и компоненти на захранването, които съществуват.

От основните класове електричество електрическите товари обикновено са два вида;

1. Резистивни натоварвания
2. Реактивни товари

1. Резистивни натоварвания

Резистивни натоварвания, както подсказва името, тези натоварвания се състоят от чисто резистивни елементи. За този вид товари (като се имат предвид идеални условия), цялата мощност, подавана към него, се разсейва за работа поради факта, че токът е във фаза с напрежението. Добър пример за резистивни натоварвания включват крушки с нажежаема жичка и батерии.

Силовият компонент, свързан с резистивни натоварвания, се нарича действителна мощност. Тази действителна мощност се нарича понякога и като Работна мощност, Истинска мощност или Реална мощност. Ако не сте запознати с променливотоковото захранване и се чувствате объркани с всички тези форми на вълната, препоръчително е да прочетете за основите на променливотоковото захранване, за да разберете как работи променливотоковото захранване.

2. Реактивни товари

Реактивните натоварвания, от друга страна, са малко по-сложни. Докато те причиняват спад на напрежението и изтеглят ток от източника, те не разсейват полезна мощност като такава, тъй като мощността, която те черпят от захранването, не работи. Това се дължи на естеството на реактивните товари.

Реактивните натоварвания могат да бъдат или капацитивни, или индуктивни. При индуктивни натоварвания извлечената мощност се изразходва за настройване на магнитния поток без да се извършва пряка работа, докато при капацитивни натоварвания мощността се използва за зареждане на кондензатора, а не за директно произвеждане на работа. Така разсейваната мощност при реактивни товари се нарича реактивна мощност. Реактивните натоварвания се характеризират с водещия ток (Капацитивни натоварвания) или изоставането (Индуктивни натоварвания) зад напрежението, тъй като обикновено съществува фазова разлика между тока и напрежението.

Горните две графики представляват индуктивно и капацитивно натоварване, където коефициентът на мощност съответно изостава и води. На колебанията в тези два вида натоварване води до съществуването на три електрически компоненти в електрически системи, а именно;

1. Действителна мощност
2. Реактивна мощност
3. Привидна мощност

1. Действителна мощност

Това е мощността, свързана с резистивни натоварвания. Това е силовият компонент, който се разсейва за извършване на действителната работа в електрическите системи. От отопление до осветление и др., Той се изразява във ватове (W) (заедно с неговите мултипликатори, килограм, мега и др.) И символично представен с буквата P.

2. Реактивна мощност

Това е мощността, свързана с реактивните товари. В резултат на забавянето между напрежението и тока при реактивни натоварвания, енергията, извлечена в реактивна (или капацитивна, или индуктивна), не води до работа. Той е посочен като реактивна мощност и неговата единица е Volt-Ampere Reactive (VAR).

3. Привидна сила

Типичните електрически системи се състоят както от резистивни, така и от индуктивни товари, помислете за вашите крушки и нагреватели за резистивни товари, както и за оборудване с двигатели, компресори и др. Като индуктивни товари. По този начин в електрическата система, общата мощност е комбинация от действителните и реактивните компоненти на мощността, тази обща мощност се нарича още привидна мощност.

Привидната мощност се дава от сумата от действителната мощност и реактивната мощност. Неговата единица е волт-усилватели (VA) и представена математически от уравнението;

Привидна мощност = действителна мощност + реактивна мощност

В идеални ситуации действителната мощност, разсейвана в електрическа система, обикновено е по-голяма от реактивната мощност. Изображението по-долу показва векторната диаграма, изчертана с помощта на трите захранващи компонента

Тази векторна диаграма може да се трансформира в триъгълника на мощността, както е показано по-долу.

Коефициентът на мощност може да бъде изчислен чрез получаване на ъгъла theta (ϴ), показан по-горе. Тук тета е ъгълът между реалната сила и привидната сила. След това, следвайки правилото на косинуса (Съседно над хипотенуза), коефициентът на мощност може да се изчисли като отношение на действителната мощност към привидната мощност. На формулите за изчисляване на фактор на мощността е по-долу

PF = действителна мощност / привидна мощност или PF = Cosϴ

Поставяйки това рамо до рамо с уравнението за определяне на привидна мощност, е лесно да се види, че увеличаването на реактивната мощност (наличие на голям брой реактивни товари), води до увеличаване на привидната мощност и по-голяма стойност за ъгъл ϴ, който в крайна сметка води до нисък коефициент на мощност, когато се получи неговият косинус (cos ϴ). От друга страна, намаляването на реактивните натоварвания (реактивна мощност) води до повишен фактор на мощността, което показва висока ефективност в системи с по-малко реактивни натоварвания и обратно. Стойността на фактора на мощността винаги ще бъде между стойността 0 и 1, колкото по-близо се доближава до такава, толкова по-висока ще бъде ефективността на системата. В Индия идеалната стойност на коефициента на мощност се счита за 0,8. Стойността на фактора на мощността няма единица.

Значение на фактора на мощността

Ако стойността на фактора на мощността е ниска, това означава, че енергията от мрежата се губи, тъй като огромна част от нея не се използва за смислена работа. Това е така, защото натоварването тук консумира повече реактивна мощност в сравнение с реалната мощност. Това поставя напрежение върху захранващата система, причинявайки претоварване на разпределителната система, тъй като реалната мощност, необходима на товара, и реактивната мощност, използвана за задоволяване на реактивни товари, ще се черпят от системата.

Това напрежение и „разхищение“ обикновено води до огромни сметки за електроенергия за потребителите (особено за промишлените потребители), тъй като комуналните компании изчисляват потреблението от гледна точка на привидната мощност, като в крайна сметка плащат за енергия, която не е използвана за постигане на „значима“ работа. Някои компании също глобяват своите потребители, ако черпят повече реактивна мощност, тъй като това води до претоварване на системата. Тази глоба се налага, за да се намали коефициентът на ниска мощност, причиняващ натоварвания, използвани в индустрията.

Дори в ситуации, когато мощността се осигурява от генераторите на компанията, парите се губят за по-големи генератори, кабели с по-големи размери и т.н., необходими за осигуряване на енергия, когато голям брой от тях просто ще бъдат изхабени. За да разберете по-добре това, разгледайте примера по-долу

Фабрика, експлоатираща 70kW товар, може да се захранва успешно от генератор / трансформатор и кабели с мощност 70 kVA, ако фабриката работи с коефициент на мощност 1. Но ако коефициентът на мощност спадне до 0,6, тогава дори със същия товар от 70KW, ще е необходим по-голям генератор или трансформатор с мощност 116,67 kVA (70 / 0,6), тъй като генераторът / трансформаторът ще трябва да захранва допълнителната мощност за реактивния товар. Освен това голямо нарастване на изискванията за мощност, размерът на използваните кабели също ще трябва да бъде увеличен, което ще доведе до значително увеличение на разходите за оборудване и увеличени загуби на мощност в резултат на съпротивлението по проводниците. Наказанието за това надхвърля високите сметки за електроенергия в някои страни, тъй като компаниите с нисък коефициент на мощност обикновено получават глоби, за да насърчат коригирането.

Подобряване на фактора на мощността

С всичко казано, вие ще се съгласите с мен, че има по-голям икономически смисъл да се коригира лошият фактор на мощността, отколкото да продължите да плащате огромни сметки за електроенергия, особено за големите индустрии. Също така се изчислява, че над 40% от сметките за електроенергия могат да бъдат спестени в огромни индустрии и производствени предприятия, ако факторът на мощността се коригира и поддържа нисък.

Освен намаляването на разходите за потребителите, експлоатацията на ефективна система допринася за цялостната надеждност и ефективност на електрическата мрежа, тъй като комуналните компании са в състояние да намалят загубите в линиите и разходите за поддръжка, като същевременно изпитват намаляване на количеството на трансформаторите и подобна инфраструктура за поддръжка, необходима за техните операции.

Изчисляване на фактора на мощността за вашия товар

Първата стъпка за коригиране на фактора на мощността е определянето на фактора на мощността за вашия товар. Това може да се направи от;

1. Изчисляване на реактивната мощност, като се използват данните за реактивното съпротивление на товара

2. Определяне на реалната мощност, която се разсейва от товара, и комбинирането й с видимата мощност за получаване на фактора на мощността.

3. Използването на измервателния коефициент на мощност.

Измервателят на коефициента на мощност се използва най-вече, тъй като помага лесно да се получи коефициентът на мощност в големи системни настройки, където определянето на детайлите за реактивно съпротивление на товара и разсейваната реална мощност може да бъде труден маршрут.

С известния фактор на мощността можете да продължите да го коригирате, като го регулирате възможно най-близо до 1. n Препоръчителният коефициент на мощност от компаниите за електроснабдяване обикновено е между 0,8 и 1 и това може да бъде постигнато само ако използвате почти чисто резистивен товар или индуктивно съпротивление (натоварване) в системата е равно на реактивността на капацитета, тъй като и двамата ще се анулират.

Поради факта, че използването на индуктивни натоварвания е по-честа причина за нисък коефициент на мощност, особено в индустриални условия (поради използването на тежки двигатели и т.н.), един от най-простите методи за коригиране на фактора на мощността е чрез анулиране на индуктивно съпротивление чрез използване на корекционни кондензатори, които въвеждат капацитивно съпротивление в системата.

Кондензаторите за корекция на фактора на мощността действат като генератор на реактивен ток, противодействайки / компенсирайки мощността, която се „губи“ от индуктивни товари. Въпреки това трябва да се обмисли внимателно проектирането, когато се поставят тези кондензатори в настройки, за да се осигури безпроблемна работа с оборудване като задвижвания с променлива скорост и ефективен баланс с разходите. В зависимост от съоръжението и разпределението на натоварването, дизайнът може да включва кондензатори с фиксирана стойност, инсталирани в индуктивни точки на натоварване, или автоматични коригиращи кондензаторни банки, инсталирани на шините на разпределителните панели за централизирана корекция, която обикновено е по-ефективна от гледна точка на разходите в големи системи.

Използването на кондензатори за корекция на фактора на мощността в настройките има своите недостатъци, особено когато правилните кондензатори не се използват или системата не е проектирана правилно. Използването на кондензатори може да доведе до кратък период на „свръхнапрежение“, когато е включен, което може да повлияе на правилното функциониране на оборудването като задвижвания с променлива скорост, причинявайки периодично изключване или изгаряне на предпазителите на някои от кондензаторите. Това може да бъде решено, като се опитате да направите корекции в последователността на превключване на управлението в случай на задвижвания на скоростта или премахване на хармонични токове в случай на предпазители.

Unity Power Factor и защо не е практично

Когато стойността на вашия коефициент на мощност е равна на 1, тогава факторът на мощността се казва, че е коефициент на мощност единица. Може да е изкушаващо да се получи оптималният коефициент на мощност 1, но е почти невъзможно да се постигне поради факта, че никоя система не е наистина идеална. В смисъл нито едно натоварване не е чисто резистивно, капацитивно или индуктивно. Всяко натоварване се състои от някои от елементите на другия, колкото и да е малък, тъй като типичният обхват на коефициента на реализируема мощност обикновено е до 0.9 / 0.95. Вече научихме за тези паразитни свойства на RLC елементите в нашите статии за ESR и ESL с кондензатори.

Коефициентът на мощност е определящ за това колко добре използвате енергия и колко плащате в сметките за електричество (особено за индустриите). В допълнение, той допринася основно за оперативните разходи и може да бъде този фактор за намалените маржове на печалба, на който не сте обръщали внимание. Подобряването на фактора на мощността на вашата електрическа система може да помогне за намаляване на сметките за електричество и да гарантира, че производителността е максимална.