Ymmärtäminen tehokerroin ja miten se vaikuttaa energialaskuihisi

Turvallisuuden ja luotettavuuden lisäksi sähköjärjestelmien suunnittelussa ja toteutuksessa tulisi pyrkiä moniin muihin tavoitteisiin, mukaan lukien tehokkuus. Yksi sähköjärjestelmän tehokkuuden mittareista on tehokkuus, jolla järjestelmä muuntaa saamansa energian hyödylliseksi työksi. Tämä hyötysuhde osoitetaan sähköjärjestelmien komponentilla, joka tunnetaan nimellä Power Factor. Teho kerroin ilmaisee kuinka paljon valtaa on todellisuudessa käytetään suorittamaan hyödyllistä työtä, jonka kuormitus ja kuinka paljon valtaa on ”kuihtuminen”. Niin triviaali kuin nimensä kuulostaa, se on yksi tärkeimmistä tekijöistä korkeiden sähkölaskujen ja sähkökatkosten takana.

Jotta voisit kuvata oikein tehokerrointa ja sen käytännön merkitystä, on tärkeää päivittää muistisi olemassa olevista erityyppisistä sähkökuormista ja virran komponenteista.

Perussähköluokista sähkökuormat ovat tyypillisesti kahta tyyppiä;

Resistiiviset kuormat
Reaktiiviset kuormat

1. Resistiiviset kuormat

Resistiiviset kuormat, kuten nimestä voi päätellä, koostuvat puhtaasti resistiivisistä elementeistä. Tämän tyyppisillä kuormilla (ihanteelliset olosuhteet huomioon ottaen) kaikki sille syötetty teho häviää työtä varten johtuen siitä, että virta on vaiheessa jännitteen kanssa. Hyvä esimerkki resistiivisistä kuormista ovat hehkulamput ja paristot.

Resistiivisiin kuormituksiin liittyvää tehokomponenttia kutsutaan todelliseksi tehoksi . Tätä todellista voimaa kutsutaan joskus myös käyttövoimaksi, todelliseksi voimaksi tai todelliseksi voimaksi. Jos verkkovirtalähde on sinulle uusi ja tunnet olevasi hämmentynyt kaikkien näiden aaltomuotojen kanssa, on suositeltavaa lukea verkkovirran perusteet ymmärtääksesi, kuinka vaihtovirta toimii.

2. Reaktiiviset kuormat

Reaktiiviset kuormat ovat toisaalta hieman monimutkaisempia. Vaikka ne aiheuttavat jännitteen pudotuksen ja ottavat virtaa lähteestä, ne eivät haihduta mitään hyötysuhdetta sinänsä, koska virtalähteestä hankittu teho ei toimi. Tämä johtuu reaktiivisten kuormien luonteesta.

Reaktiiviset kuormat voivat olla joko kapasitiivisia tai induktiivisia. Induktiivisissa kuormituksissa käytetty teho käytetään magneettivuon asettamiseen ilman suoraa työtä, kun taas kapasitiivisille kuormille tehoa käytetään kondensaattorin lataamiseen eikä suoraan tuottamaan työtä. Täten reaktiivisissa kuormissa haihdutettua tehoa kutsutaan loistehoksi. Reaktiivisille kuormille on tunnusomaista virta johtavat (kapasitiiviset kuormitukset) tai jäljessä olevat (induktiiviset kuormat) jännitteen takana, sellaisenaan virran ja jännitteen välillä on yleensä vaihe-ero.

Kaksi yllä olevaa kaaviota edustavat induktiivista ja kapasitiivista kuormaa, joissa tehokerroin on myöhässä ja johtava. Vaihtelut näiden kahden kuormituksen johtaa olemassa kolme tehokomponenttien sähköjärjestelmiin, nimittäin;

Todellinen teho
Loisteho
Näennäinen voima

1. Todellinen voima

Tämä on resistiivisiin kuormiin liittyvä teho. Se on tehokomponentti, joka hajautetaan todellisen työn suorittamiseen sähköjärjestelmissä. Lämmityksestä valaistukseen jne. Se ilmaistaan watteina (W) (kertojiensa, kilon, megan jne. Kanssa) ja symbolisesti P-kirjaimella.

2. Loisteho

Tämä on reaktiivisiin kuormituksiin liittyvä teho. Reaktiivisten kuormien jännitteen ja virran välisen viiveen seurauksena reaktiiviseen (joko kapasitiiviseen tai induktiiviseen) vetetty energia ei tuota työtä. Sitä kutsutaan loistehoksi ja sen yksikkö on voltin ampeerireaktiivinen (VAR).

3. Näennäinen voima

Tyypilliset sähköjärjestelmät koostuvat sekä resistiivisistä että induktiivisista kuormista. Ajattele induktiivisina kuormina hehkulamppujasi ja lämmittimiäsi resistiivisiä kuormia varten sekä laitteita, joissa on moottorit, kompressorit jne. Siten sähköjärjestelmässä kokonaisteho on yhdistelmä todellista ja loistehon komponenttia, tätä kokonaistehoa kutsutaan myös näennäistehoksi.

Näennäisteho saadaan todellisen tehon ja loistehon summasta. Sen yksikkö on voltin ampeeria (VA) ja se esitetään matemaattisesti yhtälöllä;

Näkyvä teho = Todellinen teho + loisteho

Ideaalitilanteissa sähköjärjestelmään hajautettu todellinen teho on yleensä suurempi kuin loisteho. Alla olevassa kuvassa on vektorikaavio, joka on piirretty kolmella tehokomponentilla

Tämä vektorikaavio voidaan muuntaa tehokolmioksi alla olevan kuvan mukaisesti.

Tehokerroin voidaan laskea hankkimalla edellä esitetty kulma teeta (ϴ). Tässä theta on todellisen voiman ja näennäisen voiman välinen kulma. Sitten kosinisääntöä noudattaen (vieressä yli hypotenuusin) tehokerroin voidaan arvioida todellisen tehon suhteena näennäistehoon. Kaavoja laskea Power Factor on jäljempänä

PF = todellinen teho / näennäinen teho tai PF = cosϴ

Kun tämä asetetaan vierekkäin näennäistehon määrittämisen yhtälöllä, on helppo nähdä, että loistehon kasvu (suuri määrä loistavia kuormia) johtaa näennäistehon kasvuun ja suurempaan kulman value arvoon, mikä johtaa lopulta pieneen tehokertoimeen, kun sen kosini (cos ϴ) saadaan. Kääntöpuolella reaktiivisten kuormien (loistehon) väheneminen johtaa lisääntyneeseen tehokertoimeen, mikä osoittaa korkeaa hyötysuhdetta järjestelmissä, joissa on vähemmän reaktiivisia kuormia, ja päinvastoin. Tehokertoimen arvo on aina välillä 0 ja 1, mitä lähempänä se tulee, sitä korkeampi on järjestelmän tehokkuus. Intiassa ihanteellisen tehokertoimen arvon katsotaan olevan 0,8. Tehokertoimen arvolla ei ole yksikköä.

Tehokertoimen merkitys

Jos tehokertoimen arvo on pieni, se tarkoittaa, että sähköverkosta kuluva energia menee hukkaan, koska suurta osaa siitä ei käytetä merkitykselliseen työhön. Tämä johtuu siitä, että tässä kuormitus kuluttaa enemmän loistehoa kuin todellinen teho. Tämä rasittaa syöttöjärjestelmää ja aiheuttaa ylikuormitusta jakelujärjestelmälle, koska järjestelmästä otetaan sekä kuorman tarvitsema todellinen teho että reaktiivisten kuormien tyydyttämiseen käytetty loisteho.

Tämä rasitus ja "tuhlaaminen" johtaa tyypillisesti valtaviin sähkölaskuihin kuluttajille (erityisesti teollisuuskäyttäjille), kun sähköyhtiöt laskevat kulutuksen näennäistehona, sellaisenaan ne maksavat loppujen lopuksi sähköstä, jota ei käytetty minkään "merkityksellisen" työn aikaansaamiseen. Jotkut yritykset sakottavat myös kuluttajiaan, jos he käyttävät enemmän loistehoa, koska se aiheuttaa ylikuormitusta järjestelmälle. Tämä sakko määrätään pienentämään pienitehoista tekijää, joka aiheuttaa teollisuudessa kuormituksia.

Jopa tilanteissa, joissa sähkön tuottavat yrityksen generaattorit, rahaa tuhlataan isoille generaattoreille, suuremmille kaapeleille jne., Joita tarvitaan virran tuottamiseen, kun suuri osa siitä vain tuhlataan. Harkitse tätä paremmin seuraavalla esimerkillä

Tehtaalla, joka käyttää 70 kW: n kuormaa, voidaan saada tehoa generaattorilla / muuntajalla ja kaapeleilla, joiden teho on 70 kVA, jos tehdas toimii tehokertoimella 1. Mutta jos tehokerroin laskee 0,6: een, jopa samalla 70 kW: n suuruinen generaattori tai muuntaja, jonka nimellisteho on 116,67 kVA (70 / 0,6), tarvitaan, koska generaattorin / muuntajan on syötettävä lisäteho reaktiiviselle kuormalle. Tämän voimavaatimusten suuren nousun lisäksi myös käytettyjen kaapeleiden kokoa on lisättävä, mikä johtaa merkittävään laitekustannusten nousuun ja suurempiin tehohäviöihin johtimien vastuksen seurauksena. Rangaistus tästä ylittää joissakin maissa korkeat sähkölaskut, koska yritykset, joilla on heikko tehokerroin, saavat yleensä sakkoja valtavia summia oikaisun edistämiseksi.

Tehokertoimen parantaminen

Kaiken sanotun perusteella olette kanssani samaa mieltä siitä, että on taloudellisesti järkevämpää korjata huono tehokerroin kuin jatkaa valtavien sähkölaskujen maksamista etenkin suurille teollisuudenaloille. On myös arvioitu, että yli 40 prosenttia sähkölaskuista voidaan säästää valtavilla teollisuudenaloilla ja tuotantolaitoksilla, jos tehokerroin korjataan ja pidetään alhaisena.

Kuluttajien kustannusten alenemisen lisäksi tehokkaan järjestelmän käyttäminen parantaa sähköverkon yleistä luotettavuutta ja tehokkuutta, koska sähköyhtiöt pystyvät vähentämään johtohäviöitä ja ylläpitokustannuksia samalla kun muuntajien ja laitteiden määrä vähenee. heidän toimintansa edellyttämä vastaava tukiinfrastruktuuri.

Lasketaan kuormituksen tehokerroin

Ensimmäinen vaihe tehokertoimen korjaamiseksi on kuorman tehokertoimen määrittäminen. Tämä voidaan tehdä;

1. Lasketaan loisteho kuorman reaktanssitietojen avulla

2. Määritetään kuorman hajauttama todellinen teho ja yhdistetään se näennäistehoon tehokertoimen saamiseksi.

3. Tehokerroinmittarin käyttö.

Tehokerroinmittaria käytetään enimmäkseen, koska se auttaa helposti saavuttamaan tehokertoimen suurissa järjestelmäasetuksissa, joissa kuorman reaktanssitietojen ja hajautetun todellisen tehon määrittäminen voi olla vaikea reitti.

Kun tiedät tehokertoimen, voit sitten korjata sen ja säätää sen mahdollisimman lähelle arvoa 1. nSähköntoimitusyritysten suositteleman tehokerroin on yleensä välillä 0,8 ja 1, ja tämä voidaan saavuttaa vain, jos käytät melkein puhtaasti resistiivinen kuormitus tai järjestelmän induktiivinen reaktanssi (kuorma) on yhtä suuri kuin kapasitanssireaktanssi, koska molemmat peruuttavat toisensa.

Koska induktiivisten kuormien käyttö on yleisempi syy pienelle tehokertoimelle, erityisesti teollisissa olosuhteissa (johtuen raskaiden moottorien käytöstä jne.), Yksi yksinkertaisimmista menetelmistä tehokertoimen korjaamiseksi on poistamalla induktiivinen reaktanssi käyttämällä korjauskondensaattoreita, jotka tuovat järjestelmään kapasitiivisen reaktanssin.

Tehokertoimen korjauskondensaattorit toimivat loistevirtageneraattorina, mikä kompensoi / kompensoi induktiivisten kuormien "tuhlaaman" tehon. Suunnittelu on kuitenkin harkittava huolellisesti, kun asetat nämä kondensaattorit kokoonpanoihin, jotta varmistetaan sujuva toiminta laitteiden, kuten taajuusmuuttajien, ja tehokkaan tasapainon kustannusten kanssa. Tilasta ja kuormituksen jakautumisesta riippuen suunnittelu voi käsittää kiinteän arvon kondensaattoreita, jotka on asennettu induktiivisiin kuormituspisteisiin, tai automaattisia korjauskondensaattoripankkeja, jotka on asennettu jakelupaneelien kiskoihin keskitettyä korjausta varten, mikä on yleensä kustannustehokkaampaa suurissa järjestelmissä.

Tehokertoimen korjauskondensaattoreiden käytöllä asetuksissa on haittapuolensa, varsinkin kun oikeita kondensaattoreita ei käytetä tai järjestelmää ei ole suunniteltu oikein. Kondensaattoreiden käyttö saattaa aiheuttaa lyhyen jakson "ylijännitettä", kun se kytketään päälle, mikä voi vaikuttaa laitteiden, kuten taajuusmuuttajien, moitteettomaan toimintaan, aiheuttaen niiden sammumisen ajoittain tai räjäyttämällä joidenkin kondensaattoreiden sulakkeet. Se voitaisiin kuitenkin ratkaista yrittämällä säätöjä kytkentäohjaussekvenssille nopeuskäyttöjen tapauksessa tai poistamalla harmoniset virrat sulakkeiden tapauksessa.

Unity Power Factor ja miksi se ei ole käytännöllistä

Kun tehotekijän arvo on yhtä suuri kuin 1, tehokertoimen sanotaan olevan yhtenäisyystekijä. Saattaa olla houkuttelevaa saada optimaalinen tehokerroin 1, mutta sen saavuttaminen on melkein mahdotonta johtuen siitä, että mikään järjestelmä ei ole todella ihanteellinen. Tällöin mikään kuormitus ei ole puhtaasti resistiivistä, kapasitiivista tai induktiivista. Jokainen kuorma koostuu joistakin toisen elementeistä riippumatta siitä, kuinka pieni se on, koska tällainen tyypillinen realisoitava tehokerroin on yleensä 0,9 / 0,95. Olemme jo oppineet näistä RLC-elementtien loisominaisuuksista ESR- ja ESL-kondensaattoreita koskevissa artikkeleissamme.

Tehokerroin on ratkaiseva tekijä sille, kuinka hyvin käytät energiaa ja kuinka paljon maksat sähkölaskuina (erityisesti teollisuudelle). Laajennettuna se vaikuttaa merkittävästi toimintakustannuksiin ja voi olla se tekijä pienentyneiden voittomarginaalien takana, johon et ole kiinnittänyt huomiota. Sähköjärjestelmän tehokertoimen parantaminen voi auttaa vähentämään sähkölaskuja ja varmistamaan suorituskyvyn maksimoinnin.