Suprasti galios koeficientą ir kaip jis veikia jūsų sąskaitas už energiją

Be saugos ir patikimumo, projektuojant ir įgyvendinant elektros sistemas, reikėtų siekti kelių kitų tikslų, įskaitant efektyvumą. Viena iš elektros sistemos efektyvumo matų yra efektyvumas, kuriuo sistema gautą energiją paverčia naudingu darbu. Šį efektyvumą rodo elektros sistemų komponentas, žinomas kaip galios koeficientas. Galios faktorius rodo, kiek energijos yra iš tikrųjų naudojami atlikti naudingą darbą pagal apkrova ir kiek maitinimo tai "išsekimo". Kad ir kaip trivialiai skamba jo pavadinimas, jis yra vienas iš pagrindinių veiksnių, lemiančių dideles sąskaitas už elektrą ir elektros energijos gedimus.

Norint tinkamai aprašyti galios koeficientą ir jo praktinę reikšmę, svarbu atnaujinti atmintį apie įvairius egzistuojančius elektros krūvius ir maitinimo komponentus.

Iš pagrindinių elektros klasių elektrinės apkrovos paprastai būna dviejų tipų;

Atsparios apkrovos
Reaktyviosios apkrovos

1. Atsparios apkrovos

Atsparios apkrovos, kaip rodo pavadinimas, šios apkrovos susideda iš grynai varžos elementų. Šioms apkrovoms (atsižvelgiant į idealias sąlygas) visa jai tiekiama energija darbui yra išsklaidoma dėl to, kad srovė yra fazėje su įtampa. Geras varžinių apkrovų pavyzdys yra kaitinamosios lemputės ir baterijos.

Galios komponentas, susijęs su varžine apkrova, vadinamas faktine galia. Ši tikroji galia taip pat kartais vadinama darbine galia, tikrąja galia arba tikrąja galia. Jei dar nesinaudojote kintamosios srovės galia ir jaučiatės painiojamas su visomis šiomis bangos formomis, rekomenduojama perskaityti kintamosios srovės pagrindus, kad suprastumėte, kaip veikia kintamosios srovės maitinimas.

2. Reaktyviosios apkrovos

Kita vertus, reaktyviosios apkrovos yra šiek tiek sudėtingesnės. Nors jie sumažina įtampą ir ima srovę iš šaltinio, jie neišskiria jokios naudingos galios, nes jų tiekiama energija neveikia. Tai priklauso nuo reaktyviųjų apkrovų pobūdžio.

Reaktyviosios apkrovos gali būti talpinės arba indukcinės. Indukcinėse apkrovose ištraukta galia sunaudojama nustatant magnetinį srautą be jokio tiesioginio darbo, o talpinėms apkrovoms galia naudojama įkraunant kondensatorių ir tiesiogiai nedarant darbo. Tokiu būdu reaktyviose apkrovose išsisklaidžiusi galia vadinama reaktyviąja galia. Reaktyviosioms apkrovoms būdinga srovė, vedanti už įtampą (talpinės apkrovos) arba atsilikusi (indukcinės apkrovos), todėl fazių skirtumas paprastai yra tarp srovės ir įtampos.

Pirmiau pateikti du grafikai rodo indukcinę ir talpinę apkrovą, kai galios koeficientas atitinkamai atsilieka ir pirmauja. Dėl šių dviejų tipų apkrovos elektrinėse sistemose egzistuoja trys energijos komponentai, būtent:

Faktinė galia
Reaktyvi galia
Akivaizdi jėga

1. Tikroji galia

Tai yra galia, susijusi su varžinėmis apkrovomis. Tai energijos komponentas, išsklaidytas atliekant faktinį darbą elektros sistemose. Nuo šildymo iki apšvietimo ir kt. Jis išreiškiamas vatais (W) (kartu su daugikliais, kilogramais, mega ir kt.) Ir simboliškai pavaizduotas raide P.

2. Reaktyvioji galia

Tai yra galia, susijusi su reaktyviomis apkrovomis. Dėl vėlavimo tarp įtampos ir srovės reaktyviose apkrovose reaktyvioji energija (tiek talpinė, tiek indukcinė) sunaudojama be darbo. Jis vadinamas reaktyvia galia, o jo vienetas yra Volt-Ampero reaktyvusis (VAR).

3. Regimoji jėga

Tipines elektros sistemas sudaro tiek varžinės, tiek indukcinės apkrovos, pagalvokite apie savo lemputes ir šildytuvus, skirtus varžinėms apkrovoms, ir įrangą su varikliais, kompresoriais ir kt. Taigi elektros sistemoje bendra galia yra faktinės ir reaktyviosios galios komponentų derinys, ši bendra galia dar vadinama tariamąja galia.

Regimąją galią suteikia faktinės galios ir reaktyviosios galios suma. Jo vienetas yra voltų amperai (VA) ir matematiškai pavaizduotas lygtimi;

Matoma galia = faktinė galia + reaktyvioji galia

Idealiose situacijose faktinė elektros sistemoje išsklaidyta galia paprastai yra didesnė už reaktyviąją galią. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta vektorinė diagrama, nupiešta naudojant tris energijos komponentus

Ši vektorinė diagrama gali būti transformuota į galios trikampį, kaip parodyta žemiau.

Galios koeficientą galima apskaičiuoti gavus aukščiau pateiktą kampą teta (ϴ). Čia teta yra kampas tarp tikrosios galios ir tariamos galios. Tada, vadovaujantis kosinuso taisykle (greta hipotenuzos), galios koeficientą galima įvertinti kaip faktinės galios ir regimosios galios santykį. Į formules apskaičiuoti galios faktorius yra pateikiamas toliau

PF = faktinė galia / tariamoji galia arba PF = Cosϴ

Palyginus tai su lygtimi tariamai galiai nustatyti, lengva pastebėti, kad padidėjus reaktyviajai galiai (esant daugybei reaktyviųjų apkrovų), padidėja tariamoji galia ir didesnė kampo value vertė, kuri galiausiai lemia mažą galios koeficientą, kai gaunamas jo kosinusas (cos ϴ). Kita vertus, reaktyviųjų apkrovų (reaktyviosios galios) sumažėjimas padidina galios koeficientą, o tai rodo didelį efektyvumą sistemose, kuriose yra mažiau reaktyvių apkrovų, ir atvirkščiai. Galios koeficiento vertė visada bus tarp 0 ir 1 vertės, kuo arčiau ji bus, tuo didesnis bus sistemos efektyvumas. Indijoje ideali galios koeficiento vertė laikoma 0,8. Galios koeficiento vertė neturi vieneto.

Galios koeficiento svarba

Jei galios koeficiento vertė yra maža, tai reiškia, kad energija iš elektros tinklo eikvojama, nes didžiulė jos dalis nenaudojama prasmingam darbui. Taip yra todėl, kad apkrova čia sunaudoja daugiau reaktyviosios galios, palyginti su realia galia. Tai kelia įtampą tiekimo sistemai ir sukelia perkrovą paskirstymo sistemai, nes iš sistemos bus imama tiek reali apkrovai reikalinga galia, tiek reaktyvioji galia, naudojama reaktyvioms apkrovoms patenkinti.

Ši apkrova ir „švaistymas“ paprastai sukelia dideles sąskaitas už elektrą vartotojams (ypač pramoniniams vartotojams), nes komunalinių paslaugų įmonės apskaičiuoja suvartojimą pagal tariamą galią, todėl jos galiausiai moka už energiją, kuri nebuvo naudojama „prasmingam“ darbui pasiekti.. Kai kurios įmonės taip pat baudžia savo vartotojus, jei pasisavina daugiau reaktyviosios galios, nes tai sukelia sistemos perkrovą. Ši bauda skiriama siekiant sumažinti mažos galios koeficientą, dėl kurio pramonėje naudojamos apkrovos.

Net ir tais atvejais, kai elektros energiją tiekia įmonės generatoriai, pinigai yra švaistomi didesniems generatoriams, didesnio dydžio kabeliams ir kt., Reikalingi energijai tiekti, kai nemažai jų tiesiog bus švaistoma. Norėdami geriau tai suprasti, apsvarstykite žemiau pateiktą pavyzdį

Gamykla, veikianti 70kW apkrovą, gali būti sėkmingai maitinama generatoriumi / transformatoriumi ir kabeliais, kurių galia yra 70 kVA, jei gamykla dirba su 1 galios koeficientu. 70 kW, reikės didesnio generatoriaus arba transformatoriaus, įvertinto 116,67 kVA (70 / 0,6), nes generatorius / transformatorius turės tiekti papildomą reaktyviosios apkrovos galią. Be šio sunkaus energijos poreikio padidėjimo, taip pat reikės padidinti naudojamų kabelių dydį, dėl kurio gerokai padidėtų įrangos kaina ir padidėtų galios nuostoliai dėl pasipriešinimo palei laidininkus. Bausmė už tai viršija dideles sąskaitas už elektrą kai kuriose šalyse, nes įmonės, turinčios prastą galios koeficientą, paprastai gauna didžiulę baudą, kad paskatintų ištaisyti.

Galios koeficiento gerinimas

Atsižvelgdami į tai, kas pasakyta, sutiksite su manimi, kad ekonomiškai naudingiau ištaisyti prastą galios koeficientą, nei toliau mokėti didžiules sąskaitas už elektrą, ypač didelėms pramonės įmonėms. Taip pat manoma, kad didesnėse pramonės šakose ir gamybos įmonėse galima sutaupyti daugiau kaip 40% sąskaitų už elektrą, jei galios koeficientas bus pakoreguotas ir išlaikytas žemas.

Be to, kad sumažėja sąnaudos vartotojams, efektyvios sistemos veikimas prisideda prie bendro elektros tinklo patikimumo ir efektyvumo, nes komunalinių paslaugų įmonės gali sumažinti linijų nuostolius ir techninės priežiūros išlaidas, tuo pačiu sumažindamos transformatorių ir jų veiklai reikalinga panaši paramos infrastruktūra.

Apskaičiuojamas jūsų apkrovos galios koeficientas

Pirmasis galios koeficiento koregavimo žingsnis yra jūsų apkrovos galios koeficiento nustatymas. Tai gali padaryti;

1. Reaktyviosios galios apskaičiavimas naudojant apkrovos reaktyvumo duomenis

2. Nustatyti tikrąją apkrovos išsklaidytą galią ir derinti ją su tariamąja galia, norint gauti galios koeficientą.

3. Galios koeficiento matuoklio naudojimas.

Dažniausiai naudojamas galios koeficiento matuoklis, nes jis padeda lengvai gauti galios koeficientą atliekant didelę sistemos sąranką, kai nustatyti apkrovos reaktyvumo detales ir išsisklaidžiusią tikrąją galią gali būti sunku.

Turėdami žinomą galios koeficientą, galite jį taisyti, koreguodami jį kuo arčiau 1 n. Elektros tiekimo įmonių rekomenduojamas galios koeficientas paprastai yra nuo 0,8 iki 1 ir tai galima pasiekti tik tuo atveju, jei naudojate beveik vien tik varžos apkrova arba induktyvusis reaktyvumas (apkrova) sistemoje yra lygus talpos reaktyvumui, nes jie abu panaikins vienas kitą.

Atsižvelgiant į tai, kad indukcinių krovinį naudojimas yra labiau paplitusi priežastis, dėl mažos galios faktorius, ypač pramonės nustatymus (dėl sunkiasvorių variklių ir pan naudojimo), vienas iš paprasčiausių būdų ištaisyti galios koeficientas yra iki atšaukti out indukcinis reaktyvumas naudojant korekcinius kondensatorius, kurie sistemoje įneša talpinį reaktyvumą.

Galios koeficiento korekcijos kondensatoriai veikia kaip reaktyviosios srovės generatorius, kompensuodamas / kompensuodamas indukcinių apkrovų „švaistomą“ galią. Tačiau, įdėjus šiuos kondensatorius į sąrankas, reikia atidžiai apgalvoti dizainą, kad būtų užtikrintas sklandus darbas su įranga, pvz., Kintamo greičio pavaromis, ir efektyvus balansas su sąnaudomis. Atsižvelgiant į įrenginį ir apkrovos pasiskirstymą, projektą gali sudaryti fiksuotos vertės kondensatoriai, sumontuoti indukcinėse apkrovos vietose, arba automatiniai korekcijos kondensatorių bankai, sumontuoti ant paskirstymo skydų magistralių, kad būtų galima atlikti centralizuotą korekciją, kuri paprastai yra ekonomiškesnė didelėse sistemose.

Galios koeficiento korekcijos kondensatorių naudojimas sąrankose turi minusų, ypač kai nenaudojami tinkami kondensatoriai arba sistema nėra tinkamai suprojektuota. Naudojant kondensatorius, įjungus gali atsirasti trumpas „viršįtampio“ laikotarpis, kuris gali turėti įtakos tinkamam įrangos, pvz., Kintamo greičio pavarų, veikimui, dėl to jie gali nutrūkti su pertraukomis arba išpūsti kai kurių kondensatorių saugiklius. Tačiau tai būtų galima išspręsti bandant pakoreguoti perjungimo valdymo seką greičio pavarų atveju arba pašalinant harmonines sroves saugiklių atveju.

„Unity Power Factor“ ir kodėl jis nėra praktiškas

Kai jūsų galios koeficiento vertė lygi 1, tada sakoma, kad galios koeficientas yra vienybės galios koeficientas. Gali būti viliojanti gauti optimalų galios koeficientą 1, tačiau jo pasiekti beveik neįmanoma dėl to, kad nė viena sistema nėra tikrai ideali. Ta prasme, kad jokia apkrova nėra tik varžinė, talpinė ar indukcinė. Kiekvieną apkrovą sudaro kai kurie kitų elementų elementai, kad ir kokie maži jie būtų, nes toks tipiškas realizuojamos galios koeficiento diapazonas paprastai būna iki 0,9 / 0,95. Apie šias RLC elementų parazitines savybes mes jau sužinojome ESR ir ESL su kondensatoriais straipsniuose.

Galios koeficientas lemia, kaip gerai išnaudojate energiją ir kiek mokate už sąskaitas už elektrą (ypač pramonės šakoms). Be to, tai yra pagrindinė veiklos sąnaudų priežastis ir tai gali būti veiksnys, lemiantis sumažėjusias pelno maržas, į kurias jūs neatkreipėte dėmesio. Pagerinus elektros sistemos galios koeficientą, galima sumažinti sąskaitas už elektrą ir užtikrinti maksimalų našumą.