Izpratne par jaudas koeficientu un to, kā tas ietekmē jūsu enerģijas rēķinus

Līdztekus drošībai un uzticamībai, elektrisko sistēmu projektēšanā un ieviešanā būtu jātiecas sasniegt vairākus citus mērķus, tostarp efektivitāti. Viens no efektivitātes rādītājiem elektriskajā sistēmā ir efektivitāte, ar kādu sistēma pārveido saņemto enerģiju noderīgā darbā. Šo efektivitāti norāda elektrisko sistēmu sastāvdaļa, kas pazīstama kā jaudas koeficients. Jaudas koeficients norāda, cik daudz enerģijas tiek faktiski izmantots, lai veiktu lietderīgu darbu ar slodzi un cik daudz jaudas ir "izšķērdēt". Lai cik mazsvarīgi izklausītos tā nosaukums, tas ir viens no galvenajiem faktoriem, kas izraisa lielus elektrības rēķinus un strāvas padeves pārtraukumus.

Lai varētu pareizi aprakstīt jaudas koeficientu un tā praktisko nozīmi, ir svarīgi atsvaidzināt atmiņu par dažādiem pastāvošajiem elektrisko slodžu veidiem un enerģijas komponentiem.

No elektrības pamatklasēm elektriskās slodzes parasti ir divu veidu;

1. Izturīgas slodzes
2. Reaktīvās slodzes

1. Rezistīvas slodzes

Resistīvās slodzes, kā norāda nosaukums, šīs slodzes veido tīri pretestības elementi. Šāda veida slodzēm (ņemot vērā ideālos apstākļus) visa tai piegādātā jauda tiek izvadīta darbam sakarā ar to, ka strāva ir fāzē ar spriegumu. Labs pretestības slodžu piemērs ir kvēlspuldzes un baterijas.

Ar pretestības slodzēm saistīto jaudas komponentu sauc par faktisko jaudu. Šo faktisko spēku dažkārt sauc arī par darba spēku, patieso spēku vai reālo spēku. Ja maiņstrāvas jauda jums ir jauna un jūs jūtaties sajaukts ar visām šīm viļņu formām, ieteicams izlasīt par maiņstrāvas pamatiem, lai saprastu, kā darbojas maiņstrāva.

2. Reaktīvās slodzes

No otras puses, reaktīvās slodzes ir nedaudz sarežģītākas. Kamēr viņi radīt kritumu sprieguma un strāvu no avota, tie izkliedēs nekādu noderīgu varas kā tādas, jo varas viņi izdarīt no piegādes dara nekādu darbu. Tas ir saistīts ar reaktīvo slodžu raksturu.

Reaktīvās slodzes var būt kapacitatīvas vai induktīvas. Induktīvās slodzēs piesaistītā jauda tiek izmantota magnētiskās plūsmas iestatīšanai bez tieša darba, savukārt kapacitatīvām slodzēm jauda tiek izmantota kondensatora uzlādēšanai, nevis tiešai darba ražošanai. Tādējādi reaktīvās slodzēs izkliedēto jaudu sauc par reaktīvo jaudu. Reaktīvajām slodzēm raksturīga strāvas vadība (kapacitatīvās slodzes) vai atpalicība (induktīvās slodzes) aiz sprieguma, kā tāda starp strāvu un spriegumu parasti pastāv fāžu starpība.

Iepriekš minētie divi grafiki attēlo induktīvo un kapacitatīvo slodzi, kur jaudas koeficients attiecīgi atpaliek un ir vadošais. Ar šajās divu veidu slodzes noved pie pastāvēšanu trīs varas komponentiem elektrisko sistēmu atšķirības, proti,

1. Faktiskā jauda
2. Reaktīvā jauda
3. Šķietamais spēks

1. Faktiskā jauda

Šī ir jauda, ​​kas saistīta ar pretestības slodzēm. Tas ir jaudas komponents, kas izkliedēts faktiskā darba veikšanai elektriskajās sistēmās. No apkures līdz apgaismojumam utt. To izsaka vatos (W) (kopā ar reizinātājiem, kilogramos, megās utt.) Un simboliski attēlo burts P.

2. Reaktīvā jauda

Šī ir jauda, ​​kas saistīta ar reaktīvajām slodzēm. Kavēšanās starp spriegumu un strāvu reaktīvās slodzēs rezultātā enerģija, kas iegūta reaktīvajā (vai nu kapacitatīvā, vai induktīvā), nerada darbu. To sauc par reaktīvo jaudu, un tā vienība ir Volt-Ampere Reactive (VAR).

3. Šķietamais spēks

Tipiskās elektriskās sistēmas sastāv gan no rezistīvām, gan induktīvām slodzēm. Padomājiet par savām spuldzēm un sildītājiem pretestības slodzēm, kā arī par iekārtām ar motoriem, kompresoriem utt. Kā par induktīvām slodzēm. Tādējādi elektriskajā sistēmā kopējā jauda ir faktiskās un reaktīvās jaudas sastāvdaļu kombinācija, šo kopējo jaudu sauc arī par šķietamo jaudu.

Redzamo jaudu dod faktiskās jaudas un reaktīvās jaudas summa. Tās mērvienība ir volt-ampēri (VA), un to matemātiski attēlo vienādojums;

Šķietamā jauda = faktiskā jauda + reaktīvā jauda

Ideālās situācijās faktiskā elektroenerģijas sistēmā izkliedētā jauda parasti ir lielāka par reaktīvo jaudu. Zemāk redzamajā attēlā parādīta vektoru diagramma, kas uzzīmēta, izmantojot trīs jaudas komponentus

Šo vektoru diagrammu var pārveidot par jaudas trijstūri, kā parādīts zemāk.

Jaudas koeficientu var aprēķināt, iegūstot iepriekš parādīto leņķi theta (ϴ). Šeit teta ir leņķis starp reālo spēku un šķietamo spēku. Pēc tam, ievērojot kosinusa likumu (blakus hipotenūzai), jaudas koeficientu var novērtēt kā faktiskās jaudas un šķietamās jaudas attiecību. Šīs formulas, lai aprēķinātu jaudas koeficients ir norādīts zemāk

PF = faktiskā jauda / šķietamā jauda vai PF = Cosϴ

Liekot šo blakus faktora jaudas noteikšanas vienādojumam, ir viegli redzēt, ka reaktīvās jaudas palielināšanās (liela reaktīvo slodžu skaita klātbūtne) izraisa šķietamās jaudas pieaugumu un lielāku leņķa value vērtību, kas galu galā rada mazu jaudas koeficientu, kad tiek iegūts tā kosinuss (cos ϴ). No otras puses, reaktīvo slodžu (reaktīvās jaudas) samazināšanās izraisa paaugstinātu jaudas koeficientu, kas norāda uz augstu efektivitāti sistēmās ar mazāku reaktīvo slodzi un otrādi. Jaudas koeficienta vērtība vienmēr būs starp 0 un 1 vērtību, jo tuvāk tā kļūst lielāka, jo lielāka būs sistēmas efektivitāte. Indijā par ideālo jaudas koeficienta vērtību uzskata 0,8. Jaudas koeficienta vērtībai nav vienības.

Jaudas koeficienta nozīme

Ja jaudas koeficienta vērtība ir zema, tas nozīmē, ka elektrotīkla enerģija tiek izšķiesta, jo milzīgs tās gabals netiek izmantots jēgpilnam darbam. Tas ir tāpēc, ka slodze šeit patērē vairāk reaktīvās jaudas nekā reālā jauda. Tas rada slodzi apgādes sistēmai, izraisot sadales sistēmas pārslodzi, jo no sistēmas tiks ņemta gan reālā jauda, ​​kas nepieciešama slodzei, gan reaktīvā jauda, ​​ko izmanto reaktīvo slodžu apmierināšanai.

Šī slodze un “izšķērdēšana” parasti noved pie lieliem rēķiniem par elektrību patērētājiem (īpaši rūpniecības patērētājiem), jo komunālo pakalpojumu uzņēmumi aprēķina patēriņu pēc šķietamās jaudas, tādējādi viņi galu galā maksā par elektroenerģiju, kas netika izmantota jebkāda “jēgpilna” darba sasniegšanai.. Daži uzņēmumi arī soda savus patērētājus, ja viņi izmanto lielāku reaktīvo jaudu, jo tas izraisa sistēmas pārslodzi. Šis naudas sods tiek uzlikts, lai samazinātu mazjaudas koeficientu, kas rada rūpniecībā izmantojamas slodzes.

Pat situācijās, kad strāvu nodrošina uzņēmuma ģeneratori, nauda tiek tērēta lielākiem ģeneratoriem, lielāka izmēra kabeļiem utt., Kas nepieciešami, lai nodrošinātu enerģiju, ja liels daudzums tās vienkārši tiks izšķiests. Lai labāk to saprastu, apsveriet tālāk sniegto piemēru

Rūpnīcu, kas darbojas ar 70kW slodzi, varētu veiksmīgi darbināt ar ģeneratoru / transformatoru un kabeļiem, kuru nominālā vērtība ir 70 kVA, ja rūpnīca darbojas ar jaudas koeficientu 1. Bet, ja jaudas koeficients nokrītas līdz 0,6, pat ar tādu pašu slodzi 70 kW, būs vajadzīgs lielāks ģenerators vai transformators, kura nominālā jauda ir 116,67 kVA (70 / 0,6), jo ģeneratoram / transformatoram būs jāpiegādā reaktīvās slodzes papildu jauda. Līdztekus šai lielajai jaudas prasību paaugstināšanai būtu jāpalielina arī izmantoto kabeļu izmērs, kas noved pie ievērojama iekārtu izmaksu pieauguma un jaudas zudumu palielināšanās pretestības gar vadītājiem rezultātā. Sods par to pārsniedz lielus rēķinus par elektrību dažās valstīs, jo uzņēmumi ar zemu jaudas koeficientu parasti saņem lielu naudas sodu, lai veicinātu labošanu.

Jaudas koeficienta uzlabošana

Ņemot vērā visu teikto, jūs piekritīsit man, ka ekonomiski lietderīgāk ir labot slikto jaudas koeficientu, nevis turpināt maksāt milzīgus rēķinus par elektrību, it īpaši lielajām rūpniecības nozarēm. Tiek arī lēsts, ka vairāk nekā 40% no elektrības rēķiniem var ietaupīt milzīgās nozarēs un ražošanas rūpnīcās, ja jaudas koeficients tiek koriģēts un saglabāts zems.

Līdztekus patērētāju izmaksu samazinājumam, efektīvas sistēmas izmantošana veicina elektrotīkla vispārējo uzticamību un efektivitāti, jo komunālie uzņēmumi spēj samazināt līniju zudumus un uzturēšanas izmaksas, vienlaikus samazinot arī transformatoru un līdzīga atbalsta infrastruktūra, kas nepieciešama viņu darbībai.

Jūsu slodzes jaudas koeficienta aprēķināšana

Pirmais solis jaudas koeficienta labošanā ir slodzes jaudas koeficienta noteikšana. To var izdarīt;

1. Reaktīvās jaudas aprēķināšana, izmantojot slodzes reaktivitātes datus

2. Nosakot reālo jaudu, ko izkliedē slodze, un apvienojot to ar šķietamo jaudu, lai iegūtu jaudas koeficientu.

3. Jaudas koeficienta skaitītāja izmantošana.

Lielākoties tiek izmantots jaudas koeficienta skaitītājs, jo tas palīdz viegli iegūt jaudas koeficientu lielos sistēmas iestatījumos, kur slodzes reaktīvās detaļas un izkliedētās reālās jaudas noteikšana var būt sarežģīts ceļš.

Ar zināmo jaudas koeficientu jūs varat turpināt to labot, pielāgojot to pēc iespējas tuvāk 1. n Elektroapgādes uzņēmumu ieteicamais jaudas koeficients parasti ir no 0,8 līdz 1, un to var sasniegt tikai tad, ja jūs izmantojat gandrīz tīri pretestības slodze vai induktīvā reaktivitāte (slodze) sistēmā ir vienāda ar kapacitātes reaktivitāti, jo tie abi viens otru atcels.

Sakarā ar to, ka, izmantojot indukcijas ir biežāk iemesls mazai jaudas faktoru, jo īpaši rūpniecības iestatījumus (sakarā ar smago motoru uc), kas ir viens no vienkāršākajiem veidiem izlabot jaudas koeficients ir, atceļot out induktīvā reaktivitāte, izmantojot korekcijas kondensatorus, kas sistēmā ievada kapacitatīvo reaktivitāti.

Jaudas koeficienta korekcijas kondensatori darbojas kā reaktīvās strāvas ģenerators, novēršot / kompensējot jaudu, ko induktīvās slodzes “izšķērdē”. Tomēr, ievietojot šos kondensatorus uzstādījumos, rūpīgi jāapsver konstrukcijas apsvērumi, lai nodrošinātu vienmērīgu darbību ar aprīkojumu, piemēram, mainīga ātruma piedziņu, un efektīvu līdzsvaru ar izmaksām. Atkarībā no iekārtas un slodzes sadalījuma konstrukcijā varētu būt fiksētas vērtības kondensatori, kas uzstādīti induktīvās slodzes punktos, vai automātiskās korekcijas kondensatoru bankas, kas uzstādītas sadales paneļu kopnēs, lai veiktu centralizētu korekciju, kas lielās sistēmās parasti ir rentablāka.

Jaudas koeficienta korekcijas kondensatoru izmantošanai iestatījumos ir savas negatīvās puses, it īpaši, ja netiek izmantoti pareizie kondensatori vai sistēma nav pareizi projektēta. Kondensatoru izmantošana pēc ieslēgšanas var radīt īsu „pārsprieguma” periodu, kas var ietekmēt tādu iekārtu kā mainīga ātruma piedziņu pareizu darbību, izraisot to pārtraukumu vai dažu kondensatoru drošinātāju izpūtšanu. Tomēr to varētu atrisināt, mēģinot pielāgot pārslēgšanās vadības secību ātruma piedziņas gadījumā vai izslēdzot harmonisko strāvu drošinātāju gadījumā.

Unity Power Factor un kāpēc tas nav praktiski

Kad jūsu jaudas koeficienta vērtība ir vienāda ar 1, tad jaudas koeficients tiek uzskatīts par vienības jaudas koeficientu. Iespējams, ir vilinoši iegūt optimālo jaudas koeficientu 1, taču to sasniegt ir gandrīz neiespējami, jo neviena sistēma nav īsti ideāla. Šajā ziņā neviena slodze nav tikai rezistīva, kapacitīva vai induktīva. Katra slodze sastāv no dažiem citu elementu elementiem neatkarīgi no tā, cik mazs, jo šāds tipiskais realizējamā jaudas koeficienta diapazons parasti ir līdz 0,9 / 0,95. Par šīm RLC elementu parazitārajām īpašībām mēs jau esam uzzinājuši mūsu ESR un ESL ar kondensatoriem rakstos.

Jaudas koeficients ir noteicošais faktors tam, cik labi jūs izmantojat enerģiju un cik daudz jūs maksājat elektrības rēķinos (īpaši rūpniecībai). Turklāt tas ir lielākais darbības izmaksu veicinātājs, un tas varētu būt faktors, kas nodrošina samazinātu peļņas normu, kuram jūs neesat pievērsis uzmanību. Elektriskās sistēmas jaudas koeficienta uzlabošana varētu palīdzēt samazināt rēķinus par elektrību un nodrošināt maksimālu veiktspēju.