Virta-kerroinpienentyvien lähteet ja syyt

Huonot tehokkuuskerroin ja sen lähteet

Sähköjärjestelmässä tehokkuuskerroin määritellään todellisen tehon (mitattuna kilowatteina, kW) ja näennäistehon (mitattuna kilovolt-ampereina, kVA) suhteena. Alhainen tehokkuuskerroin osoittaa, että sähköinen kuorma ei käytä tehokkaasti saatavilla olevaa sähköä. Tämä tehottomuus voi johtaa useisiin seurauksiin, kuten korkeampaan sähkölaskuun kuluttajille ja vähenevään järjestelmän yleiseen tehokkuuteen. Tässä artikkelissa perehdymme sähköjärjestelmän alhaisen tehokkuuskerroin pääasiallisiin lähteisiin ja syihin.

Yksi tärkeimpiä syitä alhaiseen tehokkuuskerroin on induktiivisten kuormien olemassaolo. Puhdassa induktiivisessa piirissä virta jää jälkeen jännitteestä 90 astetta. Tämä merkittävä vaihe-erolle johtaa nollaan tehokkuuskerroin, mikä tarkoittaa, että kuorma ei käytä tehokkaasti mitään todellista energiaa; energian sijaan tallennetaan ja vapautetaan vain induktiorin magneettikentässä ilman hyödyllistä työtä. Piireissä, jotka sisältävät sekä kapasitiivisia että induktiivisia komponentteja, tehokkuuskerroin on nollasta poikkeava. Kuitenkin paitsi resonanssissa tai säädetyissä piireissä, joissa induktiivinen vastus XL on yhtä suuri kuin kapasitiivinen vastus XC, jolloin piiri käyttäytyy puhtaasti resistiivisesti, virta ja jännite välillä on edelleen vaihe-ero. Tämä vaihe-ero, aiheutunut kapasitanssin ja induktanssin välisestä vuorovaikutuksesta, vaikuttaa suoraan tehokkuuskerroin suuruuteen, usein johtamalla alioptimaalisiin tehonkäyttöolosuhteisiin.

Huonon tehokkuuskerroin syistä ja lähteistä
Huonon tehokkuuskerroin syistä

Useat tekijät vaikuttavat sähköjärjestelmien alhaiseen tehokkuuskerroin, kuten alla yksityiskohtaisemmin kerrotaan:

Induktiviset kuormat

Induktiviset kuormat, kuten sähkömoottorit ja muuntimet, ovat yksi pääasiallisista syytä. Nämä kuormat kuluttavat reaktiivista energiaa sähköjärjestelmästä, mikä johtaa viivästyneeseen tehokkuuskerroin. Induktivisissa piireissä virta jää jälkeen jännitteestä, mikä luo vaihe-eron, joka lisää reaktiivisen tehon osuutta. Induktivisen kuorman tehokkuuskerroin vaihtelee huomattavasti sen toimintatilan mukaan:

• Täysi kuormitus: Yleensä tehokkuuskerroin (Pf) on 0.8–0.9.

• Pieni kuormitus: Se laskee 0.2–0.3 välille.

• Ei kuormitusta: Tehokkuuskerroin voi lähestyä nollaa. Puhdassa induktori-kuormassa tehokkuuskerroin on täsmälleen nolla, mikä tarkoittaa, että ei ole tehty mitään todellista työtä, ja energia tallennetaan ja vapautetaan vain magneettikentässä.

Kapasitiiviset kuormat

Kapasitiiviset kuormat, kuten kondensaattorit, voivat parantaa tehokkuuskerrointa tuottamalla reaktiivista energiaa. Jos kuitenkin kapasitanssi on liian suuri, se voi johtaa ylikompensaatioon, mikä taas johtaa etenevään tehokkuuskerroin. Samalla tavoin kuin puhdassa induktiivisessa kuormassa, puhdassa kapasitiivisessa kuormassa tehokkuuskerroin on myös nolla, koska virta johdetaan jännitteen edelle 90 astetta, eikä ole mitään todellista tehonsiirtotapahtumaa.

Harmoniset

Harmoniset ovat sähköisen aallon muodon epälineaarista vääristymää, jotka yleensä esiintyvät järjestelmissä, joissa on elektronisia kuormia, kuten tietokoneita, palvelimia ja muita digitaalisia laitteita. Nämä vääristymät aiheuttavat reaktiivisen tehon kasvun, mikä puolestaan vähentää yleistä tehokkuuskerroin. Harmonisten läsnäolo häiritsee virta- ja jännite-aaltojen sinimuotoista luonnetta, mikä johtaa tehonkäytön tehottomuuteen.

Magneettovirta

Sähköjärjestelmän kuorma ei ole vakio. Aikoina, kun kuorma on pieni, tarjotun jännitteen usein nousee. Tämä jännitteen nousu johtaa induktiivisen laitteen, kuten muuntimen tai moottorin, magneettovirran kasvuun. Tämän seurauksena tehokkuuskerroin laskee, koska enemmän reaktiivista energiaa kulutetaan todellista energiaa nähden.

Liian pieni johto

Liian pieni johto, erityisesti moottorin risteissä, voi aiheuttaa huomattavia jännitteen pudotuksia. Nämä jännitteen pudotukset lisäävät reaktiivista energiaa järjestelmässä, mikä alentaa tehokkuuskerrointa. Epäriittävä johtojen koko rajoittaa sähkövirran virtausta, mikä aiheuttaa vastustuksen menetykset ja lisää impedanssin, mikä vaikuttaa tehokkuuskerroin suorituskykyyn.

Pitkät jakeluverkot

Pitkät sähköjakeluverkot ovat toinen tekijä, joka vaikuttaa alhaiseen tehokkuuskerroin. Kun sähkö kulkee pitkiä matkoja, verkon vastus ja reaktanssi aiheuttavat jännitteen pudotuksia. Nämä jännitteen pudotukset johtavat reaktiivisen tehon kasvuun, mikä vähentää järjestelmän yleistä tehokkuuskerroin. Mitä pidempi on verkko, sitä enemmän nämä vaikutukset tulevat esiin.

Epätasapainoiset kuormat

Epätasapainoiset kuormat, joissa sähköinen kuorma on epätasaisesti jaettu kolmifaseden järjestelmän faseissa, voivat aiheuttaa reaktiivisen tehon osuuden kasvun. Tämä epätasainen jako johtaa tehon siirron tehottomuuteen, mikä heikentää tehokkuuskerroin. Epätasapainoiset kuormat voivat myös aiheuttaa lisää stressiä sähkölaitteille, mikä saattaa johtaa ennenaikaan vikaantumiseen.

Huonon tehokkuuskerroin lähteet

Seuraavat ovat pääasiallisia huonon tehokkuuskerroin lähteitä sähköjärjestelmissä:

Sähkölaitteet

• Jakeluverkon muuntimet: Jakeluverkon muuntimen tehokkuuskerroin riippuu sen suunnittelusta, sekä ladannosta ja lataamattomuudesta. Yleensä lataamaton muuntin tehokkuuskerroin on hyvin alhainen sen magneettovirran vaatimusten vuoksi.

• Valaistusjärjestelmät

• Vastusvalot: Nämä tyypillisesti omaavat noin 50% tehokkuuskerroin.

• Paristovalot: Niiden tehokkuuskerroin yleensä on 40–60%.

• Moottorit

• Induktiiviset moottorit: Induktiivisten moottorien tehokkuuskerroin voi vaihdella laajasti, 30% lievällä kuormituksella 90%:iin täydellä kuormituksella.

• Synkroniset moottorit: Kun synkroniset moottorit toimivat alhaisella virrityksellä, niiden tehokkuuskerroin on hyvin alhainen.

• Erityislaitteet

• Hitsausmuuntimet: Nämä yleensä om