מקורות וגורמים לפקטור כוח נמוך

סיבות ומקורות לתאוצת כוח נמוכה

במערכת חשמל, תאוצת הכוח מוגדרת כיחס בין כוח אמיתי (המדוד בקילוואט, kW) לכוח מראה (המדוד בקילוולט-אמפר, kVA). תאוצה נמוכה של כוח מצביעה על כך שהטען החשמלי אינו משתמש בצורה יעילה בכוח החשמלי הזמין. אי-היעילות הזו יכולה להוביל לשורה של תוצאות, כגון עלות חשמל גבוהה יותר לצרכנים ומינוס ביעילות הכללית של המערכת. בערך זה ניכנס לעומק לסיבות והמקורות העיקריים לתאוצת כוח נמוכה בתוך מערכת חשמלית.

התרומה המשמעותית ביותר לתאוצת כוח נמוכה היא קיומם של טעמים אינדוקטיביים. במעגל אינדוקטיבי טהור, המתח מאחר אחר המתח ב-90 מעלות. ההבדל המופלא הזה בין הפאזות מוביל לתאוצת כוח של אפס, מה שאומר שאין כוח אמיתי שנצרך באופן יעיל על ידי הטענה; במקום זאת, האנרגיה מצטברת ושוחררת בשדה המגנטי של האינדקטור ללא ביצוע עבודה שימושית. במעגלים שמכילים אלמנטים קפצייטיביים ואינדוקטיביים, תאוצת הכוח אינה אפס. עם זאת, למעט במעגלי תהודה או מעגלי מיתון שבהם ההתנגדות האינדוקטיבית XL שווה להתנגדות הקפצייטיבית XC, מה שגורם למעגל להתנהג כמו מתנגד טהור, ההבדל בין הפאזות θ בין המתח והמתח נמשך. ההבדל בין הפאזות, הנגרם מהאינטראקציה בין הקפציטיביות לאינדוקטיביות, משפיע ישירות על הגודל של תאוצת הכוח, לעתים קרובות מוביל לתנאי שימוש באנרגיה תת-אופטימליים.

סיבות ומקורות לתאוצת כוח נמוכה
סיבות לתאוצת כוח נמוכה

מספר גורמים תורמים לתאוצת כוח נמוכה במערכות חשמל, כפי שמפורט להלן:

טעמים אינדוקטיביים

טעמים אינדוקטיביים, כולל מנועים חשמליים וממרפי טרנספורמציה, הם מבין האשמים העיקריים. טעמים אלה צורכים כוח ריאקטיבי מהמערכת החשמלית, מה שמוביל לתאוצה מאוחרת של כוח. במעגלים אינדוקטיביים, המתח מאחר אחרי המתח, ויוצר הבדל בין פאזות שמשתפר את מרכיב הכוח הריאקטיבי. תאוצת הכוח של טעמה אינדוקטיבית משתנה משמעותית בהתאם למצב הפעלה שלה:

• טען מלא: בדרך כלל, תאוצת הכוח (Pf) נעה בין 0.8 ל-0.9.

• טען קטן: היא יורדת לטווח של 0.2 עד 0.3.

• לא טעון: תאוצת הכוח יכולה להתקרב לאפס. בטעמה אינדוקטיבית טהורה, תאוצת הכוח היא בדיוק אפס, מה שמציין שאין מבצעים עבודה אמיתית, והאנרגיה מצטברת ושוחררת בשדה המגנטי בלבד.

טעמים קפצייטיביים

טעמים קפצייטיביים, כגון קONDENSATORS, יכולים לשפר את תאוצת הכוח על ידי ייצור כוח ריאקטיבי. עם זאת, אם הקפיציאנטיות היא מוגזמת, היא יכולה להוביל לחיבור יתר, מה שמוביל לתאוצה מקדימה של כוח. דומה לטעמי אינדוקטיביים טהורים, טעמה קפצייטיבית טהורה גם היא בעלת תאוצת כוח של אפס, מכיוון שהמתח מוביל את המתח ב-90 מעלות, ואין העברה נטו של כוח אמיתי.

הרמוניות

הרמוניות הן עיוותים לא-ליניאריים של גל החשמל שמתבצעים לעיתים קרובות במערכות עם טעמים אלקטרוניים, כגון מחשבים, שרתים ובתי ספר דיגיטליים אחרים. העיוותים הללו גורמים לעלייה בכוח ריאקטיבי, מה שמוביל לתאוצת כוח כוללת נמוכה יותר. קיום ההרמוניות מפריע לטבע הסינוסואידלי של המתח והמתח, מוביל לאפקטיביות בשימוש באנרגיה.

זרם מגנטיזציה

הטען על מערכת החשמל אינו קבוע. במהלך תקופות טעונים נמוכים, המתח הזמין לעתים קרובות עולה. עלייה זו במתח מובילה לעליה בזרם המגנטיזציה של ציוד אינדוקטיבי, כגון טרנספורמרים ומנועים. כתוצאה מכך, תאוצת הכוח יורדת, מכיוון שיותר כוח ריאקטיבי נצרך בהשוואה לכוח אמיתי.

כבלים קטנים מדי

כבלים קטנים מדי, במיוחד בסיבובים של מנועים, יכולים לגרום לירידה משמעותית במתח. ירידות מתח אלו מגדילות את הכוח הריאקטיבי במערכת, ובכך מורידים את תאוצת הכוח. גודל כבל בלתי מספיק מגביל את זרימת המתח, גורם לאיבודים ריאקטיביים ועמידות גבוהה, מה שמושפע מהביצועים של תאוצת הכוח.

קווי הפצה ארוכים

קווי הפצה חשמלית ארוכים הם גורם נוסף לתאוצת כוח נמוכה. ככל שהחשמל נוסע למרחקים ארוכים, התנגדות וריאקטיביות בקוות גורמות לירידות מתח. ירידות מתח אלו מובילות לעלייה בכוח ריאקטיבי, ומפחיתות את תאוצת הכוח הכוללת של המערכת. ככל שהקו ארוך יותר, השפעות אלו נעשות יותר מורגשות.

טעמים לא מאוזנים

טעמים לא מאוזנים, בהם הטעינה החשמלית מתפזרת באופן לא אחיד בין שלבי מערכת של שלושה פאזה, יכולים לגרום לעלייה ברכיב הכוח הריאקטיבי. הפיזור האי-אחיד הזה מוביל לאפקטיביות בהעברת כוח, מה שמוביל לתאוצת כוח נמוכה יותר. טעמים לא מאוזנים יכולים גם לגרום ללחץ נוסף על ציוד חשמלי, אולי אפילו לתקלות מוקדמות.

מקורות לתאוצת כוח נמוכה

הנה המקורות העיקריים לתאוצת כוח נמוכה במערכות חשמל:

ציוד חשמלי

• טרנספורמרים הפצה: תאוצת הכוח של טרנספורmeer הפצה תלויה בתכניתה, כמו גם ברמת הטעינה וההפרדה. באופן כללי, טרנספורmeer הפצה שאינו טעון הוא בעלת תאוצה נמוכה מאוד של כוח בשל הצרכים של זרם המגנטיזציה שלה.

• מערכות תאורה

• נורות חשמל: בדרך כלל יש להם תאוצה של כוח של כ-50%.

• נורות מרצ'ורי: תאוצת הכוח שלהם בדרך כלל נעה בין 40% ל-60%.

• מנועים

• מנועים אינ덕טיביים: תאוצת הכוח של מנועים אינדוקטיביים יכולה להשתנות באופן רחב, מ-30% בטעינה קלה ועד 90% בטעינה מלאה.

• מנועים סינכרוניים: כשהם פועלים בתנאים של תרבות נמוכה, מנועים סינכרוניים מפגינים תאוצה נמוכה מאוד של כוח.

• טרנספורמרים חיבור: בדרך כלל יש להם תאוצה של כוח של כ-60%.

• תנורים חימום תעשייתיים: פעילותם לעתים קרובות מובילה לתאוצה נמוכה יחסית של כוח בשל הטבע של הטעינים החשמליים שמעורבים.

• סולנואידים וchocks: אלמנטים אינדוקטיביים אלו תורמים לתפישת תאוצה נמוכה של כוח.

• נורות קשת: דומות למקורות תאורה חשמליים אחרים, נורות קשת יכולות להיות בעלות תאוצה נמוכה של כוח.

בעיות ברמה של מערכת

• מנועים סינכרוניים חלשים: כשהם פועלים בטעינה עם התעוררות בלתי מספקת, מנועים סינכרוניים צורכים כוח ריאקטיבי מוגזם, מה שמוביל לתאוצה נמוכה של כוח.

• שיטות כבליות בלתי מספקות: שימוש בגודל כבל שאינו מדורג בסיבובים של מנועים יכול לגרום לבעיות בתאוצת הכוח, כפי שנדון קודם לכן.

• בעיות מכניות במנועים: משקולות פגומים במנועים יכולים לגרום ללחץ מכני, מה שמוביל להשפעה על התכונות החשמליות של המנוע, אולי אפילו להפחתת תאוצת הכוח.

טיפול בתאוצה נמוכה של כוח חשוב, שכן היא בעלת מספר חסרונות, כולל עלות אנרגיה גבוהה יותר, חשבון חשמל גבוה יותר וקיבולת מערכת מופחתת. כדי לשפר את תאוצת הכוח, ניתן ליישם פתרונות שונים. אלה כוללים התקנת ציוד לתיקון תאוצת כוח, כגון קONDENSATORS, שדרוג ציוד חשמלי כדי להפחית איבודים, ותכנון מערכת אופטימלי כדי להפחית את צריכת הכוח הריאקטיבי. הבנה מקיפה של הסיבות והמקורות לתאוצה נמוכה של כוח חיונית לזהות אזורים לשיפור ולבטיח את הפעילות האפקטיבית והכלכלית של מערכות חשמל.