Izvori i uzroci niskog faktora snage

Uzroci i izvori lošeg faktora snage

U električnom sustavu snage, faktor snage definira se kao omjer stvarne snage (mjeren u kilovatima, kW) i aparentne snage (mjeren u kilovoltamperima, kVA). Nizak faktor snage ukazuje na to da električni opterećenje ne iskorištava dostupnu električnu snagu učinkovito. Ova neefikasnost može dovesti do nekoliko posljedica, poput povišenih troškova struje za potrošače i smanjene učinkovitosti cijelog sustava. U ovom članku detaljnije ćemo istražiti glavne izvore i uzroke niskog faktora snage unutar električnog sustava.

Najveći doprinos niskom faktoru snage daje prisutnost induktivnih opterećenja. U čistom induktivnom krugu, struja zapazi naprezanje za 90 stupnjeva. Ova značajna razlika u faznom kutu rezultira faktorom snage od nula, što znači da se stvarna snaga ne iskoristi učinkovito od strane opterećenja; umjesto toga, energija se samo skladišti i oslobađa u magnetskom polju induktora bez obavljanja korisnog rada. U krugovima koji sadrže kapacitivne i induktivne elemente, faktor snage nije nula. Međutim, osim u rezonantnim ili podnijehanih krugovima gdje je induktivni reaktanc XL jednak kapacitivnom reaktancu XC, što čini da se krug ponaša čisto otporno, razlika u faznom kutu θ između struje i naprezanja ostaje. Ova razlika u fazi, uzrokovana međusobnim djelovanjem kapacitance i induktance, direktno utječe na veličinu faktora snage, često vodeći do podoptimalnih uvjeta iskorištavanja snage.

Uzroci i izvori niskog faktora snage
Uzroci niskog faktora snage

Nekoliko faktora doprinosi niskom faktoru snage u električnim sustavima, kako je detaljno opisano u nastavku:

Induktivna opterećenja

Induktivna opterećenja, uključujući električne motore i transformatore, su među glavnim krivcem. Ova opterećenja potroše reaktivnu snagu iz električnog sustava, rezultirajući lagajućim faktorom snage. U induktivnim krugovima, struja zapazi naprezanje, stvarajući faznu razliku koja povećava komponentu reaktivne snage. Faktor snage induktivnog opterećenja značajno varira ovisno o njegovom radnom stanju:

• Potpuno opterećenje: Obično, faktor snage (Pf) kretao se u rasponu od 0.8 do 0.9.

• Malo opterećenje: On padne na raspon od 0.2 do 0.3.

• Bez opterećenja: Faktor snage može pristupiti nuli. U čistom induktivnom opterećenju, faktor snage je točno nula, što upućuje na to da se ne obavlja nikakav stvarni posao, a energija se samo skladišti i oslobađa u magnetskom polju.

Kapacitivna opterećenja

Kapacitivna opterećenja, poput kondenzatora, imaju mogućnost poboljšati faktor snage generirajući reaktivnu snagu. Međutim, ako je kapacitet preveliki, može dovesti do pretjeranog nadoknade, rezultirajući vodećim faktorom snage. Slično kao kod čistih induktivnih opterećenja, čisto kapacitivno opterećenje također ima faktor snage nula, jer struja prethodi naprezanju za 90 stupnjeva, a ne postoji neto prenos stvarne snage.

Harmonici

Harmonici su nelinearne distorzije električnog vala koje se često pojavljuju u sustavima s elektroničkim opterećenjima, poput računala, servera i drugih digitalnih uređaja. Ove distorzije uzrokuju povećanje reaktivne snage, što na svoj red smanjuje ukupni faktor snage. Prisutnost harmonika narušava sinusoidnu prirodu struje i naprezanja, dovodeći do neefikasnosti u iskorištavanju snage.

Magnetizacijski struj

Opterećenje na sustavu snage nije konstantno. Tijekom razdoblja niskog opterećenja, napajajuće naprezanje često raste. Ovo povećanje naprezanja dovodi do porasta magnetizacijskog struja induktivnog opremama, poput transformatora i motora. Kao rezultat, faktor snage pada, jer se relativno prema stvarnoj snazi potroši više reaktivne snage.

Premaleno žice

Premalena žica, posebno u motorima, može uzrokovati značajne padove naprezanja. Ovi padovi naprezanja povećavaju reaktivnu snagu u sustavu, time smanjujući faktor snage. Nedostatak adekvatne veličine žice ograničava protok električne struje, uzrokujući rezistivne gubitke i povećan impedans, što utječe na performanse faktora snage.

Duga distribucijske linije

Duge električne distribucijske linije su još jedan faktor koji doprinosi niskom faktoru snage. Dok struja putuje na velike udaljenosti, otpor i reaktancija u linijama uzrokuju padove naprezanja. Ovi padovi naprezanja dovode do povećanja reaktivne snage, smanjujući ukupni faktor snage sustava. Što je linija duža, te efekti postaju izraženiji.

Neravnotežna opterećenja

Neravnotežna opterećenja, gdje je električno opterećenje neravnomjerno raspoređeno na faze trofaznog sustava, mogu uzrokovati povećanje komponente reaktivne snage. Ovo neravnomjerno raspodjela dovodi do neefikasnosti prijenosa snage, rezultirajući nižim faktorom snage. Neravnotežna opterećenja također mogu uzrokovati dodatni stres na električnu opremu, vodeći potencijalno do premature slomage.

Izvori lošeg faktora snage

Sljedeće su glavne izvore niskog faktora snage u električnim sustavima:

Električna oprema

• Distribucijski transformatori: Faktor snage distribucijskog transformatora ovisi o njegovom dizajnu, kao i o razini opterećenja i deopterećenja. Općenito, nepopterećeni transformator ima vrlo nizak faktor snage zbog njegovih zahtjeva za magnetizacijskim strujem.

• Sustavi za osvjetljenje

• Žične svjetiljke: Obično imaju faktor snage oko 50%.

• Rezervne svjetiljke: Njihov faktor snage obično kretao se u rasponu od 40% do 60%.

• Motori

• Indukcijski motori: Faktor snage indukcijskih motora može značajno varirati, od 30% pod malim opterećenjima do 90% na punom opterećenju.

• Sinhroni motori: Kada rade u podnaprtačenim uvjetima, sinhroni motori pokazuju vrlo nizak faktor snage.

• Posebna oprema

• Varilski transformatori: Obično imaju faktor snage oko 60%.

• Industrijski zagrijavajući peći: Njihov rad često rezultira relativno niskim faktorom snage zbog prirode uključenih električnih opterećenja.

• Solenoidi i dušice: Ovi induktivni komponenti doprinose lošoj performansi faktora snage.

• Lukućne svjetiljke: Slično drugim električnim izvorima svjetlosti, lukućne svjetiljke mogu imati nizak faktor snage.

Sustavne probleme

• Podnaprtačeni sinhroni motori: Kada rade pod opterećenjem s nedostatkom naprtačenja, sinhroni motori potroše previše reaktivne snage, dovodeći do niskog faktora snage.

• Neprikladne prakse žičenja: Ne korištenje propisanog promjera žice u motorima može uzrokovati probleme s faktorom snage, kao što je ranije opisano.

• Mehanički problemi u motorima: Oštećeni ležaji u motorima mogu uzrokovati mehanički stres, koji na svoj red utječe na električne karakteristike motora, potencijalno dovodeći do smanjenja faktora snage.

Rješavanje problema niskog faktora snage je ključno, jer ima nekoliko nedostataka, uključujući povećane gubitke energije, veće račune za struju i smanjenu kapacitet sustava. Za poboljšanje faktora snage mogu se implementirati različita rješenja. To uključuje instalaciju opreme za ispravljanje faktora snage, poput kondenzatora, nadogradnju električne opreme kako bi se smanjili gubitci i optimizaciju dizajna sustava kako bi se smanjilo potrošnja reaktivne snage. Temeljno razumijevanje uzroka i izvora niskog faktora snage je bitno za identifikaciju područja za poboljšanje i osiguravanje učinkovitog i ekonomskog funkcioniranja električnih sustava.