Извори и причини на нисок фактор на моќност

Причини и извори на слаб фактор на напрежението

В електричната система, факторот на напрежението се дефинира како однос на реалната мощност (мерена во киловати, kW) до апаративната мощност (мерена во киловолт-ампери, kVA). Нискиот фактор на напрежението указува дека електричната опсада не ефикасно го користи достапната електрична мощност. Оваа неефикасност може да доведе до неколку последици, како подигнати трошоци за електричество за потрошувачите и намалена целосна ефикасност на системата. Во овој чланок, ќе се убедиме во основните извори и причини за нискиот фактор на напрежението во електрична система.

Најзначајниот придонесник за нискиот фактор на напрежението е присуството на индуктивни опсади. Во чисто индуктивна колона, токот отостанува зад напрежението за 90 степени. Овој значителен фазен агол резултира во фактор на напрежението од нула, што значи дека опсадата не го консумира ефективно реалната мощност; наместо тоа, енергијата само се складира и се ослободува во магнетното поле на индукторот без да се врши корисна работа. Во колони кои содржат и капацитивни и индуктивни елементи, факторот на напрежението не е нула. Меѓутоа, освен во резонансна или подесена колона каде што индуктивната реактанца XL е еднаква на капацитивната реактанца XC, што прави колоната да се однесува чисто резистивно, фазниот агол θ меѓу токот и напрежението продолжува да постои. Овој фазен агол, предизвикан од интеракцијата помеѓу капацитетот и индуктивноста, директно влијае на големината на факторот на напрежението, често водечи до подоптимални услови за користење на мощноста.

Причини и извори на ниски фактор на напрежението
Причини за ниски фактор на напрежението

Неколку фактори даваат прилог за нискиот фактор на напрежението во електричните системи, како детално објаснувано подолу:

Индуктивни опсади

Индуктивните опсади, вклучувајќи електрични мотори и трансформатори, се меѓу главните злочинци. Овие опсади го консумираат реактивната мощност од електричната система, што резултира со лагање на факторот на напрежението. Во индуктивните колони, токот отостанува зад напрежението, создавајќи фазен агол кој го зголемува компонентот на реактивната мощност. Факторот на напрежението на индуктивна опсада варира значително во зависност од нејзината оперативна состојба:

• Полн опсад: Обично, факторот на напрежението (Pf) се движи од 0.8 до 0.9.

• Мала опсад: Пада до опсег од 0.2 до 0.3.

• Без опсад: Факторот на напрежението може да се приближи до нула. Во чисто индуктивна опсада, факторот на напрежението е точно нула, што значи дека не се врши реална работа, а енергијата само се складира и се ослободува во магнетното поле.

Капацитивни опсади

Капацитивните опсади, како капациторите, имаат можност да го подобрат факторот на напрежението со генерирање на реактивна мощност. Меѓутоа, ако капацитетот е прекумерен, може да доведе до прекумерна компензација, што резултира со водечи фактор на напрежението. Слично на чисто индуктивните опсади, чисто капацитивната опсада исто така има фактор на напрежението од нула, бидејќи токот предвара напрежението за 90 степени, и нема нетна трансфер на реална мощност.

Хармоници

Хармониците се нелинеарни дисторции на електричната хвоста кои често се случуваат во системи со електронски опсади, како компјутери, сервери и други цифрови уреди. Овие дисторции го зголемуваат реактивната мощност, што на свој ред го намалува целосниот фактор на напрежението. Присуството на хармоници го нарушува синусоидниот карактер на токот и напрежението, доведувајќи до неефикасности во користењето на мощноста.

Магнетизациски ток

Опсадата на електричната система не е константна. По време на мал опсад, напрежението на напојување често се зголемува. Овој зголемување на напрежението доведува до зголемување на магнетизацискиот ток на индуктивното опрема, како трансформатори и мотори. Како резултат, факторот на напрежението се намалува, бидејќи повеќе реактивна мощност се консумира споредно со реалната мощност.

Прекумерно мали жички

Прекумерно малите жички, особено во виткањето на моторите, можат да предизвикаат значителни падови на напрежението. Овие падови на напрежението го зголемуваат реактивната мощност во системата, што го намалува факторот на напрежението. Недостаточната големина на жичката ограничува протокот на електрички ток, што предизвика резистивни загуби и зголемена импеданца, што влијае на перформансите на факторот на напрежението.

Долги распределбени линии

Долгите електрични распределбени линии се уште еден фактор кој дава прилог за нискиот фактор на напрежението. Кога електричеството патува над долг пат, отпорот и реактанцата во линиите предизвикаат падови на напрежението. Овие падови на напрежението го зголемуваат реактивната мощност, намалувајќи целосниот фактор на напрежението на системата. Колку што линијата е подолга, овие ефекти стануваат по изразени.

Неуравновесени опсади

Неуравновесените опсади, каде што електричната опсада е неравномерно распределена по фазите на три-фазен систем, можат да предизвикаат зголемување на компонентот на реактивната мощност. Оваа неравномерна дистрибуција доведува до неефикасности во трансферот на мощност, што резултира со пониски фактор на напрежението. Неуравновесените опсади исто така можат да предизвикаат дополнителен стрес на електричната опрема, потенцијално доведувајќи до претхранта отказ.

Извори на слаб фактор на напрежението

Следниве се главните извори на нискиот фактор на напрежението во електричните системи:

Електрична опрема

• Распределбени трансформатори: Факторот на напрежението на распределбениот трансформатор зависи од неговиот дизајн, како и нивото на опсад и разопсад. Обично, непополнете трансформатори имаат многу ниски фактор на напрежението поради нивните потреби за магнетизациски ток.

• Системи за осветлување

• Инкандесцентни лампи: Обично имаат фактор на напрежението околу 50%.

• Меркурна парна лампа: Нивниот фактор на напрежението обично се движи од 40% до 60%.

• Мотори

• Индуктивни мотори: Факторот на напрежението на индуктивните мотори може широко да варира, од 30% при мали опсади до 90% при полн опсад.

• Синхронни мотори: Кога работат под недовољно возбудување, синхронните мотори покажуваат многу ниски фактор на напрежението.

• Специјализирана опрема

• Трансформатори за сварување: Обично имаат фактор на напрежението околу 60%.

• Индустријски нагревни печи: Нивната работа често резултира со относително ниски фактор на напрежението поради природата на електричните опсади вклучени.

• Соленоиди и затвори: Овие индуктивни компоненти даваат прилог за слаб перформанс на факторот на напрежението.

• Лампи со дуга: Слично на други електрични извори на светлина, лампите со дуга можат да имаат ниски фактор на напрежението.

Системски проблеми

• Подвозбудени синхронни мотори: Кога работат при опсад со недовољно возбудување, синхронните мотори го консумираат прекумерна реактивна мощност, што доведува до ниски фактор на напрежението.

• Недовољни практики за виткање: Не користење на должната големина на жичката во виткањето на моторите може да предизвика проблеми со факторот на напрежението, како што е објаснето по рано.

• Механички проблеми во моторите: Оштетените лешници во моторите можат да предизвикаат механички стрес, што на свој ред влијае на електричните карактеристики на моторот, потенцијално доведувајќи до намалување на факторот на напрежението.

Адресирањето на нискиот фактор на напрежението е важно, бидејќи има неколку недостатоци, вклучувајќи зголемени енергетски загуби, повисени трошоци за електричество и намалена системска капацитет. За подобрување на факторот на напрежението, можат да се имплементираат различни решенија. Тие вклучуваат инсталирање на опрема за корекција на факторот на напрежението, како капацитори, надградба на електричната опрема за минимизирање на загубите, и оптимизација на дизајнот на системот за намалување на консумацијата на реактивна мощност. Комплексно разбирање на причините и изворите на нискиот фактор на напрежението е суштинско за идентификување на области за подобрување и осигурување на ефикасна и стапна економска работа на електричните системи.