Virji in vzroki nizkega faktorja moči

Vzroki in vire slabega faktorja moči

V električnem sistem prenaše električne moči se faktor moči definira kot razmerje med realno močjo (izraženo v kilovatih, kW) in očitno močjo (izraženo v kilovolt-ampereh, kVA). Nizek faktor moči kaže, da električni obremenek ne učinkovito izkorišča na voljo ležečo električno moč. Ta neučinkovitost lahko vodi do več posledic, kot so višji stroški struje za potrošnike in zmanjšana skupna učinkovitost sistema. V tem članku bomo podrobneje obravnavali glavne vire in vzroke za nizek faktor moči v električnem sistemu.

Največji prispevok k nizekemu faktorju moči prinašajo induktivni obremeni. V čistom induktivnem krugu je tok zamaknjen za 90 stopinj za napetost. Ta velik različen fazni kot pomeni, da je faktor moči enak nič, kar pomeni, da obremenek ne učinkovito porablja nobene realne moči; namesto tega se energija le shranjuje in sprošča v magnetnem polju induktorja brez izvajanja uporabne dela. V krugih, ki vsebujejo kapacitivne in induktivne elemente, je faktor moči različen od nič. Vendar, razen v resonančnih ali naravnih krugih, kjer je induktivni reaktanc XL enak kapacitivnemu reaktancu XC, kar krug spremeni v čisto uporni, obstaja še vedno fazni kot θ med tokom in napetostjo. Ta fazni kot, povzročen interakcijo med kapacitivnostjo in induktivnostjo, neposredno vpliva na velikost faktorja moči, pogosto do neoptimalnih pogojev porabe moči.

Vzroki in vire nizekega faktorja moči
Vzroki nizekega faktorja moči

Več dejavnikov prispeva k nizekemu faktorju moči v električnih sistemih, kot je podrobneje opisano spodaj:

Induktivni obremeni

Med glavne krivce sodijo induktivni obremeni, kot so električni motorji in transformatorji. Ti obremeni porabljajo reaktivno moč iz električnega sistema, kar vodi do zamučenega faktorja moči. V induktivnih krugih je tok zamaknjen za napetostjo, kar ustvarja fazni kot, ki poveča reaktivni del moči. Faktor moči induktivnega obremeka se bistveno razlikuje glede na njegov operativni stanje:

• Polna obremenitev: Običajno se faktor moči (Pf) giblje v območju od 0,8 do 0,9.

• Mala obremenitev: Padne na območje od 0,2 do 0,3.

• Brez obremenitve: Faktor moči se lahko približa nič. Če je obremenitev čist induktor, je faktor moči točno nič, kar pomeni, da se ne opravlja nobenega realnega dela, in energija se le shranjuje in sprošča v magnetnem polju.

Kapacitivni obremeni

Kapacitivni obremeni, kot so kondenzatorji, imajo potencial za izboljšanje faktorja moči z generiranjem reaktivne moči. Vendar, če je kapacitivnost prevelika, lahko to vodi do pretirane kompenzacije, kar rezultira v predhodnega faktorja moči. Podobno kot pri čistem induktivnem obremenu, ima tudi čist kapacitivni obremen faktor moči enak nič, saj je tok prednapetosti za 90 stopinj, in ni nobenega neto prenosa realne moči.

Harmoniki

Harmoniki so nelinearne distorzije električnega valovanja, ki se pogosto pojavljajo v sistemih z elektronskimi obremenki, kot so računalniki, strežniki in druga digitalna oprema. Te distorzije povzročajo povečanje reaktivne moči, kar vodi do zmanjšanja skupnega faktorja moči. Prisotnost harmonikov moti sinusoidalno naravo toka in napetosti, kar vodi do neučinkovitosti v porabi moči.

Magnetizacijski tok

Obremenitev na sistem prenaše električne moči ni konstantna. Med obdobji male obremenitve se pogosto poveča napetost oskrbe. To povečanje napetosti vodi do povečanja magnetizacijskega toka induktivne opreme, kot so transformatorji in motorji. Kot rezultat se faktor moči zmanjša, ker se sorazmerno realni moči porablja več reaktivne moči.

Premajhno žice

Premajhne žice, zlasti v motorjih, lahko povzročijo značilne padce napetosti. Ti padci napetosti povečajo reaktivno moč v sistemu, kar zmanjša faktor moči. Neustrezen premer žice omejuje pretok električnega toka, kar povzroča uporni izgube in povečan impedans, kar vpliva na učinkovitost faktorja moči.

Dolge distribucijske linije

Dolge električne distribucijske linije so še en dejavnik, ki prispeva k nizekemu faktorju moči. Ko električna energija potuje na daljše razdalje, upornost in reaktanca v linijah povzročita padec napetosti. Ti padci napetosti vodijo do povečanja reaktivne moči, kar zmanjša skupni faktor moči sistema. Številčnejše so te učinke, čim dlje so linije.

Neuravnotežene obremenitve

Neuravnotežene obremenitve, kjer je električna obremenitev neravnomerno razporejena med faze tri-faznega sistema, lahko povzročijo povečanje reaktivnega dela moči. Ta neravnomerna razporeditev vodi do neučinkovitosti prenosa moči, kar vodi do nižjega faktorja moči. Neuravnotežene obremenitve lahko tudi povzročijo dodatno stres na električno opremo, kar lahko vodi do predčasnega odpovedovanja.

Viri nizekega faktorja moči

Naslednji so glavni viri nizekega faktorja moči v električnih sistemih:

Električna oprema

• Distribucijski transformatorji: Faktor moči distribucijskega transformatorja je odvisen od njegovega dizajna, kot tudi ravni obremenitve in razobremenitve. Splošno velja, da ima neobremenjen transformator zelo nizek faktor moči zaradi njegovih zahtev po magnetizacijskem toku.

• Svetlobni sistemi

• Lumenčne svetlobe: Ti običajno imajo faktor moči okoli 50%.

• Živegi parovi svetlobe: Njihov faktor moči običajno sega od 40% do 60%.

• Motorji

• Indukcijski motorji: Faktor moči indukcijskih motorjev se lahko značilno razlikuje, od 30% pri majhnih obremenitvah do 90% pri polni obremenitvi.

• Sinhroni motorji: Ko delujejo v podnadutem stanju, sinhroni motorji prikazujejo zelo nizek faktor moči.

• Posebna oprema

• Varilski transformatorji: Ti običajno imajo faktor moči okoli 60%.

• Industrijski grelni peči: Njihova delovanja pogosto vodi do relativno nizekega faktorja moči zaradi narave vključenih električnih obremenitev.

• Solenoidi in dušilniki: Ti induktivni komponenti prispevajo k slabejšemu izvajanju faktorja moči.

• Lukovi svetlobe: Podobno kot drugi električni svetlobni viri, lahko lukovi svetlobe imajo nizek faktor moči.

Sistemski problemi

• Podnaduti sinhroni motorji: Ko delujejo ob obremenitvi z nedostatkom nadutja, sinhroni motorji porabljajo preveč reaktivne moči, kar vodi do nizekega faktorja moči.

• Nedostatočne prakse žičenja: Če se ne uporabljajo predpisani premeri žic v motorjih, lahko to povzroči probleme z faktorjem moči, kot smo že omenili.

• Mehanski problemi v motorjih: Poškodovane ložnice v motorjih lahko povzročijo mehanski stres, ki vpliva na električne lastnosti motorja, kar lahko vodi do zmanjšanja faktorja moči.

Reševanje nizekega faktorja moči je ključno, saj ima več negativnih posledic, kot so povečani energijski izgubi, višji računi za struja in zmanjšana kapaciteta sistema. Za izboljšanje faktorja moči lahko implementiramo različne rešitve. Te vključujejo namestitev opreme za popravilo faktorja moči, kot so kondenzatorji, nadgradnjo električne opreme za zmanjšanje izgub in optimizacijo dizajna sistema za zmanjšanje porabe reaktivne moči. Temeljito razumevanje vzrokov in virov nizekega faktorja moči je ključno za identifikacijo področij za izboljšanje in zagotavljanje učinkovite in ekonomične delovanja električnih sistemov.