Izvori i uzroci niskog faktora snage

Uzroci i izvori lošeg faktora snage

U električnom sistemu snage, faktor snage definiše se kao odnos stvarne snage (merene u kilovatima, kW) i aparentne snage (merene u kilovolt-amperima, kVA). Niski faktor snage ukazuje na to da električna opterećenja ne efikasno iskorišćavaju dostupnu električnu snagu. Ova neefikasnost može dovesti do nekoliko posledica, poput povišenih troškova struje za potrošače i smanjene ukupne efikasnosti sistema. U ovom članku biće detaljno razmatrani glavni izvori i uzroci niskog faktora snage unutar električnog sistema.

Najznačajniji doprinosec niskog faktora snage je prisustvo induktivnih opterećenja. U čistom induktivnom krugu, struja zavisi od napona sa faznim otklonom od 90 stepeni. Ovaj značajan fazni otklon rezultira faktorom snage od nula, što znači da opterećenje ne potroši efektivno nikakvu stvarnu snagu; umesto toga, energija se samo skladišti i oslobađa u magnetnom polju induktora bez obavljanja korisnog rada. U krugovima koji sadrže i kapacitivne i induktivne elemente, faktor snage nije nula. Međutim, osim u rezonantnim ili akordiranim krugovima gde je induktivna reaktivna otpornost XL jednaka kapacitivnoj reaktivnoj otpornosti XC, čime se krug ponaša kao čisto otporni, fazni otklon θ između struje i napona nastavlja da postoji. Ovaj fazni otklon, uzrokovan međusobnim delovanjem kapacitivnosti i induktivnosti, direktno utiče na veličinu faktora snage, često dovodeći do podoptimalnih uslova iskorišćenja snage.

Uzroci i izvori niskog faktora snage
Uzroci niskog faktora snage

Neki faktori doprinose niskom faktoru snage u električnim sistemima, kako je detaljno opisano ispod:

Induktivna opterećenja

Induktivna opterećenja, uključujući električne motore i transformatore, su među primarnim krivicama. Ova opterećenja potrošavaju reaktivnu snagu iz električnog sistema, što rezultira zapoznjenim faktorom snage. U induktivnim krugovima, struja zavisi od napona, stvarajući fazni otklon koji povećava reaktivnu komponentu snage. Faktor snage induktivnog opterećenja značajno varira u zavisnosti od njegovog operativnog stanja:

• Potpuna opterećenja: Obično, faktor snage (Pf) se kreće u opsegu od 0.8 do 0.9.

• Mala opterećenja: Padne na opseg od 0.2 do 0.3.

• Bez opterećenja: Faktor snage može približiti nulu. U čistom induktivnom opterećenju, faktor snage je tačno nula, što ukazuje na to da se ne obavlja nikakav stvarni rad, a energija se samo skladišti i oslobađa u magnetnom polju.

Kapacitivna opterećenja

Kapacitivna opterećenja, kao što su kondenzatori, imaju potencijal da poboljšaju faktor snage generisanjem reaktivne snage. Međutim, ako je kapacitet preveliki, može dovesti do prekomernog kompenziranja, što rezultira vodilnim faktorom snage. Slično kao kod čistih induktivnih opterećenja, čisto kapacitivno opterećenje takođe ima faktor snage nula, jer struja vodi nad naponom za 90 stepeni, a ne postoji neto prenos stvarne snage.

Harmonici

Harmonici su nelinearne deformacije električne talase koje se često javljaju u sistemima sa elektronskim opterećenjima, poput računara, servera i drugih digitalnih uređaja. Ove deformacije dovode do povećanja reaktivne snage, što smanjuje ukupni faktor snage. Prisustvo harmonika narušava sinusoidni karakter struje i napona, što dovodi do neefikasnosti u iskorišćenju snage.

Magnetizaciona struja

Opterećenje na sistemu snage nije konstantno. Tijekom perioda niskog opterećenja, naponska ponuda često raste. Ovo povećanje napona dovodi do porasta magnetizacione struje induktivnog opreme, kao što su transformatori i motori. Kao rezultat, faktor snage pada, jer se relativno po odnosu na stvarnu snagu potroši više reaktivne snage.

Premalo dimenzionisane žice

Premalo dimenzionisane žice, posebno u zavojevima motora, mogu dovesti do značajnih padova napona. Ovi padovi napona povećavaju reaktivnu snagu u sistemu, time smanjujući faktor snage. Nedostatak odgovarajuće veličine žice ograničava protok električne struje, uzrokujući rezistentne gubitke i povećan impedans, što utiče na performanse faktora snage.

Duga distribucijske linije

Duge distribucijske linije su još jedan faktor koji doprinosi niskom faktoru snage. Dok struja putuje na duge udaljenosti, otpor i reaktivna otpornost u linijama dovode do padova napona. Ovi padovi napona dovode do povećanja reaktivne snage, smanjujući ukupni faktor snage sistema. Što je linija duža, ti efekti postaju izraženiji.

Nebalansirana opterećenja

Nebalansirana opterećenja, gde je električno opterećenje neravnomerno raspoređeno po fazama tri-faznog sistema, mogu dovesti do povećanja reaktivne komponente snage. Ovo neravnomerno raspoređivanje dovodi do neefikasnosti u prenosu snage, rezultirajući nižim faktorom snage. Nebalansirana opterećenja takođe mogu dovesti do dodatnog stresa na električnu opremu, potencijalno dovodeći do premature greške.

Izvori lošeg faktora snage

Sljedeći su glavni izvori niskog faktora snage u električnim sistemima:

Električna oprema

• Distribucijski transformatori: Faktor snage distribucijskog transformatora zavisi od njegovog dizajna, kao i nivoa opterećenja i deopterećenja. Općenito, neopterećeni transformator ima vrlo niski faktor snage zbog njegovih zahtjeva za magnetizacionom strujom.

• Svetlosni sistemi

• Ljubičaste svjetiljke: Ove tipično imaju faktor snage oko 50%.

• Rtuti vaporske svjetiljke: Njihov faktor snage obično se kreće u opsegu od 40% do 60%.

• Motore

• Indukcijski motore: Faktor snage indukcija motora može značajno varirati, od 30% pod lakim opterećenjima do 90% na punom opterećenju.

• Sinhroni motore: Kada rade pod nedovoljno pobudjenim uslovima, sinhroni motori pokazuju vrlo niski faktor snage.

• Posebna oprema

• Zavarivački transformatori: Ovi obično imaju faktor snage oko 60%.

• Industrijske zagrijavanje peći: Njihova operacija često rezultira relativno niskim faktorom snage zbog prirode uključenih električnih opterećenja.

• Solenoidi i šipke: Ovi induktivni komponenti doprinose lošem performansama faktora snage.

• Luku svjetiljke: Slično kao i ostali električni izvori svjetlosti, luku svjetiljke mogu imati niski faktor snage.

Sistemski problemi

• Nedovoljno pobudjeni sinhroni motore: Kada rade pod opterećenjem sa nedovoljnom pobudnjom, sinhroni motori potrošavaju previše reaktivne snage, što dovodi do niskog faktora snage.

• Nepodudarne prakse vezivanja: Ne korištenje propisanog preseka žice u zavojevima motora može dovesti do problema faktora snage, kako je ranije diskutirano.

• Mehanički problemi u motorima: Oštećeni ležaji u motorima mogu dovesti do mehaničkog stresa, što utiče na električne karakteristike motora, potencijalno dovodeći do smanjenja faktora snage.

Rješavanje niskog faktora snage je ključno, jer ima nekoliko nedostataka, uključujući povećane gubitke energije, veće račune za struju i smanjen kapacitet sistema. Da bi se poboljšao faktor snage, mogu se implementirati različita rješenja. Ova uključuju instalaciju opreme za korekciju faktora snage, poput kondenzatora, nadogradnju električne opreme kako bi se smanjile gubitke i optimizaciju dizajna sistema kako bi se smanjilo potrošnja reaktivne snage. Temeljno razumijevanje uzroka i izvora niskog faktora snage je bitno za identifikaciju područja za poboljšanje i osiguravanje efikasne i ekonomične operacije električnih sistema.