Inzicht in de arbeidsfactor en hoe dit uw energierekening beïnvloedt

Afgezien van veiligheid en betrouwbaarheid, moeten verschillende andere doelen, waaronder efficiëntie, worden nagestreefd bij het ontwerp en de implementatie van elektrische systemen. Een van de maatstaven voor efficiëntie in een elektrisch systeem is de efficiëntie waarmee het systeem de energie die het ontvangt, omzet in nuttig werk. Deze efficiëntie wordt aangegeven door een onderdeel van elektrische systemen dat bekend staat als de arbeidsfactor. De arbeidsfactor geeft aan hoeveel stroom daadwerkelijk wordt gebruikt om nuttig werk uit te voeren door een belasting en hoeveel stroom deze "verspilt". Hoe triviaal de naam ook klinkt, het is een van de belangrijkste factoren achter hoge elektriciteitsrekeningen en stroomstoringen.

Om de arbeidsfactor en de praktische betekenis ervan goed te kunnen beschrijven, is het belangrijk om uw geheugen op te frissen over de verschillende soorten elektrische belastingen en componenten van stroom die er zijn.

Van basiselektriciteitsklassen zijn elektrische belastingen typisch van twee soorten;

Resistieve belastingen
Reactieve ladingen

1. Resistieve belastingen

Weerstandsbelastingen, zoals de naam al aangeeft, bestaan deze belastingen uit puur weerstandselementen. Voor dit soort belastingen (rekening houdend met de ideale omstandigheden), wordt al het geleverde vermogen gedissipeerd voor het werk vanwege het feit dat de stroom in fase is met de spanning. Een goed voorbeeld van resistieve belastingen zijn gloeilampen en batterijen.

De vermogenscomponent die is gekoppeld aan resistieve belastingen wordt Actual Power genoemd. Deze Werkelijke Kracht wordt ook wel Werkkracht, Ware Kracht of Werkelijke Kracht genoemd. Als u nieuw bent met netvoeding en u verward voelt met al deze golfvormen, dan is het aan te raden om de basisprincipes van wisselstroom te lezen om te begrijpen hoe wisselstroom werkt.

2. Reactieve belastingen

Reactieve belastingen zijn daarentegen iets complexer. Hoewel ze een spanningsval veroorzaken en stroom van de bron halen, dissiperen ze als zodanig geen nuttig vermogen omdat het vermogen dat ze uit de voeding halen niet werkt. Dit is te wijten aan de aard van de reactieve belastingen.

Reactieve belastingen kunnen capacitief of inductief zijn. Bij inductieve belastingen wordt het opgenomen vermogen gebruikt voor het instellen van magnetische flux zonder dat er direct werk wordt verricht, terwijl voor capacitieve belastingen het vermogen wordt gebruikt voor het opladen van de condensator en niet direct voor het produceren van werk. Het vermogen dat aldus in reactieve belastingen wordt gedissipeerd, wordt reactief vermogen genoemd. Reactieve belastingen worden gekenmerkt door de stroom die leidt (capacitieve belastingen) of achterblijft (inductieve belastingen) achter de spanning, als zodanig bestaat er meestal een faseverschil tussen de stroom en de spanning.

De bovenstaande twee grafieken vertegenwoordigen een inductieve en capacitieve belasting waarbij de arbeidsfactor respectievelijk achterblijft en leidend is. De variaties in deze twee soorten belasting leiden tot het bestaan van drie vermogenscomponenten in elektrische systemen, namelijk;

Werkelijke kracht
Reactief vermogen
Schijnbaar vermogen

1. Werkelijk vermogen

Dit is het vermogen dat wordt geassocieerd met resistieve belastingen. Het is de vermogenscomponent die wordt gedissipeerd naar de uitvoering van feitelijk werk in elektrische systemen. Van verwarming tot verlichting, enz., Het wordt uitgedrukt in Watt (W) (samen met zijn vermenigvuldigers, kilo, Mega, enz.) En symbolisch weergegeven door de letter P.

2. Reactief vermogen

Dit is het vermogen dat wordt geassocieerd met reactieve belastingen. Als gevolg van de vertraging tussen spanning en stroom in reactieve belastingen, levert de in reactieve (capacitieve of inductieve) opgenomen energie geen werk op. Het wordt reactief vermogen genoemd en de eenheid is Volt-Ampere Reactive (VAR).

3. Schijnbaar vermogen

Typische elektrische systemen bestaan uit zowel resistieve als inductieve belastingen, denk aan uw gloeilampen en verwarmingstoestellen voor resistieve belastingen, en apparatuur met motoren, compressoren, enz. Als inductieve belastingen. In een elektrisch systeem is Totaal vermogen dus een combinatie van de feitelijke en reactieve vermogenscomponenten, dit totale vermogen wordt ook wel schijnbaar vermogen genoemd.

Het schijnbare vermogen wordt gegeven door de som van het werkelijke vermogen en het reactieve vermogen. De eenheid is volt-ampère (VA) en wordt wiskundig weergegeven door de vergelijking;

Schijnbaar vermogen = werkelijk vermogen + reactief vermogen

In ideale situaties is het werkelijke vermogen dat in een elektrisch systeem wordt gedissipeerd, meestal groter dan het reactieve vermogen. De onderstaande afbeelding toont het vectordiagram dat is getekend met behulp van de drie vermogenscomponenten

Dit vectordiagram kan worden omgezet in de vermogensdriehoek zoals hieronder weergegeven.

De arbeidsfactor kan worden berekend door de hoek theta (ϴ) hierboven te verkrijgen. Hier is theta de hoek tussen de werkelijke kracht en de schijnbare kracht. Vervolgens, volgens de cosinusregel (aangrenzend over hypotenusa), kan de arbeidsfactor worden geschat als de verhouding tussen het werkelijke vermogen en het schijnbare vermogen. De formules om de Power Factor te berekenen, worden hieronder gegeven

PF = werkelijk vermogen / schijnbaar vermogen of PF = Cosϴ

Als we dit naast de vergelijking plaatsen voor het bepalen van het schijnbaar vermogen, is het gemakkelijk in te zien dat een toename van het blindvermogen (aanwezigheid van een groot aantal reactieve belastingen) leidt tot een toename van het schijnbare vermogen en een grotere waarde voor hoek ϴ, die resulteert uiteindelijk in een lage arbeidsfactor wanneer de cosinus (cos ϴ) wordt verkregen. Aan de andere kant leidt vermindering van reactieve belastingen (reactief vermogen) tot een verhoogde arbeidsfactor, wat duidt op een hoog rendement in systemen met minder reactieve belastingen en vice versa. De waarde van Power Factor zal altijd tussen de waarde van 0 en 1 liggen, hoe dichter deze bij een komt, hoe hoger de efficiëntie van het systeem. In India wordt aangenomen dat de ideale arbeidsfactor 0,8 is. De waarde van de arbeidsfactor heeft geen eenheid.

Belang van Power Factor

Als de waarde van de arbeidsfactor laag is, betekent dit dat energie van het lichtnet wordt verspild omdat een groot deel ervan niet wordt gebruikt voor zinvol werk. Dit komt doordat de belasting hier meer reactief vermogen verbruikt in vergelijking met het werkelijke vermogen. Dit legt een druk op het voedingssysteem en veroorzaakt een overbelasting van het distributiesysteem, aangezien zowel het werkelijke vermogen dat nodig is voor de belasting als het reactieve vermogen dat wordt gebruikt om aan reactieve belastingen te voldoen, uit het systeem zal worden gehaald.

Deze belasting en "verspilling" leiden doorgaans tot enorme elektriciteitsrekeningen voor consumenten (vooral industriële consumenten), aangezien nutsbedrijven het verbruik berekenen in termen van schijnbaar vermogen, en als zodanig betalen ze uiteindelijk voor stroom die niet werd gebruikt om enig "zinvol" werk te verrichten. Sommige bedrijven beboeten hun consumenten ook als ze meer reactief vermogen afnemen, omdat dit een overbelasting van het systeem veroorzaakt. Deze boete wordt opgelegd om de lage arbeidsfactor te verminderen, waardoor belastingen worden gebruikt in industrieën.

Zelfs in situaties waarin de stroom wordt geleverd door de generatoren van het bedrijf, wordt geld verspild aan grotere generatoren, grotere kabels, enz. Die nodig zijn om stroom te leveren, terwijl een groot aantal ervan gewoon verloren gaat. Bekijk het onderstaande voorbeeld om dit beter te begrijpen

Een fabriek met een belasting van 70 kW kan met succes worden gevoed door een generator / transformator en kabels met een nominale waarde van 70 kVA als de fabriek werkt met een arbeidsfactor van 1. Maar als de arbeidsfactor daalt tot 0,6, kan zelfs met dezelfde belasting van 70 kW, is een grotere generator of transformator met een vermogen van 116,67 kVA (70 / 0,6) vereist, aangezien de generator / transformator het extra vermogen voor de reactieve belasting moet leveren. Afgezien van deze sterke stijging van de stroomvereisten, zou ook de grootte van de gebruikte kabels moeten worden vergroot, wat leidt tot een aanzienlijke toename van de apparatuurkosten en grotere vermogensverliezen als gevolg van de weerstand langs de geleiders. De straf hiervoor gaat in sommige landen verder dan hoge elektriciteitsrekeningen, aangezien bedrijven met een slechte arbeidsfactor meestal enorme boetes krijgen om rectificatie aan te moedigen.

Verbetering van de vermogensfactor

Met alles wat er is gezegd, zult u het met mij eens zijn dat het economisch gezien verstandiger is om de slechte arbeidsfactor recht te zetten dan om enorme elektriciteitsrekeningen te blijven betalen, vooral voor grote industrieën. Er wordt ook geschat dat meer dan 40% op de elektriciteitsrekening kan worden bespaard in grote industrieën en fabrieken als de arbeidsfactor wordt gecorrigeerd en laag wordt gehouden.

Afgezien van de verlaging van de kosten voor consumenten, draagt het runnen van een efficiënt systeem bij aan de algehele betrouwbaarheid en efficiëntie van het elektriciteitsnet, aangezien nutsbedrijven in staat zijn om verliezen in leidingen en onderhoudskosten te verminderen, terwijl ze ook het aantal transformatoren en vergelijkbare ondersteunende infrastructuur die nodig is voor hun activiteiten.

De vermogensfactor voor uw belasting berekenen

De eerste stap om de arbeidsfactor te corrigeren, is het bepalen van de arbeidsfactor voor uw belasting. Dit kan gedaan worden door;

1. Berekening van het blindvermogen met behulp van de reactantiedetails van de belasting

2. Bepalen van het werkelijke vermogen dat door de belasting wordt gedissipeerd en dit combineren met het schijnbare vermogen om de arbeidsfactor te verkrijgen.

3. Het gebruik van de powerfactor-meter.

De arbeidsfactormeter wordt meestal gebruikt omdat het helpt om de arbeidsfactor gemakkelijk te verkrijgen in grote systeemopstellingen, waar het bepalen van de reactantiedetails van de belasting en het werkelijke gedissipeerde vermogen een moeilijke route kan zijn.

Met de bekende arbeidsfactor kunt u deze vervolgens corrigeren en deze zo dicht mogelijk bij 1 aanpassen. N De door elektriciteitsbedrijven aanbevolen arbeidsfactor ligt meestal tussen 0,8 en 1 en dit kan alleen worden bereikt als u een bijna puur resistieve belasting of de inductieve reactantie (belasting) in het systeem is gelijk aan de capaciteitsreactantie, aangezien ze elkaar allebei opheffen.

Vanwege het feit dat het gebruik van inductieve belastingen een meer algemene oorzaak is van een lage arbeidsfactor, vooral in industriële omgevingen (door het gebruik van zware motoren enz.), Is een van de eenvoudigste methoden om de arbeidsfactor te corrigeren het opheffen van de inductieve reactantie door het gebruik van correctiecondensatoren die capacitieve reactantie in het systeem introduceren.

Condensatoren voor arbeidsfactorcorrectie werken als een reactieve stroomgenerator en compenseren / compenseren het vermogen dat wordt "verspild" door inductieve belastingen. Er moet echter een zorgvuldige ontwerpoverweging worden gemaakt bij het invoegen van deze condensatoren in opstellingen om een soepele werking te garanderen met apparatuur zoals frequentieregelaars en een effectieve balans met de kosten. Afhankelijk van de faciliteit en de belastingverdeling kan het ontwerp bestaan uit condensatoren met een vaste waarde die zijn geïnstalleerd op inductieve belastingspunten of automatische correctiecondensatorbanken die zijn geïnstalleerd op de verzamelrails van distributiepanelen voor een gecentraliseerde correctie die meestal goedkoper is in grote systemen.

Het gebruik van condensatoren voor arbeidsfactorcorrectie in opstellingen heeft zijn nadelen, vooral wanneer de juiste condensatoren niet worden gebruikt of het systeem niet goed is ontworpen. Het gebruik van de condensatoren kan een korte periode van "overspanning" veroorzaken wanneer deze wordt ingeschakeld, wat de goede werking van apparatuur zoals frequentieregelaars kan beïnvloeden, waardoor ze met tussenpozen afgaan of de zekeringen op sommige condensatoren doorslaan. Het zou echter kunnen worden opgelost door te proberen de schakelbesturingsvolgorde aan te passen in het geval van snelheidsaandrijvingen of door harmonische stromen te elimineren in het geval van zekeringen.

Unity Power Factor en waarom het niet praktisch is

Wanneer de waarde van uw arbeidsfactor gelijk is aan 1, dan wordt gezegd dat de arbeidsfactor de arbeidsfactor van één is. Het is misschien verleidelijk om de optimale arbeidsfactor van 1 te krijgen, maar het is bijna onmogelijk om deze te bereiken omdat geen enkel systeem echt ideaal is. In die zin is geen enkele belasting puur resistief, capacitief of inductief. Elke belasting bestaat uit enkele elementen van de andere, hoe klein ook, aangezien zo'n typisch haalbaar arbeidsfactorbereik meestal tot 0,9 / 0,95 is. We hebben al geleerd over deze parasitaire eigenschappen van de RLC-elementen in onze ESR en ESL met artikelen over condensatoren.

De arbeidsfactor is een bepalende factor voor hoe goed u energie gebruikt en hoeveel u betaalt aan elektriciteitsrekeningen (vooral voor industrieën). Bij uitbreiding levert het een grote bijdrage aan de operationele kosten en kan het de factor zijn achter verminderde winstmarges waar u niet op hebt gelet. Door de arbeidsfactor van uw elektrische systeem te verbeteren, kunt u de elektriciteitsrekening verlagen en ervoor zorgen dat de prestaties worden gemaximaliseerd.