Memahami faktor kuasa dan bagaimana ia mempengaruhi bil tenaga anda

Selain keselamatan dan kebolehpercayaan, beberapa tujuan lain termasuk kecekapan harus dicapai dalam reka bentuk dan pelaksanaan sistem elektrik. Salah satu ukuran kecekapan dalam sistem elektrik adalah kecekapan dengan mana sistem mengubah tenaga yang diterimanya menjadi pekerjaan berguna. Kecekapan ini ditunjukkan oleh komponen sistem elektrik yang dikenali sebagai Power Factor. The faktor kuasa menunjukkan berapa banyak kuasa yang sebenarnya digunakan untuk melakukan kerja yang berguna oleh beban dan jumlah kuasa ia adalah "membuang". Sama remeh namanya, ia adalah salah satu faktor utama di sebalik bil elektrik yang tinggi dan kegagalan elektrik.

Untuk dapat menggambarkan faktor kuasa dan kepentingan praktikalnya dengan betul, penting untuk menyegarkan ingatan anda mengenai pelbagai jenis beban elektrik dan komponen Kuasa yang ada.

Dari kelas elektrik asas, beban elektrik biasanya terdiri daripada dua jenis;

Beban Tahan
Beban Reaktif

1. Beban Tahan

Beban tahan, seperti namanya beban ini terdiri dari unsur-unsur penolakan semata - mata. Untuk jenis beban ini (memandangkan keadaan ideal), semua kuasa yang dibekalkan kepadanya akan hilang untuk bekerja kerana fakta bahawa arus berada dalam tahap dengan voltan. Contoh beban resistif yang baik termasuk lampu dan bateri pijar.

Komponen daya yang berkaitan dengan beban resistif disebut sebagai Kuasa Sebenar. Kuasa Sebenar ini kadang kala disebut sebagai Kuasa Bekerja, Kuasa Sejati atau Kuasa Sebenar. Sekiranya anda baru menggunakan kuasa AC dan merasa bingung dengan semua bentuk gelombang ini, maka disarankan untuk membaca mengenai asas AC untuk memahami bagaimana kuasa AC berfungsi.

2. Beban reaktif

Beban reaktif sebaliknya sedikit lebih rumit. Walaupun mereka menyebabkan penurunan voltan dan arus dari sumbernya, mereka tidak mengeluarkan tenaga yang berguna kerana kuasa yang mereka peroleh dari bekalan tidak berfungsi. Ini disebabkan sifat Beban Reaktif.

Beban reaktif boleh menjadi kapasitif atau Induktif. Dalam beban induktif, daya yang ditarik habis digunakan dalam mengatur fluks magnetik tanpa pekerjaan langsung dilakukan sementara untuk beban kapasitif, daya digunakan dalam mengisi kapasitor dan tidak menghasilkan karya secara langsung. Tenaga yang hilang dalam beban reaktif disebut sebagai daya reaktif. Beban reaktif dicirikan oleh arus arus (Beban kapasitif) atau ketinggalan (Beban induktif) di belakang voltan, oleh itu, perbezaan fasa biasanya wujud antara arus dan voltan.

Dua graf di atas mewakili beban Induktif dan Kapasitif di mana faktor Daya masing-masing ketinggalan dan memimpin. The variasi dalam kedua-dua jenis petunjuk beban kepada kewujudan tiga komponen kuasa dalam sistem elektrik, iaitu;

Kuasa Sebenar
Kuasa reaktif
Kuasa Rupa

1. Kuasa Sebenar

Ini adalah kekuatan yang berkaitan dengan beban resistif. Ini adalah komponen kuasa yang hilang untuk prestasi kerja sebenar dalam sistem elektrik. Dari pemanasan hingga pencahayaan, dll., Ia dinyatakan dalam Watts (W) (bersama dengan pengganda, kilo, Mega, dll.) Dan dilambangkan secara simbolik oleh huruf P.

2. Kuasa Reaktif

Ini adalah kekuatan yang berkaitan dengan beban reaktif. Hasil daripada kelewatan antara voltan dan arus dalam beban reaktif, tenaga yang ditarik dalam reaktif, (baik kapasitif atau induktif) tidak menghasilkan kerja. Ia disebut sebagai daya reaktif dan unitnya adalah Volt-Ampere Reactive (VAR).

3. Kekuatan yang nyata

Sistem elektrik khas terdiri daripada beban resistif dan induktif, fikirkan mentol dan pemanas anda untuk beban tahan, dan peralatan dengan motor, pemampat, dan lain-lain sebagai beban induktif. Oleh itu, dalam sistem elektrik, Total Power adalah gabungan komponen daya sebenar dan reaktif, jumlah daya ini juga disebut sebagai Kuasa Apparent.

Kekuatan yang nyata diberikan oleh jumlah kuasa Sebenar dan daya reaktif. Unitnya adalah volt-amp (VA) dan ditunjukkan secara matematik oleh persamaan;

Kuasa Rupa = Kuasa Sebenar + Daya reaktif

Dalam situasi Ideal, kuasa sebenar yang hilang dalam sistem elektrik biasanya lebih besar daripada daya reaktif. Gambar di bawah menunjukkan gambarajah vektor yang dilukis menggunakan ketiga-tiga Komponen Daya

Gambar rajah vektor ini dapat diubah menjadi segitiga daya seperti gambar di bawah.

Faktor Kuasa dapat dikira dengan mendapatkan sudut theta (ϴ) seperti di atas. Di sini adalah sudut antara Kuasa Nyata dan Kuasa Rupa. Kemudian, mengikuti peraturan kosinus (Bersebelahan dengan hipotenus), faktor daya dapat dianggarkan sebagai nisbah daya sebenar dengan daya nyata. The formula untuk mengira Power Factor adalah seperti berikut

PF = Kuasa Sebenar / Kuasa Rupanya atau PF = Cosϴ

Dengan meletakkan persamaan ini untuk menentukan daya nyata, mudah dilihat bahawa peningkatan daya reaktif (kehadiran jumlah beban reaktif yang tinggi), menyebabkan peningkatan daya nyata dan nilai sudut yang lebih besar ϴ, yang mana akhirnya menghasilkan faktor daya rendah apabila kosinusnya (cos ϴ) diperoleh. Di sisi lain, pengurangan beban reaktif (daya reaktif) membawa kepada peningkatan faktor daya, menunjukkan kecekapan tinggi dalam sistem dengan beban kurang reaktif dan sebaliknya. Nilai Power Factor akan selalu berada di antara nilai 0 dan 1, semakin dekat dengan satu semakin tinggi kecekapan sistem. Di India nilai faktor daya ideal dianggap 0.8. Nilai faktor daya tidak mempunyai unit.

Kepentingan Faktor Kuasa

Sekiranya nilai faktor daya rendah itu bermaksud, tenaga dari sumber elektrik terbuang kerana sebahagian besarnya tidak digunakan untuk kerja yang bermakna. Ini kerana beban di sini menggunakan lebih banyak daya reaktif berbanding dengan daya sebenar. Ini memberi tekanan pada sistem bekalan yang menyebabkan beban berlebihan pada sistem pengedaran kerana kuasa sebenar yang diperlukan oleh beban dan daya reaktif yang digunakan untuk memuaskan beban reaktif akan diambil dari sistem.

Ketegangan dan "pembaziran" ini biasanya menyebabkan bil elektrik yang besar bagi pengguna (terutamanya pengguna industri) kerana syarikat utiliti mengira penggunaan dari segi kuasa yang jelas, oleh itu, mereka akhirnya membayar untuk kuasa yang tidak digunakan untuk mencapai apa-apa pekerjaan yang "bermakna". Beberapa syarikat juga mendenda pengguna mereka jika mereka menggunakan daya yang lebih reaktif kerana ia menyebabkan beban pada sistem. Denda ini dikenakan untuk mengurangkan faktor kuasa rendah yang menyebabkan beban digunakan dalam industri.

Walaupun dalam keadaan di mana kuasa diberikan oleh penjana syarikat, wang dibazirkan pada generator yang lebih besar, kabel bersaiz lebih besar, dan lain-lain yang diperlukan untuk memberi kuasa apabila sebilangan besar itu akan sia-sia. Untuk lebih memahami perkara ini, pertimbangkan contoh di bawah

Sebuah kilang yang beroperasi dengan beban 70kW dapat berjaya digerakkan oleh Generator / Transformer dan kabel yang diberi nilai 70 kVA jika kilang beroperasi dengan faktor kuasa 1. Tetapi, jika faktor kuasa turun ke 0.6 maka walaupun dengan beban yang sama 70KW, penjana atau pengubah yang lebih besar yang diperingkat 116.67 kVA (70 / 0.6) akan diperlukan, kerana penjana / pengubah harus memberikan kuasa tambahan untuk beban reaktif. Di samping kenaikan keperluan kuasa yang besar ini, ukuran kabel yang digunakan juga perlu ditingkatkan, yang membawa kepada peningkatan kos peralatan yang ketara dan peningkatan kehilangan kuasa sebagai akibat daripada rintangan di sepanjang konduktor. Hukuman untuk ini melampaui bil elektrik yang tinggi di beberapa negara, kerana syarikat dengan faktor kuasa yang lemah biasanya mendapat denda yang besar untuk mendorong pembetulan.

Meningkatkan Faktor Kuasa

Dengan semua yang telah diperkatakan, anda akan bersetuju dengan saya bahawa lebih masuk akal dari segi ekonomi untuk membetulkan faktor kuasa yang lemah daripada terus membayar bil elektrik yang besar, terutama untuk industri besar. Dianggarkan juga bahawa lebih daripada 40% bil elektrik dapat dijimatkan di industri besar dan kilang pembuatan jika faktor kuasa diperbetulkan dan tetap rendah.

Selain pengurangan kos untuk pengguna, menjalankan sistem yang efisien menyumbang kepada keseluruhan kebolehpercayaan dan kecekapan grid kuasa, kerana syarikat utiliti dapat mengurangkan kerugian dalam talian dan kos penyelenggaraan sementara juga mengalami penurunan jumlah transformer dan infrastruktur sokongan serupa yang diperlukan untuk operasi mereka.

Mengira Faktor Kuasa untuk Beban Anda

Langkah pertama untuk membetulkan faktor kuasa adalah menentukan faktor kuasa untuk beban anda. Ini boleh dilakukan dengan;

1. Mengira daya reaktif menggunakan perincian reaktan bagi beban

2. Menentukan daya sebenar yang hilang oleh beban dan menggabungkannya dengan daya yang nyata untuk mendapatkan faktor daya.

3. Penggunaan meter faktor kuasa.

Meter faktor daya kebanyakannya digunakan kerana ia membantu memperoleh faktor kuasa dengan mudah dalam penyediaan sistem yang besar, di mana menentukan perincian reaktan beban dan daya sebenar yang hilang, mungkin merupakan jalan yang sukar.

Dengan diketahui faktor kuasa, anda boleh terus memperbaikinya, menyesuaikannya sedekat mungkin dengan 1.nFaktor kuasa yang disyorkan oleh syarikat bekalan elektrik, biasanya antara 0,8 dan 1 dan ini hanya dapat dicapai jika anda menjalankan hampir sepenuhnya beban resistif atau reaktansi induktif (beban) dalam sistem sama dengan reaktansi kapasitansi kerana keduanya akan saling membatalkan.

Oleh kerana penggunaan beban induktif adalah penyebab yang lebih biasa untuk faktor kuasa rendah, terutamanya dalam persekitaran industri (kerana penggunaan motor berat dll), salah satu kaedah termudah untuk membetulkan faktor kuasa adalah dengan membatalkan reaktansi induktif melalui penggunaan kapasitor pembetulan yang memperkenalkan kereaktifan kapasitif dalam sistem.

Kapasitor pembetulan faktor kuasa bertindak sebagai penjana arus reaktif, melawan / mengimbangi kuasa yang "disia-siakan" oleh beban induktif. Walau bagaimanapun, pertimbangan reka bentuk yang teliti perlu dibuat semasa memasukkan kapasitor ini dalam persediaan untuk memastikan operasi yang lancar dengan peralatan seperti pemacu kelajuan berubah-ubah dan keseimbangan yang berkesan dengan kos. Bergantung pada kemudahan, dan pengedaran beban, reka bentuknya dapat terdiri dari kapasitor nilai tetap yang dipasang pada titik beban induktif atau bank kapasitor pembetulan automatik yang dipasang pada bar bus panel pengedaran untuk pembetulan terpusat yang biasanya lebih efektif dari segi biaya dalam sistem besar.

Penggunaan kapasitor pembetulan faktor kuasa dalam persediaan mempunyai kelemahannya, terutamanya apabila kapasitor yang betul tidak digunakan atau sistem tidak dirancang dengan betul. Penggunaan kapasitor dapat menghasilkan beberapa waktu singkat "voltan berlebihan", ketika dihidupkan, yang dapat mempengaruhi fungsi peralatan yang tepat seperti pemacu kelajuan berubah-ubah, menyebabkan mereka mati sekejap atau meletupkan sekering pada beberapa kapasitor. Namun, hal itu dapat diselesaikan dengan mencoba melakukan penyesuaian pada urutan kawalan pensuisan, dalam hal pemacu laju atau menghilangkan arus harmonik jika terjadi sekering.

Faktor Kekuatan Unity dan mengapa ia tidak praktikal

Apabila nilai faktor Kuasa anda sama dengan 1, maka faktor daya dikatakan sebagai faktor daya perpaduan. Mungkin menggoda untuk mendapatkan faktor daya optimum 1, tetapi hampir mustahil untuk mencapainya kerana kenyataan bahawa tidak ada sistem yang benar-benar ideal. Dalam arti tidak ada beban yang murni tahan, kapasitif atau induktif. Setiap beban terdiri dari beberapa elemen yang lain tidak kira seberapa kecil, kerana julat faktor daya yang dapat direalisasikan seperti biasa biasanya hingga 0,9 / 0,95. Kami telah mengetahui tentang sifat parasit unsur RLC dalam artikel ESR dan ESL kami dengan Capacitors.

Faktor kuasa adalah penentu seberapa baik anda menggunakan tenaga dan berapa banyak yang anda bayar dalam bil elektrik (terutamanya untuk industri). Oleh itu, penyumbang utama kepada kos operasi dan boleh menjadi faktor di sebalik pengurangan margin keuntungan yang belum anda perhatikan. Meningkatkan faktor kuasa sistem elektrik anda dapat membantu mengurangkan bil elektrik dan memastikan prestasi dimaksimumkan.