Τι είναι ο Συντελεστής ισχύος (PF)

2019-01-11 23:28:19

Στην ηλεκτρική μηχανική, ο συντελεστής ισχύος ενός συστήματος ηλεκτρικής ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος ορίζεται ως ο λόγος της πραγματικής ισχύος που απορροφάται από το φορτίο προς τη φαινόμενη ισχύ που ρέει στο κύκλωμα, και είναι ένας αδιάστατος αριθμός στο κλειστό διάστημα από ~1 προς 1. Ένας συντελεστής ισχύος μικρότερος από ένα υποδεικνύει ότι η τάση και το ρεύμα δεν βρίσκονται σε φάση, μειώνοντας το στιγμιαίο γινόμενο των δύο. Η πραγματική ισχύς είναι το στιγμιαίο γινόμενο της τάσης και του ρεύματος και αντιπροσωπεύει την ικανότητα του ηλεκτρισμού για την εκτέλεση εργασιών. Η φαινόμενη ισχύς είναι το μέσο γινόμενο του ρεύματος και της τάσης. Λόγω της ενέργειας που αποθηκεύεται στο φορτίο και επιστρέφεται στην πηγή, ή λόγω ενός μη γραμμικού φορτίου που παραμορφώνει το σχήμα του κύματος του ρεύματος που αντλείται από την πηγή, η φαινόμενη ισχύς μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την πραγματική ισχύ. Ένας αρνητικός συντελεστής ισχύος εμφανίζεται όταν η συσκευή (που είναι συνήθως το φορτίο) παράγει ισχύ, η οποία στη συνέχεια ρέει πίσω προς την πηγή.

 

Σε ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, ένα φορτίο με χαμηλό συντελεστή ισχύος αντλεί περισσότερο ρεύμα από ένα φορτίο με υψηλό συντελεστή ισχύος για την ίδια ποσότητα χρήσιμης ισχύος που μεταφέρεται. Τα υψηλότερα ρεύματα αυξάνουν την ενέργεια που χάνεται στο σύστημα διανομής και απαιτούν μεγαλύτερα καλώδια και άλλο εξοπλισμό. Λόγω του κόστους μεγαλύτερου εξοπλισμού και της σπατάλης ενέργειας, οι ηλεκτρικές επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας θα χρεώνουν συνήθως υψηλότερο κόστος σε βιομηχανικούς ή εμπορικούς πελάτες όπου υπάρχει χαμηλός συντελεστής ισχύος.

 

Η διόρθωση συντελεστή ισχύος αυξάνει τον συντελεστή ισχύος ενός φορτίου, βελτιώνοντας την απόδοση για το σύστημα διανομής στο οποίο είναι συνδεδεμένο. Τα γραμμικά φορτία με χαμηλό συντελεστή ισχύος (όπως οι επαγωγικοί κινητήρες) μπορούν να διορθωθούν με ένα παθητικό δίκτυο πυκνωτών ή επαγωγέων. Τα μη γραμμικά φορτία, όπως οι ανορθωτές, παραμορφώνουν το ρεύμα που αντλείται από το σύστημα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η ενεργητική ή παθητική διόρθωση συντελεστή ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξουδετέρωση της παραμόρφωσης και την αύξηση του συντελεστή ισχύος. Οι συσκευές για τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος μπορεί να βρίσκονται σε έναν κεντρικό υποσταθμό, απλωμένες σε ένα σύστημα διανομής ή ενσωματωμένες σε εξοπλισμό που καταναλώνει ενέργεια.

 

 

Συστοιχία πυκνωτών 75 Mvar σε υποσταθμό 150 kV

Οι συντελεστές ισχύος κάτω του 1.0 απαιτούν από ένα βοηθητικό πρόγραμμα να παράγει περισσότερα από τα ελάχιστα βολτ-αμπέρ που είναι απαραίτητα για την παροχή της πραγματικής ισχύος (βατ). Αυτό αυξάνει το κόστος παραγωγής και μεταφοράς. Για παράδειγμα, εάν ο συντελεστής ισχύος φορτίου ήταν τόσο χαμηλός όσο 0.7, η φαινόμενη ισχύς θα ήταν 1.4 φορές η πραγματική ισχύς που χρησιμοποιείται από το φορτίο. Το ρεύμα γραμμής στο κύκλωμα θα ήταν επίσης 1.4 φορές το ρεύμα που απαιτείται σε συντελεστή ισχύος 1.0, επομένως οι απώλειες στο κύκλωμα θα διπλασιάζονταν (καθώς είναι ανάλογες με το τετράγωνο του ρεύματος). Εναλλακτικά, όλα τα εξαρτήματα του συστήματος, όπως γεννήτριες, αγωγοί, μετασχηματιστές και συσκευές διανομής θα αυξάνονταν σε μέγεθος (και κόστος) για να μεταφέρουν το επιπλέον ρεύμα. Όταν ο συντελεστής ισχύος είναι κοντά στη μονάδα, για την ίδια βαθμολογία KVA του μετασχηματιστή μπορεί να συνδεθεί περισσότερο φορτίο.

 

Οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας χρεώνουν συνήθως πρόσθετο κόστος σε εμπορικούς πελάτες που έχουν συντελεστή ισχύος κάτω από κάποιο όριο, το οποίο είναι συνήθως 0.9 έως 0.95. Οι μηχανικοί ενδιαφέρονται συχνά για τον συντελεστή ισχύος ενός φορτίου ως έναν από τους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση της μετάδοσης ισχύος.

 

Με το αυξανόμενο κόστος της ενέργειας και τις ανησυχίες για την αποτελεσματική παροχή ενέργειας, το ενεργό PFC έχει γίνει πιο συνηθισμένο στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Οι τρέχουσες οδηγίες Energy Star για υπολογιστές απαιτούν συντελεστή ισχύος ≥ 0.9 στο 100% της ονομαστικής απόδοσης στο τροφοδοτικό του υπολογιστή. Σύμφωνα με μια λευκή βίβλο που συντάχθηκε από την Intel και την Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος των ΗΠΑ, οι υπολογιστές με εσωτερικά τροφοδοτικά θα απαιτούν τη χρήση διόρθωσης ενεργού συντελεστή ισχύος για να πληρούν τις Απαιτήσεις Προγράμματος ENERGY STAR 5.0 για υπολογιστές.

 

Στην Ευρώπη, το EN 61000-3-2 απαιτεί τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος να ενσωματωθεί στα καταναλωτικά προϊόντα.

 

Οι μικροί πελάτες, όπως τα νοικοκυριά, συνήθως δεν χρεώνονται για άεργο ισχύ και έτσι δεν θα εγκατασταθεί εξοπλισμός μέτρησης συντελεστή ισχύος για τέτοιους πελάτες.