Ursachen der Leistungsfaktorreduzierung und Methoden zu ihrer Verbesserung
Technischer und wirtschaftlicher Wert des Leistungsfaktors
Der Wert des Leistungsfaktors charakterisiert den Nutzungsgrad der Wirkleistung der Stromquelle. Der höhere Leistungsfaktor elektrischer Empfänger, desto besser sind die Kraftwerksgeneratoren und ihre Antriebsmaschinen (Turbinen usw.), Umspanntransformatoren und Stromnetze.
Niedrige Werte von cos phi (cos phi) bei gleichen Werten der Wirkleistung führen zu Mehrkosten für den Bau leistungsstärkerer Stationen, Umspannwerke und Netze sowie zu zusätzlichen Betriebskosten.
Die wahre Macht der Energieversorger ändert sich im Laufe der Zeit ständig. Dies liegt daran, dass die Arbeit einzelner Abteilungen oder Werkstätten von Unternehmen zeitlich nicht zusammenfällt. Darüber hinaus können einige Geräte unter Teillast oder sogar im Ruhezustand betrieben werden.Die Änderung der Wirk- und Blindleistung elektrischer Empfänger führt zu Änderungen des cos phi.
Gründe für niedrigen Leistungsfaktor
Die Hauptverbraucher von Blindenergie sind asynchrone Elektromotoren, Transformatoren und Induktionsöfen, Schweißmaschinen, Gasentladungslampen usw.
Ein Induktionsmotor, der mit einer Last nahe der Nennlast betrieben wird, hat den höchsten Cos-Phi-Wert. Mit abnehmender Motorlast sinkt der Leistungsfaktor.
Dies liegt daran, dass sich die Wirkleistung an den Klemmen des Elektromotors proportional zu seiner Belastung ändert, während die Blindleistung aufgrund einer geringfügigen Änderung des Magnetisierungsstroms praktisch konstant bleibt. Im Leerlauf hat der cos phi den kleinsten Wert, der je nach Art des Elektromotors, Leistung und Drehzahl im Bereich von 0,1 – 0,3 liegt.
Leistungstransformatoren wie Induktionsmotoren haben einen reduzierten Lastleistungsfaktor von weniger als 75 %.
Überlastete Induktionsmotoren haben aufgrund erhöhter magnetischer Streuflüsse auch einen niedrigen Cos Phi.
Motoren mit besseren Kühlbedingungen als geschlossene Motoren können mehr Last (Wirkleistung) tragen und haben daher einen höheren cos phi.
Käfigläufermotoren haben aufgrund der geringeren induktiven Ableitwiderstände einen höheren cos phi als Motoren mit gewickeltem Rotor.
Der Wert von cos phi für Maschinen des gleichen Typs steigt mit zunehmender Nennleistung und Rotordrehzahl, da dadurch die relative Größe des Magnetisierungsstroms verringert wird.
Ein Spannungsanstieg auf der Sekundärseite der Leistungstransformatoren aufgrund einer Lastabnahme (z. B. in Nachtschichten und in der Mittagspause) führt zu einem Spannungsanstieg im Vergleich zur Nennspannung der Klemmen in Betrieb befindlicher Elektromotoren . Dies wiederum führt zu einer Erhöhung des Magnetisierungsstroms und der Blindleistung von Elektromotoren, was zu einem geringeren Leistungsfaktor führt.
Die Drehung des Rotors, die beim Verschleiß der Lager auftritt, so dass der Rotor den Stator nicht berührt, führt zu einer Vergrößerung des Luftspalts zwischen Stator und Rotor, was zu einer Erhöhung des Magnetisierungsstroms und einer Verringerung von führt cos phi.
Die Verringerung der Anzahl der Drähte in der Statornut beim Zurückspulen führt zu einem Anstieg des Magnetisierungsstroms und einer Verringerung des Cos Phi des Induktionsmotors.
Die Verwendung von Gasentladungslampen (DRL und Leuchtstofflampen) mit induktivem Widerstand (Drossel) im Stromkreis ohne Kompensationsgeräte verringert auch den Leistungsfaktor elektrischer Anlagen (siehe – Wie Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen aufgebaut sind und funktionieren).
Techniken zur Verbesserung des Leistungsfaktors
Es ist notwendig, den Leistungsfaktor einer Elektroanlage vor allem durch den korrekten und rationellen Betrieb elektrischer Geräte, also auf natürliche Weise, zu erhöhen. Die Leistung des Elektromotors muss streng nach der für den Antrieb erforderlichen Leistung ausgewählt werden und bereits eingebaute, aber leicht belastete Elektromotoren müssen durch Elektromotoren entsprechend geringerer Leistung ersetzt werden.
Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass ein solcher Austausch manchmal zu einer Erhöhung der Wirkenergieverluste im Elektromotor selbst und im Netz führen kann, wenn sich herausstellt, dass der Wirkungsgrad des neu installierten Elektromotors geringer ist als der zuvor installierte eins. Daher muss die Machbarkeit eines solchen Ersatzes rechnerisch überprüft werden.
Darüber hinaus ist es notwendig, den Backup-Elektromotor auf die zulässigen Erwärmungs- und Überlastbedingungen und manchmal auch auf die Beschleunigungszeit zu überprüfen. Elektromotoren, die mit weniger als 40 % belastet sind, unterliegen in der Regel einem Austausch. Bei einer Auslastung von mehr als 70 % wird ein Austausch unrentabel.
In allen möglichen Fällen sollte ein Käfigläufermotor einem Phasenrotor vorgezogen werden. Auf den Einsatz geschlossener Elektromotoren muss verzichtet werden, wenn aufgrund der Umweltbedingungen der Einsatz von Elektromotoren in offener oder geschützter Bauweise zulässig ist.
Elektromotoren, die verschiedene Maschinen und Mechanismen antreiben, arbeiten nicht immer unter Volllast. Wenn beispielsweise ein neues Bearbeitungsteil in eine Maschine eingebaut wird, läuft der Elektromotor manchmal mit niedrigem cos phi im Leerlauf. Daher wird empfohlen, den Elektromotor für die Leerlaufzeit mit einer Dauer der Interaktionsperiode von 10 Sekunden oder mehr vom Netz zu trennen (diese Anforderung ist auch zwingend erforderlich, um Wirkstrom zu sparen).
Die Interaktionszeit ist die Zeit, die benötigt wird, um das Werkzeug in seine ursprüngliche Position zurückzuziehen, das bearbeitete Teil aus der Maschine zu entfernen, ein neues Teil an der Maschine zu installieren und das Werkzeug in die Arbeitsposition zu bringen.Bei Maschinen und Mechanismen, bei denen sich Betriebsperioden mit Interoperabilitätsperioden abwechseln, wird empfohlen, automatische Leerlaufbegrenzer zu installieren.
Es wird außerdem empfohlen, Transformatoren, die im Durchschnitt mit weniger als 30 % ihrer Nennleistung belastet sind, auszutauschen oder vorübergehend abzuschalten.
Eine qualitativ hochwertige Reparatur eines Asynchron-Elektromotors hat einen erheblichen Einfluss auf die Steigerung des Cos-Phi-Werts. Ein gut reparierter Motor sollte ein Typenschild haben. Sie müssen die Größe des Luftspalts zwischen Stator und Rotor sorgfältig überwachen, keine Abweichungen von der Norm zulassen und die Anzahl der aktiven Drähte gemäß der Berechnung in die Nuten legen. Überholte Motoren sollten gründlich getestet werden, einschließlich der Überprüfung des Leerlaufstroms.
In einigen Fällen erlauben Maßnahmen zur Verbesserung des natürlichen Leistungsfaktors keine Erhöhung des cos phi auf 0,92 – 0,95 entsprechend den Bedingungen des technologischen Prozesses. In solchen elektrischen Anlagen werden künstliche Methoden zur Kompensation der Blindleistung eingesetzt, indem der Leistungsfaktor erhöht wird spezielle Ausgleichsgeräte.
Zu diesen Geräten gehören: statische Kondensatoren, Synchronkompensatoren und übererregte Synchronmotoren. Allerdings sind synchrone Elektromotoren und Kompensatoren, die mit hoher Leistung hergestellt werden, in Fabriken selten. Die am häufigsten verwendeten zur Erhöhung des Leistungsfaktors sind statische Kondensatoren.
Durch geeignete Wahl der Kapazität der Kondensatoren ist es möglich, den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom auf jeden gewünschten Wert zu bringen.Die Stromreduzierung im Versorgungsnetz wird durch den Blindanteil erreicht, der durch den kapazitiven Strom der Kondensatorbank kompensiert wird.