Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, формула
Пример HTML-страницыКоэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями расходуется электрическая энергия. Другими словами, коэффициент мощности описывает электроприемники с точки зрения присутствия в потребляемом токе реактивной составляющей.
В этой статье мы рассмотрим физическую сущность и основные методы определения cos φ.
Содержание
- Математически cos φ
- Повышение коэффициента мощности
- Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:
- Основные способы коррекции cos φ
Математически cos φ
Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин (отсюда и название параметра).
Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.
Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.
Когда токи / напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.
Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.
Короткое видео о кратким объяснением, что такое коэффициент мощности:
Повышение коэффициента мощности
Значение коэффициента мощности рассчитывают при проектировании сетей.
Поскольку низкое его значение является следствием увеличения величины общих потерь электроэнергии. Для его увеличения в сетях используют различные способы коррекции, повышая его значение до 1.
Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:
- снижение потерь электроэнергии;
- рациональное использование цветных металлов на создание электропроводящей аппаратуры;
- оптимальное использование установленной мощности трансформаторов, генератор и прочих машин переменного тока.
Технически коррекция реализуется в виде введения различных дополнительных схем на вход устройств. Эта техника требуется для равномерного использования мощности фазы, устранения перегрузок нулевого провода 3-х-фазной сети, и является обязательной для импульсных источников питания, установленной мощностью 100 Вт и более.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Помимо этого, компенсация позволяет обеспечить отсутствие всплесков потребляемого тока на пике синусоиды, равномерную нагрузку на питающую линию.
Основные способы коррекции cos φ
1. Коррекция реактивной составляющей мощности производится путём включения реактивного элемента, имеющего противоположное действие. К примеру, для компенсации работы асинхронной машины, обладающей высокой индуктивной реактивной составляющей мощности, в параллель включается конденсатор.
2. Корректировка нелинейности электропотребления. При потреблении тока нагрузкой непропорционально основной гармонике напряжения, для повышения коэффициента мощности в схему вводят пассивный (активный) корректор коэффициента мощности. Наиболее простым примером пассивного корректора cos φ является дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой. Дроссель производит сглаживание импульсного потребления нагрузки и создание низшей, основной гармоники тока.
3. Корректировка естественным способом, не предусматривающая установку дополнительных устройств, предполагает упорядочение технологического процесса, рациональное распределение нагрузок, ведущее к улучшению режима потребления электроэнергии оборудованием, повышению коэффициента мощности.
Подробное видео с объяснением, что такое cosφ :
Что такое коэффициент мощности. Power Factor (PF)
Коэффициент мощности. Power Factor (PF). Смещённый коэффициент мощности. Displacement Power Factor (DPF).
Power Factor (PF) – коэффициент мощности – англ.
Displacement Power Factor (DPF) – смещенный коэффициент мощности – англ.
Коэффициент мощности – это комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения формы тока и напряжения в электросети, обусловленные влиянием нагрузки (например, ИБП).
Вычисляется как отношение поглощаемой нагрузкой активной мощности к полной.
Типовые значения коэффициента мощности:
- 1 – идеальное значение.
- 0.
9 – хороший показатель. - 0.8 – типовая промышленная нагрузка.
- 0.7 – компьютерная нагрузка.
- 0.65 – двухполупериодный выпрямитель.
9 – хороший показатель.
В случае линейной нагрузки коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и в зависимости от характера нагрузки может носить емкостной или индуктивный характер.
В случае активной нелинейной нагрузки коэффициент мощности определяется отношением активной мощности первой гармоники тока к полной мощности, потребляемой нагрузкой (это определение справедливо только в частном случае, когда напряжение имеет чистую синусоидальную форму).
Необходимо заметить, что реальная промышленная нагрузка является нелинейной и носит преимущественно индуктивный характер (PF=0.8).
Терминология, используемая в измерительных приборах (например, анализаторе HIOKI3197)
Если коэффициент мощности характеризует процессы в цепи с несинусоидальными сигналами, то могут применяться два различных термина обозначающих коэффициента мощности:
Power Factor (PF) – коэффициент мощности.
Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) всех гармоник сигнала.
Displacement Power Factor (DPF) – смещённый коэффициент мощности. Вычисляется с использованием среднеквадратичных значений (СКЗ) только основной (первой / фундаментальной) гармоники сигнала. То есть он равен косинусу (cos) фазового сдвига между током и напряжением основной гармоники.
PF=DPF при гармонических (синусоидальных) сигналах.
Коэффициент мощности несинусоидальных токов и напряжений
Коэффициент мощности токов и напряжений, в которых присутствуют гармонические (нелинейные) искажения, вычисляется так же как и в случае синусоидальных сигналов (см. «Г.И. Атабеков Основы Теории Цепей» с.176, 434 с):
Коэффициенты, характеризующие периодические несинусоидальные функции. По аналогии с гармоническими функциями отношение активной мощности при несинусоидальных токах к полной мощности называется коэффициентом мощности и обозначается χ:
Планируется размещение дополнительных статей с рабочими названиями:
«Коэффициент мощности».
«Коэффициент мощности. Дополнения».
PF, DPF
Если коэффициент мощности характеризует процессы в цепи с несинусоидальными сигналами, то могут использоваться два различных термина обозначающих коэфф. мощности:
DPF – Displacement Power Factor или Смещённый Коэфф. Мощности вычисляется с использованием СКЗ значения только основной (т.е. первой или фундаментальной) гармоники. Тоесть он равен косинусу разницы фаз между током и напряжением основной гармоники.
Для случая синусоидальных сигналов PF=DPF.
Эта терминология используется например в анализаторе HIOKI3197.
Добавить комментарий
Все, что вам нужно знать о подразумеваемом коэффициенте нагрузки
Благодарим вас за проявленный интерес к плану Major Energy Select 12 — плану, который вознаграждает эффективных пользователей энергии одними из лучших доступных тарифов.
Сегодня потребители более осведомлены об энергии, чем когда-либо в прошлом. Если вы один из тех потребителей, которые заботятся об энергии, вы захотите узнать больше о коэффициенте нагрузки, связанном с вашим домом или бизнесом, и о том, как он связан с тем, насколько эффективно вы используете энергию.
Что такое коэффициент нагрузки?
Коэффициент нагрузки — это показатель эффективности использования энергии. Это фактическое количество энергии (киловатт-часы — кВтч), доставленное за определенный период времени, в отличие от общей возможной энергии (кВтч), которая может быть доставлена за тот же указанный период времени. Высокий коэффициент нагрузки указывает на то, что нагрузка (используемая энергия) использует электрическую систему более эффективно, тогда как потребители, недостаточно использующие систему распределения электроэнергии, будут иметь низкий коэффициент нагрузки. Электроэнергетические компании должны обеспечивать электроэнергией всех, кто находится в зоне их обслуживания, и они должны быть готовы поставлять ее, даже если все использовали максимальное необходимое количество (пиковый спрос) в любой момент времени.
Другими словами, коммунальному предприятию, возможно, не нужно фактически поставлять это максимальное количество энергии, но они должны иметь возможность сделать это. Если им приходится поставлять электроэнергию в часы пик, это может быть дорого. Это просто спрос и предложение.
Энергия стоит дорого в пиковые периоды. Клиенты, которые используют электроэнергию таким образом, чтобы уменьшить или сгладить эти пики, помогают снизить нагрузку на инфраструктуру электроснабжения. Это означает возможность более низких ставок для этих клиентов.
Коэффициент нагрузки — это число, которое дает вам представление о том, какой вы потребитель энергии; все, что вам нужно для расчета, можно найти, просмотрев свой счет за электроэнергию. Значение коэффициента нагрузки всегда будет меньше единицы. Меньшее число означает, что ваш общий спрос на энергию далеко от вашего пикового спроса и что вы могли бы быть более эффективными в потреблении энергии. Чем ближе вы подходите к 1 (или 100%), тем меньше у вас пиков в потреблении энергии и вы более эффективно потребляете электроэнергию.
Как рассчитывается коэффициент нагрузки?
Электроэнергия (потребление или мощность) Коэффициент нагрузки – это мера коэффициента использования или эффективности использования электроэнергии. Это отношение общей энергии (кВтч), использованной в расчетный период, к возможной общей энергии, использованной в течение периода, если она использовалась при пиковом спросе (кВт) в течение всего периода. Коэффициент нагрузки по спросу полезен для оценки преимуществ стратегий управления спросом и накопления энергии от батарей.
Таким образом, Расчет коэффициента нагрузки по электроэнергии равен:
Коэффициент нагрузки по потребности = кВтч/кВт/час в период
пиковое потребление (мощность) (кВт), затем разделите на количество дней в платежном цикле, а затем разделите на 24 часа в сутках. Результатом является соотношение между нулем и единицей.
An Пример расчета коэффициента нагрузки при потреблении электроэнергии
- Ежемесячное потребление энергии 2000 кВтч
- Ежемесячная пиковая потребность в электроэнергии 35 кВт
- дней в месяце 30
- часов в день 24 дня
- Коэффициент нагрузки по мощности = 2000/35/30*24 = 79,4% —> все в порядке!
«>Если коэффициент нагрузки выше 0,75, потребление электроэнергии достаточно эффективно. Если коэффициент загрузки ниже 0,5, у вас есть периоды очень высокого использования (спроса) и низкого коэффициента использования. Клиенты с низким коэффициентом нагрузки выиграют от системы контроля пикового спроса или системы накопления энергии от аккумуляторов, чтобы распределять потребление электроэнергии на более длительные интервалы времени и сглаживать пики.
Низкие коэффициенты нагрузки, например, ниже 0,4, вносят значительный вклад в общий ежемесячный счет за электроэнергию в виде платы за потребление.
Эти сборы за спрос указаны в счете как совпадающий спрос, спрос на объекты и спрос, связанный с летним периодом.
Как улучшить коэффициент нагрузки
Чем выше коэффициент нагрузки, тем лучше, но как приблизить его к отметке 1? Улучшение коэффициента загрузки в первую очередь связано с контролем пикового спроса. Снижение пикового спроса автоматически поможет увеличить процент коэффициента загрузки.
Один из способов сделать это — перенести часть энергопотребления в часы пик. Например, вы можете перенести стирку и сушку одежды на поздний вечер. Программируемый термостат также может помочь, увеличивая настройку термостата в течение дня, когда пиковая потребность высока, а затем уменьшая ее ранним вечером. Вы разгрузите электросеть и свой кошелек одновременно.
Готовы зарегистрироваться в программе Major Energy и проверить, соответствуете ли вы требованиям плана Select 12? Введите свой почтовый индекс и зарегистрируйтесь.
Что это? Что это должно быть?
Коэффициент нагрузки — чрезвычайно полезная вычисляемая величина, которая может помочь управляющим энергетикой и объектами выявлять проблемы с данными, проблемы с измерениями, возможности изменения скорости и проблемы с управлением механическими электрическими системами.
Что такое коэффициент загрузки? Как это рассчитывается? И как используется ?
Проще говоря, коэффициент нагрузки представляет собой отношение наибольшей фактической потребности в киловаттах (кВт) в течение расчетного периода к максимальному теоретическому использованию киловатт-часа (кВтч), если потребность остается постоянной в течение всего расчетного периода. Фактическое потребление электроэнергии в кВтч указано в вашем счете. Спрос на электроэнергию (в кВт) — это ваша «пиковая нагрузка». Формула коэффициента нагрузки:
Ежемесячный кВтч/(ежемесячный пиковый спрос на кВт * дни расчетного периода * 24 часа).
Например, представьте, что вы получаете счет за электроэнергию, в котором указано 40 000 киловатт-часов использования при пиковом потреблении 100 киловатт. Чтобы определить коэффициент нагрузки, вы должны разделить фактическое использование (40 000) на теоретическое максимальное использование, которое является произведением потребности в кВт (100), дней расчетного периода (30) и 24 часов в сутках.
Эта формула сокращается до 40 000/72 000 или 0,555. Выраженный в процентах, коэффициент загрузки составляет около 56 процентов. Если посмотреть на весь месяц, то средняя нагрузка составляла около 56 процентов от максимальной нагрузки в любой момент времени.
Какое значение при контроле коэффициента нагрузки?
Во-первых, давайте рассмотрим ситуации, когда можно ожидать очень высокий коэффициент загрузки, где процентное значение ближе к 100 процентам.
Высокий коэффициент нагрузки встречается только в сценариях с очень стабильной нагрузкой, когда спрос на энергию остается постоянным или почти постоянным в течение расчетного периода. Какие типы конструкций или оборудования могут соответствовать этому профилю? Центр обработки данных может. То же самое можно сказать и о холодильном складе, супермаркете или закрытой парковке с освещением, которое включено в любое время дня и ночи. В подобных ситуациях фактическое использование обычно очень близко к максимальному теоретическому использованию, потому что все работает постоянно.
Профиль с высоким коэффициентом нагрузки важен, поскольку он может квалифицировать учетную запись/счетчик для специального недорогого тарифа. Коммунальные компании ценят счетчики с высоким коэффициентом нагрузки, потому что спрос предсказуем, что облегчает планирование выработки электроэнергии. Если вы обнаружите счетчик, связанный с коэффициентом нагрузки более 80% или 90%, всегда проверяйте, входит ли счетчик в тарифный план, который вознаградит вас за это.
Но что, если вы заметите очень высокий коэффициент нагрузки в каком-либо другом здании, таком как офисное здание, школа, розничный магазин, ресторан или гостиница? Вы можете подумать, что это хорошая возможность извлечь выгоду из тарифа на коммунальные услуги с высокой нагрузкой. Однако реальность может заключаться в том, что здание управляется неэффективно.
Помните, что высокий коэффициент нагрузки связан с очень стабильной нагрузкой, а это означает, что для этого здания/счетчика, вероятно, не будет снижения в ночное время или в выходные дни.
При наличии эффективных отключений в ночное время или в выходные дни объект не будет работать с постоянной нагрузкой. Вместо этого нагрузка будет ниже ночью и выше днем. В течение рабочей недели она будет выше, а в выходные дни, как правило, ниже.
Если вы наблюдаете высокий коэффициент нагрузки в здании типа, который обычно не связан с более высокими коэффициентами нагрузки, ваш ответ должен быть: «Почему такой высокий коэффициент загрузки? Почему мы не выключаем свет на ночь?» Высокий коэффициент нагрузки часто является признаком проблем с управлением зданием, но также может указывать на проблемы с выставлением счетов или счетчиками. В любом случае, может быть возможность для значительной экономии энергии.
Что делать, если коэффициент загрузки превышает 100 процентов?
Коэффициент нагрузки выше 100 % означает, что фактическое использование было выше, чем максимальное теоретическое потребление для этого счетчика, что невозможно. Этот сценарий указывает на проблему с данными.
Всегда исследуйте, если вы обнаружите, что коэффициент загрузки превышает 100%.
А как насчет другой стороны спектра — низкого коэффициента загрузки?
Что означает коэффициент загрузки менее 20 процентов? Это говорит о том, что у вас очень «шипастая» нагрузка. Создается значительная нагрузка, но только на короткое время, затем это оборудование отключается. Какие ситуации подходят для этого сценария?
Открытая спортивная площадка является хрестоматийным примером спорадических, но интенсивных потребностей в освещении. Другим примером может быть резервный насос, насос для орошения или эжекторный насос для ливневых стоков. Этот тип оборудования работает на высокой скорости, но только изредка и в течение коротких промежутков времени.
Если вы заметили низкий коэффициент загрузки офиса, магазина, ресторана или школы, это может быть поводом для беспокойства. Непостоянные и сильно меняющиеся нагрузки не являются нормой для этих объектов. Низкий коэффициент загрузки часто указывает на проблемы с данными, проблемы со счетчиками или проблемы с выставлением счетов.
Это может также указывать на оборудование, размер которого превышает потребность в энергии.
Оборудование может генерировать очень большую нагрузку, но только в течение короткого периода времени. Этот сценарий также может привести к дорогостоящим долгосрочным штрафам за скачкообразный рост спроса. Полезно это знать, особенно когда пришло время заменить это оборудование.
Каков типичный коэффициент загрузки?
Средний коэффициент нагрузки — от 40% до 60% — типичен для офисов, ресторанов, школ и других типов зданий, в которых бывают перебои в ночное время и в выходные дни. В течение года могут быть некоторые изменения, в зависимости от потребностей HVAC, но это то, что вы должны ожидать для этих типов структур. Отчет о коэффициенте нагрузки из вашей информационной системы управления энергопотреблением (EMIS), подобный приведенному ниже из EnergyCAP, позволяет легко обнаружить проблемы с коэффициентом нагрузки.
Давайте подробнее рассмотрим некоторые примеры коэффициентов нагрузки, используя дополнительные диаграммы EnergyCAP.
Первый пример — счетчик, связанный с отдыхом на природе.
Обратите внимание, что для каждой месячной точки данных коэффициент загрузки ниже 15%. Почему это может быть? Наиболее вероятным ответом будет то, что большая часть нагрузки подается на значительную нагрузку электрического освещения, которая требуется только при использовании поля.
Но почему коэффициент нагрузки зимой выше, чем летом? Это потому, что зимой свет горит дольше, потому что больше темных часов. Фактическое использование, числитель, зимой больше. Это небольшое число по сравнению с максимальным теоретическим потреблением, но оно все же больше, чем летом, когда мы видим ту же потребляемую мощность, но в течение более короткого периода времени, потому что световой день больше.
На втором графике показан коэффициент загрузки центра обработки данных.
Коэффициент загрузки центра обработки данных в среднем составляет около 90 % — очень постоянный в течение года, как и следовало ожидать для здания такого типа.