Was ist der Leistungsfaktor (PF)

2019-01-11 23:28:19

In der Elektrotechnik wird der Leistungsfaktor eines Wechselstromsystems als Verhältnis der von der Last aufgenommenen Wirkleistung zur im Stromkreis fließenden Scheinleistung definiert und ist eine dimensionslose Zahl im geschlossenen Intervall von ?1 bis 1. Ein Leistungsfaktor von weniger als eins zeigt an, dass Spannung und Strom nicht in Phase sind, wodurch das Momentanprodukt der beiden reduziert wird. Die Wirkleistung ist das Momentanprodukt aus Spannung und Strom und stellt die Kapazität des Stroms dar, Arbeit zu verrichten. Die Scheinleistung ist das durchschnittliche Produkt aus Strom und Spannung. Aufgrund der in der Last gespeicherten und an die Quelle zurückgegebenen Energie oder aufgrund einer nichtlinearen Last, die die Wellenform des von der Quelle bezogenen Stroms verzerrt, kann die Scheinleistung größer als die Wirkleistung sein. Ein negativer Leistungsfaktor tritt auf, wenn das Gerät (normalerweise die Last) Strom erzeugt, der dann zurück zur Quelle fließt.

 

In einem Stromnetz zieht eine Last mit niedrigem Leistungsfaktor bei gleicher übertragener Nutzleistung mehr Strom als eine Last mit hohem Leistungsfaktor. Die höheren Ströme erhöhen den Energieverlust im Verteilungssystem und erfordern dickere Kabel und andere Geräte. Aufgrund der Kosten für dickere Geräte und Energieverschwendung berechnen Stromversorger industriellen oder gewerblichen Kunden bei niedrigem Leistungsfaktor normalerweise höhere Kosten.

 

Die Leistungsfaktorkorrektur erhöht den Leistungsfaktor einer Last und verbessert so die Effizienz des Verteilungssystems, an das sie angeschlossen ist. Lineare Lasten mit niedrigem Leistungsfaktor (wie Induktionsmotoren) können mit einem passiven Netzwerk aus Kondensatoren oder Induktoren korrigiert werden. Nichtlineare Lasten wie Gleichrichter verzerren den aus dem System entnommenen Strom. In solchen Fällen kann eine aktive oder passive Leistungsfaktorkorrektur verwendet werden, um der Verzerrung entgegenzuwirken und den Leistungsfaktor zu erhöhen. Die Geräte zur Korrektur des Leistungsfaktors können sich in einem zentralen Umspannwerk befinden, über ein Verteilungssystem verteilt sein oder in stromverbrauchende Geräte eingebaut sein.

 

 

75 Mvar Kondensatorbatterie in einem 150 kV Umspannwerk

Leistungsfaktoren unter 1.0 erfordern, dass ein Versorgungsunternehmen mehr als die Mindest-Voltampere erzeugt, die zur Bereitstellung der Wirkleistung (Watt) erforderlich sind. Dies erhöht die Erzeugungs- und Übertragungskosten. Wenn der Leistungsfaktor der Last beispielsweise nur 0.7 beträgt, beträgt die Scheinleistung das 1.4-fache der von der Last verbrauchten Wirkleistung. Der Leitungsstrom im Stromkreis beträgt auch das 1.4-fache des bei einem Leistungsfaktor von 1.0 erforderlichen Stroms, sodass sich die Verluste im Stromkreis verdoppeln würden (da sie proportional zum Quadrat des Stroms sind). Alternativ müssten alle Komponenten des Systems wie Generatoren, Leiter, Transformatoren und Schaltanlagen größer (und teurer) werden, um den zusätzlichen Strom zu übertragen. Wenn der Leistungsfaktor nahe bei XNUMX liegt, kann bei gleicher KVA-Leistung des Transformators mehr Last angeschlossen werden.

 

Versorgungsunternehmen berechnen gewerblichen Kunden normalerweise zusätzliche Kosten, wenn ihr Leistungsfaktor unter einem bestimmten Grenzwert liegt, der normalerweise zwischen 0.9 und 0.95 liegt. Ingenieure interessieren sich oft für den Leistungsfaktor einer Last, da dieser einen der Faktoren darstellt, die die Effizienz der Stromübertragung beeinflussen.

 

Angesichts der steigenden Energiekosten und der Bedenken hinsichtlich der effizienten Stromversorgung ist die aktive Leistungsfaktorkorrektur in der Unterhaltungselektronik immer üblicher geworden. Die aktuellen Energy Star-Richtlinien für Computer fordern einen Leistungsfaktor von ≥ 0.9 bei 100 % der Nennleistung des PC-Netzteils. Laut einem Whitepaper von Intel und der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde müssen PCs mit internen Netzteilen eine aktive Leistungsfaktorkorrektur verwenden, um die Anforderungen des ENERGY STAR 5.0-Programms für Computer zu erfüllen.

 

In Europa erfordert die Norm EN 61000-3-2 den Einbau einer Leistungsfaktorkorrektur in Verbraucherprodukte.

 

Kleinen Kunden wie Haushalten wird üblicherweise keine Blindleistung in Rechnung gestellt, daher werden bei diesen Kunden auch keine Leistungsfaktormessgeräte installiert.