Reaktif güç: 1000 W, cos φ 0,8 iken tesisatı neden 1250 VA gibi yükler

Belirti: etikette iki farklı güç değeri var

Bir kesintisiz güç kaynağı alırsınız ve üzerinde „1500 VA / 900 W" yazar. Bir motoru elinize alırsınız, etikette 1,1 kW ve cos φ 0,8 görürsünüz. İnverter üreticisi görünür güçten söz eder, satıcı wattlardan, elektrik faturası ise kilowatt-saatlerden.

Bu bir etiket karmaşası değildir. Bunlar üç farklı büyüklüktür. Neredeyse tamamen dirençli bir yükte — rezistansta ya da klasik akkor ampulde — hemen hemen eşittirler. Motorda, transformatörde ve deşarj lambasında ise iyice birbirinden ayrılırlar.

Fark büyük olabilir. 1000 W gücünde, cos φ değeri 0,8 olan bir yük, tesisatı 1250 VA'lık bir yük gibi zorlar. İletken de inverter de bu akımı taşımak zorundadır, oysa karşılığında fazladan hiçbir enerji yoktur. Sigorta ve koruma seçimi ise VA'yı ampere çevirmekle yapılmaz — orada tüm devrenin karakteristiği belirleyicidir.

Üç güç, tek üçgen

Watt cinsinden aktif güç, harekete, ısıya ya da ışığa dönüşen güçtür. Konut tarifesinde parasını ödediğiniz odur ve akünün ne kadar dayanacağını da o belirler.

Var cinsinden reaktif güç iş yapmaz. Kaynakla yük arasında dolaşır: periyodun bir çeyreğinde motorun manyetik alanını doldurur, sonrakinde şebekeye geri döner. Tam bir periyodun bilançosu sıfırdır, ama akım bütün bu süre boyunca akar.

Volt-amper cinsinden görünür güç, gerilimle akımın çarpımıdır — yani iletkenin gerçekten gördüğü şey. Üçünü Pisagor teoremi birbirine bağlar:

S² = P² + Q²

1000 W ve cos φ 0,8 olan bir yük için 1250 VA görünür güç ve 750 var reaktif güç çıkar. 230 V'ta bu, 4,35 A yerine 5,43 A demektir — aynı iletkende, yapılan iş aynıyken dörtte bir daha fazla akım.

Kimsenin tüketmediği akım nereden gelir

Motor, akımı doğrudan harekete çevirmez. Önce sargıda bir manyetik alan kurması gerekir — ve mil yüklü olsun olmasın, bu alan beslenmek zorundadır.

Mıknatıslama akımı, motor boşta dönerken de akar. Bu yüzden az yüklenmiş bir motorun cos φ değeri, tüm çalışma aralığındaki en kötü değerdir: aktif güç olarak az çeker, ama mıknatıslamayı aynı ölçüde yapmak zorundadır. „Bol yedekli" seçilmiş bir motor durumu düzeltmez, kötüleştirir.

Aynı mantık transformatörler, deşarj armatürlerindeki balastlar ve kontaktör bobinleri için de geçerlidir. Rezistansın, akkor ampulün ve su ısıtıcısının mıknatıslayacak bir şeyi yoktur — onlarda cos φ bire yakındır ve üç güç pratikte eşittir. Bu, LED armatürler ve floresanlar için geçerli değildir: orada şebeke ile ışık kaynağı arasında elektronik bir devre durur ve iş başka türlü işler.

cos φ her zaman güç katsayısı değildir

Burası, sektör metinlerinin bile yanıldığı yerdir.

cos φ, gerilimle akım arasındaki faz kaymasını tanımlar. Akım bir sinüs olduğunda anlamlıdır — yani motorlarda, transformatörlerde ve diğer doğrusal yüklerde.

Güç katsayısı daha geniş bir kavramdır: dalga biçiminden bağımsız olarak aktif gücün görünür güce oranı. Anahtarlamalı güç kaynakları, inverterler, şarj cihazları ve LED aydınlatmanın bir bölümü bozulmuş akım çeker — sinüs değil, gerilim tepesinde kısa darbeler. O durumda cos φ tek başına sonucu iyimser gösterir, çünkü harmonikleri hesaba katmaz.

Pratik sonuç: cos φ ile yapılan hesap motor ve transformatör için doğrudur. Bilgisayar güç kaynağı ya da konvertör için ise onu iyimser taraftan bir tahmin sayın ve gerçek güç katsayısını cihazın belgelerinden kontrol edin.

Kompanzasyon: kondansatörler ve halledemeyecekleri

Motorun reaktif gücünü şebekeden çekmek yerine yerinde üretmek mümkündür. Kondansatör, zıt işaretli reaktif güç çeker; motora paralel bağlandığında besleme iletkeninden geçen miktarı azaltır.

Sayılı bir örnek. Bir tesis 400 V ve 50 Hz'de, cos φ 0,7 ile 10 kW çekiyor ve 0,95'e çıkmak istiyor. Kompanze edilecek miktar 6915 var. Bunun için üçgen bağlantıda faz başına 45,86 µF, yıldız bağlantıda ise 137,57 µF gerekir — üç kat fazlası. Bağlantı biçimini söylemeden tek bir değer veren, üç durumun ikisinde yanılır. Besleme iletkenindeki akım bu arada yüzde 26,3 azalır.

Böyle bir sonucun söylemedikleri. Tesisatta harmonik olup olmadığını söylemez — doğrusal olmayan yüklerde kondansatör bankası şebeke endüktansıyla rezonansa girip durumu düzeltmek yerine kötüleştirebilir. Çalışma gerilimi seçiminin, kondansatör sınıfının ve üretici koşullarının kontrolünün yerini tutmaz. Mikrofarad değeri, belirtilen bağlantı biçimi için teorik bir hesaptır, alışveriş listesi değil.

Bu sizi ne zaman ilgilendirir

Birinci durum, inverter ya da kesintisiz güç kaynağı seçimidir. Bu cihazların gücü volt-amper olarak verilir, çünkü onları sınırlayan enerji değil akımdır. 600 W gücünde, cos φ değeri 0,45 olan doğrusal bir yük yaklaşık 1333 VA ister. İnverterin üzerindeki „1000 W" yazısı bu yüzden değerlendirme için yetmez: cihazın VA olarak verilen sürekli ve tepe gücünü, izin verilen akımı ve kendi yükünüzün verilerini karşılaştırın.

İkincisi, reaktif güç bedelidir. Şebeke işletmecisi ya da tarife, belirlenen düzeyin üzerindeki reaktif enerji fazlasını faturalandırabilir. Burada eşik ya da tarife vermiyoruz, çünkü bunlar ülkeye, tarifeye ve sözleşmeye bağlıdır — nerede olduğunuzu bilmeyen bir hesaplayıcıda değil, kendi sözleşmenizde ve faturanızda kontrol edin. Bedelin hiç uygulanıp uygulanmayacağı ve hangi düzeyden başlayacağı, o bağlantı noktası için sözleşmeden ve işletmecinin kurallarından çıkar. Genel bir yazı — bu yazı da dahil — kendi faturanızı değerlendirmenin dayanağı olamaz.

Üçüncüsü, kablo kesitidir. Kesit akıma göre seçilir, akım ise görünür güçten çıkar. Aynı 1000 W'lık yük, cos φ 0,8'de 5,43 A'lık, cos φ 1'de 4,35 A'lık bir iletken ister.

Kaynaklar

• Fluke 39/41B — temel frekanstaki cos φ ile harmonikleri içeren tam güç katsayısı arasındaki fark
• Fluke — beşinci harmonik rezonansı: kondansatörler durumu ne zaman kötüleştirir
• Tarife yönetmeliği (Dz.U. 2019 poz. 503) — ulusal (Polonya) düzenleme örneği; reaktif enerji faturalandırmasını kendi işletmecinizden kontrol etmek için bir başlangıç noktası