1000 kVA trafo maksimaalse kW koormusvõime määramine: võimsusteguri mõju

Kuidas arvutada 1000 kVA trafo kW koormusreitingut võimsusteguri põhjal

Vanema tüübiga1000kVA trafoKas see trafo, mis praegu käsitseb umbes 200 kW koormust, suudab rahuldada suurenenud nõudlust, kui plaanime lisada uue umbes 600 kW koormuse? See küsimus keerleb peamiselt põhimõiste ümber: kVA ja kW vaheline seos ja erinevus.

kVA ja kW vaheline seos ja erinevus

kVA (kilovolt-amper) on näivvõimsuse ühik ja kW (kilovatt) on aktiivvõimsuse ühik. Lisaks näivvõimsusele ja aktiivvõimsusele on olemas ka reaktiivvõimsus, mida mõõdetakse kvaris (kilovaris).

Mis vahe on aktiivvõimsusel, reaktiivvõimsusel ja näivvõimsusel?

AktiivvõimsusVattides (W) mõõdetuna näitab see vooluringi (nt küte, valgustus) tegelikku tarbitud energiat või tehtud kasulikku tööd.

ReaktiivvõimsusMõõdetuna volt-amprites reaktiivvõimsusena (VAR), toetab see induktiivkoormustes (nt mootorites) magnetvälju, kuid ei tee tegelikku tööd. Näiteks kui elektriseade sisaldab kondensaatoreid või mähiseid, siis need komponendid seadme töötamise ajal pidevalt laevad ja tühjenevad. Kuna kondensaatorid/mähised selle laadimise/tühjendamise käigus tegelikult elektrienergiat ei tarbi, nimetatakse sellega seotud võimsust reaktiivvõimsuseks.

Nähtav võimsusMõõdetuna voltamprites (VA) on see aktiiv- ja reaktiivvõimsuse kombinatsioon, mis esindab vooluahela koguvõimsust. Toiteallikas (tavaliselt trafo või generaator) peab elektriseadmetele andma lisaks aktiivvõimsusele ka reaktiivvõimsust. Seda seetõttu, et kuigi seadme kondensaatorid ei tarbi aktiivvõimsust, nõuab nende pidev laadimine ja tühjendamine siiski, et toiteallikas eraldaks osa oma võimsusest selle protsessi toetamiseks.

Pärast nende mõistete selgitamist saame nüüd uurida nende omavahelisi seoseid, mis viib meid teise olulise mõiste juurde: võimsustegur. Toiteallika tarnitava aktiivvõimsuse hulk sõltub otseselt võimsustegurist.

Mis on võimsustegur?

Võimsustegur (cosΦ) on aktiivvõimsuse (P) ja näivvõimsuse (S) suhe:

Näiteks 1000 kVA trafo suudab võimsusteguri (cosφ) 0,6 korral anda 600 kW aktiivvõimsust, samas kui võimsusteguri 0,9-ni tõustes võib see anda 900 kW aktiivvõimsust.

Kui elektri hind on 1 dollar kilovatt-tunni (kWh) kohta, siis võimsusteguriga 0,6 töötav trafo võib genereerida 600 dollarit tunnis majanduslikku tulu. Kui võimsustegur paraneb 0,9-ni, võib sama trafo genereerida 900 jeeni tunnis tulu.45 Kuigi võimsusteguri parandamise rahaline kasu on ilmne, ulatuvad selle laiemad tehnilised tagajärjed (nt võrgu stabiilsuse optimeerimine ja energiakadude vähendamine) palju kaugemale neist otsestest kasudest.

Mitu kilovatti (kW) suudab 1000 kVA trafo toota?

Eelnevalt omandatud põhiteadmistega saame nüüd selle artikli põhiküsimusele selgelt ja täpselt vastata.

Trafo võimsust mõõdetakse kVA-des (kilovolt-amprites), elektriseadmete energiatarvet aga kW-des (kilovattides). Peamine erinevus seisneb selles, et seadme aktiivvõimsuse (kW) arvutamiseks tuleb selle näivvõimsus (kVA) korrutada võimsusteguriga (cosφ). Näiteks 1000 kVA trafo suudab täiskoormusel anda ainult 1000 kW väljundvõimsust, kui see töötab võimsusteguriga 1,0. Sellise ideaalse seisundi (PF = 1,0) saavutamine on aga reaalsetes rakendustes praktiliselt võimatu.

Kui projekteerimisfaasis rakendame võimsusteguri kompenseerimist, et saavutada võimsustegur 0,95, tuleks trafo aktiivvõimsus arvutada järgmiselt: 1000 × 0,95 = 950 kW. Oluline märkus: Elektriettevõtted nõuavad karistuste vältimiseks võimsustegurit (PF) ≥ 0,9; PF = 1,0 ületamine võib aga põhjustada süsteemi pinge tõusu ja kahjustada võrgu stabiilsust.

A1000kVA trafoalgselt annab see 200 kW elektrilise koormuse. Pärast uue 600 kW koormuse lisamist ulatub aktiivvõimsuse kogutarve 800 kW-ni, mis jääb trafo arvutatud ohutu tööpiiri piiresse.

Seetõttu a1000kVA trafoAlgselt 200 kW elektrikoormust pakkuv seade saab ohutult pikaajaliselt töötada ka pärast uue 600 kW koormuse lisamist (kokku 800 kW), eeldusel, et võimsustegur on nõutavale tasemele optimeeritud.