电力因素在电气系统中的作用

电源因子(PF)是指电流(AC)交替电路中实际电源(瓦特)与表面电源(伏特-护板)的比例. 纯电阻负载的PF为1.0,而电动机,变压器和照明压载器等诱导负载则引入了反应力,降低PF. 低电源意味着电源系统必须承载比必要的电流,以交付同样数量的有用工作. 这种超载电流的电源导电器,开关装置,以及防护装置,创造了直接损害电安全,增加火风险的条件.

真实对反应力

真正的电源进行有益的工作—— 旋转电源, 热电源, 照明一个房间。 反射电源维持了导电设备所需的磁场, 但不能产生工作效果。 公用事业通常测量表面电源(kVA) , 因为整个电流, 包括反应电源必须产生和交付。 当PF 下降到 0. 9 或 0.85 以下时, 系统会吸引高反应电流, 提高电流[ [FLT: 0] 的电流[ [FLT: 1] 的电位, 而不会增加实际的电源输出。 这种隐藏电流会成为一种热危害 。

贫乏力量因素的后果

低PF力分配变压器、电缆和板板处理电流高于名牌评级,这会导致导电器中反暖[并加速绝缘衰老。 随着时间的推移,热降解会削弱电缆夹克和发动机的风切变,增加地面断层、相位短线和电弧的概率 — — 所有常见的点火源都用于电火。 低PF的设施经常遇到断层器绊倒、设备寿命缩短和由于功率因素的罚单而增加能源费。

权力因素纠正机制

电源因子校正(PFC)通过增加电容反应来抵消导电反应. 电容器在当地提供反应电源,减少从公用源抽取的响应电流. 净效应是同一真实电荷的总电流较低,直接降低上游分配设备的热应力[.

电容库和自动系统

固定电容器库可以补偿稳定的电感负载,但现代设施使用自动的PFC控制器,根据实时PF测量来换电容器步骤。这些系统在不同负荷之间保持接近的团结PF(通常为0.95–0.99 ) 。 自动校正可以防止过度的校正,这可能造成谐振或电压的转速,两者都具有安全性。 Thyristor oxwitched电容器提供快速的过渡时间,并消除机械接触磨损,从而降低PFC设备本身的电弧风险。

谐波器和安全考虑

非线性负载,如可变频驱动器、UPS系统和LED驱动器,会产生扭曲电压波形的谐振电流。电容器如果尺寸不适当或不调谐,可以扩大谐振。 脱钩反应堆(系列导体)经常被添加来过滤主电容,防止共振。 不解决谐振器可能导致电容过热、电离断裂甚至爆炸,从而削弱PFC的安全效益。现代的谐振式滤波系统在降低这种风险的同时,仍然可以改进PF。

通过电源因子校正改进安全性

PFC不仅仅是节能工具;它是一种基本的电安全措施。 通过减少总系统电流,校正可以降低从服务入口到最后负荷对每个部件的热负载。

减少电缆和变压器加载

下流意味着电缆运行时的距离比其安乐度评级低一分,将头室留给未来负荷,并将导电温度控制在绝缘度评级阈值以下。 变形器还运行冷却器,延长线圈寿命,降低短路风化的可能性。 电流降低10%可以将I2R损失减半,在紧凑的管道运行中大幅降低热点温度。

减缓过热和绝热降解

绝缘故障是导致电火的主要原因。 即使中度过热也加速了聚氯乙烯、XLPE和其他绝缘材料的化学分解。 使用PFC,热量的减少会减缓这一衰老过程。 对于现有具有老化基础设施的建筑物来说,PFC可以是一种成本-效益高的改造,可以延长无全线复线的安全服务寿命。

弧光降低风险

弧闪事件能量取决于断层电流的大小和清除时间。虽然PFC不会直接减少螺栓断层电流,但它会提高系统稳定性,降低热应力引发的电流断层的可能性。此外,PFC电容器还可以减少启动期间大型马达产生的电流,防止干扰断层器出行,从而造成不安全的工作条件。执行PFC的设施往往看到电弧闪点事件较少,所需个人防护设备(PPE)水平较低。

通过热管理防火

大多数电火源于高电阻或超载电路产生的过热,PFC解决了这两个根源.

超时和短程循环预防

平稳电流的降低降低了持续超载的可能性。 尽管防护装置仍然用于短路断层,但一个具有良好PF的系统不太可能在绝缘故障前发生热逃逸。 在许多情况下,PFC允许现有的电路处理额外的设备而不超过安乐,从而消除了“拖曳”负载到已征税电路的危险做法。

PFC设备中的保护特征

现代电容器库包括集成的超压防护、排气阻塞器和热断电。 许多自动系统在失去控制电源或异常电压条件时断开,防止灾难性电容器故障。这些内建的安全电路是防火的又一层,独立于主楼保护。 自救电容器[]能进一步增强安全性。

实施最佳做法

安全部署全氟化学品需要精心规划、适当规模化和持续维护。

场地评估和大小

全面的电源质量审计应在不同负载条件下的多个点测量PF. 使用电源质量分析器的和谐分析对于识别共振风险至关重要,目标PF应当基于公用电费和系统容量设定,但超过0.99的超额校正会导致电压升高和降低安全幅度. IEEE 141和IEEE 519标准为可接受的扭曲极限和电容尺寸提供了指导.

维护和监测

电容器随时间而退化;电解质干燥,胶片电容器的电击会降低其有效的千伏力输出. 电容器库和断开开开关的常规红外扫描可以发现热连接. 自动PFC控制器经常记录电容器故障时的PF趋势和警报. 保护电容器电路的引信和断路器应被核查以安全地中断可用的断层电流. NFPA 70B(电气设备维修建议做法)详细规定了电容器库的检查间隔.

遵守规章和标准

电气守则和安全标准日益认识到全氟化学品是一种防火措施。

NFPA 70(国家选举委员会)和国际电联准则

《国家电码》要求电容器设施包括超流保护、断电手段和排出电阻器。NEC第460条涉及电容器,第705条涉及可再生能源系统中的全氟化学品。IEC 60831 ⁇ 1[等国际标准规定了对散电容器的安全要求。能源编码严格的管辖区的设施也可能需要保持最低限度的PF(通常为0.9或更高)以避免处罚,这还会产生一种提高安全性的监管激励。

经济和安全协同

公共金融公司减少公用事业需求费,避免电力因素罚款,这往往导致12至24个月的回报期。 这些财政节余直接资助了安全性的改善。 此外,降低现有能力,无需花费高昂的分销升级 — — “安全增长”战略。 一些地区的保险公司为有文件证明的电力因素校正设施提供保费折扣,承认火灾风险降低。 美国能源部关于电力因素校正的指导意见强调了工业和商业建筑的经济和安全优势。

关键取走: 动力因子校正是一种低风险,高回报的干预,直接减轻了大部分电力火灾造成的热力和电力压力。 当使用谐波滤波器、适当的超流防护和定期维护进行工程时,PFC系统提供了几十年的安全高效运行。

结论

电源因子校正远不止是一个能量优化工具,它积极降低电流水平,降低运行温度,延长设备寿命,并减少最常见的点火源。从一个小型商业办公室到一个大型工业工厂,PFC提供了一种可伸缩的安全升级,可以支付费用。安装自动的、有声波的过滤电容器库,进行严格的维护和监测,为人员和财产创造了更安全的电环境。 在电源防火的等级中,电源校正应当有一个与适当的地面、弧断路器和定期的热量检查平行的位置。

关于电阻防火和电源质量的进一步解读,参见NFPA的电源消防安全资源和IEEEE 1459号关于电源定义的实用安全评估标准。