Faktor kuasa

Faktor kuasa bagi sebuah sistem kuasa elektrik AU ditakrif sebagai nisbah kuasa sebenar yang mengalir ke beban, dengan kuasa ketara dalam litar,^[1][2] dan merupakan nombor yang tidak berdimensi dengan nilai antara -1 dan 1. kuasa adalah kemampuan litar bagi menjalankan kerja pada satu-satu masa. Kuasa ketara adalah hasil darab arus dan voltan bagi sesebuah litar. Disebabkan tenaga disimpan di dalam beban dan dikembalikan ke sumber, atau disebabkan beban tidak linear yang mengherotkan bentuk gelombang arus yang ditarik dari sumber, kuasa ketara akan lebih besar daripada kuasa sebenar. Faktor kuasa negatif berlaku apabila peranti, lazimnya beban itu sendiri, menjana kuasa yang kemudiannya mengalir kembali ke peranti yang lazimnya dianggap penjana.^[3][4][5]

Dalam sistem kuasa elektrik, satu beban dengan faktor kuasa yang rendah menarik lebih arus daripada satu beban yang tinggi faktor kuasanya dengan jumlah kuasa yang sama dipindahkan. Arus yang lebih tinggi meningkatkan kehilangan tenaga dalam sistem agihan, dan memerlukan wayar yang lebih besar bersama dengan peralatan yang lain. Disebabkan kos peralatan yang besar dan tenaga yang dibazirkan, utiliti elektrik akan mengenakan kos yang lebih tinggi untuk pelanggan industri atau komersil yang mempunyai faktor kuasa yang rendah.

Beban linear dengan faktor kuasa yang rendah (seperti motor aruhan) boleh dibetulkan dengan jaringan kapasitor dan peraruh. Beban tidak linear, seperti penerus, mengherotkan arus yang ditarik dari sistem. Dalam kes sebegini, pembetulan faktor kuasa yang aktif atau pasif boleh digunakan untuk mengimbangi herotan dan menaikkan faktor kuasa. Peranti bagi pembetulan faktor kuasa boleh diletakkan di substesen pusat, disebarkan ke sebuah sistem agihan, atau dibina ke dalam peralatan yang memerlukan kuasa.

Litar linear

Kuasa purata dan seketika yang dikira dari voltan dan arus AU dengan faktor kuasa sifar (${\displaystyle \varphi =90}$, ${\displaystyle \cos \varphi =0}$). Garisan biru menunjukkan semua kuasa disimpan sementara dalam beban semasa kitaran suku pertama dan kembali ke grid semasa kitaran suku kedua, maka tiada kuasa sebenar yang digunakan.

Kuasa purata dan seketika yang dikira dari voltan dan arus AU dengan faktor kuasa mengekor (${\displaystyle \varphi =45}$, ${\displaystyle \cos \varphi =0.71}$). Garisan biru menunjukkan sesetengah kuasa dikembalikan grid ketika bahagaian kitaran berlabel φ

Dalam litar AU yang hanya mempunyai kerintangan, bentuk gelombang arus dan voltan adalah dalam fasa, mengubah kekutuban pada masa yang sama dalam setiap kitaran. Semua kuasa yang memasuki beban adalah digunakan (atau disisihkan). Apabila beban reaktif hadir, seperti kapasitor atau peraruh, simpanan tenaga dalam beban disebabkan perbezaan masa antara bentuk gelombang arus dan voltan. Semasa setiap kitaran voltan AU, tenaga tambahan, sebagai tambahan kepada sebarang tenaga yang digunakan dalam beban, adalah disimpan sementara di dalam beban sama ada dalam bentuk medan elektrik atau magnet, dan kemudian dipulangkan ke grid kuasa beberapa pecahan sata kemudian di dalam kitaran. "Pasang surut" kuasa tak produktif ini meningkatkan arus dalam talian. Maka, litar dengan faktor kuasa rendah akan menggunakan arus yang lebih tinggi untuk memindahkan beberapa kuantiti kuasa sebenar dari litar dengan faktor kuasa tinggi. Beban linear tidak mengubah bentuk gelombang arus, tetapi mungkin mengubah pemasaan (fasa) relatif antara voltan dan arus.

Litar yang mengandungi unsur rintangan pemanasan semata-mata (lampu filamen, dapur memasak, dll.) mempunyai faktor kuasa 1.0. Litar yang mengandungi unsur muatan dan aruhan (motor elektrik, injap solenoid, balast lampu, dan yang lain) sering mempunyai faktor kuasa di bawah 1.0.

Rujukan

1. IEEE Std. 100 Authoritative Dictionary of Standards Terms, 7th editionISBN 0-7381-2601-2
2. IEEE Std. 1459-2000 Trial-Use Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions, Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2000, 0-7381-1963-6. This standard says in Note 1, section 3.1.1.1 when defining the quantities for power factor, that real power only flows to the load and can never be negative
3. On the resistance and electromotive forces of the electric arc, W. Duddell, Proceedings of the Royal Society of London, pp. 512-515, 1901. “The fact that the solid arc has, at low frequencies, a negative power factor, indicates that the arc is supplying power to the alternator…”
4. Analysis of some measurement issues in bushing power factor tests in the field, S. Zhang, IEEE Trans Pwr Del, Vol 21, Issue 3, pp 1350-1356, July 2006. “…(the measurement) gives both negative power factor and negative resistive current (power loss).”
5. Performance of Grid-Connected Induction Generator under Naturally Commutated AC Voltage Controller A.F. Almarshoud et al., Electric Power Components and Systems, Vol 32, Issue 7, 2004. “Accordingly, the generator will absorb active power from the grid, which leads to negative power factor.”

Pautan luar

• (Inggeris)Harmonics and how they relate to power factor
• (Inggeris)NIST Team Demystifies Utility of Power Factor Correction Devices, NIST, December 15, 2009