Stromqualität und Beleuchtung (Teil 2)

Elektrische Energiequalität und Beleuchtung

Fortsetzung vom ersten Teil: Stromqualität und Beleuchtung (Teil 1)

Was ist der Leistungsfaktor?

Der Leistungsfaktor ist ein Maß dafür, wie effektiv ein Gerät Eingangsstrom und -spannung in elektrische Nutzleistung umwandelt. Mathematisch ist es wie folgt definiert:

Leistungsfaktor Dreieck

Woher P ist Wirkleistung und S ist die Scheinleistung.

Es wird oft verwechselt mit:

Woher P₁ ist die Wirkkraft der fundamentalen und S₁ ist scheinbare Kraft davon.

cosφ befasst sich ausschließlich mit dem GrundlegendenFrequenz und unterscheidet sich daher vom Leistungsfaktor, wenn Oberwellen in der Installation vorhanden sind. Es beschreibt die kombinierten Auswirkungen von aktuellem THD und Blindleistung aus der Phasenverschiebung. Ein Gerät mit einem Leistungsfaktor von 1,0 (1,0) hat einen Strom von 0% THD und eine Stromaufnahme, die mit der Spannung synchronisiert ist. Widerstandslasten wie Glühlampen haben Leistungsfaktoren von Eins.

Ein Gerät soll einen hohen Leistungsfaktor (HPF) habenwenn die Leistung 0,9 oder größer ist. Ein Leistungsfaktor zwischen 0,5 und 0,9 wird als normaler Leistungsfaktor (NPF) bezeichnet. Magnetische und elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen können entweder HPF oder NPF sein. HPF-Vorschaltgeräte verfügen normalerweise über Filter zum Reduzieren von Oberwellen und Kondensatoren zum Verringern der Phasenverschiebung.

Im Durchschnitt erhöhen diese zusätzlichen Komponenten die Einzelhandelskosten von Vorschaltgeräten um etwa 16% (Dorret al. 1994).

Leistungsfaktor-Tabelle

NLPIP-gemessener Leistungsfaktor für verschiedene Arten von Beleuchtungslasten und für gewöhnliche Büroausstattung; Diese Daten werden in angezeigt Tabelle 2 unten.

Beispiele für die Stromqualitätskennlinie für verschiedene elektrische Lasten

Tabelle 2 - Musterqualitätsmerkmale für verschiedene elektrische Lasten

Welche Probleme ergeben sich aus einer schlechten Stromqualität?

Eine schlechte Stromqualität kann die Verteilung beschädigenSystem und Geräte, die auf dem System arbeiten. In seltenen Fällen kann eine schlechte Stromqualität zu einer gefährlichen Überlastung des Neutralleiters in einem dreiphasigen Stromkreis führen. Bei dieser Art von Schaltung teilen sich drei Stromversorgungsdrähte einen geerdeten Schaltungsleiter (den Neutralleiter). In einem System ohne THD führt der Neutralleiter keinen Strom. Hochstrom-THD-Geräte können ungeradzahlige dreifache Oberwellen (dritte, neunte, fünfzehn usw.) an die Spannungsversorgung senden, die sich jedoch nicht gegenseitig aufheben. Sie addieren sich auf dem Neutralleiter, und wenn der Strom den Nennwert des Drahtes überschreitet, kann der Neutralleiter überhitzen und eine Brandgefahr darstellen.

Spannungsverzerrungen können auch die Lebensdauer von verkürzenNetztransformatoren und bewirken einen Ausfall der Kondensatorbatterien. Viele Versorgungsunternehmen erheben für ihre Kunden eine Strafgebühr, wenn der Leistungsfaktor, der an dem Punkt gemessen wird, an dem der Versorgungsdienst an den Standort des Kunden gekoppelt wird, einen bestimmten Wert unterschreitet:

Die Blindleistung nutzt die Kapazität des Verteilungssystems, wodurch die Menge an Wirkleistung begrenzt wird, die ein Versorgungsunternehmen liefern kann. Dies kann ein Problem in Zeiten hoher Nachfrage sein.

Wenn die Spannung THD unter dem IEEE-Grenzwert von 5% liegt,Die meisten Geräte haben keine Probleme. Widerstandslasten wie Glühlampen reduzieren tatsächlich Spannungsoberwellen. Motorlasten reduzieren auch Oberwellen, aber die Motoren unterliegen einer Überhitzung, wenn die Spannungsverzerrung zunimmt. Oberwellen fünfter Ordnung wirken sich besonders nachteilig aus: Sie verschlechtern die Effizienz des Motors schnell, indem sie für einen Teil des Zyklus ein Drehmoment erzeugen, das dem normalen Drehmoment entgegengesetzt ist.

Elektronische Hochfrequenz-Vorschaltgeräte arbeiten mitFrequenzen im Bereich von 20 bis 60 kHz (kHz). Die von diesen Vorschaltgeräten erzeugten Oberwellen haben entsprechend hohe Frequenzen und können einige Kommunikationsgeräte, einschließlich Funkgeräte, Sprechanlagen und schnurlose Telefone, stören. Geräte, die Stromleitungsträgersignale verwenden, wie synchronisierte Takte und Steuermodule zum Erstellen von Energiemanagementsystemen, können ebenfalls Probleme haben, wenn Oberwellen bei Frequenzen in der Nähe des Trägersignals vorhanden sind.

Welche Grenzwerte für den aktuellen THD und den Leistungsfaktor werden in der Beleuchtungsindustrie verwendet?

Normungsorganisationen haben keinen Leistungsfaktor festgelegtGrenzwerte für Beleuchtungsprodukte, mit Ausnahme der Anforderung, dass der Leistungsfaktor 0,90 erfüllen oder überschreiten muss, damit Hersteller behaupten können, dass ein Produkt einen hohen Leistungsfaktor aufweist. Lichtdesigner, Architekten und andere Lichtspezifizierer spezifizieren häufig HPF-Vorschaltgeräte für Gebäude mit empfindlichen Geräten, wie beispielsweise Krankenhäusern.

Gemäß ANSI maximales THD-Limit von32% für elektronische Vorschaltgeräte für Vollleuchtstofflampen sind festgelegt. Sie begrenzt auch die Amplitude der Harmonischen dritter Ordnung auf 30% der Grundamplitude und begrenzt die Amplitude aller Harmonischen höherer Ordnung (größer als elf Ordnung) auf 7% der Grundschwingung. CSA, IEC und IEEE legen eine 20% ige THD-Grenze für elektronische Vorschaltgeräte fest. Nahezu alle elektronischen Vorschaltgeräte, die derzeit für 4-Fuß-T12- und T8-Lampen verfügbar sind, haben einen hohen Leistungsfaktor mit einem Stromunterschied von weniger als 20%.

Einige Kompaktleuchtstofflampen (CFLs) habenDer derzeitige THD-Wert liegt über 100%, aber sie haben im Vergleich zu anderen Produkten mit hohem THD-Wert, wie z. B. Personalcomputern, eine niedrige Wirkleistung. Daher haben Standardorganisationen keine Anforderungen an die Stromqualität für CFLs festgelegt.

Einige Dienstprogramme setzen aktuelle THD-Anforderungen fürProdukte in ihren Lichtanreizprogrammen. Beispielsweise beschränken die Duke Power Co. in North Carolina und New England Electric Systems den Strom THD für elektronische Vorschaltgeräte für Volllampen auf 20%.

Zusätzlich begrenzt New England Electric Systems den aktuellen THD für CFLs auf 25%.