קורס בתורת החשמל מאת יוסי יאשי

(The power factor and its importance in AC circuits)

בכל צרכן קיבולי או השראי, בזרם חילופין, מתפתחים כאמור שלושה סוגי הספקים: הספק פעיל, הספק עיוור והספק מדומה. היחס בין ההספק הפעיל להספק המדומה נקרא בשם גורם (כופל) ההספק והוא מסומן (PF (power factor .

אם נבחן את משולש ההספקים ברשתות זרם חילופין, נגלה שהיחס בין ההספק הפעיל P להספק המדומה S מבטא את  (היחס בין הניצב שליד הזווית לבין היתר).

חישוב מקדם ההספק PF:

(11.33) 

הערות:

1.     מאחר שזווית ההספק המדומה שווה לזווית של עכבת המעגל, אפשר לחשב את מקדם ההספק PF גם באמצעות עכבת המעגל. אין צורך בחישוב ההספקים לשם קביעת מקדם ההספק של המעגל, אפשר לחשב cos של זווית העכבה!

2.     היות שפעולת cos על זווית ההספק המדומה תהיה תמיד חיובית (גם אם הזווית תהיה שלילית) יש לרשום על יד מקדם ההספק PF בסוגריים את אופי העכבה (התנגדותי, השראי, קיבולי). שאם לא כן, במעבר מ -  ל -  נקבל תמיד זווית חיובית ולא נוכל לדעת אם הצרכן הוא בעל אופי קיבולי או השראי.

כדי להבין את חשיבותו של מקדם ההספק PF, ברשת לזרם חילופין, נתמקד בשני מקרים:

1. תכנון הזנת מתקן חשמלי (לדוגמה רשת חשמל של קניון) - התכנון כולל קביעת גודל מקור האנרגיה המזין את המתקן (לרוב שנאי או גנרטור), סוג המוליכים ממקור האנרגיה עד למתקן, עוביים והגנות שונות לקו ההזנה. באופן כללי מבצעים הערכה של סך ההספקים הפעילים שיופעלו בקניון ועל תוצאה זו מוסיפים כ- 30% (ההנחה היא שכל שנה צריכת ההספק גדלה). לפי הספק משוער זה, קובעים את גודל מקור האנרגיה שנמדד ביחידות של VA. כלומר חישוב גודל מקור האנרגיה יהיה כך:

עלינו לקבוע את מקדם ההספקcos כדי לחשב את הספק מקור האנרגיה . אך כאן נשאלת השאלה

מהו גודלו של מקדם ההספק. על פי המלצת חברת החשמל, תכנון מסוג זה קובע מקדם הספק של 0.92.

מתכנן שייחשב את גודל מקור האנרגיה בעבור מקדם הספק הנמוך מ- 0.92 יקבל הספק גבוה יותר, כלומר יהיה עליו להשקיע יותר כסף ברכישת מקור האנרגיה. יותר מזה, ככל שהספק המקור עולה, גדל גם הזרם בקו. דבר שמצריך שימוש בכבלים בעלי שטח חתך גדול יותר - ועלות גבוהה יותר!

לכן אפשר לומר שלמקדם ההספק יש חשיבות בקביעת גודל מקור האנרגיה, להזנת המתקן החשמלי ובכלל משמעות כלכלית.

2. אחזקה שוטפת של המתקן החשמלי (לדוגמה באותו הקניון) -  משולש ההספקים שבאיור 11.56 מתאר את ההספקים שמתפתחים בקניון ברגע נתון כלשהו. עלינו לזכור, כי מתח ההזנה הוא קבוע והזרם הכללי בקווים הראשיים של מקור האנרגיה נקבע לפי ההספק המדומה  שמתפתח בקניון. אסור לנו לחרוג מן ההספק הזה, שאם לא כן הזרם בקווים הראשיים יגדל ומאחר שהקווים האלה לא תוכננו לשאת זרם גבוה, הם עלולים להישרף או לחלופין עלול להיגרם נזק ברשת.

הערה: משולש ההספקים שבאיור 11.56 מבטא אופי השראי של רשת. יש לציין שמרבית הצרכנים שמחוברים לרשת החשמל הארצית בעלי אופי השראי.

גודלו של ההספק המדומה  שמתואר באיור 11.56 תלוי גם בהוספת צרכנים בעלי אופי התנגדותי טהור וגם בעלי אופי השראי. עם הגדלת ההספק המדומה, הזווית גדלה גם כן ולכן מקדם ההספק קטן. במקרה זה יש סכנה של שרֵפת המוליכים בקווי הרשת, שכן הם נושאים זרם גבוה מזה שתוכננו לשאת.

איור 11.56

לכן אפשר לומר שבשלב הפעלת הרשת חשוב לשמור על מקדם הספק תקין (לפחות השווה לזה שבעבורו תוכננה הרשת, שם לא כן עלול להיגרם נזק לרשת ולרכיביה.

3. חברת החשמל אינה סומכת לחלוטין על אחריות הצרכנים ועל כך שהם מרצונם לא יקלקלו (יקטינו) את גורם ההספק. לכן, צרכנים גדולים שגורם ההספק שלהם קטן מ- 0.92 נדרשים לשלם קנסות עד שישפרו את גורם ההספק, לפחות למינימום הדרוש. על פי נוהלי חברת החשמל, לקוחות  המקבלים אספקה במתח עליון ובמתח גבוה, וכן אצל לקוחות המקבלים אספקה במתח נמוך מגודל חיבור של 3X100 אמפר ומעלה מחויבים בחיבור מונים למדידת צריכת אנרגיה ראקטיבית.

•   הקודם                                                                                                                             
• המשך