De cosinus φ (cos φ), fase verschuiving, displacement factor; Power quality deel 1.

Cosinus φ

De cosinus φ (cos φ) of displacement factor? Nu maar eens het complete verhaal over power quality. In een korte serie van artikelen ga ik in op alle factoren die de zogenaamde power quality bepalen. We hebben het dan over power factor / arbeidsfactor, cosinus φ / fase verschuiving en harmonische vervorming. Wat is het allemaal en welke relaties heeft het met elkaar. Welke invloeden hebben deze factoren op onze netten. Aanleiding is dat in de nieuwe later dit jaar uit te komen “one lighting regulation” de wettelijke regels worden aangepast.

Cosinus φ / displacement factor

Iedereen kent wel de cosinus φ als belangrijke grootheid in elektrische systemen. Dit is niet geheel onterecht echter wordt de factor vaak niet correct gebruikt. De fase verschuiving van spanning ten opzichte van de stroom noemen we de cosinus φ of displacement factor

Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1
Ohmse belasting, cosinus φ / displacement factor = 1

In bovenstaande afbeelding zien we twee sinusvormige signalen. De stroom en spanning zijn in dit geval exact gelijk qua vorm en volgen elkaar exact. Ze zijn dus “in fase”. Dat betekend ook dat de cosinus φ of displacement factor 1 is. Spanning en stroom zijn exact in fase.

Dit heeft niets met de vervorming te doen. Dat noemen we harmonische vervorming en komt in het volgende artikel aan de orde.

Bij deze belasting is de spanning en stroom exact in fase en dan spreken we over een zuiver “ohmse” belasting. Dit komt niet heel veel voor maar bijvoorbeeld een verwarmingselement is een “ohmse” belasting.

Inductieve of capacitieve belasting

Zodra we een spoel of een condensator in de keten hebben krijgen we te maken met een fase verschuiving.

Cosinus φ / Displacement factor < 1
Cosinus φ / Displacement factor = 0,5

In bovenstaande afbeelding zien we dat de spanning en stroom niet meer in fase zijn. We zien hier een fase hoek van ongeveer 60 graden. Dat betekent dat de cosinus φ = displacement factor = 0,5 is. In dit geval is er een inductieve last.

Wat is het gevolg van een lage displacement factor / cosinus φ

Indien de displacement factor klein is heeft dat gevolgen. Om hetzelfde effectieve vermogen te bereiken is een grotere stroom noodzakelijk. Dat wil zeggen als de displacement factor / cosinus φ 0,5 is dan is een twee keer zo grote stroom nodig om hetzelfde effectieve vermogen te bereiken.

Het effectieve vermogen bepalen we dan als volgt:

Peff = U x I x Kdisplacement

Of meer bekend;

Peff = U x I x Cos φ

Waarin:
Peff => opgenomen vermogen in W
U => Aansluitspanning in V
I => Opgenomen stroom in A
Kdisplacement => displacement factor = cosinus φ

Dus in de bovenstaande signalen hebben we te maken met een 230 V netspanning en een stroom van 1 A. Dat betekend dat het opgenomen effectieve vermogen 115 W is. Zou zoals bij het eerste signaal de stroom en spanning exact in fase zijn geweest zou het effectieve vermogen dus 230 W zijn geweest.

In het tweede geval heb je, om hetzelfde vermogen op te nemen, 2 x zoveel stroom nodig uit het net.

Gevolg is dan:
– Op 1 groep zijn minder van de gelijke toestellen aan te sluiten
– Het zogenaamde “blind” vermogen moet wel worden getransporteerd door ons distributie net. Het wordt echter niet afgerekend. Het gevolg zijn extra verliezen in het net die niet gedekt zijn.
– Doordat de stromen groter zijn moeten de kabels dikker zijn of moeten er meer groepen worden aangelegd. In beide gevallen is meer materiaal nodig om hetzelfde effectieve vermogen te kunnen gebruiken.

Relatie tot de arbeidsfactor

Vaak wordt de arbeidsfactor en cosinus φ door elkaar gebruikt. Belangrijk is te beseffen dat dat niet klopt. Echter in dit specifieke geval zijn de arbeidsfactor en de cosinus φ / displacement factor aan elkaar gelijk.

Indien de sinus ook nog vervormd zou zijn gaat dit niet meer op. In het volgende deel gaan we verder kijken naar vervorming en de effecten daarvan.

Volgende keer Harmonische vervorming, THD, Distortion factor; Power Quality deel 2

#armaturenregister #openbareverlichting #straatverlichting #verlichting

2 thoughts on “De cosinus φ (cos φ), fase verschuiving, displacement factor; Power quality deel 1.

    1. Dank je Dick. Ik heb de andere vermogens ook niet uitgelegd. Misschien moet ik een stukje schrijven over vermogens.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *