Was bedeutet Leistungsfaktor bei einer USV?

Der Leistungsfaktor (pf) ist der Unterschied zwischen der tatsächlich verbrauchten Energie (Watt) und der Scheinleistung (Volt multipliziert mit Ampere) in einem Wechselstromkreis. Er wird als Dezimal- oder Prozentwert zwischen 0-1 pf und 0-100% berechnet, z.B. 0,9 pF = 90%.

Je näher der Leistungsfaktor an der Einheit (1 pf) liegt, desto näher sind die beiden Wellenformen in Phase zueinander und das Gerät nutzt den Strom effizienter, daher bezieht sich der Leistungsfaktor auf die Effizienz der USV.

Die Konvention besagt, dass induktive Lasten als positive Blindleistung und kapazitive Lasten als negative Blindleistung definiert sind. Aber der Leistungsfaktor wird nie als positiv oder negativ beschrieben, er ist entweder nacheilend oder voreilend.

Verzögerter Leistungsfaktor

Bei diesen Lasten hinkt die Stromkurve der Spannung um einen Faktor hinterher, der der Reaktanz der Last entspricht, normalerweise zwischen 0,5 und 0,95.

In der nachstehenden Abbildung würde eine 2300 VA-Last mit einem nacheilenden 0,766 pf einen realen Leistungswert von 1762 W (1,76 kW) haben.

Einheits-Leistungsfaktor

Bei Lasten mit Einheits-Leistungsfaktor (1 pf) sind die Strom- und Spannungswellenformen in Phase zueinander. Im folgenden Beispiel hat eine 2300 VA Last mit 1 pf einen realen Leistungswert von 2300 W (2,3 kW).

Vorlaufender Leistungsfaktor

Lasten mit einem vorlaufenden Leistungsfaktor haben eine Stromwellenform, die der Spannung um einen Faktor vorauseilt, der der Reaktanz der Last entspricht, normalerweise zwischen 0,8 und 0,95.

Bei den gleichen 2300 VA wie in den vorherigen Beispielen hat ein führender Leistungsfaktor von 0,766 einen realen Leistungswert von 1762 W (1,76 kW).

Wie beeinflusst der Leistungsfaktor die Auslegung von USV-Anlagen?

Traditionell wurden USV-Anlagen so ausgelegt, dass sie Lasten mit einem Leistungsfaktor von eins oder einem nacheilenden Leistungsfaktor unterstützen.

Moderne unterbrechungsfreie Stromversorgungen können jetzt jedoch auch mit voreilenden Leistungsfaktoren umgehen. Dies erfordert jedoch eine sorgfältige Planung bei der Installation, da voreilende Leistungsfaktoren eine Überlastung der USV verursachen können, die diese möglicherweise nicht erkennt.

Blade-Server sind das beste Beispiel für eine Last mit einem führenden Leistungsfaktor. Sie sind in der Lage, eine höhere Verarbeitungsleistung bei geringerem Platzbedarf im Rack zu erbringen als herkömmliche Dateiserver und haben sich in den Bereichen Telekommunikation und Rechenzentren aufgrund von Vorteilen wie vereinfachter Verkabelung und geringerem Stromverbrauch durchgesetzt.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Auswirkungen der führenden Leistungsfaktoren zu verringern, einschließlich der Vergrößerung der USV, aber der gängigste Ansatz ist die Verwendung aktiver Oberwellenfilter mit Leistungsfaktorkorrektur am Ausgang.

Dies führt zu einer akzeptableren Belastung der USV, verringert jedoch den Wirkungsgrad, nimmt mehr Platz in Anspruch und erhöht die Investitionskosten.