高输入功率因数UPS的好处
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高輸入功率 UPS(0.95 以上)的省電價值 由於地球能源的石油將被用盡,其他替代能源開發不易,再加上我要用電但電廠不 要在我家附近的觀念下,新的電源將無法產生,故在現有的電力下,提高電力的使 用率將成為最重要的課題,電力的使用率提高可分為兩部份,效率的提升與輸入功 因的提升,一般常聽到的為效率的提升,但對於輸入功因的提升,因技術的問題,過 去沒有人去提起,隨著 P.F.C 的技術普及,改善虛功的能力越來越好了,從過去的 0.8 可提升至 0.99,故未來購買設備高輸入功因將是重要的考慮,具體描述如下:
PF=0.7 時增加電費 3% 電費每年=64*24*365*2=1121200*(1+0.03)=1154836
功率因 數
無效電力 有效電力
電費調整率
功率因 數
無效電力 有效電力
電費調整率
功率因 數
無效電力 有效電力
70
1.03454
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0.41077
-19.5
78
0.81543
62
1.28215
54
92
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0.84186
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57
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1.35079
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0.49839
Powerware UPS 的資料
－(0.8/0.99) ×(0.8/0.99) 】=25787.6 元/年
(二) 改善供電品質：提高功率因數可減少負載總電流及電壓降，提高設備輸入功因 後減少電壓降值=（未提高輸入功因線路電流-提高輸入功因線路電流）×線路電
阻。 以 80KVA/64000W 工廠的配線的電力損失 5% 輸入功因由 0.7 提高至 0.95 為例,
(七)以一台 200KVA 輸入與輸出均為 220/380V 6PULSE 的 UPS 效率
0.92,輸入功因 0.82 對電力的需求為 160000W/效率(0.92)/輸入功因
(0.82)=212089VA;一台有 PFC 的 80KVA 輸入與輸出均為 220/380V 的
UPS 效率 0.92,輸入功因 0.99 對電力的需求為 64000/效率(0.92)/輸入
註:目前 UPS 業界三相的有關 THDI 與 PF 設計資料
資料參考來源:1.UPS 諧波抑制的解決方案 梅蘭日蘭 副總經理 李政中
2 .網路資料:http://www.sundex-esco.com.tw/p5_5htm 的(2)市面各種省電器
分析比較(5)改善功率因數的省電概念
3.台灣電力公司;電費計收
因此如果能有效提高負載的功率因數，將是一舉兩得。所幸，電容性負載可以提 供電感性負載所需的無效功率，因為電感性負載的電流落後端電壓，即功率因數 為滯後，而電容性負載的電流超前端電壓，即功率因數領前，兩者間有互補特性。 下面圖表顯示設備功因對導線的損耗與容量的損耗
由於 UPS 的輸入功因會因負載不同而有所不同,負載越大,輸入功因越 大,滿載功因為 0.8 的 UPS 半載的供因可能不到 0.7,最簡單直接得知就是
式
數
All(各次)
Part(部分)
All(各次) All(各次)
All(各次)
All(各次)
All(各次)
0.82 no 0.85 yes
0.9 no 0.95 no
0.9 no
0.94 no
0.99 no
降低
-----
------
**
2--3%
*
1--2%
***
<1%
***
<1%
***
<1.5%
內含不 無 加費用
*((1/輸入功因 1)-(1/輸入功因 2))=64000*(1/0.7-1/0.95)=24060VA,約可省下
37.5%的電力容量
(六) 節省改善工廠功因的支出: 一般功因改善裝置 ,偵測功率因數，分 3~8 段之電容器容量以電子自動調整盤 啟動，以改善功因，降低無效電流。所需費用約為:改善電費 3%~10%×費用回收 期 約 36~60 個月
交流配電系統上所裝接之負載，除了白熾燈、電灶、電爐等屬於純電阻性負載之 外，其餘大多數的負載像感應電動機、變壓器、日光燈、電冰箱等，皆含有電阻 及電感成份，因此線路電流的相位角往往落後電壓。通常將電流分成有效電流與 無效電流兩種分量，如圖 1 所示
圖 1 交流電路中電流的關係
圖 2 有效功率、無效功率及視在功率的關係 有效電流與電壓的乘積 VIcos θ稱為有效功率（單位為 KW），無效電流與電壓 的乘積 VIcos θ稱為無效功率或虛功率（單位 KVAR），總電流與電壓的乘積 VI 稱為視在功率（單位為 KVA），三者間的關係如圖 2 所示。有效功率對視在功率 的比值稱為功率因數 PF（Power Factor）。 PF＝KW/KVA＝KVAcosθ/KVA＝cosθ 不論有效電流或無效電流，都是由發電機經輸電及配電線來供給，但電度表（瓩 時表）所計算者僅為有效功率部份，並且無效電流也會增加線路壓降及線路損失 （總電流 2=有效電流 2+無效電流 2），所以對電力公司和用戶兩者都沒有好處，
以 80KVA/64000W UPS 為例
以 80KVA 高輸入功因 UPS 半載的功因為 0.95,200KVA 傳統的 UPS(滿載輸入功
因為 0.8 的 UPS 半載功因為約 0.7 來比較電費的差異辱下: 取工廠的配線的電力損失 5% 買輸入功因為 PF=0.8 與 PF=0.99 的差異增加可用電力=64000W×5%×【1－
項目
輸入電流失真 諧波抑制方 輸入功率因 電氣隔離 靈活性
效率
度 6 pulse(6 脈衝) <33 % 12 pulse(12 脈 10--12 % 衝) phase shift(相移) 3 --10 % LC filter(諧波濾 < 6 % 波) C filter(諧波補 <6% 償) THM or APF (主 <4% 動式濾波) P.F.C (主動功因) 3----10%
入功因的 UPS 對半導體廠應是非常重要的.
(八)下面案例為提高輸入功因在各行各業得到好處的事實
政府機關
染整業
學校
百貨業 量販店
資料來源:台灣綠色生產力基金會
(九)目前三相機有用 PFC 技術設計的 UPS 廠為 MGE,EMERSON,SANTAK,飛瑞….等,為客戶真正省 電
MGE UPS 的資料 Emerson UPS 的資料
33
99
0.17518
-28.5
84
0.65898
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1.09306
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0.2279
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0.31058
-24
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0.73698
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1.18477
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0.3461
-22.5
80
0.76303
可減少壓降 1.87%
(三) 增長設備之壽命：改善功率因數後線路總電流減少，使以達到飽和之變壓器、 開關等機器設備和線路容量，因此可減少溫昇，增加使用壽命。 (四) 節省電費：電力公司為鼓勵用戶提高功率因數，在電價表中訂有功率因數折扣， 電力用戶每月用電的功率因數以百分之八十為基準，每低一個百分點，該月份電 費加收千分之 3；每超過一個百分點，該月電費減收千分之 1.5。每月的平均功 率因數則以該月份的有效電度(kWh)及無效電度(kVARh)計算之。 平均功因＝√(kWh)²－(kVARh)²×100% 以 80KVA/64000W 之 UPS 為例在效率相同的情況下,輸入功因為 0.8 與輸入功因 為 0.95,在台電的電費計價上由下表得知電費可省 2.25%,1 度電假設為 2 元,UPS 為 24 小時工作,為方便計算效率設為 1,則兩者的電費如下:
(0.8/0.99) ×(0.8/0.99) 】=1440W
減少配線的電力損失電費= 設備的電費×(2.5%~7.5%)×【1－（原有功率因數/改
善後功率因數）*（原有功率因數/改善後功率因數）】;電費以每千瓦小時(度)2
元計
以 80KVA/64000W UPS 為例 電費每年=64*24*365*2=1121200 取工廠的配線的電力損失 5% 買輸入功因為 PF=0.7 與 PF=0.95 的減少配線的電力損失電費=1121200×5%×【1
電費調整率
-7.5 -6 -4.5 -3 -1.5 -0 3 6 9 12 15 18 21 24 27
可省電費 1154836-1095973=58863 元/年
註 1:電費調整率的單位為千分之一 註 2:本表為台灣電力公司的資料 (五) 減少備用電源(發電機,氣電共生,第二配系統電)的容量:
所需電力容量=使用容量/輸入功因 以 80KVA/64000W,輸入功因為 0.8 與 0.99 為例 減少備用電源的容量 =使用容量
拿儀器瓦特表量出當時 UPS 的輸入瓦特與輸入的電壓電流,然後以輸入瓦特除 以輸入電壓電流的乘積,所得之值即為輸入功因.故從經濟觀點，購買高輸入功引 的 UPS 有其優點如下： (一)
增加可用電力：一般工廠動力配線的電力損失約 2.5%~7.5%，當提高功因後， 總 電流降低，可減少電力損失，亦相對可增加供電能力。 增加可用電力＝原來損失量×【1－（原有功率因數/改善後功率因數）*（原有功 率因數/改善後功率因數）】
功因(0.99)=70276VA,若以兩台 200KVA 的 UPS 與伍台 80KVA
對工廠的電力需求,同樣的設備在不同的 UPS 下,6PULSE 的 UPS 會多
2×212089-70276×5=72798VA,那就是同樣的電力,買 PFC 的 UPS 可增
加一套生產設備(64000)對電力需求甚緊的台灣及未來電力趨勢,高輸
提高工廠的電力功因需投入改善費用 PF 由 0.7 改為 0.95 時 80KVA/64000W 以每月電費的 3%,回收期 36 個月,每度電 2 元為例,
64×24×30×2×3%×36=99532.8 元---- 投資改善的費用
.. 各種諧波抑制方案的比較 Comparison of
the solutions
-15
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0.89538
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1.38638
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0.52609
-13.5
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1.00596
PF=0.95 時 電費每年=64*24*365*2*(1-0.0225)=1095973
PF=0.7 時增加電費 3% 電費每年=64*24*365*2=1121200*(1+0.03)=1154836
功率因 數
無效電力 有效電力
電費調整率
功率因 數
無效電力 有效電力
電費調整率
功率因 數
無效電力 有效電力
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Powerware UPS 的資料
－(0.8/0.99) ×(0.8/0.99) 】=25787.6 元/年
(二) 改善供電品質：提高功率因數可減少負載總電流及電壓降，提高設備輸入功因 後減少電壓降值=（未提高輸入功因線路電流-提高輸入功因線路電流）×線路電
阻。 以 80KVA/64000W 工廠的配線的電力損失 5% 輸入功因由 0.7 提高至 0.95 為例,
(七)以一台 200KVA 輸入與輸出均為 220/380V 6PULSE 的 UPS 效率
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(0.82)=212089VA;一台有 PFC 的 80KVA 輸入與輸出均為 220/380V 的
UPS 效率 0.92,輸入功因 0.99 對電力的需求為 64000/效率(0.92)/輸入
註:目前 UPS 業界三相的有關 THDI 與 PF 設計資料
資料參考來源:1.UPS 諧波抑制的解決方案 梅蘭日蘭 副總經理 李政中
2 .網路資料:http://www.sundex-esco.com.tw/p5_5htm 的(2)市面各種省電器
分析比較(5)改善功率因數的省電概念
3.台灣電力公司;電費計收
因此如果能有效提高負載的功率因數，將是一舉兩得。所幸，電容性負載可以提 供電感性負載所需的無效功率，因為電感性負載的電流落後端電壓，即功率因數 為滯後，而電容性負載的電流超前端電壓，即功率因數領前，兩者間有互補特性。 下面圖表顯示設備功因對導線的損耗與容量的損耗
由於 UPS 的輸入功因會因負載不同而有所不同,負載越大,輸入功因越 大,滿載功因為 0.8 的 UPS 半載的供因可能不到 0.7,最簡單直接得知就是
式
數
All(各次)
Part(部分)
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All(各次)
0.82 no 0.85 yes
0.9 no 0.95 no
0.9 no
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2--3%
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內含不 無 加費用
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37.5%的電力容量
(六) 節省改善工廠功因的支出: 一般功因改善裝置 ,偵測功率因數，分 3~8 段之電容器容量以電子自動調整盤 啟動，以改善功因，降低無效電流。所需費用約為:改善電費 3%~10%×費用回收 期 約 36~60 個月
交流配電系統上所裝接之負載，除了白熾燈、電灶、電爐等屬於純電阻性負載之 外，其餘大多數的負載像感應電動機、變壓器、日光燈、電冰箱等，皆含有電阻 及電感成份，因此線路電流的相位角往往落後電壓。通常將電流分成有效電流與 無效電流兩種分量，如圖 1 所示
圖 1 交流電路中電流的關係
圖 2 有效功率、無效功率及視在功率的關係 有效電流與電壓的乘積 VIcos θ稱為有效功率（單位為 KW），無效電流與電壓 的乘積 VIcos θ稱為無效功率或虛功率（單位 KVAR），總電流與電壓的乘積 VI 稱為視在功率（單位為 KVA），三者間的關係如圖 2 所示。有效功率對視在功率 的比值稱為功率因數 PF（Power Factor）。 PF＝KW/KVA＝KVAcosθ/KVA＝cosθ 不論有效電流或無效電流，都是由發電機經輸電及配電線來供給，但電度表（瓩 時表）所計算者僅為有效功率部份，並且無效電流也會增加線路壓降及線路損失 （總電流 2=有效電流 2+無效電流 2），所以對電力公司和用戶兩者都沒有好處，
以 80KVA/64000W UPS 為例
以 80KVA 高輸入功因 UPS 半載的功因為 0.95,200KVA 傳統的 UPS(滿載輸入功
因為 0.8 的 UPS 半載功因為約 0.7 來比較電費的差異辱下: 取工廠的配線的電力損失 5% 買輸入功因為 PF=0.8 與 PF=0.99 的差異增加可用電力=64000W×5%×【1－
項目
輸入電流失真 諧波抑制方 輸入功率因 電氣隔離 靈活性
效率
度 6 pulse(6 脈衝) <33 % 12 pulse(12 脈 10--12 % 衝) phase shift(相移) 3 --10 % LC filter(諧波濾 < 6 % 波) C filter(諧波補 <6% 償) THM or APF (主 <4% 動式濾波) P.F.C (主動功因) 3----10%
入功因的 UPS 對半導體廠應是非常重要的.
(八)下面案例為提高輸入功因在各行各業得到好處的事實
政府機關
染整業
學校
百貨業 量販店
資料來源:台灣綠色生產力基金會
(九)目前三相機有用 PFC 技術設計的 UPS 廠為 MGE,EMERSON,SANTAK,飛瑞….等,為客戶真正省 電
MGE UPS 的資料 Emerson UPS 的資料
33
99
0.17518
-28.5
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可減少壓降 1.87%
(三) 增長設備之壽命：改善功率因數後線路總電流減少，使以達到飽和之變壓器、 開關等機器設備和線路容量，因此可減少溫昇，增加使用壽命。 (四) 節省電費：電力公司為鼓勵用戶提高功率因數，在電價表中訂有功率因數折扣， 電力用戶每月用電的功率因數以百分之八十為基準，每低一個百分點，該月份電 費加收千分之 3；每超過一個百分點，該月電費減收千分之 1.5。每月的平均功 率因數則以該月份的有效電度(kWh)及無效電度(kVARh)計算之。 平均功因＝√(kWh)²－(kVARh)²×100% 以 80KVA/64000W 之 UPS 為例在效率相同的情況下,輸入功因為 0.8 與輸入功因 為 0.95,在台電的電費計價上由下表得知電費可省 2.25%,1 度電假設為 2 元,UPS 為 24 小時工作,為方便計算效率設為 1,則兩者的電費如下:
(0.8/0.99) ×(0.8/0.99) 】=1440W
減少配線的電力損失電費= 設備的電費×(2.5%~7.5%)×【1－（原有功率因數/改
善後功率因數）*（原有功率因數/改善後功率因數）】;電費以每千瓦小時(度)2
元計
以 80KVA/64000W UPS 為例 電費每年=64*24*365*2=1121200 取工廠的配線的電力損失 5% 買輸入功因為 PF=0.7 與 PF=0.95 的減少配線的電力損失電費=1121200×5%×【1
電費調整率
-7.5 -6 -4.5 -3 -1.5 -0 3 6 9 12 15 18 21 24 27
可省電費 1154836-1095973=58863 元/年
註 1:電費調整率的單位為千分之一 註 2:本表為台灣電力公司的資料 (五) 減少備用電源(發電機,氣電共生,第二配系統電)的容量:
所需電力容量=使用容量/輸入功因 以 80KVA/64000W,輸入功因為 0.8 與 0.99 為例 減少備用電源的容量 =使用容量
拿儀器瓦特表量出當時 UPS 的輸入瓦特與輸入的電壓電流,然後以輸入瓦特除 以輸入電壓電流的乘積,所得之值即為輸入功因.故從經濟觀點，購買高輸入功引 的 UPS 有其優點如下： (一)
增加可用電力：一般工廠動力配線的電力損失約 2.5%~7.5%，當提高功因後， 總 電流降低，可減少電力損失，亦相對可增加供電能力。 增加可用電力＝原來損失量×【1－（原有功率因數/改善後功率因數）*（原有功 率因數/改善後功率因數）】
功因(0.99)=70276VA,若以兩台 200KVA 的 UPS 與伍台 80KVA
對工廠的電力需求,同樣的設備在不同的 UPS 下,6PULSE 的 UPS 會多
2×212089-70276×5=72798VA,那就是同樣的電力,買 PFC 的 UPS 可增
加一套生產設備(64000)對電力需求甚緊的台灣及未來電力趨勢,高輸
提高工廠的電力功因需投入改善費用 PF 由 0.7 改為 0.95 時 80KVA/64000W 以每月電費的 3%,回收期 36 個月,每度電 2 元為例,
64×24×30×2×3%×36=99532.8 元---- 投資改善的費用
.. 各種諧波抑制方案的比較 Comparison of
the solutions
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PF=0.95 時 電費每年=64*24*365*2*(1-0.0225)=1095973