Loisteho (reaktiivinen teho, tunnus Q) on vaihtosähköjärjestelmissä esiintyvä tehon osa, joka ei varsinaisesti muutu työksi, mutta jota moni laite tarvitsee toimiakseen. Loistehon ilmiön ymmärtämiseksi kannattaa ensin erottaa kolme eri tehon käsitettä:
- Pätöteho (aktiivinen teho, tunnus P): Se sähköteho, joka tekee todellista työtä – esimerkiksi pyörittää sähkömoottoria, lämmittää liesilevyä tai valaisee hehkulampun. Pätöteho muuttuu hyödylliseksi energiaksi (lämmöksi, liikkeeksi, valoksi tms.). Yksikkö: watti (W) tai kilowatti (kW).
- Loisteho (reaktiivinen teho, tunnus Q): Se osa sähkötehosta, joka ei tee nettotyötä laitteessa, vaan värähtelee edestakaisin sähkölaitteen ja verkon välillä. Loistehoa syntyy, kun jännitteen ja virran välillä on vaihe-ero. Yksikkö: var (volttiampeeri reaktiivinen), käytännössä kVAr (kilovar).
- Näennäisteho (tunnus S): Kokonaisteho, joka yhdistyy pätötehosta ja loistehosta. Yksikkö: VA (volttiampeeri) tai kVA.
Loistehon merkitys ja synty
Loisteho syntyy vaihtovirran piirissä, kun jännitteen (U) ja virran (I) vaihekulma φ eroaa toisistaan. Jos jännite ja virta eivät värähtele täysin samassa tahdissa (eli eivät ole samassa vaiheessa), osa siirretystä energiasta menee vuoroin edestakaisin verkon ja laitteen välillä. Tämä edestakaisin siirtyvä energia on loistehoa.
Matemaattinen esitys
Pätö-, loiste- ja näennäistehon välillä vallitsee suorakulmainen geometrian suhde:
\[ S = \sqrt{P^2 + Q^2} \]
Tehokerroin voidaan laskea seuraavasti:
\[ \cos\varphi = \frac{P}{S} \]
Havainnollistavia vertauksia loistehosta
Oluttuoppivertaus
Kuvittele tuoppi olutta, jossa on paksu vaahtokerros. Oluen nestemäinen osa vastaa pätötehoa – se on se hyödyllinen osa. Vaahto taas edustaa loistehoa – se täyttää tilavuutta tuopissa, muttei sammutan janoasi. Samalla tavalla loisteho vie siirtokapasiteettia sähköverkossa mutta ei tee hyödyllistä työtä.
Mekaaninen vertaus
Ajattele keinua tai heiluria, jota työnnät. Kun työnnät keinua, osa energiasta menee vuoroin potentiaalienergiaksi (keinun noustessa) ja tulee sitten takaisin (keinun heilahtaessa alas). Sähköverkossa vastaava ilmiö tapahtuu, kun induktiivinen laite varastoi energiaa magneettikenttäänsä ja palauttaa sen verkkoon.
Loistehon kompensointi
Loistehon kompensointi tarkoittaa toimenpiteitä, joilla loistehon tarvetta pienennetään. Käytännössä kompensointi tarkoittaa yleensä kondensaattorien lisäämistä induktiivisille kuormille. Kondensaattori syöttää induktiiviselle laitteelle sen tarvitseman loistehon, jolloin laite ei ota sitä verkosta.
Esimerkki: Moottorin loisteho ja kompensointi
Otetaan esimerkkinä moottori, jonka pätöteho on 10,0 kW ja tehokerroin \(\cos\varphi = 0.80\). Lasketaan näennäisteho ja loisteho ennen kompensointia:
\[ S = \frac{P}{\cos\varphi} = \frac{10,0}{0.80} = 12,5~\text{kVA} \]
\[ Q = \sqrt{S^2 – P^2} = \sqrt{(12,5)^2 – (10,0)^2} = 7,5~\text{kVAr} \]
Jos kompensoinnilla halutaan nostaa tehokerroin arvoon 0,95, moottorin uusi loistehon tarve on:
\[ Q_{\text{uusi}} = \sqrt{S_{\text{uusi}}^2 – P^2} \]
Kondensaattorin tulee syöttää moottorille erotus \( Q – Q_{\text{uusi}} \) eli noin 4,2 kVAr loistehoa.
Yhteenveto
- Loisteho syntyy, kun jännite ja virta eivät ole samassa vaiheessa.
- Se ei tee hyödyllistä työtä, mutta sitä tarvitaan esimerkiksi sähkömoottoreiden toimintaan.
- Loistehon vähentäminen parantaa tehokerrointa ja vähentää sähköverkon kuormitusta.
- Loistehon kompensointi tehdään yleensä kondensaattoreilla.
Loisteho ei ole pelkkä “turha ilmiö” – sen ymmärtäminen ja hallinta on tärkeää sähköverkkojen ja laitteiden tehokkaan toiminnan kannalta.
Vastaa