We guard Your energy!!!

logo PQ-SYSTEM logo ELMONTAŻ

Kompensacja mocy biernej - teoria i praktyka

Urządzenia elektryczne zasilane napięciem przemiennym poza energią czynną mogą pobierać również energię bierną. Energia ta potrzebna jest do wytworzenia pola magnetycznego (energia bierna indukcyjna) w silnikach, dławikach, transformatorach lub pola elektrycznego w kondensatorach i innych pojemnościach, np. kabli. Energię bierną mogą pobierać również odbiorniki nieliniowe, np. świetlówki kompaktowe, których prąd przesunięty jest w czasie względem napięcia zasilającego lub nie jest sinusoidą. Z fizykalnego punktu widzenia energia bierna nie jest zamieniana na pracę, jest ona jednak często niezbędna do jej wykonania i urządzenia muszą ją pobierać.
Pomiary jakości energii elektrycznej:

Dlaczego dostawcy energii elektrycznej wymagają ograniczania poboru mocy biernej?

Ponieważ dostawcy energii zarabiają na dostarczonej do odbiorcy energii czynnej zależy im, aby mogli przesyłać jak największą ilość tej energii, przy jednocześnie jak najmniejszych jej stratach i zachowaniu wymaganych parametrów. O ilości strat decyduje prąd jaki płynie przez elementy sieci, a jego wartość zależna jest od parametru zwanego mocą pozorną i oznaczanego jako S.

wzor1

gdzie:

U - wartość skuteczna napięcia
I - wartość skuteczna natężenia prądu

Moc pozorna jest sumą geometryczną mocy czynnej P i mocy biernej Q:

wzor2

Na Rys. 1 pokazano graficzną interpretację zależności pomiędzy mocami, tzw. Trójkąt Mocy:

trojkat mocy

Rys.1. Trójkąt Mocy

Optymalną sytuacją byłaby taka, w której moc pozorna S byłaby równa mocy czynnej P, a więc taka w której moc bierna Q ma wartość 0.

Aby to uzyskać stosuje się kompensację mocy biernej, polegającej na zrównoważeniu pobieranej przez odbiorniki mocy biernej, mocą bierną o tej samej lub zbliżonej wartości lecz przeciwnym znaku.

Na Rys. 2 pokazano graficzną ilustrację kompensacji mocy biernej:

kompensacja mocy biernej

Rys.2. Kompensacja Mocy Biernej

W efekcie kompensacji, wypadkowa moc bierna pobierana z sieci jest o wiele niższa niż bez zastosowania kompensacji.

W praktyce, nie ma konieczności kompensacji mocy biernej do zera, gdyż przy małej wartości kąta przesunięcia fazowego (φ) wzrost prądu jest niewielki w stosunku do sytuacji, gdy pobierana byłaby tylko moc czynna, a co za tym idzie straty mocy w liniach rosną nieznacznie. Wraz ze wzrostem kąta prąd narasta jednak coraz szybciej, dlatego przyjęto umowną granicę, przy której straty są jeszcze akceptowalne i określono ją tangensem kąta przesunięcia fazowego (φ) na wartość 0,4.

Nieco inaczej postąpiono w przypadku poboru mocy biernej pojemnościowej. Pomimo, że wzrost prądu dla małych wartości kąta φ jest niewielki, nie dopuszcza się tzw. przekompensowania. Dzieje się tak, ponieważ pobór mocy biernej pojemnościowej wywołuje wzrost napięcia w punkcie przyłączenia w stosunku do napięcia źródła zasilania, istnieje więc ryzyko przekroczenia przez napięcie dopuszczalnych wartości.

Stosowane przez dostawców kary za ponadumowny pobór mocy biernej, indukcyjnej i pojemnościowej, mają na celu nie tylko rekompensatę za zwiększone straty mocy czynnej ale są one również środkiem wymuszającym na odbiorcach stosowanie układów kompensacji mocy biernej. Dlatego ważne jest kontrolowanie rachunków za energię elektryczną i szybkie podejmowanie odpowiednich działań, gdyż opłaty za energię bierną są całkowicie zbędnymi kosztami.

Kiedy i w jakim celu stosuje się dławiki odstrajające w bateriach kondensatorów?

Obecnie coraz więcej baterii kondensatorów wyposaża się w dławiki odstrajające. Wynika to z konieczności ochrony kondensatorów przed przepływem wyższych harmonicznych prądu, które to powodują uszkadzanie dielektryka.

Wyższe harmoniczne, są to składowe prądu o częstotliwości będącej krotnością harmonicznej podstawowej (50Hz). Powstają one na skutek pracy odbiorników nieliniowych takich jak falowniki, prostowniki, niektóre typy oświetlenia, urządzenia elektroniczne.

Zastosowanie dławików zmienia częstotliwość rezonansową układu sieć - kondensator oraz układu odbiornik - kondensator. W efekcie do kondensatora wpływa głównie prąd harmonicznej podstawowej 50Hz oraz niewielka ilość prądu wyższych harmonicznych (dławik nie tłumi całkowicie), które nie stanowią zagrożenia.

Zastosowanie dławików zmienia częstotliwość rezonansową układu sieć - kondensator oraz układu odbiornik - kondensator. W efekcie do kondensatora wpływa głównie prąd harmonicznej podstawowej 50Hz oraz niewielka ilość prądu wyższych harmonicznych (dławik nie tłumi całkowicie), które nie stanowią zagrożenia.

W praktyce aby prawidłowo dobrać prawidłowo tłumienie dławików lub wykluczyć konieczność ich zastosowania przeprowadza się odpowiednie pomiary. Ważne jest, aby dławik i układ połączeń dławik - kondensator był dobrany do warunków w jakich będzie pracował. Niewłaściwy dobór dławika lub zastosowanie niewłaściwego układu połączeń, np. jeden dławik na dwa kondensatory, w niektórych przypadkach może spowodować pogorszenie warunków pracy baterii przekładające się na skrócenie żywotności lub ich uszkodzenie.

Spis artykułów:

Do początku strony...