Od redakcji 2/2018

I okladkaSzanowni Państwo,

W dniu 18 lutego br. obchodziliśmy Dzień Baterii. Urządzenia do magazynowania energii elektrycznej pokonały w swym rozwoju długą drogę. Począwszy od starożytnych narzędzi dla złotników, poprzez zasilanie podzespołów samochodów, na aparaturze medycznej skończywszy.

Więcej…

Kompensacja mocy biernej

11Dzięki zamontowaniu odpowiedniego kondensatora, poprzez kompensacje mocy biernej, można znacząco obniżyć, lub przy sprzyjających warunkach nawet całkowicie zredukować opłaty za energię bierną indukcyjną lub pojemnościową.

Kompensacja mocy biernej indukcyjnej polega na równoległym dołączeniu do odbiornika o charakterze indukcyjnym, odpowiednio dobranego kondensatora (rys. 1). W artykule poruszona została kompensacja mocy biernej nn. Dla SN to oddzielny szeroki temat dla energetyki zawodowej. Źródłami mocy biernej wytwarzanej w systemie elektroenergetycznym są np. generatory synchroniczne (około 50% mocy wytwarzanej), są głównymi źródłami mocy biernej, ale także słabo obciążone linie WN (ok. 25% mocy wytworzonej).

Gdy element pojemnościowy oddaje zgromadzoną energię do sieci, element indukcyjny pobiera ją. Działa to także w drugą stronę, jako że w dowolnej chwili prąd indukcyjny i pojemnościowy płyną w przeciwnych kierunkach. Prawidłowa kompensacja wymaga dokładnych pomiarów parametrów sieci, by dobrać odpowiednie urządzenia kompensujące, które pozwoli na skompensowanie mocy biernej indukcyjnej pobieranej z sieci przez odbiorniki lub w innych przypadkach mocy biernej pojemnościowej oddawanej do sieci przez odbiorniki.

Jeśli urządzenie elektryczne zasilane jest napięciem przemiennym to oprócz energii czynnej może pobierać także energię bierną, która nie jest zamieniana na pracę jednak często, jest niezbędna do jej wykonania. Energia ta potrzebna jest do wytworzenia pola magnetycznego, zwana jest wtedy energią bierną indukcyjną w silnikach, dławikach czy transformatorach, lub do wytworzenia pola elektrycznego w kondensatorach lub innych pojemnościach, wówczas zwana jest energią bierną pojemnościową. Nieskompensowana moc bierna wiąże się
z niepotrzebnymi wydatkami. Coraz częściej przedsiębiorcy mają problem z ponad umownym poborem mocy biernej indukcyjnej, a co gorsza zdarzają się przypadki opłat za energię pojemnościową. Często opłaty za energię pojemnościową ukryte są na fakturze, jako koszty energii oddanej do sieci. Niestety są to dość wysokie koszty, gdyż przepisy nie pozwalają na wprowadzanie energii do sieci energetycznej. Zatem jedyną metodą skutecznej
eliminacji mocy biernej zarówno indukcyjnej, jak i pojemnościowej jest kompensacja, której poświęcono dalszą część artykułu. Efektem poprawnej kompensacji jest ograniczenie kosztów energii oraz poprawa skuteczności eksploatacji urządzeń elektrycznych.

12Zagadnienie mocy biernej
Idealnym układem energetycznym byłby taki układ, w którym nie występowałyby straty mocy związane z dostarczaniem do odbiorcy mocy czynnej. Niestety przesyłanie mocy czynnej zawsze wiąże się ze stratami o ilości, których decyduje prąd płynący przez elementy sieci. Wartość tego prądu zależna jest od mocy pozornej S. Z powszechnie znanego „trójkąta mocy" przedstawionego na rysunku 2 wynika jasno, że doskonałym rozwiązaniem jest sytuacja, w której moc czynna i moc pozorna są sobie równe – wtedy moc bierna jest równa zeru. W celu uzyskania równowagi pomiędzy mocą czynna, a pozorną stosuje się kompensację mocy biernej polegającą na zrównoważeniu pobieranej przez odbiorniki mocy biernej, mocą bierną o tej samej lub zbliżonej wartości, lecz przeciwnym znaku – co przedstawiono na rysunku 3. W zależności od odbiornika wyróżnia się:

  • energię bierną indukcyjną (pobraną) związaną z elementami indukcyjnymi, np. silniki, piece indukcyjne,
  • energię bierną pojemnościową (oddaną) związaną z kondensatorami, lub długimi odcinkami kabli będących pod napięciem.

13Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz. U. nr 3/2007, poz. 623, z późn. zm.), dopuszczalny pobór mocy biernej z systemu elektroenergetycznego określony jest przez podanie wartości współczynnika, która nie może być mniejsza niż tgφo = 0,4. Rozporządzenie to jednocześnie dopuszcza, w uzasadnionych przypadkach, możliwości żądania przez spółki dystrybucyjne wartości mniejszej od 0,4 (w praktyce wartość ta nie jest mniejsza niż 0,2).

Przekroczenie wartości dopuszczalnej współczynnika tgφ powoduje naliczanie dodatkowych opłat, za pobór ponadnormatywnej mocy biernej określonych w taryfi e dla energii elektrycznej zatwierdzonej przez Prezesa Urzędu Regulacji Energetyki. Zarówno moc bierna indukcyjna, jak i pojemnościowa wpływają na zwiększenie strat cieplnych oraz ograniczają sprawność transformatorów i linii kablowych. W efekcie kompensacji, wypadkowa moc bierna pobierana z sieci jest o wiele niższa niż bez zastosowania kompensacji. Wraz ze wzrostem kąta przesunięcia fazowego (φ), prąd narasta coraz szybciej, dlatego przyjęto umowną granicę, przy której straty są jeszcze akceptowalne i nie wymagana jest kompensacja mocy biernej – wartość tą określono mianem tangensem kąta przesunięcia fazowego (φ) na wartość: 0,4 (cosφ = 0,93). Należy pamiętać, aby nie dopuścić do przekompensowania, ponieważ pobór mocy biernej pojemnościowej wywołuje wzrost napięcia w punkcie przyłączenia w stosunku do napięcia źródła zasilania. Wiąże się to z ryzykiem przekroczenia przez napięcie dopuszczalnych wartości. Jednostką mocy biernej Q jest [Var]. Moc bierna jest równa iloczynowi wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa kąta przesunięcia fazowego między napięciem i prądem, określana jest poniższymi wzorami:

  • dla odbiorników 1-fazowych:Q = U I sinφ
  • dla odbiorników 3-fazowych:Q = 3 Uf If sinφ

gdzie:
Uf If – wartości skuteczne napięć i prądów fazowych,
U I – wartości skuteczne napięć i prądów przewodowych.

W zakładach przemysłowych mamy najczęściej do czynienia z obciążeniem mocą bierną indukcyjną. Obciążenie mocą bierną pojemnościową występuje zaś częściej w przedsiębiorstwach, w których istnieją rozległe sieci kablowe, choć nie zawsze jest to regułą.

To czy dostawca energii naliczy karę za pobór energii biernej indukcyjnej, zależy od współczynnika tgφ. Pamiętajmy, iż jeśli jego wartość będzie wyższa niż 0,4, to kara zostanie naliczona. W przypadku mocy biernej pojemnościowej opłata jest naliczana, jeśli odbiorca wprowadza do sieci energię bierną pojemnościową.

W tym momencie pojawia się jednak pytanie – skąd wiadomo, że jesteśmy obciążani kosztami energii biernej i jakiego rodzaju energii biernej koszty te dotyczą? Otóż odpowiedź znajduje się na fakturze za energię elektryczną. Jeśli na tym dokumencie w części dotyczącej rozliczenia opłat za usługi dystrybucji pod pozycją „opłata za pobór energii biernej indukcyjnej" naliczane są opłaty całodobowa, pozaszczytowa lub szczytowa to oznacza, że ponosimy koszty energii biernej indukcyjnej. W tej pozycji możemy także sprawdzić, o ile został przekroczony współczynnik cos/tgφ np.: 0,93/0,4. Natomiast o kosztach energii biernej pojemnościowej możemy zorientować się pod pozycją „rozliczenie energii biernej pojemnościowej", gdzie rozliczenie przedstawione jest w zł/MVarh lub zł/kVarh (mega lub kilovarogodzinach).

Opłaty za energię bierną indukcyjną może ponosić praktycznie każdy odbiorca, który użytkuje takie urządzenia jak silniki, zgrzewarki, wtryskarki, klimatyzację, agregaty chłodnicze, a nawet przestarzałe oświetlenie w postaci lamp wyładowczych.

Korektę przekroczenia współczynnika tgφ można łatwo dokonać kompensując moc bierną indukcyjną mocą o tej samej lub zbliżonej wartości, lecz o przeciwnym znaku czyli instalując baterię kondensatorów pochłaniająca nadmiar energii biernej, a następnie oddającą ją do sieci do ponownego wykorzystania. Energia bierna zostaje zmagazynowana i krąży w układzie, nie ma więc potrzeby jej pobierania z sieci energetycznej, co znacznie redukuje koszty z tym związane. Instalując dławik lub baterię dławików kompensacyjnych, można ograniczyć koszty związane z oddawaniem do sieci energii biernej pojemnościowej. Należy jednak pamiętać, że źródłem energii pojemnościowej może być także nieprawidłowo działająca (np. na skutek uszkodzenia) bateria kondensatorów, wtedy należy niezwłocznie wezwać serwis potrafiący usunąć usterkę.

(...)

Robert Gabrysiak

Pełna wersja artykułu w EI 3/2016 do zakupu na portalu www.e-czasopismo.pl oraz www.magazyn-online.com

 

Wyszukiwarka

like Newsletter!

like Nowości!

quote Na skróty

like Najczęściej czytane!

like Polecamy!

Znajdź nas na facebooku!

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem