Czym jest moc bierna i dlaczego powinniśmy ją kompensować?x3

W obwodach prądu trójfazowego występują 3 rodzaje mocy:

moc czynna – jest to ta część energii elektrycznej, która jest zamieniana na pracę użyteczną,

moc bierna – jest to ta część energii, która pulsuje między źródłem energii a odbiornikiem i nie jest zamieniana na pracę,

moc pozorna – geometryczna suma mocy czynnej i biernej.

ssssss-page-001
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W zależności od odbiornika wyróżniamy:

  • 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.

Zarówno moc bierna indukcyjna, jak i pojemnościowa wpływa na zwiększenie strat cieplnych oraz ogranicza sprawność transformatorów i linii kablowych, zatem usunięcie z sieci mocy biernej powoduje zmniejszenie współczynnika mocy, jak również spadek składowej prądu i wydłużenie żywotności kabli, transformatora oraz innych elementów sieci zasilającej.

Nadwyżka mocy biernej = dodatkowy koszt do naszego rachunku za energię

Większość operatorów sieci energetycznej w Polsce ustala tolerowaną przez nich wartość współczynnika mocy w granicach 0,2-0,4. Po przekroczeniu tych wartości naliczane są opłaty za nadmierny współczynnik mocy. Koszty z tym związane w niektórych przypadkach mogą stanowić 1/3 wartości miesięcznej faktury za energię elektryczną. Zastosowanie odpowiednich urządzeń kompensacyjnych, tzw. baterii kondensatorów, niweluje tę opłatę do zera.

Jak zidentyfikować, czy i ile płacimy kar za moc bierną?

Na fakturze za dystrybucję w pozycji „Ponadumowny pobór energii biernej indukcyjnej czy pojemnościowej” należy sprawdzić poziom współczynnika mocy (tg fi). Jeżeli jest wyższy niż umowny (w naszym przypadku 0,4 – umowny, zarejestrowany – 1,02), pojawią się na naszej fakturze kary.

moc5

W powyższym przypadku nasz Klient przed skompensowaniem mocy biernej w jednym miesiącu zapłacił kwotę:x1

  • za moc bierną indukcyjną – 3 744,37 zł,
  • za moc bierną pojemnościową – 105,68 zł.

W sumie: 3850,05 zł za jeden miesiąc.

Poprzez analogię – za cały rok nasz Klient zapłacił zupełnie niepotrzebnie kwotę:

12 x 3 850 zł = 46 200 zł

W ciągu pięciu lat:

5 x 46 200 zł = 231 000 zł

Co oznacza, że Klient oddał dystrybutorowi energii w okresie pięciu lat za pobraną moc bierną nowe mieszkanie lub luksusowy samochód.

 

x4Kiedy warto kompensować moc bierną?

Z naszego doświadczenia wynika, że jeżeli koszty mocy biernej przekraczają miesięcznie kwotę 500 zł, należy się tym zająć. Czas zwrotu takiego układu nie powinien przekroczyć jednego roku.

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.

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.

moc4

gdzie:

U – wartość skuteczna napięcia
I – wartość skuteczna natężenia prądu

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

moc3

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

moc2

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:

moc

Rys.2. Kompensacja Mocy Biernej

W efekcie kompensacji, wypadkowa moc bierna pobierana z sieci jest o wiele niższa niż bez zastosowania kompensacji.x2

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.