Kompensacja mocy biernej w układach nieodkształconych – bez harmonicznych napięcia i prądu.

Kompensacja mocy biernej jest warunkiem niezbędnym do utrzymania właściwego stanu technicznego sieci zasilającej oraz przyłączonych do niej odbiorników. Jest też wymagana ze względu na wysokie koszty energii elektrycznej w przypadku przekroczenie współczynnika tg Φ, określonego przez dystrybutora energii w umowie z odbiorcą. Energia bierna przesyłana od generatora, poprzez sieć elektroenergetyczną i urządzenia pośredniczące, do odbiorników w sieci niskiego napięcia powoduje niepożądane zjawiska, a w szczególności dodatkowe straty mocy czynnej. Powoduje ona dodatkowe obciążenia systemu elektroenergetycznego generując zwiększone ilości wydzielanego ciepła, są to tzw. straty czynne. Aby nie dopuścić do przeciążeń, należałoby każdorazowo przewymiarować elementy systemu zasilania i dystrybucji energii elektrycznej. 

Współcześnie w systemach zasilania i dystrybucji energii elektrycznej występują dwa rodzaje mocy biernej:

Moc bierna indukcyjna

Moc bierna indukcyjna podlegająca kompensacji występuję w sytuacji, gdy głównymi odbiornikami mocy biernej systemu zasilania są transformatory i silniki asynchroniczne, wykorzystujące moc bierną indukcyjną do wytwarzania pola elektromagnetycznego, warunkującego ich prawidłowe działanie.

Moc bierna pojemnościowa

Drugim rodzajem mocy biernej występującą w układach zasilana, jest moc bierna pojemnościowa. Powstaje ona w systemach zasilania, w których pracują rozbudowane sieci kablowe, przy jednoczesnym niedoborze obciążenia indukcyjnego. Sieci kablowe będące pod napięciem, nieobciążone mocą bierną indukcyjną (silnikami, transformatorami itp.) zachowują się jak typowe układy pojemnościowe (kondensatory). Wówczas odbiorca będzie ponosił dodatkowe koszty związane z energią bierną pojemnościową. W takim układzie, mocy biernej pojemnościowej, której źródłem są odbiorniki o charakterze pojemnościowym, jest w sieci zasilania więcej niż mocy biernej indukcyjnej. W efekcie w przyłączu elektrycznym zarejestrowana zostanie energia bierna pojemnościowa oddawana do systemu, a po przekroczeniu określonego przez zakład energetyczny współczynnika tg φ zostanie naliczona opłata, zgodnie ze wskazaniem licznika energii biernej.

Kompensacja mocy biernej w układach zasilania odkształconych harmonicznymi napięcia i prądu

Występowanie w sieci zasilającej harmonicznych prądu i napięcia powoduje odkształcenie ich przebiegów sinusoidalnych. Powstawanie harmonicznych jest związane przede wszystkim z odbiornikami nieliniowymi, czyli napędami regulowanymi używanymi najczęściej do regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych i prądu stałego.

Harmoniczna prądu normalnie płynie z generatora harmonicznej prądu ( np. dioda prostownika falownika) do głównej sieci zasilającej i rozprzestrzenia się w niej. Spadek napięcia wywołany harmoniczną prądu w połączeniu z impedancją sieci zasilającej powoduje powstanie zniekształceń harmonicznej napięcia. Sieć o najwyższej impedancji powoduje najwyższe zniekształcenia napięcia. Z kolei zniekształcenia harmonicznej napięcia mogą oddziaływać na urządzenia przyłączone do tej samej linii zasilającej takie jak regulatory silników, sprzęt komputerowy, pomiarowy, laboratoryjny. Mogą także być przyczyną ich uszkodzeń.

 Przez to ich obecność w sygnale zasilającym może prowadzić do wielu problemów takich jak: 

  • obniżone wykorzystanie parametrów sieci elektrycznej 
  • zwiększone straty mocy
  • zwiększona temperatura transformatorów, silników i przewodów 
  • obniżona żywotność wyposażenia i urządzeń elektrycznych i elektronicznych
  • przestoje powodujące zwiększone i nieprzewidziane koszty
  • problemy z układem sterowania PLC
  • obniżony i pulsujący moment na silniku

Problemy te nie tylko wpływają na obniżenie niezawodności i jakości całego systemu, ale także mogą być powodem zwarć oraz pożarów.

Urządzenia elektroniczne i energoelektroniczne takie jak: falowniki (przemienniki częstotliwości), układy regulacji tyrystorowej, UPS, świetlówki i żarówki energooszczędne, nowoczesne telewizory oraz sprzęt komputerowy, są jednymi z powszechnie wykorzystywanych urządzeń, które generują harmoniczne wskutek pobierania niesinusoidalnego prądu. 

Skuteczne rozwiązanie

W odkształconych sieciach zasilających występują bardzo niebezpieczne zjawiska dla prawidłowej pracy odbiorników, do niej przyłączonych. Charakter impedancji źródła i wartość pojemności w układzie, decydują o generowaniu prądów niszczących. Dlatego podczas projektowania systemu kompensacji, należy bardzo starannie przeanalizować charakter systemu zasilania i wraz z przeprowadzonymi wcześniej pomiarami jakości energii, uwzględnić możliwość wystąpienia rezonansu.

Firma ARTECH, opierając się na wieloletnich doświadczeniach zdobytych w kraju i zagranicą, dysponując najwyższej klasy analizatorami, opracowała własne algorytmy doboru układów kompensacji mocy biernej do pracy w środowisku napięć i prądów odkształconych.
Tym samym proponujemy dobór i instalację niezawodnych układów kompensacyjnych do poprawy zarówno cosinusa φ, tangensa φ, jak i całkowitego współczynnika mocy DPF oraz redukcji strat mocy czynnej poprzez ograniczenie przepływu mocy odkształconej D.

Kompleksowe audyty jakości energii w systemach zasilania, umożliwiają dobór „na miarę”, dedykowanych układów zarówno kompensacji, jak i filtrowania wyższych harmonicznych. Systemy te oparte są na bateriach kondensatorów w wykonaniu tradycyjnym, z dławikami ochronnymi kondensatorów, a także na skalowanych aktywnych filtrach harmonicznych i aktywnych kompensatorach energoelektronicznych. Zastosowanie wyżej wymienionych systemów gwarantuje skuteczną kompensację mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej, a także skuteczne oczyszczanie sieci z przebiegów odkształconych.   

Proponowane przez nas działania przynoszą wymierne korzyści materialne, wprowadzając znaczną redukcję nie tylko kosztów zużycia energii elektrycznej, ale także związanych z utrzymaniem ruchu i serwisem.