Kompensacja mocy biernej

Co to jest moc bierna?

Każde urządzenie elektryczne podłączone do sieci elektroenergetycznej, pobiera z niej energię elektryczną przetwarzając ją na pracę użyteczną, zgodnie z naszymi potrzebami. Energia elektryczna to nic innego jak zużywana moc w czasie. Moc natomiast dzielimy na czynną P [kW] – związana z pracą użyteczną: ruch, ciepło, strumień świetlny) i bierną Q [kvar] – nie zamienianą na pracę, lecz konieczną do przesyłu tej pierwszej. 

W zależności od charakteru odbioru moc bierną dzielimy na indukcyjną oraz pojemnościową. Ta pierwsza jest niezbędna do wytworzenia pola magnetycznego w silnikach, transformatorach itp. Ta druga jest wytwarzana i oddawana do sieci przez różnego rodzaju elementy takie jak kable, kondensatory, oświetlenie LED itp.

 

Zależność pomiędzy nimi przedstawiono na rysunku poniżej wraz z charakterystycznym w literaturze opisie na przykładzie szklanki piwa.

Wypadkową geometryczną mocy czynnej i biernej nazywamy mocą pozorną S [kVA]. 

I tak naprawdę to energię pozorną pobieramy z sieci elektroenergetycznej. 

Jak widać na rysunku, im mniejsza moc bierna Q tym moc czynna P jest zbliżona do mocy pozornej S. Oznacza to, że stosunek mocy czynnej P do mocy biernej Q powinien być bliski 1,00 (cos ȹ = 1,00). Stosunek ten nazywany jest współczynnikiem mocy.

Co to jest kompensacja mocy biernej?

Kompensacja mocy biernej jest to proces wprowadzenia do układu urządzeń statycznych lub dynamicznych, celem zoptymalizowania współczynnika mocy. Polega on na dobraniu takiego rodzaju urządzenia, które będzie wprowadzać do sieci odpowiednią moc bierną (indukcyjną lub pojemnościową).

Dzięki temu nasza sieć zasilająca (kable, transformatory, zabezpieczenia itp.) nie będą obciążone dodatkowym prądem wynikającym z przepływu energii biernej, a co za tym idzie zwiększą nam przepustowość sieci.

Spółki Dystrybucyjne w swoich Taryfach za energię elektryczną precyzyjnie określają jakie parametry, bez dodatkowych opłat, powinny mieć odbierana przez Konsumenta energia elektryczna. W przypadku niezachowania odpowiednich parametrów naliczana jest dodatkowa opłata (kara). Łatwo to zauważyć na fakturach za energię w pozycjach:

– energia bierna całodobowa lub

– energia bierna indukcyjna rozliczana na podstawie tg fi.

Właściwa gospodarka energią bierną powoduje zminimalizowanie tych opłat do 0,00 zł.

 

Jak dobrać urządzenia do kompensacji mocy biernej?

Jest kilka sposobów na dobór właściwego urządzenia do kompensacji mocy biernej. Dobór możemy dokonać np. na etapie projektu lub na podstawie faktur za energię elektryczną. Niestety te metody są małodokładne.

 

Zmienność obciążeń oraz ich charakter, wymusza stosowanie inteligentnych rozwiązań z zakresu gospodarki mocą bierną. Dobór urządzenia kompensującego wymaga wykonania szczegółowych, czasochłonnych pomiarów i analiz. Z uwagi na szerokie zastosowanie odbiorów nieliniowych urządzenie pomiarowe musi analizować, oprócz podstawowych parametrów wielkości elektrycznych takich jak moc, napięcie, natężenie, częstotliwość, również zawartość poszczególnych harmonicznych zarówno prądu jak i napięcia.

Przykład tradycyjnej baterii kondensatorów nn

Przykład baterii kondensatorów nn z dławikami ochronnymi 7%

Coraz częściej spotykamy się z obciążeniami typu pojemnościowego.

W takim przypadku należy zastosować baterię dławików.

Przykład baterii dławików nn

Urządzenia do kompensacji mocy biernej, zasadniczo można podzielić na kilka typów w zależności od kryteriów:

– poziom napięcia (nn, SN, WN),

– regulowane i  nieregulowane,

– na bazie kondensatorów lub  dławików,

– wnętrzowe i napowietrzne,

– w szafach rozdzielczych lub wykonaniu kontenerowym,

– w wykonaniu poziomym lub pionowym,

– z dławikami ochronnymi lub bez nich,

– hybrydowe (charakter zarówno pojemnościowy jak i indukcyjny),

– z elementami energoelektronicznymi tj. Aktywne Filtry Harmonicznych, SVC lub STATCOM.

Bateria kondensatorów SN typu BKWTx w wykonaniu poziomym oraz pionowym

Baterie kondensatorów SN typu BKWTx-Wind dedykowane farmie wiatrowej

Zmienność obciążeń sieci SN uzależniona od pory dnia, roku, procesów technologicznych itp. wymusza  zastosowanie regulowanych baterii kondensatorów SN. Urządzenie takie wyposażone jest w regulator mocy biernej, który w monitoruje charakter obciążenia i w zależności od potrzeby załącza wymagane przez sieć obciążenie o charakterze pojemnościowym.  Baterie tego typu stosuje się coraz częściej w energetyce zawodowej, ale również w przemyśle. Służą do kompensacji grupowej lub centralnej.

Regulowana bateria kondensatorów typu BKWTR zainstalowana w cementownidvanced settings.

 

Szczególnymi urządzeniami do kompensacji mocy biernej SN są urządzenia zbudowane w oparciu o energoelektronikę tzw. STACOM lub SVC. Dedykowane są sieciom o szybkozmiennym obciążeniom np. dźwigi, zgrzewarki, piece lukowe. 

Więcej na ten temat w dziale SVC i STATCOM.

 

W celu uzyskania szerszej wiedzy z zakresu kompensacji mocy biernej na poziomie SN zapraszamy do kontaktu.