Oferta

Moc bierna jest równa iloczynowi wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa kąta przesunięcia fazowego między napięciem a prądem:

Gdzie:
P – moc czynna [W]
Q – moc bierna [VAr]
S – moc pozorna [VA] (geometryczna suma mocy czynnej i biernej)

Miarą składowej biernej prądu jest współczynnik mocy cosj, często wyrażany również jako tgφ, podawany w warunkach technicznych przyłączenia do sieci elektroenergetycznej taryfie za energię elektryczną i innych dokumentach stosowanych w energetyce zawodowej. Podaną wartość współczynnika mocy biernej tgφ można przeliczyć na wartość cosφ, korzystając ze wzoru:

Kiedy współczynnik mocy biernej jest niski, może powodować szereg negatywnych skutków. Dotyczy to zarówno użytkowników, jak i całego systemu energetycznego. Dochodzi chociażby do zwiększonego poboru prądów roboczych w stosunku do pracy przy tej samej mocy czynnej i współczynniku mocy bliskim jedności. Moc bierna ogranicza także sprawność transformatora oraz linii kablowych. To oczywiście jeszcze nie wszystkie z niepożądanych efektów. Jakie inne konsekwencje wiążą się z niskim współczynnikiem mocy biernej? Są to m.in.:

• konieczność instalowania urządzeń wytwórczych i przetwórczych o większych mocach znamionowych,
• konieczność stosowania aparatów o większych prądach znamionowych oraz większych dopuszczalnych prądach zwarciowych,
• konieczność stosowania przewodów o większych przekrojach,
• zmniejszona przepustowość sieci zasilających,
• zwiększenie straty energii czynnej w transformatorach, sieciach oraz instalacjach odbiorczych,
• zwiększone spadki napięć w transformatorach i liniach zasilających.

W zakładach przemysłowych i usługowych wartość współczynnika mocy biernej cosφ jest znacznie mniejszy od jedności (w przeciwieństwie do instalacji elektrycznych odbiorców). Wynika to głównie z dostępnych urządzeń technologicznych wyposażonych w silniki lub inne odbiorniki o małym znamionowym współczynniku mocy. Silnik elektryczny bądź transformator pobiera moc bierną na magnesowanie, równą praktycznie mocy pozornej przy pracy jałowej oraz na pokrycie strat mocy biernej przy obciążeniu.

Przepływ energii od źródła zasilania mocy biernej do odbiornika powoduje jej dodatkowe zużycie. By zmniejszyć te straty, należy dążyć do ograniczenia poboru mocy i energii biernej do wartości niezbędnych na magnesowanie oraz pokrycie strat w warunkach znamionowych. Jednym z rozwiązań, które są rekomendowane przez specjalistów, jest zakup kompensatora dynamicznego.

To urządzenie, które aktywnie reaguje na zmieniające się potrzeby instalacji elektrycznej. Jak działa? Otóż między źródłem zasilania a odbiorcami przesyłana jest moc bierna. Kompensacja ma natomiast eliminować potrzebę przepływu tej energii przez przewody zasilające. Absorbuje bowiem moc bierną lokalnie. Moc urządzeń kompensujących wyznacza się ze wzoru:

Gdzie:

P – moc czynna odbiorników, w [kW]
k – (1,1 ÷1,3) współczynnik korekcji wynikający z bezwładności układu
tgφn – naturalny wskaźnik mocy (bez kompensacji)
tgφk – wymagany przez dostawcę energii wskaźnik mocy.

Dobrana moc urządzeń do kompensacji mocy biernej indukcyjnej nie może spowodować przekompensowania, które objawi się ujemną wartością współczynnika cosφk. Sprawdzenie należy wykonać, korzystając ze wzorów:

Gdzie:

P_z – moc czynna zapotrzebowana przez odbiorniki, w [kW]
Q_z – moc bierna zapotrzebowana przez odbiorniki, w [kVAr]
Q_k – moc urządzeń przeznaczonych do kompensacji mocy biernej, w [kVAr].

Ujemna wartość współczynnika mocy cosj, świadczy o przekompensowaniu, które jest szkodliwe dla odbiorników oraz sieci zasilającej, powodując wzrost napięcia i wyższych harmonicznych (THD) w punkcie przyłączenia kompensatora.

Zgodnie z powyższym rozporządzeniem w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, [Dz. U. z 2007 Nr 89 poz.623], dopuszczalny pobór mocy biernej z systemu elektroenergetycznego określony jest wskazaniem tgφ, którego wartość nie może być większa niż 0,4. Rozporządzenie to jednocześnie dopuszcza, w uzasadnionych przypadkach, możliwość żądania przez Operatora Sieci Dystrybucyjnej (OSD) wartości mniejszej od 0,4 (w praktyce nie jest ona mniejsza niż 0,2). Przekroczenie wartości dopuszczalnej wskaźnika tgφ powoduje naliczanie dodatkowych opłat za pobór ponad normatywnej mocy biernej określonych w taryfie dla energii elektrycznej zatwierdzonej przez prezesa URE. W celu zmniejszenia poboru mocy biernej indukcyjnej z systemu elektroenergetycznego stosuje się jej kompensację polegającą na instalowaniu urządzeń kompensacyjnych, które lokalnie wytwarzają moc bierną (np. baterie kondensatorów). Taka kompensacja energii pozwala ograniczyć straty, poprawić efektywność energetyczną instalacji oraz uniknąć dodatkowych kosztów.

Przeanalizujmy pozycje występujące u odbiorców rozliczających się w taryfach „B” i „C” na przykładzie fragmentu faktury za energię elektryczną (tabela 1). Przeprowadzona analiza pozwoli określić, które składowe są związane z mocą bierną i można je wyeliminować, obniżając wysokość miesięcznych opłat za energię elektryczną.

Składowymi rachunku za energię elektryczną są:

• opłata dystrybucyjna,
• opłata abonamentowa,
• opłata sieciowa,
• opłata za przekroczenie mocy umownej,
• opłata za energię bierną (indukcyjną wg tg fi),
• opłata za energię bierną oddaną (pojemnościową).

O ile opłaty abonamentowej oraz sieciowej nie można wyeliminować, to opłaty za energię bierną indukcyjną, a także pojemnościową – jak najbardziej tak.

Jak wcześniej wskazaliśmy miarą zużycia energii biernej indukcyjnej, jest współczynnik mocy tgφ (Tab1. POZ. 1) i na jego podstawie następuje rozliczenie kosztów energii biernej. Informuje on, jak dużo pobraliśmy energii biernej w stosunku do pobranej energii czynnej. W naszym przypadku wymagany tgφ przez OSD wynosi 0,4 (Tab1. POZ. 2). Opłata naliczana jest w momencie, kiedy następuje przekroczenie tej wartości, czyli pobór energii biernej w stosunku do energii czynnej jest większy niż 40%. Należy pamiętać, że jednym z istotnych źródeł tej energii może być moc bierna transformatora, generowana przez urządzenia pracujące w trybie jałowym. Narzędziami mogącymi spowodować nadmierny pobór energii biernej i związane z tym opłaty są silniki napędów, układy wentylacji, klimatyzatory, oświetlenie, windy itp. W wielu przypadkach dochodzi również do sytuacji, w której do sieci trafia moc bierna oddana, co również podlega odrębnemu rozliczeniu i może skutkować dodatkowymi opłatami. W omawianym przykładzie tgφ rzeczywisty (ten, który faktycznie jest uzyskiwany na obiekcie) wynosi 0,83 (Tab1. POZ 3) i jest znacznie większy od wartości 0,4 wymaganej przez OSD. W związku z tym przekroczeniem została naliczona opłata. Pozycję tę możemy wyeliminować poprzez zabudowę urządzeń kompensacyjnych – to tzw. moc bierna kompensacja, której zadaniem jest redukcja nadmiaru energii biernej w instalacji. Według przykładowej faktury co miesiąc oszczędzamy kwotę ponad 2 000 złotych (Tab1. POZ. 4).

W przypadku energii biernej oddanej rozliczenie nie następuje na podstawie współczynnika. Każde, najmniejszy zwrot energii biernej do sieci powoduje naliczenie opłaty. Oddawanie energii biernej jest efektem pracy urządzeń o charakterze pojemnościowym, które z punktu widzenia sieci działają jak kondensatory. Do takich urządzeń należą m.in. UPS-y, komputery, nowoczesne źródła światła LED czy rozbudowana infrastruktura kablowa. W takich przypadkach, zwłaszcza w nowoczesnych instalacjach biurowych czy technologicznych, nadmiar energii biernej oddanej staje się istotnym problemem ekonomicznym. W omawianym przykładzie kwota do zapłaty za energię bierną oddaną (pojemnościową) to prawie 4 300 złotych (Tab1. POZ. 5). To stanowi znaczące obciążenie finansowe dla użytkownika. W kontekście całkowitego zużycia energii czynnej i biernej, jej nadmiar oddawany do sieci powoduje wzrost całkowitych kosztów za elektryczność. Jeśli zależy Ci na wygenerowaniu oszczędności, a co za tym idzie, redukcji mocy biernej, tylko dzięki kompensacji będziesz mógł skutecznie zoptymalizować koszty za energię elektryczną..

Źródła mocy biernej mogą powodować dodatkowe koszty i obciążać sieć elektryczną. Natomiast z przeprowadzonych analiz (na podstawie cennika baterii kondensatorów OLMEX KMB) uwzględniających bieżący poziom cen urządzeń kompensacyjnych na naszym rynku wynika, że okres zwrotu instalacji układu kompensacji mocy biernej wynosi od 4 do 12 miesięcy. Zależy to od nasilenia i parametrów sieci obiektu.

Analiza nie obejmowała miejsc, gdzie występują obciążenia szybkozmienne (zgrzewarki, suwnice) oraz jest wysoki poziom wyższych harmonicznych (THDI i THDU). W takich przypadkach warto rozważyć zastosowanie rozwiązań bardziej zaawansowanych, takich jak kompensator dynamiczny, który pozwala na skuteczne reagowanie na zmieniające się warunki pracy sieci w czasie rzeczywistym. Podstawą prawidłowego doboru układu kompensacji mocy biernej jest pomiar parametrów energii elektrycznej w obiekcie, gdzie ma on zostać zainstalowany. Taka analiza pozwala nam uzyskać informację na temat występowania wyższych harmonicznych czy asymetrii obciążeń. Ponadto wiemy dzięki niej, jaka jest szybkość oraz poziom wahań energii biernej oddanej. Na podstawie tych danych można zaprojektować i zbudować optymalny dla obiektu układ kompensacji, który będzie spełniał swoje funkcje techniczne. Usługi w zakresie pomiarów, a także doboru urządzeń kompensacyjnych świadczymy na terenie całego kraju.

Nie wszystkie składowe muszą występować w każdym z rachunków, zależy to od dostawcy energii, taryfy rozliczeniowej oraz charakteru odbioru.