Układy kompensacji mocy biernej

Różnego rodzaju odbiorniki energii elektrycznej prądu przemiennego (np. jednofazowe) pobierają z sieci zasilającej oprócz mocy czynnej (P) także moc bierną (Q).

W zależności od wartości kąta fazowego (φ) pomiędzy napięciem (U) i prądem (I) moc bierna może mieć wartość dodatnią (mamy do czynienia z odbiornikiem o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym) lub wartość ujemną (mamy do czynienia z odbiornikiem o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym). Kosinus kąta fazowego pomiędzy napięciem i prądem nazywamy potocznie współczynnikiem mocy (cosφ).

Zdefiniowany w ten sposób współczynnik mocy odnosi się jedynie do przebiegów sinusoidalnych (określa przesunięcie fazowe pomiędzy przebiegiem prądu, a napięciem o częstotliwości podstawowej, np. 50 Hz) i nie uwzględnia odkształceń pochodzących np. od wyższych harmonicznych (będących całkowitą wielokrotnością częstotliwości podstawowej, np. 150 Hz).

Moc czynna zamieniana jest na energię świetlną (źródła światła), energię mechaniczną (silniki elektryczne) lub też na energię cieplną (urządzenia grzejne). Moc pozorna (S) decyduje o wymiarach źródeł zasilania i układu pośredniczącego, przekrojach przewodów oraz wpływa na wielkość strat w liniach przesyłowych. Przesyłanie mocy przy niskim współczynniku jest więc zwykle nieracjonalne, podraża koszty energii elektrycznej, a także nie pozwala na pełne wykorzystanie możliwości źródeł zasilania. Aby temu zapobiec stosuje się urządzenia służące do poprawy współczynnika mocy – kompensację mocy biernej. Polega ona w najprostszym przypadku na włączeniu równolegle do odbiornika energii elektrycznej układu, który pobiera moc bierną przeciwnego znaku.

Większość spotykanych w praktyce odbiorników ma charakter rezystancyjno-indukcyjny – kompensacji dokonuje się najczęściej za pomocą baterii kondensatorów lub ewentualnie maszyn synchronicznych (głównie w dużych zakładach produkcyjnych).

W przypadku odbiorników o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym kompensacji dokonuje się zwykle za pomocą pojedynczego dławika lub baterii dławików.

Rozróżniamy cztery rodzaje kompensacji mocy biernej:

• kompensacja indywidualna polega na podłączeniu baterii kondensatorów i/lub dławików bezpośrednio do zacisków wybranego odbiornika energii elektrycznej. W tym przypadku następuje odciążenie pojedynczej linii zasilającej od konieczności przesyłu mocy biernej.

• Kompensacja grupowa polega na podłączeniu baterii kondensatorów i/lub dławików do szyn zbiorczych jednej lub każdej z podrozdzielnic. Stosowana jest zwykle tam, gdzie istnieje rozbudowany układ zasilania. W tym przypadku nie następuje odciążenie poszczególnych linii zasilających odbiorniki energii elektrycznej od konieczności przesyłu mocy biernej. Włączanie i wyłączanie pojedynczych kondensatorów i/lub dławików w baterii odbywa się zwykle w sposób automatyczny w zależności od liczby pracujących urządzeń i zadanej wartości współczynnika mocy.

• Kompensacja centralna polega na podłączeniu baterii kondensatorów i/lub dławików do szyn zbiorczych rozdzielnicy głównej. Stosowana jest zdecydowanie najczęściej. W tym przypadku nie następuje odciążenie poszczególnych linii zasilających odbiorniki energii elektrycznej od konieczności przesyłu mocy biernej. Włączanie i wyłączanie pojedynczych kondensatorów i/lub dławików w baterii odbywa się zwykle w sposób automatyczny w zależności od liczby pracujących urządzeń i wartości współczynnika mocy, określonej warunkami technicznymi przyłączenia do sieci elektroenergetycznej.

• Kompensacja mieszana polega na wykorzystaniu zarówno centralnej baterii kondensatorów i/lub dławików, jak i indywidualnych baterii podłączonych bezpośrednio do zacisków największych odbiorników energii elektrycznej. Stosowana jest najczęściej w dużych obiektach.

W celu potwierdzenia konieczności kompensacji mocy biernej, a także dobrania odpowiedniego typu kompensatora niezbędne jest wykonanie odpowiednich pomiarów i ich szczegółowa analiza. Zapraszamy do kontaktu.