Kompensacja mocy biernej w sieciach nn

Problematyka kompensacji mocy biernej pojawiła się już na początku ubiegłego stulecia, kiedy w praktyce przemysłowej zaczęto na dużą skalę wykorzystywać energię elektryczną. Okazało się, że przy poborze energii czynnej potrzebnej do pracy urządzeń, niejako równolegle pobierana jest też energia bierna, która jest efektem przepływu prądu przez elementy indukcyjne [2].

Odbiorniki energii elektrycznej zasilane napięciem sinusoidalnym z reguły nie stanowią czystej rezystancji – mogą mieć charakter indukcyjny lub pojemnościowy. Wynika to stąd, że jeżeli prąd nie jest w fazie z napięciem, lecz wyprzedza go, to mamy przypadek obciążenia pojemnościowego (rys. 2a). Natomiast gdy następuje opóźnienie prądu względem napięcia, to obciążenie ma charakter indukcyjny (rys. 2b) [3].

Większość odbiorników energii elektrycznej posiada charakter indukcyjny, przykładami mogą być: silniki asynchroniczne, transformatory, linie przesyłowe, instalacje oświetleniowe z lampami jarzeniowymi, piece indukcyjne itp.

współczynnik mocy

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

Praca odbiorników przy małej wartości współczynnika mocy cosϕ powoduje zwiększony pobór prądów roboczych w stosunku do pracy przy tej samej mocy czynnej i współczynniku mocy bliskim jedności [1]. Niski współczynnik mocy powoduje szereg skutków ujemnych [1]:

• 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,
• zmniejsza przepustowość sieci zasilających,
• zwiększa straty energii czynnej w transformatorach, sieciach oraz instalacjach odbiorczych,
• zwiększa spadki napięć w transformatorach i liniach zasilających.