Aspekty techniczne i ekonomiczne kompensacji mocy biernej w obiektach użyteczności publicznej

Podstawy teoretyczne

Racjonalna gospodarka mocą i energią elektryczną stanowi podstawowe kryterium oceny ekonomicznej działalności przedsiębiorstw i gospodarki. Większość urządzeń elektrycznych zasilanych napięciem przemiennym oprócz energii elektrycznej czynnej pobiera również energię bierną.

Pierwsza z nich powstaje w efekcie przemian surowca energetycznego i może być ona zamieniona na inne postaci energii, takie jak cieplną, mechaniczną czy świetlną. Natomiast energia elektryczna bierna nie wykonuje żadnej pracy, potrzebna jest jednak do wytworzenia pola elektromagnetycznego, niezbędnego do poprawnego działania szeregu elementów systemu elektroenergetycznego, takich jak: transformatory, silniki, dławiki czy linie elektroenergetyczne.

• dla odbiorników jednofazowych:

(1)

• dla odbiorników trójfazowych:

(2)

gdzie:

U_f, I_f – wartości skuteczne napięć i prądów fazowych,
U, I – wartości skuteczne napięć i prądów przewodowych.

Rys. 1. Trójkąt mocy; rys. K. Strzałka-Gołuszka, M. Gołuszka, J. Strzałka

Czytaj też: Kompensacja mocy biernej - zagadnienia wybrane - odbiorniki i źródła mocy biernej - cz. 1 >>

Na rys. 1. przedstawiono graficzną interpretację zależności pomiędzy mocami, tzw. trójkąt mocy. Wynika z niego, że doskonałym rozwiązaniem jest sytuacja, kiedy moc czynna i moc pozorna są sobie równe, wtedy moc bierna jest równa zeru.

Miarą składowej biernej prądu jest współczynnik mocy cos φ, często wyrażany również wartość współczynnika tg φ, podawanego zwłaszcza w dokumentach dotyczących warunków technicznych przyłączenia do sieci elektroenergetycznej, taryfie za energię elektryczną i innych dokumentach. Przy znanej wartości współczynnika tg φ można wyznaczyć wartość współczynnika mocy cos j ze wzoru:

(3)

Tab. 1. Przykładowe wartości współczynnika mocy cos φ dla różnych odbiorników [22]

Przykładowe wartości współczynnika mocy cos φ dla różnych odbiorników przedstawiono w tab. 1.

Praca odbiorników przy małej wartości współczynnika mocy cos j powoduje zwiększony pobór prądów roboczych w stosunku do pracy przy tej samej mocy czynnej i współczynniku mocy bliskim jedności. Niski współczynnik mocy powoduje szereg skutków ujemnych, takich jak:

• 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 i kabli o większych przekrojach,
• zmniejszenie przepustowości sieci zasilających,
• zwiększenie strat energii czynnej w transformatorach, sieciach oraz instalacjach odbiorczych,
• zwiększenie spadków napięcia w transformatorach i liniach zasilających.

W nowoczesnych urządzeniach energetycznych dąży się do ograniczenia przesyłu mocy biernej poprzez całkowitą lub częściową poprawę współczynnika mocy cos φ.

W zależności od odbiornika wyróżnia się dwa rodzaje energii biernej:

• energię bierną indukcyjną (pobraną) związaną z elementami indukcyjnymi, np. silniki, piece indukcyjne,
• energię bierną pojemnościową (oddaną) związaną z kondensatorami lub długimi odcinkami kabli będących pod napięciem.

W zakładach przemysłowych, w których występuje przewaga odbiorników silnikowych, mamy najczęściej do czynienia z obciążeniem mocą bierną indukcyjną. Obciążenie mocą bierną pojemnościową występuje w przypadku występowania rozległych sieci kablowych lub odbiorników nieliniowych.

Literatura

1. Bielecki S.: Analiza wybranych parametrów energii elektrycznej w budynku biurowym. Elektro info, 6/2017, str. 76÷79.
2. Dąbrowski K.: System kompensacji mocy biernej dla biurowca – wyzwanie czy rutyna. Wiadomości elektrotechniczne, 2013 nr 9, str. 39÷42.
3. Gabrysiak R.: Kompensacja mocy biernej. Elektroinstalator, 9/2013, str. 22÷25.
4. Gabrysiak R.: Metody i urządzenia do kompensacji mocy biernej. Elektroinstalator, 11-12/2014, str. 18÷23.
5. Gabrysiak R.: Kompensacja mocy biernej. Elektroinstalator, 3/2016, str. 23÷29.
6. Gabrysiak R.: Urządzenia do kompensacji mocy biernej. Elektroinstalator, 3/2017, str. 30÷32.
7. Herlender K., Żebrowski M.: Kompensacja mocy biernej jako jeden z elementów poprawy efektywności energetycznej. Elektro info, 12/2014, str. 25÷27.
8. Hołodyński G., Skibko Z.: Problemy kompensacji mocy biernej w nowoczesnych układach elektroenergetycznych. Elektro info, 12/2016, str. 64÷67.
9. Hołodyński G., Skibko Z.: Kompensacja mocy biernej przy przebiegach odkształconych (część 1). Elektro info, 1-2/2017, str. 56÷58.
10. Hołodyński G., Skibko Z.: Kompensacja mocy biernej przy przebiegach odkształconych (część 2). Elektro info, 4/2017, str. 88÷90.
11. Hołodyński G., Skibko Z.: Kompensacja mocy biernej – zagadnienia wybrane (część 1) odbiorniki i źródła mocy biernej. Elektro info, 9/2017, str. 110÷111.
12. Hołodyński G., Skibko Z.: Kompensacja mocy biernej – zagadnienia wybrane (część 2) odbiorniki i źródła mocy biernej. Elektro info, 10/2017, str. 46÷47.
13. Iwanicki M.: Kompensacja mocy biernej. Jak wyeliminować opłaty za pobór energii biernej? Informator instalacyjny – murator, 2016, str. 282÷285.
14. Kuczyński K.: Kompensacja mocy biernej w sieciach nn. Elektro info, 12.2010, str. 38÷39.
15. Kuczyński K.: Moc bierna a opłaty za energię elektryczną. Elektro info, 12/2015, str. 30÷32.
16. Łukiewski M.: Kompensacja mocy biernej pojemnościowej z zastosowaniem dławików indukcyjnych. Napędy i sterowanie, Nr 11, listopad 2005, str. 75÷77.
17. Matyjasek Ł.: Nowoczesne urządzenia do kompensacji mocy biernej. Wiadomości elektrotechniczne, 2017 nr 5, str. 14÷17.
18. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 7 czerwca 2013r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf i rozliczeń w obrocie energią elektryczną (Dz.U. poz. 1200).
19. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. (Dz. U. z 2007r., Nr 93, poz. 623).[20] Skibko Z., Wiśniewski R.: Kompensacja mocy biernej w obiektach przemysłowych. Wiadomości elektrotechniczne, 2015 nr 9, str. 56÷58.
20. Skiliński R., Kołodyński G., Skibko Z.: Kompensacja mocy biernej w nowoczesnych obiektach użyteczności publicznej. Wiadomości elektrotechniczne, 2014 nr 5, str. 30÷33.
21. Świerżewski M.: Kompensacja mocy biernej. Elektrosystem, listopad 2011, str. 116÷122.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

[jakość energii elektrycznej, kompensacja mocy biernej, moc bierna, trójkąt mocy, pobór mocy czynnej i biernej]