Moc bierna — jak ważny jest wysoki współczynnik mocy biernej?

W ciągu kilkunastu ostatnich lat coraz większą uwagę przykuwa się do jakości energii elektrycznej. Dzieje się tak, ponieważ liczba precyzyjnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych ciągle rośnie. Są one podatne na wahania lub przepięcia, które nawet w mikro skali mogą nieodwrotnie uszkadzać podzespoły urządzenia.
Moc bierna, bo o niej będzie dziś mowa, ma ogromny wpływ na pracę wielu urządzeń elektronicznych. Wysoki współczynnik mocy biernej może przyczynić się do zwiększenia efektywności energetycznej, a także jest gwarancją prawidłowo działającego systemu.

Z tego artykułu dowiesz się:

  • czym jest współczynnik mocy biernej i jaki jest jego wpływ na działanie urządzeń,
  • w jaki sposób można poprawić współczynnik mocy biernej,
  • jak działają i czym są regulatory współczynnika mocy biernej.

Współczynnik mocy biernej — co to jest?

Żeby omówić współczynnik mocy biernej, trzeba najpierw wiedzieć, czym jest sama energia bierna. W skrócie jest to wielkość opisująca pulsowanie energii elektrycznej pomiędzy elementami obwodu elektrycznego. Nie jest ona zamieniana ani na energię użyteczną, czy też ciepło, niemniej jednak jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania wielu urządzeń, jak silniki, zasilacze czy transformatory. Jest używana do podtrzymania funkcjonowania podzespołów urządzeń jak cewki czy kondensatory, na podstawie oporu indukcyjnego lub pojemnościowego.

Współczynnik mocy biernej i czynnej wykres
Współczynnik mocy biernej i czynnej wykres

Przepływ mocy biernej do układu może powodować zakłócenia w jego działaniu, a także ma wpływ na działanie całego systemu energetycznego. Dużym problemem mocy biernej jest również to, że większość zwracanej energii przepada na skutek strat w sieci. Zakłady energetyczne produkując energię bierną, tracą więc jej część, zanim ta dotrze do klienta.

Jeszcze niedawno, mocą bierną nie interesowało się zbyt wiele osób. Większość ludzi korzystała ze standardowych żarówek, które nie pobierały z sieci mocy biernej i traciły znaczną część energii na rzecz energii cieplnej. W przypadku oświetlenia LED konieczne jest stosowanie wysokiej jakości zasilaczy, które wygładzą prąd i zapewnią wysoki współczynnik mocy biernej.

Zakłócenia i przepięcia w sieci
Zakłócenia i przepięcia w sieci

 

A więc czym jest w końcu współczynnik mocy biernej?

Sam współczynnik mocy biernej jest stosunkiem mocy czynnej do mocy pozornej. Opisuje on jakość energii elektrycznej, którą może dostarczyć zasilacz do podłączonych do niego urządzeń.

Zobacz również nasze inne artykuły techniczne

Kompensacja współczynnika mocy biernej

Niski współczynnik mocy biernej może sprawić, że układ nie będzie pracował w prawidłowy sposób, co w rezultacie spowoduje skróceniem czasu jego żywotności. Oprócz tego niski współczynnik mocy cos φ to również:

  • konieczność instalowania urządzeń wytwórczych o większych mocach znamionowych,
  • zwiększenie strat energii czynnej w sieciach i instalacjach odbiorczych,
  • zwiększenie spadków napięcia w liniach zasilających,
  • zmniejszenie przepustowości sieci zasilających,
  • konieczność stosowania przewodów i kabli o większych przekrojach.

Warto więc stosować wysokiej jakości zasilacze lub urządzenia poprawiające współczynnik mocy biernej.

Badanie zakłóceń w sieci
Badanie zakłóceń w sieci

Wyróżnić można dwa sposoby zmiany wartości współczynnika mocy biernej: sztuczny i naturalny.

Sztuczny polega na instalacji w układzie elektrycznych dodatkowych urządzeń, których zadaniem jest kompensacja pobieranej przez odbiorniki mocy biernej. Typ urządzeń odbierających energię decyduje o tym, jakie urządzenie do poprawy współczynnika mocy powinniśmy wybrać. Dla odbiorników o charakterze indukcyjnym należy wybrać urządzenia kompensacyjne oparte na kondensatorach, a w przypadku pojemnościowych — baterie dławikowe.

W przypadku sposobów naturalnych te opierają się głównie na prawidłowym doborze silników o właściwej mocy. Zastępuje się również niedociążone urządzenia, urządzeniami o mniejszej mocy, unika się pracy silników i urządzeń na biegu jałowym, dba się o odpowiednią konserwację urządzeń oraz planowaniu pracy silników zgodnie z ich parametrami.

Podczas doboru urządzeń kompensujących moc bierną, należy zwrócić szczególną uwagę na:

  • Miejsce instalacji układu pomiarowo-rozliczeniowego — im bliżej odbiornika mocy, tym pomiary będą precyzyjniejsze.
  • Potrzebę kompensacji mocy biernej — duża część urządzeń nie wymaga kompensacji mocy biernej, zastanów się zatem, czy na pewno potrzebujesz tego rozwiązania.
  • Rodzaj niezbędnych urządzeń — w dalszej części znajdziesz najpopularniejsze urządzenia poprawiające energię bierną; upewnij się, że wybierasz właściwe urządzenie.
  • Szybkość zmian poboru mocy biernej — ma ona ogromny wpływ na dobór odpowiedniego układu sterowania.
  • Poziom odkształceń energii w miejscu planowanego przyłączenia — im większe odkształcenia, tym większe zabezpieczenia warto stosować.
  • Sposób sterowania urządzeniem regulującym moc bierną — najlepiej zainstalować system sterowania w rozdzielnicy zawierającej układ pomiarowy.

Regulator współczynnika mocy biernej

Jak już wcześniej wspomnieliśmy, energia bierna jest niezbędna do pracy wielu urządzeń elektrycznych, w tym diod LED. Niestety, dużą część z nich, które wykorzystuje się w obiektach użyteczności publicznej, potrzebuje o wiele więcej energii biernej, co wiąże się z częstym przekraczaniem limitów. Urządzeniami, które mogą generować dodatkowe opłaty za energię bierną to: wentylatory, klimatyzacja, UPSy, ruchome schody, systemy przeciwpożarowe, sterownie i centrale komputerowe. Aby uniknąć wysokich kosztów za energię elektryczną, należy stosować specjalne urządzenia kompensujące energię bierną. Proces ten niesie za sobą wiele zalet. Najważniejsze z nich to:

oscyloskop -zakłucenia w sieci
oscyloskop -zakłucenia w sieci
  • ograniczenie spadków napięć, które negatywnie wpływają na żywotność i stabilność pracy układów,
  • zwiększenie niezawodności układu zasilania,
  • zwiększenie przepustowości systemu przesyłowego
  • obniżenie lub całkowita likwidacja opłat za energię bierną pobraną i oddaną do sieci,
  • niższe koszty energii elektrycznej,
  • minimalizacja przesyłowych strat mocy czynnej w przewodach zasilających.

Urządzenia kompensacyjne mocy biernej można podzielić na:

  • urządzenia na bazie kondensatorów energetycznych,
  • energoelektroniczne kompensatory i filtry aktywne APF,
  • hybrydowe układy kompensacyjne,
  • maszyny synchroniczne i asynchroniczne napędy synchronizowane.

Żeby prawidłowo dobrać urządzenie kompensacyjne, trzeba znać profil obciążenia, a także parametry elektryczne sieci. Nie jest to jednak zadanie proste, ponieważ praktycznie zawsze wymaga indywidualnego podejścia do problemu. Dodatkowo warto w tym miejscu wspomnieć, że energia bierna pobierana w budynkach mieszkalnych nie jest już bliska zeru. Okazuje się, że urządzenia energooszczędne są źródłem wyższych harmonicznych, które zwiększają zapotrzebowanie na wspomnianą energię bierną. Zarówno żarówki LED jak i inne urządzenia jak pralki, stają się coraz bardziej energooszczędne, przez co pobór tej mocy stale rośnie.

 

Spora część urządzeń elektrycznych, zasilanych napięciem naprzemiennym może pobierać energię bierną, która jest niezbędna do ich prawidłowej pracy. Ciągły rozwój technologii powoduje, że nowoczesne odbiorniki mogą mieć charakter indukcyjny lub pojemnościowy, który znacznie wpływa na pobór energii biernej.

Odpowiednia gospodarka i kompensacja mocy biernej to nie tylko niższe koszty związane z poborem prądu elektrycznego, ale także dłuższa żywotność i stabilniejsza praca wielu urządzeń. Dobór układu kompensacji nie jest jednak łatwym zadaniem i w wielu przypadkach wymaga pomocy specjalisty.

Zobacz nasze pozostałe artykuły poradnikowe

 

przez

Post Author: Marcin Pietrasik