Kompensacja mocy biernej w instalacjach elektrycznych – przewodnik dla przedsiębiorców.
Dzisiaj na dobry początek tygodnia przyjrzymy się mocy biernej, ponieważ u znacznej części naszych klientów występują z tego tytułu niemałe opłaty, dlatego pokrótce wytłumaczę wam na czym polega moc bierna, z czego wynika i jak sobie z nią poradzić by nie drenowała rachunków waszych przedsiębiorstw.
Moc bierna to rodzaj energii elektrycznej, która nie wykonuje bezpośrednio żadnej pracy użytecznej, ale jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania urządzeń korzystających z prądu przemiennego. W przeciwieństwie do mocy czynnej, która jest zamieniana na pracę mechaniczną lub ciepło, moc bierna jedynie krąży między siecią a odbiornikami, powodując dodatkowe obciążenie infrastruktury elektroenergetycznej.
Najprościej można to wytłumaczyć na przykładzie prądu przemiennego o charakterystyce sinusoidalnej. W idealnych warunkach napięcie i natężenie prądu osiągają swoje maksymalne wartości jednocześnie, ale w praktyce często występuje przesunięcie fazowe między tymi parametrami. Gdy napięcie wyprzedza natężenie, powstaje moc bierna indukcyjna, a gdy natężenie wyprzedza napięcie - moc bierna pojemnościowa.
Prościej nie dało się tego napisać, mam szczerą nadzieję, że każdy zrozumie 🙂
Dlaczego przedsiębiorcy płacą za moc bierną?
Operatorzy sieci dystrybucyjnych naliczają opłaty za moc bierną ponieważ jej nadmiar obciąża infrastrukturę przesyłową, powoduje straty energii i może prowadzić do niestabilności napięcia w sieci. Najważniejszym parametrem w rozliczeniach jest współczynnik tg φ (tangens fi), który określa stosunek mocy biernej do mocy czynnej.
Dopuszczalny limit wynosi zazwyczaj tg φ ≤ 0,4. Przekroczenie tej wartości skutkuje naliczeniem dodatkowych opłat za każdy kVArh ponad-umownego poboru mocy biernej.
W przypadku energii biernej pojemnościowej opłaty naliczane są już od pierwszej pobranej jednostki.
Jak fotowoltaika wpływa na moc bierną?
W instalacjach fotowoltaicznych głównym źródłem mocy biernej jest falownik (inwerter), którego zadaniem jest przekształcanie energii stałej z paneli na energię przemienną.
Proces ten naturalnie generuje energię bierną indukcyjną, choć w przypadku małych instalacji domowych jej poziom jest zazwyczaj niewielki.
Wpływ na współczynnik tg φ
Paradoksalnie, instalacje fotowoltaiczne mogą sztucznie podnosić współczynnik tg φ, nawet gdy nie zwiększają bezwzględnej ilości mocy biernej.
Dzieje się tak, ponieważ gdy panele produkują energię czynną, budynek zużywa mniej prądu z sieci - maleje więc mianownik we wzorze tg φ = Q/P, co może skutkować przekroczeniem dopuszczalnego limitu.
Typowe źródła mocy biernej w gospodarstwach domowych
Poza falownikiem, w przeciętnym domu moc bierną generują:
Zasilacze elektroniczne
Oświetlenie LED
Piece indukcyjne
Silniki elektryczne (w odkurzaczach, wiertarkach, mikserkach)
Urządzenia z elementami obrotowymi lub kondensatorami.
Typowe źródła mocy biernej w przedsiębiorstwach
Moc bierna w przedsiębiorstwach generowana jest przez wiele różnych urządzeń i systemów elektrycznych. Zrozumienie głównych źródeł jest kluczowe dla efektywnej kompensacji i optymalizacji kosztów energii.
Silniki elektryczne - główne źródło mocy biernej
Silniki elektryczne stanowią największe źródło mocy biernej w przemyśle. Szczególnie problematyczne są:
Silniki indukcyjne asynchroniczne
Biegu jałowe silników - pobierają około 30-40% mocy biernej znamionowej nawet bez obciążenia mechanicznego
Silniki pracujące z częściowym obciążeniem - współczynnik mocy pogarsza się wraz ze zmniejszeniem obciążenia
Silniki o dużych mocach - w zakładach produkcyjnych często wykorzystywane są silniki o mocach od kilkunastu do kilkuset kW
Transformatory i urządzenia rozdzielcze
Transformatory są drugim najważniejszym źródłem mocy biernej ze względu na:
Magnetyzowanie rdzenia - wymaga stałego poboru mocy biernej niezależnie od obciążenia
Transformatory o większych mocach - generują więcej mocy biernej proporcjonalnie do wielkości
Stare transformatory - charakteryzują się gorszym współczynnikiem mocy niż nowoczesne
Urządzenia grzewcze i termiczne
Piece indukcyjne
Piece indukcyjne są znaczącym źródłem mocy biernej w przemyśle metalurgicznym:
Piece do hartowania metali
Piece topielne w odlewniach
Urządzenia do nagrzewania indukcyjnego
Urządzenia spawalnicze
Spawarki łukowe - szczególnie starszego typu
Urządzenia do spawania rezystancyjnego
Systemy cięcia plazmowego
Metody kompensacji mocy biernej
Kompensacja statyczna - kondensatory
Kondensatory energetyczne to najczęściej stosowane rozwiązanie do kompensacji mocy biernej indukcyjnej. Wytwarzają one moc bierną pojemnościową, która neutralizuje nadmiar mocy indukcyjnej w instalacji.
Zalety kondensatorów:
Niski koszt początkowy (od kilkuset złotych dla małych instalacji)
Prosta instalacja i obsługa
Niezawodność działania
Możliwość pracy w systemach automatycznych z regulatorami mocy biernej
Wady kondensatorów:
Stała wartość kompensacji
Wrażliwość na wyższe harmoniczne
Możliwość przekompensowania przy zmiennym obciążeniu
Kompensacja indukcyjna - dławiki
Do kompensacji mocy biernej pojemnościowej stosuje się dławiki kompensacyjne lub baterie dławików indukcyjnych. Rozwiązanie to jest szczególnie istotne w sieciach z długimi liniami kablowymi lub instalacjami fotowoltaicznymi o większej mocy.
Nowoczesne rozwiązania - kompensatory SVG
Aktywne kompensatory mocy biernej SVG (Static Var Generator) to najnowocześniejsze urządzenia, które dynamicznie kompensują zarówno moc bierną indukcyjną, jak i pojemnościową w czasie rzeczywistym.
Najważniejsze zalety SVG:
Reakcja w czasie poniżej 10 ms
Kompensacja obu rodzajów mocy biernej
Filtracja wyższych harmonicznych
Precyzyjna kontrola bez ryzyka przekompensowania
Kompaktowe rozmiary
Korzyści finansowe i techniczne kompensacji
Prawidłowo wykonana kompensacja mocy biernej może przynieść oszczędności rzędu 30% dotychczasowych kosztów energii. Inwestycja w system kompensacji zwraca się zazwyczaj w okresie 1-3 lat, a następnie generuje stałe oszczędności przez cały okres eksploatacji.
Korzyści techniczne
Kompensacja mocy biernej przynosi również wymierne korzyści techniczne:
Zmniejszenie strat energii w przewodach i transformatorach
Poprawę stabilności napięcia w instalacji
Wydłużenie żywotności urządzeń elektrycznych dzięki mniejszemu obciążeniu
Zwiększenie dostępnej mocy bez konieczności modernizacji infrastruktury
Poprawę jakości energii i redukcję zakłóceń
Kiedy warto rozważyć kompensację?
Kompensacja mocy biernej jest szczególnie uzasadniona ekonomicznie przy miesięcznych opłatach za energię wynoszących co najmniej kilka tysięcy złotych.
W przypadku mniejszych firm można rozważyć prostsze, lokalne rozwiązania.
Dla instalacji fotowoltaicznych
Właściciele instalacji fotowoltaicznych powinni rozważyć kompensację gdy:
Rachunki za energię wzrosły po instalacji paneli
Współczynnik tg φ przekracza 0,4
Instalacja ma moc powyżej 50 kW
Występują częste wahania napięcia w sieci
Koszty systemów kompensacji
Koszt kompensacji zależy od mocy instalacji i rodzaju zastosowanych urządzeń:
Małe instalacje: kilkaset złotych (kondensatory do 5 kVar)
Średnie instalacje: 5-20 tysięcy złotych (baterie kondensatorów 20-50 kVar)
Duże obiekty: kilkadziesiąt tysięcy złotych
Systemy zaawansowane
Aktywne kompensatory SVG są droższe od tradycyjnych rozwiązań, ale oferują znacznie większe możliwości:
SVG 10 kVar: około 10-15 tysięcy złotych
SVG 15 kVar: około 15-20 tysięcy złotych
Systemy przemysłowe mogą kosztować od kilkudziesięciu do kilkuset tysięcy złotych.
Podsumowanie
Kompensacja mocy biernej to inwestycja, która przynosi wymierne korzyści zarówno finansowe, jak i techniczne.
Dla przedsiębiorców prowadzących działalność energochłonną może oznaczać oszczędności sięgające tysiące złotych miesięcznie.
W przypadku instalacji fotowoltaicznych kompensacja może być kluczowa dla zachowania opłacalności inwestycji i uniknięcia dodatkowych opłat za energię bierną.
Wybór odpowiedniego rozwiązania wymaga profesjonalnej analizy instalacji i doboru urządzeń przez specjalistów.
Inwestycja w kompensację mocy biernej zwraca się zazwyczaj w okresie 1-3 lat, a następnie generuje stałe oszczędności przez dekady eksploatacji systemu.
Chcesz wiedzieć czy powinieneś zainwestować w kompensacje mocy biernej?
Sprawdź rachunek za dystrybucję i zobacz jakie ponosisz opłaty związane z mocą bierną, a jeśli jest to kwota ponad 1000 zł miesięcznie to zapraszam do kontaktu, z chęcią pomożemy się jej pozbyć!
