Aktywna kompensacja mocy biernej i filtracja wyższych harmonicznych

Moc bierna i wyższe harmoniczne to zjawiska, które niekorzystnie wpływają zarówno na jakość energii w sieci, jak i na wysokość faktur przedsiębiorców. Wraz z rozwojem technologii coraz częściej zaczynamy zwracać na nie uwagę. Jakie korzyści niesie za sobą dbanie o poprawę jakości energii elektrycznej?

Bierność nie popłaca

Odbiorniki nieliniowe oprócz prądu o częstotliwości 50 Hz pobierają również dodatkowe prądy o innych częstotliwościach nazywane wyższymi harmonicznymi prądu, które pogarszają parametry jakościowe energii elektrycznej.

Na transformatorze zasilającym przedsiębiorstwa wyższe harmoniczne prądu powodują zaburzenia i zniekształcenia sinusoidy napięcia. Drugim niekorzystnym dla sieci zjawiskiem jest moc bierna. Wyższe harmoniczne wraz z szybkimi zmianami mocy biernej prowadzą do wahań, zapadów oraz szybkich zmian napięcia i strat energii czynnej. Finalnie, w przedsiębiorstwie najważniejszy jest bilans finansowy.

Oba czynniki generują koszty oraz stwarzają zagrożenie powstania nowych przez awarię wrażliwych urządzeń odbiorczych. Zapobieganie nim zwiększa bezpieczeństwo i pomaga w zoptymalizowaniu kosztów poboru energii elektrycznej.

Koszt mocy biernej

Moc bierna jest konieczna do funkcjonowania niektórych urządzeń odbiorczych, jednak nie jest zamieniana w pracę lub w ciepło. Dlaczego za jej pobór przedsiębiorcy są karani dodatkowymi opłatami? Moc bierna negatywnie wpływa na zdolności przesyłowe sieci, a obiekty, które ją pobierają działają na niekorzyść OSD. Opłaty za pobór mocy biernej nie są czymś nowym ani dziwnym, jednak przedsiębiorstwa mogą tracić tysiące złotych miesięcznie ze względu na jej pobór.

Koszty związane z poborem energii biernej najczęściej dotyczą obiektów przemysłowych, jednak nie omijają również biurowców i budynków usługowych. Wszystko jest zależne od ilości i typu odbiorników w sieci wewnętrznej.

Tymi, które potrzebują energii biernej i odpowiadają za pogorszenie jakości energii są:

• silniki i pompy,
• układy wentylacji i klimatyzacji,
• systemy zasilania gwarantowanego i UPS,
• serwerownie,
• piece indukcyjne,
• oświetlenie LED,
• instalacje fotowoltaiczne.

Wszystkie z wymienionych urządzeń odbiorczych można spotkać w różnego rodzaju przedsiębiorstwach przemysłowych, stąd konieczność wykonania audytu zaczynającego się od analizy faktur oraz pomiarów jakości energii elektrycznej.

Nowoczesne rozwiązania dla nowoczesnego przemysłu

Pierwszymi sposobami kompensacji energii biernej i poprawy jakości energii były układy baterii kondensatorów i dławików. Obecnie technologia daje możliwości dużo skuteczniejszej kompensacji ze zdecydowanie łatwiejszym doborem niż wspomniane układy. Aktywne kompensatory mocy biernej (ASVG) oraz filtry aktywne umożliwiają jednoczesną kompensację mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej oraz filtrację harmonicznych prądu dając dużo lepsze efekty niż odchodzące w cień starsze rozwiązania.

Kompensatory ASVG i filtry aktywne kompensują moc bierną pojemnościową i indukcyjną jednocześnie w zakresie trzech faz. W odróżnieniu od baterii kondensatorów nowoczesne ASVG i filtry aktywne kompensują moc bierną do zera, całkowicie eliminując jej koszty.

Oba typy urządzeń reagują na zmiany parametrów sieci w czasie mniejszym niż 5 ms. Tak szybki czas reakcji pozwala na błyskawiczne eliminowanie niekorzystnych zjawisk pojawiających się w sieci. Dodatkowo ich dobór jest znacznie łatwiejszy na etapie projektu.

Korzyści kompensacji mocy biernej

Kompensacja mocy biernej i filtracja wyższych harmonicznych wpływa na trzy sfery przedsiębiorstwa. Finansową, technologiczna i ekologiczną. Te trzy aspekty wpływają na zwiększają jego konkurencyjność. W ujęciu finansowym działania filtrów aktywnych i kompensatorów ASVG przyczynia się do wyeliminowania opłat za pobór mocy biernej. Dodatkowo zmniejszają się koszty eksploatacji instalacji elektrycznej i minimalizują ryzyko przestojów wywołanych awariami. Najważniejszym elementem jest minimalizacja strat energii czynnej, która może skutkować zmniejszeniem jej konsumpcji nawet o 10%.

Pod kątem technologicznym ASVG i filtry aktywne dają wysoką skuteczność kompensacji mocy biernej niezależnie od charakteru i dynamiki zmian w sieci. Poprawiając parametry jakościowe energii przedłużają żywotność odbiorników i instalacji elektrycznej minimalizując ryzyko ich awarii. Ostatnim, ale coraz istotniejszym aspektem jest ekologiczny. Łączony ze zmniejszeniem śladu węglowego oraz efektywnością energetyczną.

Case study

Najlepszym dowodem na działanie kompensatorów i filtrów aktywnych jest przykład jednego z przedsiębiorstw przemysłowych, w którym zostały zainstalowane filtry aktywne Xinus D3.

Początkowo został zlecony audyt efektywności energetycznej i jakości energii elektrycznej.  Podczas dokonanych pomiarów przez specjalistów Elmech wykazano następujące problemy:

• straty w transformatorze spowodowane dużym udziałem wyższych harmonicznych,
• przeciążenie transformatorów i przegrzewanie uzwojeń,
• spadki napięć,
• wahania napięcia,
• problemy z utrzymaniem współczynnika mocy,
• wysokie opłaty za energię bierną.

Finalnie zdecydowano o wykorzystaniu filtra aktywnego Xinus D3 150 kVA dostosowanego do potrzeb przedsiębiorstwa przemysłowego. Dodatkowo, służby utrzymania ruchu i główny energetyk zostali przeszkoleni z obsługi urządzenia.

Wyniki analizy parametrów jakościowych sieci elektroenergetycznej przed i po instalacji filtra aktywnego Xinus D3 150kVA wykazały znacznie niższy współczynnik harmonicznych, co pokazuje poniższy wykres.

Dodatkowo zanotowano dodatkowe efekty:

• zmniejszenie harmonicznych w prądzie,
• zwiększenie pracujących urządzeń przez zmniejszenie THD w napięciu,
• zmniejszenia wartości mocy biernej,
• zmniejszenie strat w transformatorze,
• obniżenie temperatury uzwojeń transformatora.

Termin zwrotu inwestycji określono na 24 miesiące, co również zostało pomyślnie zrealizowane.

Szybko, łatwo i efektywnie

Aktywne kompensatory mocy biernej i filtry aktywne to urządzenia, które można łatwo dobrać na podstawie pomiarów parametrów jakościowych energii, następnie szybko zainstalować, a później efektywnie czerpać korzyści z ich pracy. W czasach, kiedy zarządzanie energią i jej koszty stanowią o konkurencyjności firm na rynku taka inwestycja z pewnością pomoże osiągać wyznaczone cele biznesowe i ekologiczne. Dodatkową wartością jest ograniczenie ryzyka awarii i przerw w pracy przedsiębiorstwa.