Płać mniej za prąd - czyli kompensacja mocy biernej

Na początek trochę teorii zaczerpniętej z Wikipedii.
Moc bierna w obwodach prądu zmiennego jest wielkością opisującą pulsowanie energii elektrycznej między elementami obwodu elektrycznego. Ta oscylująca energia nie jest zamieniana na użyteczną pracę lub ciepło, niemniej jest ona konieczna do funkcjonowania maszyn elektrycznych (np. transformatorów, silników). Energia jest pobierana ze źródła w części okresu przebiegu zmiennego, magazynowana przez odbiornik (w postaci energii pola elektrycznego lub magnetycznego) i oddawana do źródła w innej części okresu, co jest związane z zanikiem pola w odbiorniku.

Dla przebiegów sinusoidalnie zmiennych moc bierna jest definiowana jako iloczyn wartości skutecznych napięcia i prądu oraz sinusa kąta przesunięcia fazowego między napięciem a prądem:

Q=U•I•sinj=X•I2

gdzie:
U, I - wartości skuteczne napięcia

i prądu
j - przesunięcie fazowe pomiędzy
napięciem i prądem
X - reaktancja

Wyróżnia się:
– moc bierną indukcyjną;
– moc bierną pojemnościową.

Jednostką mocy biernej (Q) jest war (z ang. var - Volt Ampere Reactive).
W elektroenergetyce najczęściej operuje się jednostką Mvar.

Występowanie mocy biernej powoduje zwiększenie natężenia prądu, co zwiększa straty energii elektrycznej w urządzeniach wytwarzających i przesyłających energię elektryczną prądu przemiennego (generatorach, liniach przesyłowych i transformatorach).
Tyle z teorii. W praktyce wygląda to tak, iż energia bierna jest czymś niedobrym i niekorzystnym, ale bez niej nie będą działać żadne silniki elektryczne. Negatywnym skutkiem przepływu energii biernej jest przede wszystkim nagrzewanie się przewodów elektrycznych i osłabianie styków. A to powoduje zmniejszenie przepustowość sieci i w konsekwencji częstsze spadki napięcia i straty mocy czynnej.
Obrazowo można to porównać do sieci wodociągowej i kamienia. Kamień powstaje jako wytrącenie mikroelementów zawartych w wodzie. Mikroelementy w wodzie być muszą. Ale stały przepływ wody z kamieniem powoduje zmniejszanie się przekrojów rur i niszczenie urządzeń hydraulicznych takich jak krany, grzałki itp.

Wracając do mocy biernej.
Skoro występują straty, to ktoś musi ponosić ich koszty. Dostawcy energii elektrycznej rekompensują swoje straty poprzez narzucenie odbiorcom limitów mocy biernej, których przekroczenie wiąże się z poniesieniem dodatkowych opłat.
Każdy dostawca energii elektrycznej gwarantuje swoim odbiorcom pewien poziom energii biernej, za którą nie są pobierane opłaty. Z reguły jest to stosunek 0,4 – czyli na każde pobrane 100 kWh energii czynnej 40 kVar energii biernej nie jest doliczane do rachunku. Dopiero przekroczenie tej wartości powoduje naliczanie opłat przez zakład energetyczny.
Nie każdy odbiorca jest jednak rozliczany za energię bierną – wynika to przyjętych warunków technicznych i podpisanych umów na dostawę energii elektrycznej.
Najprościej jest to sprawdzić dokładnie czytając fakturę za dostawę energii elektrycznej. Jeśli znajduje się tam pozycja „energia bierna pobrana”, to oznacza, że te właśnie koszty dotyczą naszego zakładu. To najbardziej wymierny i policzalny skutek przepływu energii biernej – konkretne kwoty na fakturze za prąd.

Jednak energię bierną można wyeliminować – skompensować poprzez zastosowanie baterii kondensatorów. Należy jednak zauważyć, że aby bateria kondensatorów działała prawidłowo musi być ona odpowiednio dobrana.

Nie wolno jej dobierać szacunkowo ani nawet na podstawie faktur, gdyż nie tylko nie osiągniemy spodziewanych rezultatów, ale również możemy ponieść dodatkowe koszty. Źle dobrana lub przewymiarowana bateria kondensatorów będzie generować moc bierną pojemnościową, za którą dostawca energii pobiera kary wynikające z podpisanej umowy.

Dobór baterii kondensatorów powinien być poprzedzony właściwą analizą pracy sieci i urządzeń znajdujących się w zakładzie. Sprawdzenie takie polega na podpięciu za układem pomiarowym (licznikiem) analizatora sieci. Taki pomiar powinien trwać od 2 do 4 dni pracy zakładu. Koszt takiej ekspertyzy waha się w granicach od 700 do 1.800 zł. Warto podkreślić, że pomiaru nie da się rzetelnie wykonać w ciągu kilkunastu minut. Jeżeli ktoś oferuje taką usługę w tak krótkim czasie, to sugeruję dużą rezerwę do jej wyników.
Po wykonaniu analizy pracy sieci w zakładzie dobiera się baterię kondensatorów. Średni koszt baterii to wydatek od 5.000 do 10.000 zł. Analizując faktury i opłaty za energię bierną można łatwo oszacować czas zwrotu tej inwestycji i późniejsze oszczędności wynikające z kompensacji mocy biernej w zakładzie.

Podsumowanie
Każdy silnik elektryczny wykorzystywany w zakładzie powoduje przepływ energii biernej. Jest to negatywne zjawisko, które można zrównoważyć poprzez zastosowanie baterii kondensatorów. Zabudowanie baterii kondensatorów o precyzyjnie dobranych parametrach pozwoli na zmniejszenie rachunków za energię elektryczną. Dodatkowo kompensacja mocy biernej poprawia warunki pracy całego zakładu poprzez zwiększenie przepustowość sieci elektrycznej, zmniejszenie spadków napięcia, wydłużenie żywotności urządzeń itd.