Dlaczego kompensacja mocy biernej nie działa prawidłowo?

Podczas pracy przy kompensacji mocy biernej spotkałem się z kilkoma podstawowymi problemami, które mają duży wpływ na poprawność działania układów kompensacji.

Najczęstszym błędem popełnianym podczas doboru kompensacji jest brak dokładnej analizy obiektu oraz sieci elektrycznej, którą ten obiekt posiada.

Podstawą jest wizja lokalna – im więcej informacji uda się zebrać na tym etapie, tym lepiej. Często drobne, na pierwszy rzut oka mało istotne szczegóły, okazują się kluczowe dla całej analizy.

Wpływ fotowoltaiki i magazynów energii

Dobrym przykładem jest instalacja fotowoltaiczna połączona z magazynem energii.

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że nie ma ona związku z energią bierną. W praktyce ma bardzo duży wpływ na działanie całego układu.

W momencie, gdy obiekt zaczyna korzystać z energii zgromadzonej w magazynie, pobór energii czynnej z sieci znacząco spada. Dla klienta oznacza to niższe rachunki za energię czynną, jednak z punktu widzenia parametrów sieci powoduje wzrost współczynnika tg φ.

Urządzenia takie jak silniki czy transformatory do prawidłowej pracy potrzebują energii biernej indukcyjnej. Przyjmuje się, że stosunek energii biernej indukcyjnej do czynnej powinien mieścić się w zakresie tg φ od 0 do 0,4.

W momencie spadku energii czynnej – przy niezmienionym poziomie energii biernej indukcyjnej – wartość tg φ rośnie, co bezpośrednio przekłada się na naliczanie opłat na fakturze.

Dokładnie z taką sytuacją spotkałem się w jednej z instalacji w Opolu – fotowoltaika zamiast obniżać rachunki, powodowała wzrost opłat za energię bierną.

Dobór sposobu kompensacji

Ogólna zasada jest następująca:
energia bierna indukcyjna i pojemnościowa znoszą się wzajemnie.

  • gdy w sieci dominuje energia bierna indukcyjna – stosuje się baterie kondensatorów
  • gdy dominuje energia bierna pojemnościowa – stosuje się baterie dławikowe

W praktyce dobór sposobu kompensacji nie zawsze jest oczywisty i błędy na tym etapie mogą prowadzić do odwrotnego efektu.

Zdarza się, że układ kompensacji zamiast pomagać, pogarsza parametry sieci.

W jednym z obiektów we Wrocławiu bateria kondensatorów powodowała nadkompensację i generowała dodatkową energię bierną pojemnościową – wysokie opłaty mimo kompensacji – przykład z Wrocławia.

Problemem starszych typów układów kompensacji są ich gabaryty – baterie kondensatorów i dławików zajmują dużo miejsca i często nie ma możliwości ich montażu w istniejących rozdzielniach.

W takich sytuacjach stosuje się kompensatory dynamiczne, które mogą kompensować zarówno energię bierną indukcyjną, jak i pojemnościową.

Dobór sposobu kompensacji w praktyce jest bardziej złożony i zależy od wielu czynników – dokładniej opisałem to w osobnym artykule.

Dlaczego sama analiza faktur to za mało?

Kolejnym ważnym etapem jest pomiar przy użyciu analizatora sieciowego.

Same faktury pozwalają jedynie wstępnie określić skalę problemu. W przypadku energii biernej indukcyjnej mamy określony dopuszczalny zakres tg φ (0–0,4), natomiast przy energii biernej pojemnościowej sytuacja wygląda inaczej.

Za energię bierną pojemnościową opłaty naliczane są od pierwszej kVarh, dlatego tak istotne jest wykonanie rzeczywistych pomiarów i analiza pracy sieci.

Wpływ wyższych harmonicznych

Istotnym elementem jest również jakość energii, a dokładniej obecność wyższych harmonicznych.

Odbiorniki takie jak:

  • zasilacze impulsowe
  • oświetlenie LED
  • UPS-y

wprowadzają do sieci zniekształcenia, które mogą powodować nieprawidłową pracę urządzeń do niej podłączonych.

W praktyce objawia się to m.in. awariami takimi jak – przepalaniem źródeł światła, uszkodzeniami elektroniki czy niestabilną pracą instalacji.

Wyższe harmoniczne to temat, który w praktyce ma duży wpływ na działanie instalacji – omówiłem go szerzej w dalszej części.

Analiza sezonowa i zmienność obciążenia

Po wykonaniu pomiarów warto przeanalizować faktury z okresu najlepiej 12 miesięcy.

Często okazuje się, że:

  • w zimie dominuje energia bierna pojemnościowa
  • w lecie sytuacja wygląda odwrotnie

Wszystko zależy od charakteru pracy obiektu.

Jeżeli pomiary wykonane są w okresie małych przekroczeń energii biernej, istnieje duże ryzyko, że dobrany układ w przyszłości okaże się niewystarczający.

Na przykładzie obiektu z Głogowa dobrze widać, jak takie błędy przekładają się na realne opłaty – za słaba kompensacja mocy biernej w praktyce.

Rola przekładników prądowych

Dobór kompensatora to nie wszystko. Kluczową rolę odgrywają przekładniki prądowe, które stanowią „oczy” całego układu.

Ich dokładność bezpośrednio wpływa na skuteczność kompensacji.

W praktyce:

  • nie stosuję przekładników o klasie niższej niż 0,5
  • jeśli jest taka możliwość – wykorzystuję przekładniki w klasie 0,2 lub 0,2s

Zasada działania przekładników prądowych ma duże znaczenie w praktyce. Temat ten dokładniej rozwinąłem w artykule – przekładniki prądowe – zasada działania i dokładność pomiarów.

Miejsce montażu przekładników

Równie ważne jest miejsce ich montażu.

Przekładniki powinny być zainstalowane możliwie jak najbliżej licznika energii elektrycznej, aby układ kompensacji „widział” pełny przepływ energii w obiekcie.

Jeżeli część instalacji pozostaje poza pomiarem, układ będzie działał nieprawidłowo i może dojść do niedokompensowania.

Ograniczenia w praktyce

W teorii wszystko wygląda prosto, jednak w praktyce często pojawiają się ograniczenia:

  • brak miejsca na przekładniki
  • obecność obwodów przeciwpożarowych
  • brak możliwości montażu przed lub za wyłącznikiem głównym

Dlatego każdy przypadek należy analizować indywidualnie.

Często spotykam przypadki, że konieczna jest przebudowa instalacji. Zdarza się również zastosowanie rozwiązań kompromisowych, takich jak wprowadzenie stałej wartość części kompensacji.

Jeden z wielu takich przypadków miałem w obiekcie w Lubinie – kompensacja mocy biernej – brak miejsca w rozdzielnicy.

Podsumowanie

Kompensacja mocy biernej to proces, który wymaga dokładnej analizy obiektu i rzeczywistych pomiarów.

Rzetelnej oferty nie da się przygotować wyłącznie na podstawie rozmowy telefonicznej czy przesłanych faktur.

Pomimo tego część firm decyduje się na takie podejście, co często prowadzi do problemów i dodatkowych kosztów w przyszłości.

W praktyce jednak na podstawie krótkiej rozmowy można wstępnie ocenić, jaki problem w ogóle występuje i gdzie go szukać – dopiero później ma sens podejmowanie dalszych działań i przygotowanie konkretnego rozwiązania.

Autor

Autor: mgr inż. Grzegorz Kuna
MARTEN Instalacje – kompensacja mocy biernej i analiza jakości energii