Określenie wymaganej mocy kondensatora

Taryfy opłat za energię elektryczną

Co do zasady, stałe taryfy zakładu energetycznego mają zastosowanie do mniejszych odbiorców energii elektrycznej, podczas gdy specjalne/indywidualne umowy zawierane są z dużymi odbiorcami.

W przypadku większości kontraktów koszty energii elektrycznej składają się z wielu komponentów:

■ Moc [kW] – wartość maksymalna mierzona licznikiem, np. maksymalna miesięczna średnia z 15 minut.

■ Energia czynna [kWh] – mierzona za pomocą licznika prądu czynnego, w większości stawki dzienne i nocne oddzielnie.

■ Energia bierna [kVarh] – mierzona licznikiem prądu biernego, niektóre taryfy dzienne i nocne są oddzielne.

W przypadku taryf cenowych koszty energii biernej są zazwyczaj obliczane tylko wtedy, gdy przekracza ona 50% uzyskanej energii czynnej. Odpowiada to współczynnikowi mocy cos fi = 0,9. Nie ma wymogu, aby wartość nigdy nie spadła poniżej 0,9. Jako podstawę przyjmuje się współczynnik mocy w średniej miesięcznej. W niektórych zakładach energetycznych wymagane są również inne współczynniki mocy, np. 0,85 lub 0,95.

W przypadku innych taryf moc nie jest obliczana w [kW], lecz w [kVA]. Koszty energii biernej są następnie wliczane w cenę usługi. W celu optymalnej redukcji kosztów należy w tym przypadku przyjąć współczynnik mocy cos fi = 1. Ogólnie rzecz biorąc, można założyć,
że przy prawidłowo zwymiarowanej kompensacji można całkowicie zaoszczędzić koszty poniesione na energię bierną.

Przybliżony szacunek

Poniżej podano dokładne informacje na temat tego, w jaki sposób można określić wymaganą moc kondensatora. Czasami jednak pożądane jest, aby wcześniej znać rząd wielkości. Mogą wystąpić również sytuacje, w których dokładnie obliczono, ale nie ma pewności, czy gdzieś wkradł się błąd w założeniach. Wówczas, poprzez oszacowanie można następnie sprawdzić na ile obliczony wynik mieści się w tym zakresie.

Konsument/odbiorca	Moc kondensatora
➔ silniki o kompensacji indywidualnej	➔ 35 – 40% mocy znamionowej silnika
➔ transformatory o kompensacji indywidualnej	➔ 2,5% mocy transformatora ➔ 5% dla starszych transformatorów
➔ kompensacja centralna	➔ 25 – 33% mocy transformatora przy docelowym cos Φ = 0,9 ➔ 40 – 50% mocy transformatora przy docelowym cos Φ = 1

Tabela 1: Wartości szacunkowe dla wymaganej mocy kondensatora

Sporządzenie listy konsumentów/odbiorców

Przy budowie nowego zakładu lub nowej sekcji zakładu wymagane jest wstępne oszacowanie. Bardziej precyzyjny obraz zapewnia lista konsumentów/odbiorców przewidzianych do przyłączenia oraz ich danych elektrycznych, z uwzględnieniem współczynnika jednoczesności. W przypadku wątpliwości, kompensacja powinna być zawsze planowana i realizowana w taki sposób, aby późniejsza modyfikacja była możliwa bez większego wysiłku. Przewody zasilające lub gniazda bezpiecznikowe do kompensacji powinny być zaprojektowane z myślą o rozbudowie, dodatkowo należy zapewnić rezerwę miejsca na dodatkowe moduły kondensatorów kompensacyjnych.

Określenie wymaganej mocy kondensatora poprzez pomiar

Pomiar natężenia prądu i współczynnika mocy

Amperomierze i mierniki współczynnika mocy są często instalowane w rozdzielnicy głównej. Równie dobrze mogą być używane przyrządy pomiarowe cęgowe. Pomiary wykonywane są w głównym przewodzie zasilającym (np. zasilanie z transformatora) lub w przewodzie zasilającym urządzenia kompensowanego. Jednoczesny pomiar napięcia sieciowego poprawia dokładność obliczeń. Można również po prostu założyć wartość napięcia znamionowego (np. 380 lub 400V).

Moc czynną P można obliczyć na podstawie zmierzonych wartości napięcia U, prądu pozornego Is i współczynnika mocy:

[kW]           [V] [A]

Po określeniu pożądanej docelowej wartości cos Φ , moc kondensatora kompensacyjnego można obliczyć za pomocą poniższego wzoru. Łatwiej jest jednak przyjąć współczynnik f z tabeli 2 i pomnożyć go przez obliczoną moc czynną.

[Var]  [W]

 

[Var]  [W]

Przykład:

• Wartość prądu pozornego I_s= 248A
• Współczynnik mocy cos Φ_rzeczyw. = 0,86
• Wymagany cosΦ = 0,92
• Napięcie U = 397V

Obliczenia:

Zaczerpnij z tabeli 2: Współczynnik „f” = 0,17

Wymagana moc kondensatora:

Uwaga:

Pomiar, jak opisano powyżej, będzie oczywiście dawał tylko wartości chwilowe. Współczynniki obciążenia mogą się znacznie różnić w zależności od pory dnia i pory roku. Pomiar powinien być zatem przeprowadzony przez osobę wykwalifikowaną znającą cykl pracy kondensatorów. Należy wykonać kilka pomiarów i upewnić się, że obciążenia, które mają być skompensowane są cały czas włączone. Zmierzone wartości należy również szybko odczytywać – w miarę możliwości wszystkie urządzenia jednocześnie – tak aby nagłe wahania obciążenia nie fałszowały wyniku.

Pomiar z rejestratorem mocy czynnej i biernej

Bardziej wiarygodne wyniki można osiągnąć za pomocą urządzeń pomiarowych z opcją zapisu. Wartości mogą być rejestrowane w dłuższym okresie czasu. Moc kondensatora kompensacyjnego jest obliczana w następujący sposób

[Var] [Var]  [W]

Q_c = wymagana moc kondensatora
Q_L = zmierzona moc bierna
P = zmierzona moc czynna
tan Φ₂ = pożądanemu cos Φ odpowiadający tan Φ (można zaczerpnąć z tabeli 2, np. dla cos Φ = 0,92 odpowiadający tan Φ = 0,43)

Pomiar przez odczyt z liczników

Liczniki prądu czynnego i biernego są odczytywane na początku pracy. 8 godzin później oba liczniki są ponownie odczytywane. W przypadku przerwy pomiędzy odczytami, czas 8 godzin musi zostać przedłużony o czas przerwy.

BZ₁ – odczyt licznika prądu biernego, odczyt początkowy
BZ₂ – odczyt licznika prądu biernego, odczyt końcowy
WZ₁ – odczyt licznika prądu czynnego, odczyt początkowy
WZ₂ – odczyt licznika prądu czynnego, odczyt końcowy

Przy wartości tan Φ obliczonej w ten sposób i docelowym cos Φ , współczynnik „f” odczytywany jest z tabeli 2,
”k” jest relacją przełożenia licznik-przekładnik prądowy. Wynikiem tego jest wymagana moc kondensatora kompensacyjnego:

Przykład:

Odnotowano następujące odczyty licznika:

• Licznik prądu czynnego (WZ₁) … 115,3; (WZ₂) … 124,6

• Licznik prądu biernego (BZ₁) … 311,2; (BZ₂) … 321,2

 

Liczniki pracują z przekładnikami prądowymi 150/5A, dlatego należy wziąć pod uwagę współczynnik przekładnika prądowego k = 30.

Obliczenia:

Dla docelowego cos Φ 0,92, współczynnik „f” jest odczytywany z 0,65.
Moc kondensatora kompensacyjnego wynosi:

aktualny			docelowy wymagany cos ϕ				← indukcyjnie (i) →		← pojemnościowo (c) →
tan ϕ		cos ϕ	0,80i	0,85i	0,90i	0,92i	0,95i	0,98i	1	0,98c	0,95c	0,92c	0,90c
3,18	↔	0,3	2,43	2,56	2,7	2,75	2,85	2,98	3,18	3,38	3,51	3,61	3,66
2,96	↔	0,32	2,21	2,34	2,48	2,53	2,63	2,76	2,96	3,16	3,29	3,39	3,45
2,77	↔	0,34	2,02	2,15	2,28	2,34	2,44	2,56	2,77	2,97	3,09	3,19	3,25
2,59	↔	0,36	1,84	1,97	2,11	2,17	2,26	2,39	2,59	2,79	2,92	3,02	3,08
2,43	↔	0,38	1,68	1,81	1,95	2,01	2,11	2,23	2,43	2,64	2,76	2,86	2,92
2,29	↔	0,4	1,54	1,67	1,81	1,87	1,96	2,09	2,29	2,49	2,62	2,72	2,78
2,16	↔	0,42	1,41	1,54	1,68	1,73	1,83	1,96	2,16	2,36	2,49	2,59	2,65
2,04	↔	0,44	1,29	1,42	1,56	1,61	1,71	1,84	2,04	2,24	2,37	2,47	2,53
1,93	↔	0,46	1,18	1,31	1,45	1,5	1,6	1,73	1,93	2,13	2,26	2,36	2,41
1,83	↔	0,48	1,08	1,21	1,34	1,4	1,5	1,62	1,83	2,03	2,16	2,25	2,31
1,73	↔	0,5	0,98	1,11	1,25	1,31	1,4	1,53	1,73	1,94	2,06	2,16	2,22
1,64	↔	0,52	0,89	1,02	1,16	1,22	1,31	1,44	1,64	1,85	1,97	2,07	2,13
1,56	↔	0,54	0,81	0,94	1,07	1,13	1,23	1,36	1,56	1,76	1,89	1,98	2,04
1,48	↔	0,56	0,73	0,86	1	1,05	1,15	1,28	1,48	1,68	1,81	1,91	1,96
1,4	↔	0,58	0,65	0,78	0,92	0,98	1,08	1,2	1,4	1,61	1,73	1,83	1,89
1,33	↔	0,6	0,58	0,71	0,85	0,91	1	1,13	1,33	1,54	1,66	1,76	1,82
1,27	↔	0,62	0,52	0,65	0,78	0,84	0,94	1,06	1,27	1,47	1,59	1,69	1,75
1,2	↔	0,64	0,45	0,58	0,72	0,77	0,87	1	1,2	1,4	1,53	1,63	1,68
1,14	↔	0,66	0,39	0,52	0,65	0,71	0,81	0,94	1,14	1,34	1,47	1,56	1,62
1,08	↔	0,68	0,33	0,46	0,59	0,65	0,75	0,88	1,08	1,28	1,41	1,5	1,56
1,02	↔	0,7	0,27	0,4	0,54	0,59	0,69	0,82	1,02	1,22	1,35	1,45	1,5
0,99	↔	0,71	0,24	0,37	0,51	0,57	0,66	0,79	0,99	1,19	1,32	1,42	1,48
0,96	↔	0,72	0,21	0,34	0,48	0,54	0,64	0,76	0,96	1,17	1,29	1,39	1,45
0,94	↔	0,73	0,19	0,32	0,45	0,51	0,61	0,73	0,94	1,14	1,26	1,36	1,42
0,91	↔	0,74	0,16	0,29	0,42	0,48	0,58	0,71	0,91	1,11	1,24	1,33	1,39
0,88	↔	0,75	0,13	0,26	0,4	0,46	0,55	0,68	0,88	1,08	1,21	1,31	1,37
0,86	↔	0,76	0,11	0,24	0,37	0,43	0,53	0,65	0,86	1,06	1,18	1,28	1,34
0,83	↔	0,77	0,08	0,21	0,34	0,4	0,5	0,63	0,83	1,03	1,16	1,25	1,31
0,8	↔	0,78	0,05	0,18	0,32	0,38	0,47	0,6	0,8	1,01	1,13	1,23	1,29
0,78	↔	0,79	0,03	0,16	0,29	0,35	0,45	0,57	0,78	0,98	1,1	1,2	1,26
0,75	↔	0,8	–	0,13	0,27	0,32	0,42	0,55	0,75	0,95	1,08	1,18	1,23
0,72	↔	0,81	–	0,1	0,24	0,3	0,4	0,52	0,72	0,93	1,05	1,15	1,21
0,7	↔	0,82	–	0,08	0,21	0,27	0,37	0,49	0,7	0,9	1,03	1,12	1,18
0,67	↔	0,83	–	0,05	0,19	0,25	0,34	0,47	0,67	0,88	1	1,1	1,16
0,65	↔	0,84	–	0,03	0,16	0,22	0,32	0,44	0,65	0,85	0,97	1,07	1,13
0,62	↔	0,85	–	–	0,14	0,19	0,29	0,42	0,62	0,82	0,95	1,05	1,1
0,59	↔	0,86	–	–	0,11	0,17	0,26	0,39	0,59	0,8	0,92	1,02	1,08
0,57	↔	0,87	–	–	0,08	0,14	0,24	0,36	0,57	0,77	0,9	0,99	1,05
0,54	↔	0,88	–	–	0,06	0,11	0,21	0,34	0,54	0,74	0,87	0,97	1,02
0,51	↔	0,89	–	–	0,03	0,09	0,18	0,31	0,51	0,72	0,84	0,94	1
0,48	↔	0,9	–	–	–	0,06	0,16	0,28	0,48	0,69	0,81	0,91	0,97
0,46	↔	0,91	–	–	–	0,03	0,13	0,25	0,46	0,66	0,78	0,88	0,94
0,43	↔	0,92	–	–	–	–	0,1	0,22	0,43	0,63	0,75	0,85	0,91
0,4	↔	0,93	–	–	–	–	0,07	0,19	0,4	0,6	0,72	0,82	0,88
0,36	↔	0,94	–	–	–	–	0,03	0,16	0,36	0,57	0,69	0,79	0,85
0,33	↔	0,95	–	–	–	–	–	0,13	0,33	0,53	0,66	0,75	0,81
0,29	↔	0,96	–	–	–	–	–	0,09	0,29	0,49	0,62	0,72	0,78
0,25	↔	0,97	–	–	–	–	–	0,05	0,25	0,45	0,58	0,68	0,73
0,2	↔	0,98	–	–	–	–	–	–	0,2	0,41	0,53	0,63	0,69
0,14	↔	0,99	–	–	–	–	–	–	0,14	0,35	0,47	0,57	0,63
0	↔	1	–	–	–	–	–	–	–	0,2	0,33	0,43	0,48

Tabela 2: Współczynnik „f” (f = tan Φ_rzeczyw. – tan Φ_wymagany)

Obliczenia na podstawie rachunku za energię elektryczną

Moc kondensatora można stosunkowo łatwo i z dużą dokładnością określić na podstawie miesięcznego rachunku za energię elektryczną od zakładu energetycznego. Jeżeli zużycie energii elektrycznej jest stałe przez cały rok, jako podstawę można wykorzystać rozliczenie roczne lub miesięczne (ale nie dokładnie to, w którym przypada na okres urlopowy w trakcie którego firma nie pracuje). Jeśli występują wahania sezonowe, należy oczywiście wybrać fakturę z głównego czasu pracy. Jeśli taryfy dzienne i nocne (DT i NT) są mierzone oddzielnie, do obliczeń zwykle wykorzystuje się wartości DT. Można założyć, że moc kondensatora jest wystarczająca do pokrycia przypadającego na okres nocy prądu biernego. Jednak w szczególnych przypadkach, w których energia elektryczna zużywana jest głównie w porze nocnej, nie wolno zaniedbywać wartości NT.

Taryfa cen roboczych energii

W przypadku taryfy obejmującej ceny robocze energii oddzielnie fakturowana jest

• moc zapewniona (udostępniona)
• energia czynna
• energia bierna

W większości umów udział energii biernej dla 50% energii czynnej pozostaje bez naliczania. Tylko to, co wykracza poza ten pułap, musi być uregulowane. Odpowiada to w przybliżeniu cos Φ 0,9. Zaleca się jednak stosowanie nieco wyższej wartości do obliczeń, np. 0,92, w celu uzyskania pewnej rezerwy mocy dla mocy kondensatora kompensacyjnego.

Przykład obliczeń, wartości z rachunku za energię elektryczną:

• Moc czynna = 99 kW
• Energia czynna (DT) = 17820 kWh
• Energia bierna (DT) = 19245 kVarh

Rzeczywistą wartość dla cos Φ można teraz pobrać z tabeli 2. Dla obliczonego tan Φ z 1,08 wynika cos Φ₁ z 0,68.

Dla docelowego cos Φ₂ = 0,92 w tabeli 2 odczytywany jest współczynnik „f” wynoszący 0,65. Wymagana moc kondensatora obliczana jest z: moc czynna x współczynnik „f”

W tym przypadku należy wybrać moc kondensatora kompensacyjnego 75 kvar. W celu uwzględnienia ewentualnego zwiększenia eksploatacji można również wybrać nieco wyższą moc wyjściową (np. 100 kvar)

Taryfa bazująca na kosztach mocy

W tym przypadku zakład energetyczny jako podstawę do naliczania opłat stosuje maksymalną wartość mocy przypadającą na okres jednego miesiąca. Jeżeli nie jest obliczana moc czynna, ale moc pozorna, zaleca się zaprojektowanie mocy kondensatora dla docelowego współczynnika cos j wynoszącego 1.

Przykład obliczeń, wartości z rachunku za energię elektryczną:

• moc czynna maksymalna = 104 kW
• cos Φ₁ = 0,62

Dla wartości rzeczywistej cos Φ₁ =0,62 i wartości docelowej cos Φ₂ = 1, tabela 2 przedstawia współczynnik „f” równy 1,27.

Wymagana moc kondensatora obliczana jest z:

Moc czynna x współczynnik „f”

Odpowiednia do tego celu jest bateria kondensatorów kompensacyjnych o mocy 150 do 175kVar sterowana regulatorem.

Dlaczego warto stosować kondensatory kompensacyjne?

Kondensatory kompensacyjne pozwalają na zmniejszenie poboru mocy biernej, przepływającej pomiędzy źródłem a odbiornikiem energii. Pobór mocy biernej ma realny wpływ na powodowanie strat cieplnych, a także na zmniejszenie sprawności linii kablowych. Wykorzystanie kondensatorów daje nie tylko możliwość poprawienia współczynnika mocy. Wpływa również na wydłużenie żywotności kabli, a także innych elementów sieci zasilających. Kondensatory kompensacyjne poprawiają parametry sieci elektrycznej. Dzięki nim mamy szansę na zmniejszenie rachunków za energię elektryczną. Dostawcy energii naliczają dodatkowe opłaty, po przekroczeniu określonego współczynnika mocy. Warto zdecydować się na usprawnienia, które realnie wpłyną na oszczędności. Nasze produkty charakteryzuje najwyższa jakość na rynku, co pozwala cieszyć się bezawaryjną pracą kondensatorów na długie lata. Zapraszamy do kontaktu! Chętnie podpowiemy, które rozwiązania będą dobrym wyborem.