Na fakturze za energię elektryczną przedsiębiorstwa mogą pojawić się pozycje związane z energią bierną indukcyjną lub pojemnościową. Dla wielu firm jest to pierwszy moment, w którym pojawia się pytanie: czym właściwie różnią się te dwa rodzaje energii i dlaczego zakład musi za nie dodatkowo płacić?

Problem jest szczególnie istotny w halach produkcyjnych, magazynach, centrach logistycznych, biurowcach oraz innych obiektach wyposażonych w rozbudowane instalacje elektryczne. Silniki, transformatory, falowniki, zasilacze, oświetlenie LED czy rozległe sieci kablowe mogą wpływać na bilans mocy biernej w obiekcie.

Co istotne, moc bierna indukcyjna i pojemnościowa wymagają różnych metod kompensacji. Zastosowanie niewłaściwego rozwiązania może nie tylko nie przynieść oczekiwanych oszczędności, ale wręcz pogorszyć parametry instalacji.

W instalacji prądu przemiennego występują trzy podstawowe wielkości związane z mocą: moc czynna, bierna oraz pozorna.

Moc czynna odpowiada za wykonywanie rzeczywistej pracy – napędza silniki, zasila maszyny, oświetlenie i pozostałe urządzenia. Moc bierna nie jest natomiast zamieniana bezpośrednio na pracę użyteczną, ale jest związana z funkcjonowaniem pól elektrycznych i magnetycznych w instalacji.

W praktyce oznacza to, że energia bierna może przepływać pomiędzy siecią a odbiornikiem, powodując dodatkowe obciążenie elementów infrastruktury.

Jeśli chcesz najpierw poznać podstawy tego zagadnienia, przeczytaj nasz artykuł „Co to jest moc bierna?”.

Z punktu widzenia przedsiębiorstwa szczególnie istotne jest rozróżnienie dwóch jej rodzajów: mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej.

Moc bierna indukcyjna jest charakterystyczna przede wszystkim dla urządzeń wykorzystujących pole magnetyczne.

W zakładach przemysłowych jej źródłem mogą być między innymi silniki asynchroniczne, transformatory, dławiki, sprężarki, pompy, wentylatory czy część urządzeń chłodniczych.

Im więcej tego rodzaju odbiorników pracuje w przedsiębiorstwie, tym większe może być zapotrzebowanie instalacji na energię bierną indukcyjną.

Szczególnie istotny może być sposób eksploatacji silników. Urządzenia pracujące przez długi czas przy niewielkim obciążeniu mogą pogarszać współczynnik mocy całego obiektu.

Dlatego zakład posiadający rozbudowany park maszynowy powinien analizować nie tylko zużycie energii czynnej, ale również parametry związane z energią bierną.

Moc bierna pojemnościowa ma przeciwny charakter do indukcyjnej. Jej występowanie związane jest z elementami i urządzeniami o charakterze pojemnościowym.

Problem ten coraz częściej pojawia się również w nowoczesnych obiektach. Wpływ na bilans energii biernej mogą mieć rozbudowane instalacje kablowe, niektóre układy energoelektroniczne, zasilacze, instalacje oświetleniowe czy niewłaściwie dobrane lub pracujące przy małym obciążeniu układy kompensacyjne.

W praktyce może więc dojść do sytuacji, w której firma wcześniej zmagała się z nadmierną energią bierną indukcyjną, a po zmianach w instalacji pojawia się problem z charakterem pojemnościowym.

Dlatego raz dobrany układ kompensacji nie powinien być traktowany jako rozwiązanie, które zawsze będzie odpowiednie niezależnie od zmian zachodzących w zakładzie.

Najprościej można powiedzieć, że różnica wynika z charakteru odbiorników i przesunięcia fazowego pomiędzy napięciem a prądem.

W obciążeniu indukcyjnym prąd jest opóźniony względem napięcia. W obciążeniu pojemnościowym sytuacja jest odwrotna – prąd wyprzedza napięcie.

Z punktu widzenia firmy najważniejsza jest jednak praktyczna konsekwencja tej różnicy: obu problemów nie kompensuje się w ten sam sposób.

Moc bierną indukcyjną kompensuje się rozwiązaniami dostarczającymi moc bierną pojemnościową. Z kolei nadmiar energii biernej pojemnościowej ogranicza się poprzez zastosowanie odpowiednio dobranych elementów indukcyjnych.

Nie wystarczy więc stwierdzić, że przedsiębiorstwo „ma problem z mocą bierną”. Najpierw trzeba ustalić jej charakter, wielkość oraz sposób zmian w czasie.

Energia bierna nie wykonuje pracy użytkowej, ale jej przepływ wpływa na wykorzystanie sieci elektroenergetycznej. Zwiększa przepływ prądu przez elementy infrastruktury i może ograniczać możliwości przesyłu energii czynnej.

Z tego powodu w określonych sytuacjach operatorzy naliczają odbiorcom opłaty związane z ponadumownym poborem energii biernej.

W przypadku energii biernej indukcyjnej znaczenie ma przekroczenie określonego w taryfie lub umowie poziomu współczynnika tgφ. Inaczej rozliczana może być energia bierna pojemnościowa. Dlatego analizując rachunek przedsiębiorstwa, trzeba zwrócić uwagę na rodzaj naliczanej opłaty i warunki taryfy właściwego operatora.

Pierwszym sygnałem problemu są więc zazwyczaj odpowiednie pozycje na fakturze za dystrybucję energii.

Punktem wyjścia może być analiza faktur za energię elektryczną. Jeżeli pojawiają się na nich opłaty związane z energią bierną indukcyjną lub pojemnościową, warto sprawdzić instalację dokładniej.

Sama faktura nie odpowiada jednak na wszystkie pytania.

Aby prawidłowo dobrać rozwiązanie, trzeba wiedzieć, kiedy problem występuje, jak zmienia się obciążenie zakładu i które urządzenia mają największy wpływ na parametry sieci.

Dlatego przed doborem kompensacji warto wykonać pomiary i analizę parametrów instalacji podczas jej normalnej pracy. Jest to szczególnie ważne w zakładach, w których obciążenie znacząco zmienia się w ciągu dnia lub pomiędzy zmianami produkcyjnymi.

W przypadku nadmiernego poboru energii biernej indukcyjnej stosuje się rozwiązania o charakterze pojemnościowym.

Jednym z najczęściej wykorzystywanych rozwiązań są baterie kondensatorów. Mogą być one wyposażone w regulator, który analizuje parametry instalacji i odpowiednio załącza kolejne stopnie kompensacji w zależności od aktualnego zapotrzebowania.

W bardziej wymagających instalacjach dobór rozwiązania może wymagać uwzględnienia także harmonicznych oraz obecności odbiorników nieliniowych. W takich przypadkach mogą być stosowane bardziej rozbudowane układy, np. odpowiednio zaprojektowane baterie z dławikami czy aktywne systemy kompensacji.

Najważniejsze jest jednak to, aby moc urządzenia kompensacyjnego wynikała z pomiarów, a nie z przypadkowo przyjętej wartości.

Przewymiarowana bateria kondensatorów może prowadzić do przekompensowania instalacji i pojawienia się nadmiaru energii biernej pojemnościowej.

W przypadku nadmiaru energii biernej pojemnościowej potrzebne jest rozwiązanie o przeciwnym charakterze.

Do kompensacji stosuje się dławiki kompensacyjne, czyli elementy o charakterze indukcyjnym. Ich zadaniem jest odpowiednie zbilansowanie mocy biernej pojemnościowej występującej w instalacji.

Rozwiązanie również musi zostać dobrane do rzeczywistych parametrów obiektu.

Problem z energią bierną pojemnościową może być szczególnie widoczny w określonych godzinach, np. przy niewielkim obciążeniu zakładu. Dlatego jednorazowy odczyt parametrów nie zawsze wystarcza do prawidłowego określenia potrzeb.

W obiektach, w których charakter obciążenia dynamicznie się zmienia, konieczne może być zastosowanie układu pozwalającego dostosowywać poziom kompensacji do aktualnych warunków pracy.

Faktura pokazuje efekt problemu – dodatkową opłatę. Nie pokazuje jednak dokładnie, co dzieje się w instalacji w poszczególnych momentach.

Przykładowo w ciągu dnia mogą pracować duże silniki powodujące pobór energii biernej indukcyjnej, natomiast nocą charakter instalacji może wyglądać zupełnie inaczej.

Jeżeli układ kompensacji zostanie dobrany wyłącznie na podstawie wartości z rachunku, bez analizy profilu obciążenia, istnieje ryzyko zastosowania rozwiązania niedopasowanego do rzeczywistych warunków.

Dlatego profesjonalna kompensacja mocy biernej powinna rozpocząć się od diagnostyki.

Więcej o samym procesie oraz korzyściach dla przedsiębiorstwa opisujemy w artykule „Kompensacja mocy biernej – dlaczego warto się nią zainteresować?”.

Najbardziej widocznym efektem jest możliwość ograniczenia opłat związanych z energią bierną. Dla przedsiębiorstwa oznacza to obniżenie kosztów dystrybucji bez konieczności ograniczania produkcji czy rezygnowania z wykorzystywanych urządzeń.

Korzyści mogą jednak dotyczyć również samej instalacji.

Zmniejszenie niepotrzebnego przepływu prądu może ograniczyć obciążenie przewodów i transformatorów, zmniejszyć straty oraz poprawić wykorzystanie istniejącej infrastruktury.

Efekt zależy jednak od prawidłowego projektu. Źle dobrana kompensacja może powodować nowe problemy, dlatego celem nie powinno być „wyzerowanie” mocy biernej za wszelką cenę, lecz utrzymanie parametrów instalacji na właściwym poziomie.

Tak. Parametry instalacji elektrycznej przedsiębiorstwa nie są stałe przez cały okres funkcjonowania zakładu.

Firma może wymieniać maszyny, montować falowniki, modernizować oświetlenie, rozbudowywać instalację fotowoltaiczną, zmieniać liczbę zmian produkcyjnych czy zwiększać moc poszczególnych urządzeń.

Każda taka zmiana może wpływać na bilans mocy biernej.

Dlatego po większych modernizacjach warto ponownie sprawdzić parametry sieci i zweryfikować, czy istniejący system kompensacji nadal odpowiada rzeczywistym potrzebom przedsiębiorstwa.

Moc bierna indukcyjna i pojemnościowa to dwa różne zjawiska, które wymagają odmiennego podejścia do kompensacji. Charakter indukcyjny jest typowy między innymi dla silników i transformatorów, natomiast charakter pojemnościowy może występować w instalacjach zawierających określone urządzenia elektroniczne, rozbudowane okablowanie czy niewłaściwie pracujące układy kompensacyjne.

W przypadku nadmiaru energii biernej indukcyjnej stosuje się przede wszystkim rozwiązania pojemnościowe, takie jak odpowiednio dobrane baterie kondensatorów. Nadmiar energii biernej pojemnościowej można natomiast ograniczać za pomocą rozwiązań indukcyjnych, np. baterii dławików.

Najważniejszy jest jednak prawidłowy dobór kompensacji na podstawie rzeczywistych parametrów instalacji. Analiza faktury może wskazać, że przedsiębiorstwo ponosi dodatkowe koszty, ale dopiero pomiary pozwalają określić charakter problemu i dobrać właściwe rozwiązanie.

W Trzeciej Fazie zajmujemy się diagnostyką instalacji elektrycznych oraz doborem rozwiązań z zakresu kompensacji mocy biernej dla firm i obiektów przemysłowych. Analizujemy parametry instalacji, identyfikujemy źródła nadmiernego poboru energii biernej i dobieramy rozwiązania dopasowane do rzeczywistego sposobu pracy zakładu.