Kompenzace

• Kompenzací účiníku se sníží odběr induktivního jalového výkonu. V důsledku toho pak nemusíte platit cenové přirážky a tím trvale snížíte své náklady za dodávku elektřiny.
• Díky kompenzaci jalového proudu naprázdno u transformátorů se vyhnete dodatečným nákladům, které vyžaduje dodavatel elektřiny.
• Kompenzaci účiníku je možno v mnoha případech spojit s řešením dalších problémů jako jsou filtrace vyšších harmonických, kolísání napětí apod.
• Vedlejším účinkem kompenzace účiníku je získání rezervy činného výkonu. To nám umožňuje připojení dalších spotřebičů, aniž bychom museli řešit problematiku zatížení stávajícího transformátoru.

1. Co je kompenzace jalového výkonu?

Spotřebiče, které potřebují ke své činnosti vytvořit magnetické pole, způsobují fázový posun mezi napětím napájecí sítě a jeho proudem . Jalový proud induktivního charakteru zvyšuje proud, který sítí protéká a tím i přenosové ztráty a úbytek napětí.

Kompenzace jalového výkonu je opatření ke snížení proudové zátěže a ohmických ztrát v napájecím vedení a to eliminací indukčního jalového výkonu pomocí vhodně zvolených prostředků. Snížením celkového zdánlivého proudu ve vedení, který je algebraickým součtem činného a jalového proudu, dosáhneme odlehčení napájecí vedení o přenášený induktivní jalový výkon a tím pádem snížení jeho zatížení, úbytků napětí a prodloužení jeho životnosti.

Vzhledem k tomu, že kompenzace patří mezi významná úsporná opatření při rozvodu elektrické energie, dodavatel (za opory legislativy) vyžaduje odběr elektrické energie s induktivním účiníkem v pásmu 0,95-1, nižší hodnoty znamenající vyšší odebíraný jalový výkon jsou penalizovány. Na straně druhé však může nastat situace přebytku induktivního kapacitního výkonu (málo zatížená vedení, kapacitní spotřebiče), kterou nelze řešit kompenzací pomocí kondenzátorových baterií (neboť jsou také kapacitní spotřebiče). Způsobený přebytek kapacitního výkonu (jehož dodávka do sítě distributora je penalizována) je možné eliminovat např. pomocí dekompenzačních tlumivek.

2. Co je chráněná kompenzace?

Nelineární spotřebiče např. polovodičové měniče, usměrňovače, řízené pohony, svářečky, obloukové pece, výbojková a zářivková svítidla, počítačové sítě atd. znečisťují rozvodné soustavy generováním harmonických složek, které mohou způsobit přetížení kompenzačních kondenzátorů. Z tohoto důvodu, pokud to úroveň znečištění vyžaduje, nutné použít filtry harmonických složek, jako např různé ochranné nebo filtrační tlumivky a nebo aktivní fitry. Úroveň znečistění a volba vhodného typu kompenzačního zařízení může být předběžně stanovena z podílu výkonu generujících nelineárních spotřebičů SGH ku instalovanému výkonu transformátoru SN.

Základní informace

Hlavním smyslem kompenzace jalového výkonu je snížení odebíraného zdánlivého výkonu a snížení proudu procházejícího napájecím vedení. Kompenzace tedy patří mezi významná úsporná opatření, pomocí kterého se snižuje zatížení napájecího vedení, čímž se snižují ztráty a zvyšuje životnost vedení. Snížení odběru indukčního jalového výkonu se dosáhne vhodnou kombinací spotřebičů, které ze sítě odebírají indukční, jalový a kapacitní výkon. Nejpoužívanější metodou v sítích nízkého napětí je kompenzace pomocí paralelně připojených statických kondenzátorů, která je jedním z nejdůležitějších a ekonomicky nejvýhodnějších opatření.

Základy kompenzace

Prvky rozvodné soustavy (zdroje, vedení, transformátory, spotřebiče, spínací a jistící komponenty) jsou obecně vzato impedance a jejich náhradní schéma můžeme sestavit pomocí základních elementů - rezistor, indukčnost, kapacita (R, L, C, G). Jak je všeobecně známo, střídavá elektrická energie se nedá akumulovat a teče z místa jejího přebytku (zdroj) do místa jejího nedostatku (spotřebič). Na elementech spojovací cesty (vedení, pojistky, spínače, …) potom v důsledku protékajícího proudu vznikají úbytky na napětí a ztráty “Jouleovým” teplem. Veškeré komponenty této přenosové cesty musí být dimenzovány na celkový proud (zdánlivý – v komplexním tvaru), který se skládá z činné a jalové složky.

Činná složka se ve spotřebiči mění na práci, kdežto jalová se pouze přelévá z místa přebytku do místa nedostatku (slouží především k vytváření elektromagnetických polí) a proto je jalová energie nazývána “fluktuační”. Pro její výrobu není nutná vyšší potřeba primárního zdroje energie (například vyšší spotřeba páry v turbíně).

Jalový výkon je takový výkon, který se za vektorem napětí buď předbíhá o 90° a nebo opožďuje. Jalový výkon, který je 90° za vektorem napětí nazýváme indukční jalový, výkon 90° před vektorem napětí pak nazýváme indukční kapacitní.

Metody kompenzace

Jedním z nejvýhodnějších opatření pro snižování ztrát při přenosu elektrické energie je paralelní kompenzace. Kapacitní jalový výkon připojených správně dimenzovaných kondenzátorů kompenzuje induktivní jalový výkon vyžadovaný elektrickou zátěží. Tím dochází k redukci jalového výkonu odbíraného ze zdroje. Tento princip se nazývá kompenzace jalového výkonu (anglicky Power Factor Corrrection)
Nejobvyklejší metody kompenzace jalového výkonu jsou:

Individuální kompenzace (Single or Fixed PFC) – kompenzační zařízení je v tomto případě připojeno na přímo na svorky spotřebiče a nebo v jeho blízkosti. Tím je odlehčeno celé vedení od zdroje po spotřebič. Dosažené úspory jsou nejvyšší, hospodárnost kompenzace však závisí na využití spotřebiče. Individuální kompenzace je typická pro stále provozovanou zátěž s konstantním příkonem např. kompenzace asynchronních motorů, transformátorů, zářivek a výbojek atd.

Skupinová kompenzace (Group PFC) – kompenzační zařízení je připojeno na přípojnicích rozvaděče pro skupinu spotřebičů, například kompenzace na hlavních rozvaděčích v průmyslových závodech. V tomto případě je odlehčen úsek vedení od tohoto rozvaděče ke zdroji. Vlivem nesoudobosti provozu spotřebičů vychází kompenzační výkon menší než při individuální kompenzaci každého spotřebiče a je již nutná jeho regulace.

Centrální kompenzace (Bulk PFC) – je typická pro rozsáhlé elektrické systémy s volatelní zátěží, obvykle je připojena v hlavní rozvodně závodu na přípojnicích vstupní trafostanice. Vlivem nesoudobosti spotřebičů opět klesá potřebný kompenzační výkon, rovněž je nutná regulace. Kondenzátorové baterie jsou spínány regulátorem podle aktuálního požadavku kompenzačního výkonu.

Kombinovaná kompenzace (Combined PFC) – představuje kombinaci předchozích varian

Výpočet kompenzačního výkonu Kompenzační výkon potřebný k dosažení požadovaného účiníku se vypočte podle vztahu:

Kde Qc je požadovaný kompenzační výkon kondenzátoru, P činný výkon zátěže kW, cos?1 původní účiník před korekcí a cos?2 cílový účiník. Pokud známe spotřebu činné energie A [kWh], jalové energie B [kvarh] a počet provozních hodin zátěže t [h], můžeme původní účiník cos?1 vypočíst podle vztahu:

a nebo pro tg? platí:

Průměrný činný výkon zátěže pak vypočteme:

Stanovíme cílový účiník cos?2, (např. podle požadavku rozvodných závodů 0,95-0,98, v případě kombinované kompenzace podle umístění kompenzačního prvku). Výkon kondenzátorové baterie potřebný ke změně fázového posuvu pak zjistíme dosazením do rovnice 4.