Reaktyvinės galios kompensavimas – kodėl jis svarbus?

Elektros energiją naudojančiose įmonėse svarbu ne tik tai, kiek elektros energijos suvartojama. Pramoniniuose ir komerciniuose objektuose nemažą reikšmę gali turėti ir tai, kaip efektyviai naudojama elektros tinklo galia. Elektros varikliai, transformatoriai, suvirinimo įranga ir kiti induktyvaus pobūdžio įrenginiai gali vartoti reaktyviąją galią, kuri pati neatlieka naudingo mechaninio darbo, tačiau yra reikalinga tam tikrų elektros įrenginių veikimui.

Dėl didesnių reaktyviosios galios srautų didėja srovė elektros tinkle, papildomai apkraunami kabeliai, transformatoriai ir kita infrastruktūra. Todėl įmonėms, turinčioms daug induktyviųjų apkrovų, gali būti aktualus reaktyvinės galios kompensavimas.

Tinkamai parinktas sprendimas padeda pagerinti galios koeficientą, sumažinti nereikalingus reaktyviosios galios srautus elektros tinkle ir efektyviau išnaudoti turimą elektros infrastruktūrą.

Kas yra reaktyvinė galia?

Kintamosios srovės elektros sistemose dažniausiai kalbama apie tris tarpusavyje susijusias galias: aktyviąją, reaktyviąją ir pilnutinę.

Aktyvioji galia, išreiškiama vatais (W) arba kilovatais (kW), yra ta galios dalis, kuri paverčiama naudingu darbu – pavyzdžiui, suka elektros variklio veleną, generuoja šilumą ar šviesą.

Reaktyvioji galia išreiškiama varais (var) arba kilovarais (kvar). Ji susijusi su energijos mainais tarp elektros šaltinio ir reaktyviųjų grandinės elementų. Ji ypač aktuali naudojant induktyviąsias apkrovas.

Pilnutinė galia išreiškiama voltamperais (VA arba kVA) ir apibūdina bendrą elektros sistemos apkrovą, susijusią su aktyviąja bei reaktyviąja galios dedamosiomis.

Šių dydžių santykis yra svarbus vertinant, kaip efektyviai naudojama elektros sistema.

Kokie įrenginiai naudoja reaktyviąją galią?

Reaktyvioji galia ypač aktuali objektuose, kuriuose veikia daug induktyvaus pobūdžio elektros įrenginių.

Tai gali būti:

• asinchroniniai elektros varikliai;
• transformatoriai;
• siurbliai;
• ventiliatoriai;
• kompresoriai;
• konvejerių pavaros;
• suvirinimo įranga;
• įvairūs pramoniniai įrenginiai.

Dėl šios priežasties reaktyviosios galios klausimas dažniausiai aktualesnis gamybos įmonėms, dirbtuvėms, logistikos centrams ir kitiems komerciniams ar pramoniniams objektams nei įprastam namų ūkiui. Tačiau vien įrenginių sąrašo nepakanka nuspręsti, ar konkrečiam objektui reikalingas reaktyvinės galios kompensavimas. Reikia įvertinti faktinius elektros sistemos parametrus ir apkrovų pobūdį.

Kas yra galios koeficientas cos φ?

Kalbant apie reaktyviąją galią dažnai vartojamas terminas cos φ, arba galios koeficientas. Paprastai tariant, jis parodo aktyviosios ir pilnutinės galios santykį sinusinės įtampos ir srovės sąlygomis. Kuo šis rodiklis artimesnis 1, tuo mažesnė reaktyviosios galios dalis, palyginti su aktyviąja.

Pavyzdžiui, jeigu įmonėje veikia daug mažai apkrautų asinchroninių elektros variklių, bendras galios koeficientas gali būti prastesnis. Tokiu atveju elektros tinklu teka didesnė srovė, nei reikėtų tai pačiai aktyviajai galiai perduoti esant geresniam galios koeficientui.

Svarbu paminėti, kad šiuolaikinėse sistemose gali būti aktualūs ir harmoniniai iškraipymai, todėl vien cos φ ne visada išsamiai apibūdina visą galios kokybės situaciją. Sudėtingesniuose objektuose reikalingas platesnis elektros parametrų vertinimas.

Kodėl per didelė reaktyvioji galia gali būti problema?

Pati reaktyvioji galia nėra „gedimas“. Ji yra natūrali daugelio kintamosios srovės įrenginių veikimo dalis. Problema atsiranda tada, kai jos srautai tampa dideli ir dėl to elektros infrastruktūra naudojama neefektyviai. Esant prastesniam galios koeficientui, tai pačiai aktyviajai galiai perduoti gali reikėti didesnės srovės.

Didesnė srovė savo ruožtu gali reikšti:

• didesnę kabelių apkrovą;
• didesnius elektrinius nuostolius;
• didesnę transformatorių apkrovą;
• mažesnį turimos elektros infrastruktūros rezervą;
• papildomus įtampos kritimus;
• tam tikrais atvejais – papildomas išlaidas, susijusias su reaktyviosios energijos apskaita.

Todėl įmonėje svarbu vertinti ne vien bendrą suvartotų kilovatvalandžių kiekį.

Kas yra reaktyvinės galios kompensavimas?

Reaktyvinės galios kompensavimas – tai techninis sprendimas, kuriuo siekiama sumažinti iš elektros tinklo imamą reaktyviąją galią ir pagerinti galios koeficientą. Induktyviosioms apkrovoms kompensuoti dažniausiai naudojami kondensatoriai arba kondensatorių baterijos. Jie generuoja talpinę reaktyviąją galią, kuri kompensuoja dalį induktyviosios apkrovos poreikio. Paprastai tariant, dalis reikalingos reaktyviosios galios sukuriama arčiau pačių vartotojų, todėl jos nebereikia tokiu pačiu mastu perduoti per visą elektros tiekimo sistemą. Rezultatas – mažesnis reaktyviosios galios srautas aukščiau esančioje elektros sistemos dalyje ir geresnis galios koeficientas.

Kaip veikia kondensatorių baterijos?

Vienas dažniausiai naudojamų sprendimų yra kondensatorių baterijos. Paprastesnėje sistemoje gali būti naudojama nustatytos galios kompensacija, tačiau objektuose, kuriuose elektros apkrova nuolat kinta, dažniau reikalingas automatinis reguliavimas. Tokioje sistemoje reaktyvinės galios reguliatorius stebi elektros tinklo parametrus ir pagal poreikį įjungia arba išjungia atskiras kondensatorių pakopas. Pavyzdžiui, dienos pradžioje įmonėje gali veikti tik keli elektros varikliai, o gamybai įsibėgėjus – kelios gamybos linijos, siurbliai, ventiliatoriai ir kita įranga. Tokiu atveju reaktyviosios galios poreikis nėra pastovus. Automatinė sistema gali prisitaikyti prie besikeičiančios apkrovos ir palaikyti nustatytą kompensavimo lygį.

Kodėl negalima tiesiog sumontuoti kuo daugiau kondensatorių?

Reaktyvinės galios kompensavimo atveju principas „daugiau yra geriau“ netinka. Per maža kompensavimo galia neleis pasiekti norimo rezultato, tačiau per didelė gali sukelti perkompensavimą, kai sistema tampa pernelyg talpinio pobūdžio. Todėl kondensatorių baterijos turi būti parenkamos pagal realius objekto elektros parametrus, o ne vien pagal bendrą įmonės įrenginių galią.

Reikia įvertinti:

• faktinę aktyviąją ir reaktyviąją galią;
• galios koeficientą;
• apkrovos kitimą;
• transformatorių parametrus;
• naudojamų elektros variklių ir kitos įrangos charakteristikas;
• harmonikų lygį elektros tinkle;
• norimą kompensavimo rezultatą.

Dėl to prieš pasirenkant įrangą tikslinga atlikti elektros sistemos parametrų vertinimą.

Ar reaktyvinės galios kompensavimas sumažina elektros energijos suvartojimą?

Šį klausimą svarbu suprasti teisingai. Reaktyvinės galios kompensavimo įrenginys nesumažina pačios technologinės įrangos aktyviosios energijos poreikio. Pavyzdžiui, jeigu elektros varikliui konkrečiam darbui atlikti reikia tam tikros aktyviosios galios, kondensatorių baterija šio poreikio savaime nepanaikins. Pagrindinė kompensavimo nauda yra kita – sumažinami reaktyviosios galios srautai, gali sumažėti srovė tam tikrose elektros sistemos dalyse, nuostoliai ir infrastruktūros apkrova. Ekonominis efektas konkrečiam objektui priklauso nuo jo elektros sistemos, vartojimo profilio ir reaktyviosios energijos apskaitos bei apmokestinimo sąlygų. Todėl pažadas, kad sumontavus kondensatorių bateriją „elektros sąskaita automatiškai sumažės tam tikru procentu“, nebūtų techniškai pagrįstas.

Kokie reaktyvinės galios kompensavimo būdai naudojami?

Reaktyvinės galios kompensavimas gali būti įgyvendinamas skirtingais būdais. Tinkamiausias sprendimas priklauso nuo objekto elektros sistemos, apkrovų skaičiaus, jų galios ir darbo režimo. Dažniausiai išskiriami trys pagrindiniai kompensavimo būdai: individualus, grupinis ir centralizuotas.

Individualus kompensavimas

Individualaus kompensavimo atveju kondensatorius įrengiamas prie konkretaus reaktyviąją galią naudojančio įrenginio, pavyzdžiui, elektros variklio. Toks sprendimas gali būti tinkamas, kai įrenginys yra didesnės galios, ilgai veikia pastovia apkrova ir jo darbo režimas yra aiškiai prognozuojamas. Vienas individualaus kompensavimo privalumų – reaktyvioji galia kompensuojama arti jos vartojimo vietos. Taip sumažinamas reaktyviosios galios srautas elektros sistemos dalyje tarp kompensuojamo įrenginio ir maitinimo šaltinio. Tačiau objektuose, kuriuose yra daug skirtingu metu veikiančių įrenginių, kiekvienam jų atskirai montuoti kompensavimo įrangą ne visada racionalu.

Grupinis kompensavimas

Grupinis kompensavimas taikomas keliems panašiems arba kartu veikiantiems elektros įrenginiams. Pavyzdžiui, vienos gamybos linijos ar konkrečios elektros sistemos dalies induktyviosioms apkrovoms gali būti numatytas bendras kompensavimo sprendimas. Tokiu būdu galima sumažinti naudojamos įrangos kiekį, tačiau vis tiek kompensuoti reaktyviąją galią gana arti jos vartojimo vietos.

Centralizuotas kompensavimas

Pramoniniuose ir komerciniuose objektuose dažnai aktualus centralizuotas reaktyvinės galios kompensavimas. Tokiu atveju pagrindinėje elektros sistemos dalyje įrengiama automatiškai valdoma kondensatorių baterija. Reaktyvinės galios reguliatorius stebi sistemos būklę ir pagal besikeičiantį poreikį įjungia arba išjungia atskiras kondensatorių pakopas. Tai ypač naudinga tada, kai apkrova per dieną stipriai keičiasi.

Ką daro reaktyvinės galios reguliatorius?

Reaktyvinės galios reguliatorius yra svarbi automatinės kompensavimo sistemos dalis. Jo užduotis – pagal elektros sistemos parametrus valdyti kondensatorių baterijos pakopas. Keičiantis apkrovai, reguliatorius nustato kompensavimo poreikį ir atitinkamai prijungia arba atjungia kondensatorių pakopas. Pavyzdžiui, jeigu gamybos pradžioje veikia nedidelė dalis įrenginių, sistemai gali pakakti kelių pakopų. Įjungus daugiau elektros variklių ir kitų induktyviųjų apkrovų, reguliatorius gali prijungti papildomas pakopas. Kai dalis įrangos išjungiama, perteklinės kondensatorių pakopos atjungiamos. Taip sistema gali prisitaikyti prie realaus reaktyviosios galios poreikio ir sumažinama per mažo arba per didelio kompensavimo tikimybė.

Kodėl svarbu atsižvelgti į harmonikas?

Šiuolaikiniuose pramoniniuose ir komerciniuose objektuose elektros tinklo apkrovos ne visada yra paprastos. Dažnio keitikliai, UPS, impulsiniai maitinimo šaltiniai ir kita galios elektronika gali generuoti harmonikas – pagrindinio tinklo dažnio kartotinių dažnių srovės ir įtampos dedamąsias, kurios iškraipo sinusinę bangos formą. Tai svarbu ir planuojant reaktyvinės galios kompensavimą. Netinkamai parinkta kondensatorių baterija sistemoje, kurioje yra reikšmingų harmonikų, gali patirti papildomas apkrovas. Tam tikromis sąlygomis taip pat gali atsirasti rezonanso reiškinių. Todėl objektuose, kuriuose naudojama daug galios elektronikos, vien galios koeficiento įvertinimo gali nepakakti. Tokiais atvejais gali būti reikalingi specialiai tokioms sąlygoms pritaikyti sprendimai, pavyzdžiui, kondensatorių baterijos su droseliais ar kitos galios kokybės gerinimo priemonės.

Kaip parenkama kondensatorių baterijos galia?

Kondensatorių baterijos galia neturėtų būti pasirenkama spėjimo būdu. Norint tinkamai parinkti įrangą, reikia žinoti esamus elektros sistemos parametrus ir norimą pasiekti rezultatą.

Vertinama:

• aktyvioji galia;
• reaktyvioji galia;
• esamas galios koeficientas;
• siekiamas galios koeficientas;
• apkrovų kitimas;
• elektros įrenginių darbo režimai;
• harmonikų lygis;
• transformatoriaus ir elektros tinklo parametrai.

Jeigu apkrovos kinta, svarbi ne tik bendra kondensatorių baterijos galia, bet ir jos suskirstymas į pakopas. Tinkamai parinktos pakopos leidžia sistemai tiksliau prisitaikyti prie realaus poreikio. Todėl dviejuose panašios bendros galios objektuose nebūtinai bus reikalinga vienoda kompensavimo sistema.

Kada įmonei verta įvertinti reaktyviosios galios situaciją?

Reaktyviosios galios klausimas ypač aktualus įmonėms, kuriose naudojama daug induktyvaus pobūdžio elektros įrangos.

Į situaciją verta atkreipti dėmesį, jeigu:

• įmonėje veikia daug elektros variklių;
• naudojami didelės galios siurbliai ar ventiliatoriai;
• eksploatuojami transformatoriai;
• yra kompresorių ar kitų pramoninių įrenginių;
• elektros apkrova per dieną smarkiai keičiasi;
• pastebimas prastas galios koeficientas;
• elektros energijos apskaitoje fiksuojamas reikšmingas reaktyviosios energijos kiekis;
• planuojama didinti objekto elektros apkrovą.

Tai dar nereiškia, kad kiekvienu tokiu atveju būtina montuoti kondensatorių bateriją. Pirmiausia reikia įvertinti faktinę elektros sistemos būklę.

Ar kompensavimas gali padėti išnaudoti turimą elektros infrastruktūrą?

Tai vienas svarbesnių reaktyvinės galios kompensavimo privalumų. Esant prastam galios koeficientui, tam pačiam aktyviosios galios kiekiui perduoti elektros sistemoje gali tekėti didesnė srovė. Ji papildomai apkrauna transformatorius, kabelius ir kitus elektros sistemos elementus. Sumažinus reaktyviosios galios srautą, tam tikrose sistemos dalyse gali sumažėti srovė. Dėl to esama infrastruktūra gali būti naudojama efektyviau. Tai gali būti aktualu įmonei planuojant prijungti papildomą technologinę įrangą. Tačiau prieš priimant sprendimą vis tiek reikia įvertinti visos sistemos parametrus – kompensavimas negali būti laikomas universaliu būdu padidinti leistiną objekto elektros galią.

Kokios dažniausios reaktyvinės galios kompensavimo klaidos?

Viena pagrindinių klaidų – kompensavimo įrangą rinktis vien pagal bendrą įmonėje sumontuotų elektros įrenginių galią. Reali apkrova gali labai skirtis nuo vardinės įrangos galios.

Taip pat reikėtų vengti kitų klaidų:

• pasirenkama per didelė kondensatorių baterija;
• neįvertinamas apkrovos kitimas;
• ignoruojamos harmonikos;
• netinkamai parenkamos kondensatorių pakopos;
• neįvertinama esama elektros infrastruktūra;
• sumontavus įrangą nebestebiamas jos veikimas;
• tikimasi, kad kompensavimo sistema tiesiogiai sumažins visos įrangos aktyviosios energijos suvartojimą.

Netinkamas reaktyvinės galios kompensavimas gali ne tik neduoti laukiamo rezultato, bet ir sukelti papildomų elektros sistemos problemų.

Ar kompensavimo įrangai reikalinga priežiūra?

Kondensatorių baterija nėra įrenginys, kurį galima sumontuoti ir visiškai pamiršti. Eksploatacijos metu svarbu periodiškai įvertinti sistemos būklę. Priklausomai nuo įrangos gali būti tikrinami kondensatoriai, kontaktoriai, saugikliai, ventiliacija, elektrinės jungtys ir kiti komponentai. Taip pat svarbu stebėti, ar kompensavimo sistema vis dar atitinka objekto poreikius. Per kelerius metus įmonės elektros ūkis gali stipriai pasikeisti: sumontuojamos naujos gamybos linijos, pakeičiami elektros varikliai, atsiranda dažnio keitiklių ar kitos galios elektronikos. Sistema, kuri buvo tinkamai parinkta anksčiau, pasikeitus apkrovoms gali nebeatitikti dabartinės situacijos. Todėl periodinis sistemos įvertinimas yra svarbi jos eksploatavimo dalis.

Kaip pasirinkti reaktyvinės galios kompensavimo įrangą?

Pirmasis žingsnis neturėtų būti konkretaus kondensatoriaus ar reguliatoriaus pasirinkimas. Pirmiausia reikia suprasti elektros sistemos poreikį. Tik įvertinus faktinius parametrus galima spręsti, kokios galios kompensavimo sistema reikalinga, kiek pakopų turėtų turėti automatinė kondensatorių baterija ir ar dėl harmonikų reikalingi papildomi sprendimai.

ELEKTROSPEC asortimente yra reaktyvinės galios kompensavimo įrenginių, tarp jų – reguliatoriai, kondensatoriai, harmonikų filtrai ir kiti šiai sričiai skirti komponentai. Todėl straipsnyje natūralu pateikti vidinę nuorodą į įmonės reaktyvinės galios kompensavimo įrangos kategoriją.

Reaktyvinės galios kompensavimas – kodėl jis svarbus?

Reaktyvioji galia yra normali daugelio elektros įrenginių veikimo dalis, tačiau dideli jos srautai gali lemti neefektyvesnį elektros infrastruktūros naudojimą.

Reaktyvinės galios kompensavimas leidžia pagerinti galios koeficientą, sumažinti reaktyviosios galios srautus ir tam tikrose elektros sistemos dalyse sumažinti tekančią srovę bei su ja susijusius nuostolius.

Tačiau efektyvus kompensavimas prasideda ne nuo kondensatorių baterijos pirkimo, o nuo objekto elektros parametrų įvertinimo. Reikia atsižvelgti į apkrovų pobūdį, jų kitimą, harmonikas ir kitus konkrečios sistemos parametrus.

Tik tada galima parinkti sprendimą, kuris atitiks realius įmonės elektros ūkio poreikius.

Domitės elektros instaliacijos sprendimais ar planuojate elektros darbus? Prisijunkite prie mūsų bendruomenės Facebook platformoje ir pirmieji sužinokite apie naujienas, produktus bei naudingus patarimus.