Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Wyższe harmoniczne a koszty energii

-- sobota, 15 lipiec 2017

Zrozumienie przyczyn powstawania wyższych harmonicznych w systemach zasilania oraz ich skutków pozwoli uniknąć problemów w użytkowaniu urządzeń elektrycznych i ich możliwych uszkodzeń.

Wyższe harmoniczne powstają na skutek nieliniowych charakterystyk pracy urządzeń elektrycznych. Warto wiedzieć, jak dokonywać pomiarów związanych z mocą w obwodach zasilania urządzeń, by nie przekroczyć krytycznych wartości wynikających z umowy z dostawcą prądu i uniknąć związanych z tym kar. W pomiarach i obliczeniach można posiłkować się tzw. trójkątem mocy, by zrozumieć zależności pomiędzy mocą czynną, pozorną i bierną oraz czym jest współczynnik mocy.

Trójkąt mocy

Trójkąt mocy pokazany na rys. ilustruje zależności pomiędzy mocą czynną (P, mierzoną w watach – W, kW), mocą pozorną (S, mierzoną w woltamperach – VA, kVA), mocą bierną (Q, mierzoną w warach – VAR, kVAR) i współczynnikiem mocy PF (cos φ), czyli wielkościami i pojęciami, z jakimi mamy do czynienia w systemach zasilania prądem sinusoidalnie zmiennym.

-> Moc czynna P – to część mocy, jaka jest pobierana ze źródła zasilania i zamieniana na pracę; wyraża się ją w watach lub kilowatach. Jej wartość odzwierciedla poziomy wektor (na wykresie jest to wektor KW), czyli o kącie 0°, opisany iloczynem mocy pozornej i współczynnika mocy cos φ.

-> Moc pozorna S – to wielkość fizyczna będąca iloczynem wartości skutecznych napięcia i natężenia pod obciążeniem, wyrażana w woltamperach. Na wykresie opisuje ją wektor KVA.

-> Wektor mocy biernej Q – może mieć zwrot dodatni lub ujemny i jest iloczynem reaktancji elementów obwodu elektrycznego (indukcyjnej, pojemnościowej lub ich kombinacji) oraz kwadratu wartości skutecznej prądu płynącego przez te elementy. Moc bierna jest wyrażana w warach, a na wykresie opisuje ją wektor KVAR.

-> Współczynnik mocy cos φ – jest to stosunek mocy czynnej do pozornej, opisywany jako cosinus kąta, którego tangens to iloraz mocy biernej i czynnej. W sensie fizycznym opisuje on przesunięcie fazowe pomiędzy napięciem a prądem, co jest spowodowane reaktancją elementów układu.

Rachunki za energię

Dostawcy energii elektrycznej mierzą jej ilość w kilowatogodzinach – kWh. Gospodarstwa domowe płacą po prostu za tyle prądu, ile zużyją wg określonej stawki za 1 kWh, ale odbiorcy komercyjni i przemysł rozliczają się w oparciu o wcześniej uzgodnione kontrakty, za przekroczenie których płacą kary. W umowach tych określa się zapotrzebowanie na energię wyrażane w kW w określonej jednostce czasu. Niektórzy dostawcy obligują dużych odbiorców do utrzymywania współczynnika mocy (czyli stosunku kW do KVA) w zakresie określonym w kon-trakcie.

Powszechnie akceptowany sposób modelowania obciążenia dla większości odbiorców przemysłowych to rozpatrzenie układu równoległego połączenia rezystancji, reaktancji indukcyjnej i opcjonalnie również reaktancji pojemnościowej. Prezentowana powyżej tabela pokazuje wnioski płynące z istnienia trójkąta mocy, odnośnie obciążenia w układzie zasilanym prądem zmiennym bez wyższych harmonicznych w sytuacji, gdy dodano kondensator.

Efekty występowania wyższych harmonicznych w systemach prądu sinusoidalnego

Częstotliwości harmoniczne mogą się pojawić w systemie zasilania na skutek wielu różnych zjawisk i sytuacji, np. gdy:

-> zainstalowano nowoczesny sprzęt elektryczny z wbudowanymi mikroprocesorami i układami elektronicznymi – zwykle ma on nieliniową charakterystykę obciążenia, co sprzyja powstawaniu wyższych harmonicznych;

-> działa oświetlenie LED;

-> funkcjonują nieliniowe pola magnetyczne w transformatorach i obrotowych szczelinach powietrznych;

-> straty w rdzeniach transformatorów związane z prądami wirowymi i efektem naskórkowości ulegają wzmocnieniu wraz z częstotliwością;

-> wydajność transformatora jest zniekształcana przez elementy pracujące z prądem stałym, które generują dodatkowe prądy niesinusoidalne.

Wyższe harmoniczne, które są wynikiem nieliniowego obciążenia, powodują tworzenie się niesinusoidalnych prądów w formie pulsowania. Ich obecność oznacza odkształcenia w sinusoidalnych przebiegach napięcia i prądu, co dodatkowo obciąża urządzenia elektryczne i może prowadzić do ich uszkodzenia, przerw w dostawie prądu i przestojów.

Występowanie wyższych harmonicznych ma swoje odbicie w całej sieci, a sytuację pogarsza tylko stosowanie nowoczesnej elektroniki. Dodatkowo, poza większymi kosztami utrzymania ruchu, mogą one generować dodatkowe koszty związane z karami za niedotrzymywanie warunków umowy z dostawcą energii.

By uniknąć takiej sytuacji, trzeba odpowiedzieć na kilka istotnych pytań:

-> Czy w moim systemie występują wyższe harmoniczne?

-> Czy grożą mi za nie kary?

-> Ile wynoszą?

-> Jak dostawca energii mierzy wartości używane do obliczania faktur?

-> Czy dostawca energii pozwala negocjować faktury?

Odpowiadając na te pytania i stosując odpowiednie pomiary, można zmniejszyć negatywne efekty związane z występowaniem wyższych harmonicznych w systemie zasilania.

Autor: John Lehman jest menedżerem w firmie Dataforth. 

Tekst pochodzi ze specjalnego wydania “Energia 2017“. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.


Przeczytaj także

Koła napędowe do zastosowań w środowiskach o wysokich wymaganiach higienicznych
Procesy regulacji podzespołów maszyn i urządzeń, w zależności od częstotliwości ich wykorzystywania, mogą być realizowane ręcznie, bądź w sposób zmechanizowany. Pomimo postępującej automatyzacji... więcej »
Wyłączniki różnicowo-prądowe w świecie cyfrowym
W jaki sposób wykorzystanie cyfrowych wyłączników różnicowo-prądowych zwiększa bezpieczeństwo operatora, wydłuża czas pracy maszyn i podnosi rentowność? Kluczowy czynnik dla utrzymania... więcej »
Mierniki w diagnostyce urządzeń elektrycznych
Przyrządy pomiarowe to jedne z podstawowych narzędzi wykorzystywanych przez służby UR w zakresie obsługi i serwisu urządzeń oraz instalacji elektrycznych. Na rynku dostępne są mierniki... więcej »
Zabezpieczenie obwodów – istotna kwestia dla konstruktorów maszyn
Menedżerowie zakładów oczekują od maszyn wysokiej wydajności, niezawodnej pracy, zmniejszenia kosztów i zwiększenia bezpieczeństwa pracy operatorów. Aby możliwe było spełnienie tych wymagań,... więcej »
Niezawodność instalacji elektrycznej a strategie UR
Podczas określania niezawodności systemu ważne jest, aby nie pomylić niezawodności poszczególnych podzespołów z niezawodnością całego systemu. Niezawodność całego systemu nie będzie bowiem... więcej »
PROCESS AUTOMATION – zbliża się konferencja ekspertów branży procesowej
W dniach 7-8 września br. w Krakowie odbędzie się XI edycja konferencji Process Automation, będąca kontynuacją dziesięciu wcześniejszych wydarzeń organizowanych pod nazwą Systemy Sterowania w... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

PROCESS AUTOMATION
2017-09-07 - 2017-09-08
Miejsce: Kraków
ENERGETAB 2017
2017-09-12 - 2017-09-14
Miejsce: Bielsko Biała
Europejski Kongres Lean Manufacturing
2017-09-28 - 2017-09-29
Miejsce: Katowice
OILexpo 2017
2017-10-03 - 2017-10-05
Miejsce: Sosnowiec
Targi 4INSULATION
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków

Katalog

ONICO Energia
ONICO Energia
ul. Flory 3/4
00-586 Warszawa
tel. 24937510

zobacz wszystkie




SONDA

Czy inwestycje na rzecz energooszczędności się opłacają?

Oddanych głosów: 16

50% 50 %
tak 8 głos(ów)

31.3% 31.3 %
nie 5 głos(ów)

18.8% 18.8 %
nie potrafię wyliczyć 3 głos(ów)


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce