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

Cztery powody przegrzewania się silników elektrycznych
Wzrost temperatury podzespołów silnika elektrycznego wpływa na skrócenie jego trwałości. Dzięki identyfikacji czynników i przyczyn powodujących takie przegrzanie, użytkownik może opracować... więcej »
Bezpieczeństwo sieci bezprzewodowych
W miarę jak nieustannie rozwija się technologia wytwarzania, zwiększa się ryzyko zagrożenia bezpieczeństwa sieci przemysłowych. Przy rosnącej liczbie połączonych ze sobą urządzeń osoby... więcej »
Wentylatory HVLS
Wielkoobjętościowe wentylatory wolnoobrotowe (HVLS – High-Volume, Low-Speed) charakteryzują się niskim zużyciem energii, a ich zastosowanie zapewnia komfortową temperaturę otoczenia... więcej »
Wybór systemu magazynowego
Zarządzanie magazynem we współczesnej dynamicznej firmie jest praktycznie niemożliwe bez wspomagania ze strony systemu informatycznego. Dobrze dobrany wpływa w sposób decydujący na prawidłowe... więcej »
Więcej konserwacji zapobiegawczej to nie zawsze najlepsze rozwiązanie
W konserwacji zapobiegawczej więcej niekoniecznie oznacza lepiej. W celu osiągnięcia doskonałej równowagi należy zarówno określić odpowiednią ilość działań i procedur konserwacji, jak i narzędzia, za... więcej »
Jak dobrać spoiwo do procesu spawania?
Zastosowanie spoiwa w procesie spawania, czyli wprowadzenie do złącza dodatkowego materiału, minimalizuje ryzyko pęknięć czy innych wad połączeń spawanych, których usuwanie może być czasochłonne... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

INDUSTRYmeeting 2018
2018-02-20 - 2018-02-21
Miejsce: Sosnowiec
Forum Wentylacja-Salon Klimatyzacja
2018-02-27 - 2018-02-28
Miejsce: Warszawa
ENEX - Międzynarodowe Targi Energetyki i Elektrotechniki
2018-02-28 - 2018-03-01
Miejsce: Kielce
AUTOMATICON Międzynarodowe Targi Automatyki i Pomiarów
2018-03-20 - 2018-03-23
Miejsce: Warszawa
PRZEMYSŁ 4.0
2018-04-10 - 2018-04-10
Miejsce: Warszawa

Katalog

Tech Solutions sp. z o.o.
Tech Solutions sp. z o.o.
Wersalska 47/75
91-212 Łódź
tel. 42 6403050

Mechanical-Project
Mechanical-Project
Robotnicza 7/8
71-712 Szczecin
tel. 504-455-268

Mobile Blast Cleaning
Mobile Blast Cleaning
Mazurska 42/6
70-424 Szczecin
tel. 691-691-097

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 © 2003-2018 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