Jaloviny sa nezbavíte, ale účet vám zvyšovať nemusí
Dnes už takmer neexistuje firma, ktorá by pri svojej prevádzke nevyužívala počítače alebo žiarivkové LED osvetlenie. V mnohých, najmä výrobných podnikoch sa už bežne využívajú aj elektromotory, usmerňovače, transformátory, prípadne zváračky alebo oblúkové pece. Všetky tieto zariadenia potrebujú na svoj chod aj tzv. jalovú energiu. Tú buď odoberajú zo siete spolu s činnou energiou (induktívna jalová energia), alebo ju samy vyrábajú a dodávajú do siete (kapacitná jalová energia).
Problém nastáva vtedy, keď odber alebo spätná dodávka jalovej energie do siete prekračuje povolené hranice. V oboch prípadoch je to dôvod na penalizáciu, ktorú si distribučné spoločnosti uplatnia voči firmám vo forme zvýšených poplatkov. A tieto náklady vôbec nie sú zanedbateľné
Ako vzniká jalovina
Na vysvetlenie si pomôžme jednoduchým príkladom (obr. 1). Ak kôň ťahá voz v smere koľajníc, voz pôjde ľahko a s minimálnym trením. Celá námaha koňa reprezentovaná silou P (tzv. činný výkon) sa využije na posun vagóna. No ak pôjde kôň popri koľajniciach, vagón musí pri pohybe prekonávať trenie (naša jalová energia Q) a kôň musí vynaložiť väčšiu silu, tzv. zdanlivý výkon S, aby vagón dostal na rovnaké miesto ako v prvom prípade. Kosínus uhla medzi silami, v našom prípade výkonmi, je účinník fí. Ak je účinník rovný 1, prenáša sa iba činná zložka, zdanlivý výkon je rovný činnému a prevádzka zariadenia je najekonomickejšia (to znamená minimálne úbytky napätia a straty výkonu, teda optimálne nastavenie). Tento stav je však ideálny, v realite vždy dochádza aspoň k minimálnej spotrebe jalovej energie.
Dôsledky odberu jaloviny z elektrickej siete
Kým elektrický činný výkon sa premieňa na mechanickú energiu, teplo alebo svetlo, jalový výkon sa premieňa na magnetickú energiu strojov, motorov a transformátorov. Tento jalový výkon musí byť vyrobený a jeho energia prenesená na miesto spotreby. Čím je teda väčšia spotreba jalovej energie, tým väčší musí byť zdanlivý výkon. To vyžaduje vyšší prúd, ktorý nadbytočne preťažuje transformátory a káble, ohrieva prvky distribučnej siete, vytvára prídavné straty pri prenose elektriny, spôsobuje poklesy napätia a vyššiu spotrebu, čo vo výsledku znamená nižší činný výkon.
Práve na pokrytie zvýšených nákladov distribučnej spoločnosti spôsobených takouto dodávkou jalovej energie zo siete na miesto spotreby slúži špeciálna položka za distribúciu – poplatok za prekročenie účinníka a dodávku jalovej energie.
Ako neplatiť pokuty za jalovinu
Riešením, ako tieto poplatky minimalizovať, je zabezpečiť výrobu potrebnej jalovej energie za elektromerom prostredníctvom inštalácie kompenzačného zariadenia. Podstatou takéhoto zariadenia sú kondenzátory, ktoré sa postarajú o výrobu potrebnej jalovej energie. Dôležitým pozitívnym efektom je, samozrejme, aj zvýšenie výkonu transformátorov, potreba menších prierezov káblov, odstránenie poklesu napätia či vyšších harmonických, ktoré sú často dôvodom výpadkov vo výrobe či zvýšených nákladov na prevádzku kaziacich sa elektrických zariadení. Ako vybrať vhodný typ kompenzačného zariadenia je záležitosťou odborného posúdenia.
Predpisy distribučných spoločností tolerujú účinník 0,95 – 1, ktorému zodpovedá uhol fí 0° – 18°. Treba si však uvedomiť, že plne zaťažený motor elektrického zariadenia pracuje s účinníkom 0,7 až 0,9, ale pri tzv. behu naprázdno môže byť účinník rovný až 0,3. Je teda prirodzené, že takmer vo všetkých výrobných prevádzkach dochádza k spotrebe jalovej elektriny. Aká veľká je táto spotreba, to pomôže zistiť analýza faktúr, ideálne za 12-mesačné obdobie, ktorá poskytuje objektívny pohľad na vývoj počas celého roka. Následne možno vyhodnotiť, či sa vám oplatí investovať do inštalácie kompenzátora, a za aký čas sa investícia vráti v podobe úspory na pokutách.
Ako vybrať vhodný kompenzátor jalovej elektrickej energie
Voľba vhodného typu a veľkosti kompenzátora je kľúčovým predpokladom zníženia výdavkov za elektrickú energiu, viazaných na odber jalovej energie nad rámec tolerancie.
Správne vyriešená kompenzácia šetrí tisíce eur z faktúry za elektrinu
V závislosti od typu a veľkosti spotreby môžu poplatky za distribúciu elektrickej energie tvoriť až 60 % celkových nákladov na energie. Oplatí sa preto mať jasno v tom, čo všetko tvorí celkovú cenu a do akej miery môže zákazník jednotlivé položky ovplyvniť napríklad úpravou svojho odberu. Podstatnú časť nákladov môžu tvoriť poplatky za nedodržanie účinníka a dodávku jalovej energie, ktoré dokáže výrazne znížiť vhodne zvolený kompenzátor jalového výkonu.
Kritériá výberu kompenzátora jalového výkonu
Veľkosť kompenzátora závisí od požadovaného výkonu
Z praxe vieme, že výkon kompenzátora by mal byť na úrovni 30 – 50 % z výkonu inštalovaného transformátora. Týmto spôsobom môžeme predísť strate kompenzačného výkonu v čase, pretože práve faktor času je aj pri kompenzátoroch dôležitým faktorom. Kondenzátory totiž tým, že starnú, strácajú aj svoju kapacitu. Dostatočným nadimenzovaním kompenzátora tak môžeme oddialiť termín, keď bude potrebná jeho výmena. Zjednodušene povedané, ak je na odbernom mieste (OM) nastavená rezervovaná kapacita (RK) na úrovni 250 kW, veľkosť kompenzátora by sa mala pohybovať okolo 30 % z 250 kW, čo predstavuje orientačný výkon kompenzátora 75 kVAr. Samozrejme, presný návrh musí vychádzať z analýzy doterajšej spotreby a presného merania priamo na inštalačných rozvodoch.
Delenie kompenzačných zariadení
Základom väčšiny kompenzačných zariadení sú tzv. statické kompenzačné prostriedky, medzi ktoré patria kondenzátor a tlmivka. Ak to okolnosti vyžadujú, možno kompenzačné zariadenie rozšíriť o polovodičový spínač, a to v prípade, ak je na danom odbernom mieste potrebná regulácia výkonu v krátkom čase.
Kompenzačný kondenzátor sa v praxi často spája do kondenzátorových batérií a umožňuje skokovú zmenu dodávky jalového výkonu. Uplatnenie najčastejšie nachádzajú v prenosovej sústave, kde zmenšujú straty na vedení a zlepšujú účinník. Z hľadiska nákladov ide o pomerne efektívny spôsob riešenia problémov s jalovým výkonom.
Kompenzačná tlmivka kompenzuje prebytok jalového výkonu, ktorý vzniká na dlhých vedeniach pri jeho nízkom zaťažení. Tým, že tento jalový výkon odoberajú, na vysokonapäťových vedeniach pozitívne tlmia prípadné prechodné deje.
Návrh kompenzačného zariadenia by mal zohľadňovať doterajší charakter odberu, aktuálny nameraný stav, ale i plány zákazníka v najbližšom období. Voľba spôsobu kompenzácie vrátane prvkov kompenzácie a ich parametrov je naviazaná na veľkosť odberu a zariadenia, ktoré odber elektriny spôsobujú. Technik, ktorý optimalizuje návrh, by mal počítať aj s prípadnými rozvojovými plánmi. Jeho návrh kompenzátora jalového výkonu tak s vyššou pravdepodobnosťou dokáže v budúcnosti veľmi operatívne reagovať na rozšírenie prevádzky či výmenu elektrických zariadení.
Chránené vs. nechránené kompenzačné zariadenia
Chránené kompenzačné zariadenia, ktoré sú v praxi čoraz používanejšie, majú ochranu pred prúdovým zaťažením v podobe vyšších harmonických frekvencií. Tento typ kompenzačných zariadení ďalej delíme podľa toho, či sú určené pre:
- jednofázové spotrebiče, napríklad výbojky, žiarivky, predradníky, počítačové siete, stmievače, meniče, nabíjačky batérií a pod.,
- trojfázové spotrebiče, kam patria regulátory kúrenia, nabíjačky batérií a iné spotrebiče, ktorých súčasťou je frekvenčný menič.
Nechránené kompenzačné zariadenia sú viac používané najmä pre ich jednoduchú konštrukciu, a teda menšiu ekonomickú náročnosť. Ich uplatnenie je široké, pričom najčastejšie ide o spotrebiče poháňané elektrickým pohonom, indukčné a oblúkové pece, motory a miešacie zariadenia a elektrické siete bez polovodičových komponentov, ako sú frekvenčné meniče a usmerňovače.
Technické vyhotovenie
V závislosti od výkonu a typu kompenzácie (chránená/nechránená) a od možností umiestnenia na mieste spotreby môžu byť kompenzačné zariadenia:
- nástenné – majú kompaktné rozmery a výkon štandardne do 50 kVAr,
- skriňové – sú väčšie a vhodné pre inštalácie, kde je potrebný výkon kompenzátora viac ako 50 kVAr.
Umiestnenie
Umiestnenie kompenzačného zariadenia je veľmi dôležité pre jeho správne fungovanie a dosiahnutie očakávaných výsledkov. Rozlišujeme:
- Centrálne – zariadenie je umiestnené tak, aby napájalo celú inštaláciu, ktorú treba kompenzovať. Tomuto vyhotoveniu vyhovuje stála a rovnomerná záťaž.
- Skupinové – kompenzovaná je iba časť elektrickej inštalácie, respektíve skupina spotrebičov. Toto riešenie je vhodné tam, kde treba počítať s rôznym zaťažením.
- Individuálne – s umiestnením kompenzačného zariadenia bezprostredne pred kompenzovaným spotrebičom. Stretávame sa s ním prevažne pri výkonných elektromotoroch.
Metóda ovládania
Spôsobov ovládania kompenzačného zariadenia môže byť hneď niekoľko:
- Pevné s konštantnou kapacitou kondenzátora a jeho výkonom. Tento typ je ovládaný buď ručne prostredníctvom ističa, alebo poloautomaticky cez stýkač. Môžeme sa stretnúť aj s vyhotovením, keď spolu s pripojením záťaže spúšťame aj kompenzáciu.
- Automatické s prispôsobením sa kompenzačného zariadenia aktuálnej situácii v sieti. V kombinácii s regulátorom účinníka siete udržuje požadovaný cos fí.
- Dynamické vhodné na inštalácie s častými a výraznými zmenami v záťaži, ako sú napríklad zváračky či výťahy.
Aby sa vám kompenzátor jalového výkonu oplatil
Vzhľadom na komplexnosť problematiky dodržania predpísaného účinníka a s tým súvisiacej kompenzácie jalovej energie treba pri zvažovaní a výbere kompenzačného zariadenia spolupracovať s odborníkmi. Prvým krokom by mala byť analýza doterajšieho stavu, a to aj so zohľadnením jednotlivých fakturovaných položiek za distribúciu. Teoretické predpoklady musia byť následne verifikované meraním na mieste spotreby, ktoré by malo potvrdiť predpoklady a dať priestor na návrh vhodného technického riešenia. Aj keď sa celá problematika javí laikovi zložitá, ide o relatívne bežnú záležitosť.
Zdroje
[1] Počuli ste už o jalovej energii? Vašu firmu môže vyjsť celkom draho. ELGAS, blog. [online].
[2] Ako vybrať vhodný kompenzátor jalovej elektrickej energie. ELGAS, blog. [online].
