Słownik pojęć, który tłumaczy energetykę

Moc bierna Q opisuje w obwodzie prądu przemiennego wymianę energii związaną z polami magnetycznymi i elektrycznymi elementów indukcyjnych oraz pojemnościowych. W warunkach sinusoidalnych jest częścią urojoną mocy zespolonej i spełnia zależność Q = S × sin φ. Nie powoduje netto zużycia energii w okresie, lecz zwiększa prąd i moc pozorną potrzebną do przesłania określonej mocy czynnej. Jednostką stosowaną dla mocy biernej jest war — var.

Moc bierna indukcyjna występuje wtedy, gdy odbiornik pobiera energię potrzebną do okresowego budowania pola magnetycznego, a składowa podstawowa prądu jest opóźniona względem napięcia. Dotyczy między innymi silników, transformatorów i dławików, przy czym jej wartość zależy od obciążenia oraz konstrukcji urządzenia. W konwencji odbiornikowej moc indukcyjna jest zwykle oznaczana dodatnią wartością Q.

Moc bierna pojemnościowa występuje, gdy składowa podstawowa prądu wyprzedza napięcie. Może być związana z pojemnością długich kabli, bateriami kondensatorów, filtrami wejściowymi oraz określonymi stanami pracy falowników, zasilaczy UPS i innych urządzeń energoelektronicznych. Nie każda instalacja PV, oprawa LED lub UPS ma jednak zawsze charakter pojemnościowy — zależy to od konstrukcji, nastaw i aktualnego punktu pracy.

Moc czynna P to średnia, wyznaczona za jeden okres, wartość mocy chwilowej w obwodzie prądu przemiennego. Opisuje tempo przekazywania energii, która może zostać przekształcona w pracę mechaniczną, ciepło, światło lub inną użyteczną formę. Jej jednostką SI jest wat (W), a w instalacjach najczęściej stosuje się kW lub MW.

Moc pozorna S jest iloczynem wartości skutecznej napięcia i wartości skutecznej prądu; jej jednostką jest woltoamper (VA). Opisuje łączne obciążenie napięciowo-prądowe źródła i elementów instalacji, dlatego ma znaczenie przy doborze transformatorów, zasilaczy, agregatów, przewodów i aparatury. Nie określa bezpośrednio ilości energii zamienianej na pracę użyteczną.

Cosinus kąta φ opisuje przesunięcie fazowe między podstawowymi harmonicznymi napięcia i prądu. W liniowym obwodzie o przebiegach sinusoidalnych jego wartość odpowiada współczynnikowi mocy. W instalacji z harmonicznymi pełny współczynnik mocy oznacza się zwykle symbolem λ i definiuje jako stosunek wartości bezwzględnej mocy czynnej do mocy pozornej: λ = |P|/S. Dlatego przy odbiornikach nieliniowych cos φ i P/S mogą mieć różne wartości.

W warunkach sinusoidalnych tangens kąta φ jest stosunkiem mocy biernej Q do mocy czynnej P. W rozliczeniach taryfowych tg φ wyznacza się natomiast z energii zarejestrowanej w danym okresie lub strefie: jako iloraz pobranej energii biernej i czynnej. Należy więc odróżnić chwilowy parametr techniczny od wartości rozliczeniowej obliczanej przez układ pomiarowy.

tg φ₀ to umowny (graniczny) współczynnik tangensa fi określony w taryfie OSD, najczęściej 0,4. Jego przekroczenie po stronie indukcyjnej skutkuje naliczeniem opłaty za ponadumowny pobór energii biernej.

Trójkąt mocy to graficzny model zależności między mocą czynną P, bierną Q i pozorną S w ustalonych warunkach sinusoidalnych. P tworzy oś poziomą, Q pionową, a S jest przeciwprostokątną. Kąt φ odpowiada przesunięciu fazowemu między napięciem i prądem, a wtedy cos φ = P/S.

Kompensacja mocy biernej polega na sterowaniu przepływem mocy biernej tak, aby w określonym punkcie instalacji osiągnąć wymagany współczynnik mocy lub zadany poziom Q. Stosuje się urządzenia pasywne, takie jak kondensatory i dławiki, oraz aktywne urządzenia energoelektroniczne. Kompensacja może zmniejszyć prąd, straty i wykorzystanie mocy urządzeń, ale nie jest automatycznie rozwiązaniem wszystkich problemów jakości energii.

Koszt kompensacji mocy biernej zależy od potrzebnej mocy (kVAr), technologii (bateria kondensatorów czy SVG) oraz charakteru obciążenia. Punktem wyjścia jest audyt, który ustala dobór i wielkość urządzenia.

Kompensacja mocy biernej dla firm to dobór i wdrożenie rozwiązania eliminującego opłaty za energię bierną u przedsiębiorcy rozliczanego wg taryfy z kontrolą tg φ. Obejmuje audyt, projekt, montaż i serwis.

Kompensacja centralna to układ, w którym jedno urządzenie lub jeden zespół urządzeń reguluje sumaryczną moc bierną wielu odbiorników z punktu wspólnego, zwykle w rozdzielnicy głównej albo przy transformatorze. Regulator korzysta z pomiaru w wybranym punkcie i steruje kompensacją tak, aby osiągnąć wymagany bilans Q po stronie zasilania lub w punkcie rozliczeniowym.

Kompensacja grupowa polega na przyłączeniu wspólnego urządzenia kompensującego do rozdzielnicy lub odpływu zasilającego kilka odbiorników. Sterowana bateria kondensatorów albo inne źródło mocy biernej pokrywa łączne, zmienne zapotrzebowanie danej grupy, na przykład maszyn w jednej hali lub linii technologicznej.

Kompensacja indywidualna to dołączenie urządzenia kompensującego bezpośrednio do pojedynczego odbiornika o dużej i stałej mocy biernej (np. silnik, transformator, oświetlenie wyładowcze). Kondensator załącza się i wyłącza razem z odbiornikiem.

Kompensacja mieszana łączy różne topologie — np. centralną dla całego obiektu z indywidualną dla wybranych dużych odbiorników. Pozwala dopasować rozwiązanie do struktury zakładu.

SVG (Static VAR Generator) jest bocznikowo przyłączonym aktywnym urządzeniem korekcyjnym, które za pomocą przekształtnika energoelektronicznego wytwarza prąd kompensujący. Może płynnie dostarczać lub pochłaniać moc bierną w granicach swojej mocy i prądu znamionowego, korygując indukcyjny albo pojemnościowy charakter obciążenia. Wybrane urządzenia realizują również kompensację asymetrii lub harmonicznych, jeżeli funkcje te określono w dokumentacji.

Cena kompensatora SVG zależy od mocy, napięcia i wymaganych funkcji. Aktualna cena startowa jest publikowana wyłącznie z centralnego słownika faktów SEO, a ostateczna wycena powstaje po pomiarze.

ASVG (Advanced Static Var Generator) jest nazwą rynkową używaną przez część producentów dla energoelektronicznego układu kompensacji, który oprócz regulacji mocy biernej może realizować ograniczanie harmonicznych i symetryzację prądów fazowych. Zakres funkcji nie jest jednolity dla wszystkich urządzeń oznaczanych ASVG i zależy od konstrukcji, algorytmów oraz dostępnego prądu przekształtnika.

SVC (Static Var Compensator) to bocznikowy układ energoelektroniczny z rodziny FACTS, który dynamicznie pobiera lub dostarcza moc bierną, aby regulować napięcie i poprawiać warunki pracy sieci. Typowe konfiguracje wykorzystują dławiki sterowane tyrystorowo (TCR), kondensatory załączane tyrystorowo (TSC) oraz filtry harmonicznych, dobrane do wymaganej charakterystyki regulacji.

Bateria kondensatorów to stały albo automatycznie regulowany układ kondensatorów bocznikowych przeznaczony do poprawy współczynnika mocy odbiorników indukcyjnych. W baterii regulowanej kolejne stopnie są załączane przez styczniki lub łączniki półprzewodnikowe na podstawie sygnału regulatora. Układ dostarcza moc bierną pojemnościową, zmniejszając indukcyjną moc bierną widzianą w punkcie regulacji.

Cena baterii kondensatorów zależy głównie od mocy (kVAr), liczby stopni oraz obecności dławików ochronnych. Układy z dławikami są droższe, ale konieczne w sieci z harmonicznymi.

Bateria kondensatorów z dławikami (odstrojona) to układ, w którym każdą sekcję kondensatorów zabezpiecza szeregowy dławik odstrojeniowy. Chroni to kondensatory przed harmonicznymi i ryzykiem rezonansu.

Dławik odstrojeniowy łączy się szeregowo z kondensatorami baterii kompensacyjnej, aby przesunąć częstotliwość rezonansu gałęzi poniżej dominujących harmonicznych sieci. Ogranicza to wzmacnianie harmonicznych i przeciążanie kondensatorów, lecz nie oznacza automatycznie, że bateria staje się filtrem dostrojonym do usuwania wybranej harmonicznej. Współczynnik odstrojenia p opisuje relację reaktancji dławika i kondensatora przy częstotliwości podstawowej.