Pokusíme se podat jednoduché vysvětlení, co je účiník a odpovědět na nejčastější otázky:
2) jaké jsou důvody nízkého účiníku?
3) Proč by se měl zlepšit účiník?
4) jak můžete opravit (zvýšit) účiník?
5) kdy se investice do korekce účiníku vyplatí?
Co je účiník?
Abyste lépe pochopili, co je účiník, musíte začít s několika základními pojmy:
Činný výkon (kW), nazývaný také čistý výkon nebo efektivní výkon. To je síla, která skutečně pohání zařízení a dělá užitečnou práci.
Jalový výkon (kvar). Jedná se o výkon, který vyžadují zařízení, jejichž princip činnosti je založen na využití elektromagnetického pole (transformátory, elektromotory, relé) ke generování magnetického toku.
Zdánlivý výkon (kVA). Jedná se o vektorový součet činných a jalových výkonů.
Pro lepší pochopení těchto pojmů se podívejme na jednoduchou analogii.
Řekněme, že jste v horkém dni na stadionu a objednáte si sklenici svého oblíbeného piva. Část vašeho nápoje, která uhasí vaši žízeň, představuje aktivní sílu (obrázek 1).
Bohužel, život je nedokonalý. Spolu s tím získáte pěnu. A co si budeme povídat, pěna žízeň vůbec neuhasí. Tato pěna představuje reaktivní sílu. Celkový obsah hrnku je součtem činného výkonu (pivo), kW a jalového výkonu (pěna), kvar.
Nyní, když jsme pochopili základní pojmy, můžeme přejít k účiníku.
Účiník (KM) je poměr činného výkonu ke zdánlivému výkonu:
Vrátíme-li se k naší analogii s korbelem, účiník je poměr množství piva (kW) k celkovému obsahu korbelu, tedy množství napěněného piva (kVA).
KM = kW/(kW + kvar) = pivo/(pivo + pěna)
Tedy pro daný celkový výkon:
· čím více pěny (čím vyšší procento jalového výkonu), tím nižší je poměr činného výkonu (pivo) k celkovému výkonu (pivo s pěnou) a tím nižší účiník;
· čím méně pěny (čím nižší je procento jalového výkonu), tím vyšší je poměr činného výkonu (pivo) k celkovému výkonu (pivo s pěnou). Pokud se pěna (jalový výkon) blíží nule, účiník se blíží jednotce.
Naše analogie s korbelem piva je trochu zjednodušená. Ve skutečnosti je nutné určit vektorový součet jalových a činných výkonů. Takže dalším krokem je podívat se na úhel mezi těmito vektory.
Zvažme další analogii.
Muž táhne těžký náklad (obr. 2). Výkon, který aplikuje v dopředném směru, tedy ve směru, kam chce dodat zátěž, je činný výkon (kW).
Bohužel člověk nemůže táhnout břemeno striktně vodorovně (bude ho silně bolet záda), takže výška jeho ramen přidává určitou reaktivní sílu (kvar).
Celkový výkon aplikovaný osobou (kVA), je vektorový součet jalových a činných výkonů.
Vztah mezi činnými, jalovými a zdánlivými výkony, stejně jako určení účiníku, znázorňuje výkonový trojúhelník znázorněný na Obr. 3.
KM = kW/kVA = cosθ
kVA = kW 2 + kvar 2 = V x I x.
Všimněte si, že ve světě našich snů, analogicky s džbánem piva:
- jalový výkon by měl být velmi malý (množství pěny má tendenci k nule);
- činný výkon a zdánlivý výkon by si měly být téměř stejné
(více piva, méně pěny).
Podobně v ideálním světě, analogicky s člověkem, který táhne náklad:
- jalový výkon je velmi malý (má sklon k nule);
- činný výkon a zdánlivý výkon jsou si navzájem téměř rovné (člověk nepotřebuje
- vynakládat energii na úsilí směrované podél jeho těla);
- úhel θ mezi vektory činného a celkového výkonu má tendenci k nule;
- cosθ směřuje k jednotě;
- Účiník má tendenci k jednotě.
Proto, abychom měli účinný systém (ať už jde o sklenici piva nebo osobu, která táhne těžký náklad), musíme mít účiník co nejblíže 1,0.
Stává se však, že energetický rozvodný systém má účiník mnohem menší než 1,0. Dále uvidíme, k čemu to povede.
Jaké jsou příčiny nízkého účiníku?
Protože účiník je poměr činného výkonu ke zdánlivému výkonu, je snadné pochopit, že nízký účiník nastane, když je činný výkon malý ve srovnání se zdánlivým výkonem. Když si vzpomeneme na naši analogii s pivním korbelem, můžeme říci, že k tomu dochází, když je úroveň jalového výkonu (pěna, ramena pracovníka) vysoká.
Co vede k velkému množství jalového výkonu?
Indukční zátěže, které způsobují jalový výkon, zahrnují:
- transformátory,
- asynchronní elektromotory,
- asynchronní generátory (generátory větrné energie),
- osvětlovací systémy využívající vysoce intenzivní výbojky.
Takové indukční zátěže spotřebovávají většinu energie v průmyslových komplexech.
Jalový výkon (kvar) požadovaný jalovými zátěžemi zvyšuje množství zdánlivého výkonu (kVA) v systému distribuce energie (obrázek 4). Toto zvýšení jalového a zdánlivého výkonu má za následek zvětšení úhlu θ mezi činným a zdánlivým výkonem. Připomeňme, že cosθ (nebo účiník) se snižuje s rostoucí θ.
Příčinou nízkého účiníku jsou tedy indukční zátěže s vysokým jalovým výkonem.
Proč byste měli zlepšit svůj účiník?
Důvodů pro zvýšení účiníku je několik. Zde jsou některé výhody, kterých lze dosáhnout zlepšením účiníku.
1.Snížené poplatky dodavateli elektřinykvůli následujícím faktorům:
a) Snížení maximálního výkonu požadovaného za platbu.
Připomeňme, že příčinou nízkého účiníku jsou indukční zátěže, které vyžadují jalový výkon. Zvýšení jalového výkonu má za následek zvýšení zdánlivého výkonu spotřebovaného od dodavatele elektřiny.
Nízký účiník elektrárny tedy nutí dodavatele zvýšit výrobní kapacitu a kapacitu linky, aby se vyrovnal s dodatečnou poptávkou.
S rostoucím účiníkem se spotřebuje méně jalového výkonu. To vede k poklesu činného výkonu, tedy poklesu plateb dodavateli.
b) Odstranění penalizace účiníku.
Dodavatelé elektřiny obvykle vystaví zákazníkům dodatečné vyúčtování, pokud je jejich účiník nižší než 0,95 (pokud účiník zákazníka klesne pod 0,85, někteří dodavatelé dodávku elektřiny nezaručují). Zvýšením účiníku lze tedy předejít zvýšeným nákladům na energii.
2.Zvýšení kapacity napájecího systému и snížení ztrát elektřiny
Přidáním kondenzátorů (které jsou zdroji jalového výkonu) do systému se zvyšuje účiník a zlepšuje se kapacita systému pro činný výkon.
Například 1000 kVA transformátor s účiníkem 80 % produkuje výkon 800 kW (600 kvar):
Jalový výkon je tedy 600 kvar.
Zvýšením účiníku na 90 % lze získat vyšší činný výkon při stejném zdánlivém výkonu:
Jalový výkon je tedy 436 kvar.
Činný výkon soustavy se zvyšuje na 900 kW, přičemž jalový výkon odebíraný od dodavatele je pouze 436 kvar.
Nekorigovaný účiník způsobuje ztráty výkonu v elektrickém rozvodu. S rostoucím účiníkem se tyto ztráty snižují. Vzhledem k tomu, že náklady na energii stále rostou, je velmi důležité zlepšit energetickou účinnost zařízení. Když se ztráty v systému sníží, je možné k němu připojit další zátěž.
3. Zvýšená úroveň napětí v energetickém systému, snížené zahřívání a efektivnější provoz elektromotorů
Jak bylo uvedeno, nekorigovaný účiník má za následek ztráty výkonu v elektrickém distribučním systému. To může snížit úroveň napětí. Nadměrný pokles napětí může způsobit přehřátí a předčasné selhání elektromotorů a jiných indukčních zařízení.
Proto se zvýšením účiníku minimalizuje úbytek napětí na napájecích kabelech a související problémy. Motory se budou méně zahřívat a pracovat efektivněji, mírně se zvýší i jejich výkon a rozběhový moment.
Jak můžete opravit (zlepšit) účiník?
Jak bylo uvedeno výše, zdroje jalového výkonu (indukční zátěže) snižují účiník. Mezi taková zatížení patří:
- transformátory
- asynchronní elektromotory
- asynchronní generátory (generátory větrné energie)
- osvětlovací systémy využívající vysoce intenzivní výbojky.
V souladu s tím spotřebitelé jalového výkonu zvyšují účiník. Tyto zahrnují:
- конденсаторы
- synchronní generátory (napájení a nouzové)
- synchronní motory.
Proto není divu, že jednou z metod zvýšení účiníku je instalace kondenzátorů do systému. Tento a další způsoby zvýšení účiníku jsou diskutovány níže.
1. Instalace kondenzátorů (generátorů jalového výkonu).
Při instalaci kondenzátorů se množství jalového výkonu (pěna z našeho příkladu) snižuje, zatímco účiník se zvyšuje. Na Obr. Obrázek 5 ukazuje princip fungování této metody.
Jalový výkon (kvar) indukčních zátěží je vždy posunut o 90º vzhledem k činnému výkonu (kW).
Indukčnost a kapacita působí se vzájemným posunem o 180º. Kondenzátory ukládají reaktivní energii a poté ji uvolňují se znaménkem opačným ke znaménku jalové energie indukčnosti. Přítomnost kondenzátoru a indukčnosti v obvodu vede ke stálému střídavému toku energie mezi nimi.
Pokud je tedy obvod vyvážený, veškerá energie vydávaná indukčností je absorbována kondenzátorem. Níže je uveden příklad, jak kondenzátor snižuje účinek indukční zátěže.
2. Minimalizace provozu motoru při volnoběhu nebo nízké zátěži.
Již jsme řekli, že důvodem nízkého účiníku je přítomnost asynchronních motorů. Ale přesněji řečeno, provoz asynchronních motorů při nízké zátěži má za následek nízký účiník.
3. Zabránění provozu zařízení při napětí vyšším, než je jeho jmenovité napětí.
4. Výměna standardních motorů při jejich selhání za motory se zvýšenou účinností.
I u vysoce účinných motorů má zatížení významný vliv na účiník. Proto, aby se realizoval vysoký účiník, který je vlastní jeho konstrukci, musí motor pracovat se zátěží blízkou jmenovité zátěži.
Kdy se investice do korekce účiníku vyplatí?
Instalací kondenzátorů do závodu lze zlepšit účiník. Ale instalace kondenzátorů stojí peníze. Nabízí se otázka: kdy se snížení účtů za elektřinu vyplatí na náklady na kondenzátory?
Můžete si vypočítat návratnost. Jako příklad uvažujme část podnikového energetického systému znázorněného na obr. 6. Účiník je 0,65.
- zatížení – 163 kW;
- pracovní doba – 730 hodin měsíčně;
- 480 V, 3 fáze;
- ztráty v systému – 5 %;
- účiník – 65 %;
ceník tarifu elektřiny:
- tarif elektřiny – 4,08 $/kWh;
- poplatek za energii – 2,16 $/kW;
- pokuta za jalový výkon – 0,15 $/kvar.
Celkový měsíční účet za elektřinu můžeme vypočítat následovně.
Nejprve si spočítejme poplatek za spotřebované energie:
163 kW x 730 h/měsíc. x 4,08 $/kWh = 4854,79 $/měsíc.
Poté definujeme poplatek za energii:
163 kW x 2,16 $/kW = 352,08 $/měsíc.
A nakonec definujeme penalizace jalového výkonu:
190 kvar x 730 h/měsíc. x 0,15 $/kvar h = 208 $/měsíc.
Nyní předpokládejme, že je v systému instalována kondenzátorová banka (obr. 7). 190 kvar kondenzátoru kompenzuje 190 kvar indukčního motoru a účiník se stane 1,0.
Parametry systému s kondenzátory:
- upravený KM = 1,0
Snížení ztráty můžete vypočítat:
snížení ztráty = 1- (0,65 2 / 1,00 2 ) = 0,58
Snížení ztrát v systému tedy bude:
snížení ztrát systému = 0,58 x 0,05 (ztráty) = 0,029
Snížení celkové aktivní zátěže bude:
163 kW x 0,029 = 4,7 kW
Nyní si můžete spočítat své úspory při placení spotřebované energie:
4,7 kW x 730 h/měsíc. x 4,08 $/kWh = 141,00 $/měsíc
Poté určíme úspory na platba za energii:
4,7 kW x 2,16 $/kW = 10,15 $/měsíc
A nakonec si to připomeňte penalizace jalového výkonu rovna nule.
Nyní určíme dobu návratnosti kondenzátorové banky.
- Cena kondenzátoru je 30,00 $/kvar.
Měsíční úspory jsou:
141,00 $ – náklady na spotřebovanou energii
10,15 $ – poplatek za energii
$ 208,00 – pokuta za jalový výkon
Doba návratnosti je:
30,00 $/kvar x 190 kvar/359 $/měsíc. = 16 měsíců
Instalace kondenzátorů se vyplatí za 16 měsíců.
Co dělat dál?
Musíte se podívat na účiník v podniku a na to, co lze udělat pro jeho zlepšení.
Khomov Electro vám může pomoci určit optimální metodu korekce účiníku pro vaše podnikání. Můžeme vám také pomoci vybrat umístění a typ kondenzátorů, které mají být instalovány ve vašem energetickém systému.
Vždy nám můžete zavolat, poslat nám zprávu faxem nebo e-mailem nebo nás kontaktovat prostřednictvím našich webových stránek.
Vždy rádi prodiskutujeme problémy související s konkrétními provozními podmínkami vašeho podniku.
