A . Definitie

Inductieve elektrische verbruikers vragen meer vermogen dan wat zij omzetten in actief vermogen. Inductiemoteren bijvoorbeeld, zetten maximaal 80 à 90% van het geleverd vermogen om in actieve energie. Het resterende vermogen (reactief vermogen) wordt gebruikt om een magnetisch veld in de motor te creëren. De verhouding tussen het actief vermogen t.o.v. het reactief vermogen, wordt uitgedrukt in cos phi.

Actief en reactief vermogen

Het elektrisch vermogen dat nodig is om de inductieve belasting te voeden bestaat uit twee elementen.  Het eerste (actief) is in fase met de geleverde spanning.  Het tweede element is NIET in fase met de geleverde spanningen ijlt vectorieel 90° na, deze vorm van reactief vermogen wordt 'inductief' geheten. Dit naijlen van de stroom wordt voornamelijk veroorzaakt door de windingen van een inductiemotor.  De totale stroom die wordt getrokken door een inductieve belasting is de vectoriële som van de elementen in- en uit- fase.

De uit-fase stroom heeft als effect het stijgende stroomverbruik van een motor.  Dit verhoogt op zijn beurt de kans op opwarming in de kabels en transfomotoren die de motor(en) van stroom voorzien.  Deze extra stroom veroorzaakt ook spanningsvallen in die componenten. Het is bijgevolg nodig om de betrokken transformatoren, kabels, enz... te gaan overdimensioneren om te kunnen anticiperen op deze overstroom. Dit overdimensioneren is natuurlijk duur.

 Het gevraagde vermogen, dat men uitrekent door de totale (vectoriële som) stroom van de inductieve belasting te vermenigvuldigen met de rms waarde van de geleverde spanning, heet het "schijnbaar vermogen" (m.a.w. product van stroom en spanning zonder cos phi).  Schijnbaar vermogen drukt men uit in kilo-volt ampères (kVA).  De geleverde kVA is een maatstaf waarop de installatie moet voorzien zijn. Het gebruikte vermogen, dat men uitrekent door de in-fase stroom te vermenigvuldigen met de rms waarde van de geleverde spanning, heet het "actief vermogen".  Actief vermogen drukt men uit in kilowatt (kW).  De arbeidsfactor is de verhouding van het actief vermogen tot het schijnbaar vermogen:

De hoogst mogelijke arbeidsfactor is 1.0, dit betekent dat 100% van het geleverd vermogen wordt omgezet in nuttige energie.

B. Condensatorenbatterij

Meer info op Wikipedia.

Zoals gezegd bestaat vermogen uit twee delen: actief en reactief vermogen. Reactief op zich bestaat ook uit twee delen: inductief vermogen (dat voorkomt van asynchrone motoren, transformatoren, ...= inductieverbruikers) en capacitief vermogen. Net als bij inductief vermogen is bij capacitief vermogen de stroom niet in fase met de spanning.  Bij capacitief vermogen (condensatoren) is de stroom vectorieel 90° voorijlend op de spanning, terwijl dat bij inductief vermogen net omgekeerd is. Als men dus gelijktijdig evenveel capacitief vermogen als inductief vermogen heeft, heffen de twee elkaar bij wijze van spreken op.

Opmerking :

Een hoogspanningstransformator heeft tijdens periodes wanneer deze niet belast is, een inducief verbruik (meetbaar aan hoogspanningskant). Dit verbruik wordt ook wel de nullast of koperverlies genoemd.  Dit verlies kan een belangrijke invloed hebben op de cos phi (daar deze steeds wordt verrekend op maandbasis). Om deze inductieve verliezen te compenseren wordt vaak een vaste condensator geplaatst aan de laagspanningskant van de transformator. Deze kan voor de uniformiteit van de installatie ook worden ingebouwd in de automatische condensatorenbatterij. U vindt meer informatie en berekeningsmethodes in Vaste Condensatoren.

•1.      Vormen van compensatie

•a.       Individuele correctie

Men kan op iedere inductieve verbruiker een gepaste condensator gaan plaatsen die de cos phi compenseert. Deze condensator wordt samen met de verbruiker geschakeld.  Deze condensator heeft een niet regelbaar vermogen. Deze vorm van compensatie kan handig zijn voor verbruikers met een zeer gelijkmatig verbruik. Voor motoren is deze vorm niet gepast, gezien de cos phi van een motor kan schommelen naar mate zijn belasting en zijn snelheid. Het nadeel van deze vorm van compensatie is dat zij bovendien zeer duur is.

•b.       Centrale correctie

Een goede oplossing bij klanten met een variërend verbruik is de centrale cos phi compensatie. Hier wordt gebruik gemaakt van een condensatorenbatterij met een regelbaar vermogen.
 
In de automatische condensatorenbatterij bevindt zich een regelaar die steeds de cos phi en het verbruik meet, aan de hand hiervan gaat deze het vermogen van de condensatorenbatterij regelen.  In de regelaar kan men als installateur de gewenste cos phi instellen.  Voor de keuze van het vermogen van de condensatorenbatterij verwijzen wij graag door naar de tabel  of naar onze berekeningsmodule.

•2.      Waarom compenseren?

•a.       Toeslag reactief verbruik

Een verschil in actief en schijnbaar vermogen zorgt ervoor dat de stroomleverende maatschappij zijn distributienetwerken moet gaan overdimensioneren om een vermogen te leveren met een slechte cos phi.  Om die reden werken zij met een systeem van 'toeslag voor reactief verbruik', hetgeen ofwel in de distributie- of transportkost zit ofwel als een apart element op de elektriciteitsfactuur staat vermeld.  Dit om hun klanten aan te moedigen te gaan investeren in condensatorenbatterijen teneinde een goede cos phi te bekomen.

b.    Verhoging van de systeemvermogens

Het thermisch vermogen van de generatoren, transformatoren en kabels beperken het kVA die door het systeem kan geleverd worden.  Door de vraag naar kvar af te nemen, door het plaatsten van condensatoren, kunt u veel meer vermogen uit het zelfde systeem halen.

•c.        Verbetering van de spanning

Een grote vraag naar reactief vermogen, of een slechte cos phi, verhoogt de kans op spanningsvallen op transformatoren, kabels en andere systeem componenten, wat resulteert in een lagere werkspanning. In een zwak systeem, kan dit een nog groter probleem zijn dan beperkte thermische capaciteiten.  Het verbeteren van de spanning staat recht evenredig in verhouding tot het verbeteren van de cos phi.

•d.       Beperken van de verliezen

Hoe hoger de stroom, hoe hoger de verliezen (weerstandsverlies= I²R) die ermee gepaard gaan. Op zich is dit geen reden om condensatoren te gaan plaatsen, maar het is evenwel een extra voordeel.

 C. Centrale correctie

De meest voor de hand liggende oplossing voor cos phi verbetering is de centrale correctie, mede omdat dit wellicht de minst dure oplossing is. De regelaar (digitaal varmetrisch relais) van de condensatorenbatterij doet beroep op een stroommeting (TI) die alle verbruik - inclusief de condensatorenbatterij - dient te meten (op fase L1). Deze stroommeting gebeurt dus op de LS-zijde van de transfo of op de hoofdbeveiliging van de installatie. Voor het meten van de cos phi is naast een stroommeting ook een spanningsmeting nodig over de twee fasen waar GEEN stroommeting is (over fasen L2 en L3). Deze spanningsmeting is steeds in de condensatorenbatterij voorzien, en dient tevens als voeding voor de stuurkring (via ingebouwde transfo 400/230 V)

1.   Installatievoorschriften  

2.   Types en vermogen

Bij Comar Benelux wordt een onderscheid gemaakt tussen verschillende types in functie van hun werkspanning en het maximum aan harmonische distorsie welke zij veilig kunnen verdragen.  Voor de keuze tussen de verschillende types en het vermogen van de condensatorenbatterij verwijzen wij naar de berekeningmodule . Het verdient de voorkeur om - alvorens over te gaan tot de keuze van een type - een meting te laten uitvoeren door Comar.

Harmonischen zijn netstoringen, veroorzaakt door niet-lineaire verbruikers (PC's, gelijkstroommotoren, gelijkrichters, thyristoren,..) Dit zijn stromen die voorkomen bij een frequentie welke een rechtstreeks veelvoud is van 50Hz. (150Hz, 250Hz, 350Hz..) Men heeft het vaak over de 'de derde harmonische' (3 x 50 = 150Hz), de 'de vijfde harmonische' (5 x 50 = 150Hz), enz.,... Deze harmonische stromen beïnvloeden en verstoren de uiteindelijke vorm van de sinus. Niet enkel dient uw stroombron (transformator) meer energie te leveren dan normaal nodig, ook wordt weerom extra opwarming (jouleverliezen) teweeggebracht. Bovendien zorgen deze harmonischen voor storingen in elektronische apparaten.

Om deze problematiek beter te begrijpen, is het noodzakelijk de oorzaken ervan te gaan opsplitsen. De ervaring leert ons dat de derde harmonische (150 Hz) vaak voorkomt in de tertiaire sector.  Hier komt de harmonische distorsie dus voort van elektronische apparaten zoals computers, printers, televisieschermen, elektronische ballasten in verlichting,...
 
De vijfde, zevende en elfde harmonische (250, 350, 550 Hz) zijn de veel voorkomende stromen in industriële toepassingen.
 
In de keuze van condensatorenbatterijen heeft men het steeds over THD%. Dit is een maatstaf die frequent gehanteerd wordt om de zaken te vereenvoudigen.  Men bekomt deze door de formule:

THD geeft dus de totale aanwezigheid van harmonischen weer in verhouding tot de fundamentele waarde. Normaal gezien wordt 20 % steeds getolereerd. Van zodra de THD 35 % wordt overschreden, zoekt men beter een oplossing voor het probleem.

De keuze van de harmonische reductiefilter is een kwestie die specialisten toebehoort.
Over de verschillende methodes van harmonische filtering vindt u meer informatie bij de betreffende harmonische reductiefilter.