שיפור מקדם הספק ואופן שיפורו

מקדם ההספק נובע מצריכת אנרגיה ריאקטיבית ע"י הצרכן.

אנרגיה ראקטיבית (Q-kVAR) היא חלק מהאנרגיה המיוצרת ע"י הגנרטור של חברת חשמל אך בניגוד לאנרגיה האקטיבית(P-kW) היא אינה מבצעת עבודה, את אנרגיה זו אנו מכנים הספק עיוור (ריאקטיבי). ואת האנרגיה שמבצעת עבודה אנו מכנים הספק פעיל (אקטיבי).

מרבית צרכני החשמל כמו מנועי חשמל, שנאים, נורות פריקה (כגון תאורת הצפה לתעשייה ורחובות מלפני תקופת הלד) וגם המוליכים עצמם הם צרכנים בעלי יכולת אגירת אנרגיה ובכך גורמים להספק עיוור שנע הלוך ושוב בקווי ההולכה מנקודת הייצור ועד לצרכן הסופי כדוגמת סליל או קבל.

ההספק הראקטיבי מעמיס את רשת ההולכה של חברת החשמל, וגורם להתחממות מוליכים וציודים.

למרות שההספק אינו מייצר עבודה, לצרכן נגרמים הפסדי אנרגיה במערכת וההספק מגדיל את הצורך בייצור החשמל ולכן גדלה העלות לייצור וזיהום הסביבה מאחר ויש צורך להפעיל את הברנר של דודי הקיטור לזמן ממושך יותר.

מקדם ההספק Φ היחס שבין ההספק הפעיל וההספק המדומה, וערכו נע בין 0 ל 1, במשק החשמל בישראל הדרישה של חברת חשמל היא 0.92

P/S=COS Φ

איור מס' 1 (משולש הספקים)

אז כאן באה השאלה למה בפאב כדאי להזמין בירה עם פחות קצף?

הקצף כמו ההספק העיוור לא תורם לבירה מאחר והוא מלא בבועות אוויר.

התשלום על הכוס בירה בפאב נעשית על כל הכוס וככל שיש יותר קצף בעצם יש לנו פחות בירה!

איור מס' 2(כוס בירה המדגימה את ההספקים)

חברת חשמל מחייבת את הצרכנים הגדולים תשלום קנס על ערך הנמוך מזה.

למרות שהשאיפה היא מקדם הספק גבוה יש להיזהר ממצב שבו אנחנו עוברים את הערך 1 מאחר ועלול להיגרם מצב של קיבול יתר ויגרמו נזקים לרשת החשמל.

אז כיצד ניתן לבצע את הקטנת הזווית ולהקטין את ההספק הראקטיבי?

האפשרויות הן:

  1. הגדלת הצריכה בהספק האקטיבי P ללא תוספת בצריכת ההספק הראקטיבי Q.
  2. הקטנת הצריכה בהספק ראקטיבית Q ללא תוספת בצריכת ההספק האקטיבי P.

עבודה באפשרות מס' 1 להגדלת הצריכה בהספק האקטיבי לא ראלית מאחר ויש תשלום נוסף עבור השימוש על הגדלת הצריכה.

לכן אנו נשארים עם אופציה 2 להקטנת ההספק הראקטיבי Q.

ישנם 2 שיטות המקובלות לשיפור מקדם ההספק:

הקטנת ההספק ההגבי השראתי במתקן.

הפסקת עומסים כאשר אינם בשימוש או תהליכים בעבודה בריקם (ללא עומס) כמו שנאים, מכונות ריתוך וכ'.

אפשרות נוספת היא התאמת מנועים לעומס לתהליך, לרוב לוקחים מקדם בתכנון מעבר לנדרש ומקבלים מנוע שהספקו גדול מהצורך האמיתי בתהליך הסופי. לכן כאשר המנוע אינו עמוס או עובד בעומס חלקי, מקדם ההספק שלו נמוך, ההספק ההגבי של המנוע נשאר זהה מאחר והסלילים במנוע לא משתנים אך ההספק האקטיבי משתנה בהתאם לעומס על ציר המנוע.

הוספת הספק הגבי קיבולי כך שמקוזז חלק מההספק ההגבי ההשראי.

פעולה אפשרית היא הפעלה של גנרטורים סינכרונים בעירור יתר כך עובד הגנרטור כקבל כלפי הרשת קיבול בעצם נקבע ע"פ זרם העירור למכונה.

פעולה נוספת שהיא נמצאת בשימוש נרחב היא הוספת סוללת קבלים באמצעות בקר שמאפשר שליטה על כמות הקיבוליות מחוברת רשת החשמל כדי להבטיח ערך ל0.92.

חישוב ערך הקבלים לצורך שיפור מקדם ההספק במתקן

ערך הספק הראקטיבי Q במתקן שווה ל-

Q=P*tgΦ

לאחר הוספת הקבלים למערכת משתנה הזווית ולכן גם הערך של ההספק העיוור והוא שווה ל-

Q'=P*tgΦ'

ההספק ההגבי של הקבלים אותו יש להתקין כדי להגיע לרמה הנדרשת-

Qc=Q-Q'=P(tgΦ- tgΦ')

לצורך הדגמה נמצא כי צרכן במתח נמוך 400v צורך הספק מדומה בגובה 600kVA והספק פעיל 500kW. הצרכן מחוייב לשלם קנסות על חריגה בערכים.

הצעדים אותם יש לבצע :

חישוב הספק העיוור

Q= √ S²-P²=√(600²-500²)=331.6kVR

חישוב טנגס הזווית לפני ואחרי תיקון

tgΦ=Q/P=331.6/500=0.66

cos Φ=0.92>shift cos=23.07>tg Φ=0.426

חישוב סוללת קבלים מתאימה

Qc=Q-Q'=P(tgΦ- tgΦ')

Qc=500(0.66-0.426)=117kVAR

נחשב את זרם הצרכן לפני ואחרי הוספת הקבלים

זרם לפני ביצוע שיפור מקדם ההספק.

I=S/(√3U)=600/(√30.4)=866A

הספק חדש וזרם לאחר ביצוע שיפור מקדם ההספק

S'=P/cos Φ'=500/0.92=543kVA

I=S/(√3U)=543/(√30.4)=784.68A

ירידה בצריכת הזרם ב81.32 אמפר.