Meer stroom met minder koper

In onderstaande tabel is samengevat wat voor type reactief vermogen de overhand heeft in welk type installatie. Deze tabel is indicatief en geeft een gemiddelde weer van zeker 250 praktijkmetingen. Als u zeker wilt weten wat het gedrag is van uw installatie, adviseren we een power quality-meting uit te (laten) voeren. Lees meer over (tijdelijke) power quality metingen.

De algemene trend is dat door toepassing van elektronica en elektronische aandrijvingen:

• inductief blindvermogen afneemt;
• capacitief blindvermogen toeneemt;
• harmonisch blindvermogen toeneemt.

Boetes en claims

Een te hoog blindvermogen kan leiden tot een boete van de netbeheerder. Te veel blindvermogen leidt tot extra belastende stromen en dus tot extra belasting voor de netbeheerder. Bij harmonisch blindvermogen kan de netbeheerder een claim neerleggen als grenswaarden worden overschreden.

Overbelasting van de installatie

Het werkelijk vermogen (kW) en blindvermogen (kVar) moeten we bij elkaar optellen om tot het totale vermogen (kVA) te komen dat door de installatie moet kunnen lopen. In de vergelijking met het bierglasmodel betekent dit dat we het bier en schuim bij elkaar optellen. Om overstroming van het bierglas te voorkomen, moet er geïnvesteerd worden in een groter bierglas. In de praktijk zal een hogere aansluitcapaciteit bij de netbeheerder, meer transformatorvermogen en een zwaardere installatie nodig zijn.

Een hogere energierekening door extra verliezen

Meer blindvermogen houdt ook meer stroom door de installatie in. Meer stroom door de installatie betekent hogere verliezen ten gevolge van de impedantie (weerstand) van de installatie. Dit noemen we ook wel de watt-verliezen. Dat zorgt er weer voor dat er meer kW-en worden opgenomen (P=I2*R). Deze verliezen omgezet naar de vergelijking met het bierglas betekenen dat er – hoe gek het ook klinkt – meer bier in het glas zit dat niet effectief wordt gebruikt, maar opgaat aan warmte in bijvoorbeld kabels en transformatoren.

Derating van transformatoren en generatoren

Harmonisch blindvermogen zorgt voor een kleinere beschikbare capaciteit van transformatoren en generatoren. Door de hogere frequenties van de harmonischen worden er extra koper- en  wervelstroomverliezen en extra verliezen door inductieve en capacitieve koppelingen gegenereerd. Terug naar de vergelijking met het bierglas: door harmonische stromen kan het bierglas niet volledig gevuld worden.

Verschillende publicaties – waaronder de application guides van de IEEE519 – publiceren deratingcurves. Op basis van deze publicaties en onze eigen meetervaringen, hanteren we de volgende grove richtlijn voor het deraten van transformatoren en generatoren. 

Haperende generatoren

Generatorregelingen ondervinden problemen met capacitieve stromen. De uitgangsspanning wordt dan onstabiel. Het capacitieve blindvermogen moet in ieder geval onder de twintig procent van het nominale generatorvermogen liggen. Voor een stabiel generatorbedrijf adviseren wij echter het capacitief blindvermogen in zijn geheel te vermijden.

Er is dus alle reden om ongewenst blindvermogen te reduceren. Er zijn drie basisoplossingen om het blindvermogen te reduceren:

• Cos-phi bank (condensatorbank)
• Statische VAR generator (elektronische cos-phi verbetering)
• Actief dynamisch filter / harmonisch filter

De condensatorbank is de meest bekende oplossing om blindvermogen te reduceren en wordt al tientallen jaren toegepast. De condensatorbank is – zoals de naam al zegt – een kast vol met condensatoren waarmee het blindvermogen voor de spoel wordt geleverd. Hierdoor is voor de condensatorbank het blindvermogen verdwenen en wordt een cos-phi van 1 gemeten.

Indien de belasting bijvoorbeeld 50kVar aan inductief blindvermogen opneemt, en we zetten daar een condensatorbank tegenover met een capaciteit van 50kVar, wordt de complete inductie opgeheven en wordt de cos-phi door de transformator 1.

Al het inductief blindvermogen wordt door de condensatorbank geleverd. De hoofdverdeler, transformator en de klantaansluiting worden hiermee ontlast, waardoor er extra vermogensruimte ontstaat.

Voordelen condensatorbank:

• Relatief goedkoop
• Eenvoudige techniek
• Modulair

Nadelen condensatorbank:

• Relatief traag door schakeltijd relais
• Overbelastbaar door harmonische stromen
• Past zich niet aan aan veranderingen in het net
• Verouderde condensator kan een ongewenste opslingering harmonische veroorzaken     

Een condensatorbank is pertinent niet te gebruiken:

• in een net met capacitief vermogen, met gevaar op resonanties en brand;
• in een installatie met veel harmonisch vermogen, de condensator is namelijk een kortsluiting bij hogere frequenties;
• in installaties waarin aangesloten apparatuur kan wijzigen;
• bij snel wisselende belastingen en dynamische processen.

Een statische VAR-generator (SVG) is een snelle elektronische en traploze blindstroomcompensatie zonder condensatoren. De SVG meet de inductieve stroom [1] en injecteert een stroom die dusdanig in fase verschoven is met de spanning [2] dat de stroom voor het filter [3] keurig in fase loopt met de spanning.

Werkingsprincipe van een statische VAR-generator

Voordelen SVG ten opzichte van een condensatorbank:

• Zowel inductief als capacitief blindvermogen compenseren
• Supersnelle responsietijd (<20ms)
• Snel en traploos, waardoor over- of ondercompensatie niet mogelijk is
• Compacter, lager in gewicht
• Minder energieverlies
• Niet overbelastbaar en ongevoelig voor resonantie en interharmonischen
• Onderhoudsvrij

Met een Statische VAR Generator is over- of ondercompensatie niet mogelijk

Nadeel Statische VAR Generator (SVG):

• Hogere aanschafprijs dan een condensatorbank

Typische toepassingsgebieden van een SVG zijn:

• In installaties met snel wisselende belastingen waarbij een condensatorbatterij te langzaam is
• In capacitieve netten waar de noodstroomgenerator niet goed opkomt
• In installaties met gelijkbelaste fasen waar meer vermogensruimte nodig is

Een actief harmonisch filter (AHF) filtert harmonische stromen met een werkingsprincipe dat gebaseerd is op het principe van “noise-cancelling”. Het filter meet de stroomvervuiling [1] en injecteert een tegenstroom [2] die dusdanig van vorm is dat de stroom voor het filter [3] weer netjes sinusvormig wordt. Hiermee wordt al het harmonisch blindvermogen gecompenseerd. Het harmonisch filter is tevens in staat zowel inductief als capacitief blindvermogen te compenseren, waarmee een dergelijk filter universeel inzetbaar is en niet overbelastbaar is.

Werkingsprincipe van een actief filter

Al het harmonisch blindvermogen wordt door het actieve filter geleverd. De hoofdverdeler, transformator en de klantaansluiting worden hiermee ontlast, waardoor er extra vermogensruimte ontstaat.

Voordelen actief harmonisch filter:

• Zowel inductief, capacitief als harmonisch blindvermogen compenseren
• Nog meer vermogensruimte door beperken derating vermogenstransformator
• Supersnelle responsietijd (<5ms) en continue aanpassing aan de belasting
• Alle power quality problemen kunnen worden opgelost
• Minder verliezen, lagere footprint
• Niet over-belastbaar en ongevoelig voor resonantie en interharmonische

Nadeel actief harmonisch filter:

• Hogere aanschafprijs dan condensatorbank

Vaak wordt de vraag gesteld of centraal of decentraal gecompenseerd moet worden. De grootte van de benodigde compensatievermogens, de opbouw van de installatie en de installatiemogelijkheden ter plekke bepalen wat de beste oplossing is.

Zonder compensatie vloeit het totale blindvermogen door de hele installatie. De onderverdelers, hoofdverdeler, hoofdbeveiliging én de transformator worden belast met het blindvermogen.

Decentraal compenseren

Bij decentrale compensatie wordt het compensatiesysteem geplaatst bij de verbruikers.

Voordeel van decentraal compenseren:

• De gehele installatie wordt ontlast van de blindstroom

Nadelen van  decentraal compenseren:

• Hogere aanschaf- en onderhoudskosten dan bij centraal compenseren
• Relatief hoge inbouwkosten omdat het compensatiesysteem bij de onderverdeler wordt geplaatst 

Centraal compenseren

Bij centrale compensatie wordt het compensatiesysteem vaak op de hoofdverdeler van de installatie geplaatst (direct achter de transformator). De hoofdbeveiliging, de transformator en de hoofdaansluiting worden zo ontlast van het blindvermogen. Het blindvermogen blijft wel in de interne bekabeling en onderverdelers lopen.

Voordelen van centraal compenseren:

• Lagere aanschaf- en onderhoudskosten
• Relatief lage inbouwkosten in de ruimte waarin de laagspanningshoofdverdeler staat
• De belangrijkste installatieonderdelen worden ontlast van blindstroom

Nadeel van centraal compenseren:

• De onderverdelers en de bekabeling van en naar de onderverdelers wordt nog steeds belast met de blindstroom

Het schijnbaar vermogen is de som van het actieve vermogen (effectief vermogen) en het blindvermogen (niet-effectief vermogen). Blindvermogen wordt niet omgezet in nuttige energie en kan bestaan uit inductief, capacitief en harmonisch blindvermogen of een combinatie hiervan. Door toepassing van elektronica neemt het inductief blindvermogen af en neemt het harmonisch en capacitief blindvermogen toe. Als het blindvermogen toeneemt, neemt het schijnbaar vermogen toe en daarmee de benodigde capaciteit van de installatie. Harmonisch blindvermogen zorgt daarnaast voor een kleinere beschikbare capaciteit door het deraten van transformatoren en generatoren.

Inductief blindvermogen kan gereduceerd worden door het toepassen van een condensatorbank. Met een actief dynamisch filter kunnen alle soorten blindvermogen worden gereduceerd en wordt het deraten van de transformator of generator beperkt. Hierdoor snijdt het mes aan twee kanten.

Continu meten en monitoren is noodzakelijk voor het bepalen van het juiste compensatiesysteem en het bewaken ervan.

Het reduceren van blindvermogen leidt tot:

• Minder vermogen door de installatie, transformator en netaansluiting
• Minder watt-verliezen, dus een lagere energierekening
• Een grotere beschikbare transformator- of generatorcapaciteit als een actief filter wordt gebruikt

De toe te passen compensatie is afhankelijk van het soort vermogen dat in de installatie voorkomt.

Weloverwogen tot de juiste oplossing komen

Zomaar condensatorbanken of actieve filters installeren lijkt makkelijk maar is niet kosteneffectief en kan zelfs gevaarlijk zijn. Het plaatsen van condensatorbanken in installaties met te veel harmonischen kan leiden tot resonanties door de interactie van de harmonische stromen en de condensatoren in de blindstroomcompensatie. Daarnaast kan het leiden tot overbelasting van de condensatorbank met alle gevolgen van dien. Het plaatsen van actieve filter als het eigenlijk niet nodig is of als het beoogde effect uitblijft, is zonde van het geld.

Daarom is het van belang eerst een meting uit te voeren  – het liefst voor langere tijd – waarmee de juiste compensatietechniek en capaciteit kan worden bepaald. Voor het plaatsen van een compensatiesysteem doorlopen we bij fortop altijd een tien-stappenplan.