Inhoudsopgave
Wat is blindvermogen/blindvermogencompensatie?
Officiële definitie: Volgens de VDE-norm 0100-710 verwijst blindvermogen naar het elektrische vermogen dat heen en weer stroomt tussen de fasegeleiders en de nulleider van een driefasig net, maar dat geen mechanisch werk kan verrichten. Het wordt gemeten in volt-ampère-reactief (VAR).
Blindvermogenscompensatie is het proces waarbij het in het net aanwezige blindvermogen wordt gecompenseerd om de efficiëntie en stabiliteit van het elektriciteitsnet te verhogen. Dit gebeurt vaak met behulp van condensatoren, die een tegengesteld blindvermogen genereren en zo het totale blindvermogen in het net verminderen. Deze compensatie is belangrijk om de vermogensfactor van het net te verbeteren, waardoor er minder blindvermogen in het net circuleert. De vermogensdriehoek is een concept dat de relatie tussen werkvermogen, schijnvermogen en blindvermogen weergeeft.
Voorbeeld: Stel dat een industrieel bedrijf meerdere grote elektromotoren gebruikt die een aanzienlijke hoeveelheid inductief reactief vermogen genereren. Zonder compensatie zou de energieleverancier dit extra reactief vermogen moeten leveren, wat zou leiden tot grotere netverliezen en een lagere efficiëntie. Door condensatoren in te zetten voor compensatie kan het bedrijf zijn eigen reactief vermogen opwekken en zo de belasting van het net verminderen.
De compensatie van blindvermogen biedt tal van voordelen, waaronder een verbetering van de energie-efficiëntie, een verlaging van de energiekosten en een verhoging van de netstabiliteit. In veel landen gelden specifieke voorschriften voor blindvermogenscompensatie om de kwaliteit en stabiliteit van het elektriciteitsnet te waarborgen.
Over het algemeen spelen blindvermogen en de compensatie daarvan een cruciale rol in de moderne energievoorziening en zijn ze van groot belang voor bedrijven en energieleveranciers om blindstroom te voorkomen en het net efficiënt te laten functioneren.
Wat is het verschil met werkvermogen en schijnvermogen?
De begrippen actief vermogen, schijnbaar vermogen en reactief vermogen zijn basisbegrippen in de elektrotechniek die de relatie tussen verschillende soorten elektrisch vermogen beschrijven.
Werkvermogen (P):
Werkvermogen wordt gemeten in watt (W).
Het geeft het werkelijke elektrische vermogen weer dat door een apparaat of installatie in een elektriciteitsnet wordt gebruikt om werk te verrichten. Met andere woorden: het is het nuttige vermogen dat bijvoorbeeld een motor aandrijft, licht produceert of elektrische apparaten laat werken.
Schijnvermogen (S):
Schijnvermogen wordt gemeten in voltampère (VA).
Het is het totale elektrische vermogen dat in een elektriciteitsnet aanwezig is, ongeacht of het daadwerkelijk wordt gebruikt om taken uit te voeren. Het schijnvermogen bestaat uit het werkvermogen en het blindvermogen en kan worden beschouwd als “schijnbaar vermogen”.
Blindvermogen (Q):
Blindvermogen wordt eveneens gemeten in volt-ampère reactief (VAR).
Het vertegenwoordigt het elektrische vermogen dat heen en weer stroomt tussen de fasegeleiders en de nulleider van een draaistroomnet, maar geen mechanisch werk verricht. Het ontstaat voornamelijk door inductieve en capacitieve belastingen en is noodzakelijk voor de werking van deze belastingen, maar draagt niet bij aan de uitvoering van taken.
In een vermogensdriehoek, die de verhoudingen tussen actief vermogen, schijnbaar vermogen en reactief vermogen visueel weergeeft, komt het actief vermogen overeen met de horizontale zijde van de driehoek, is het schijnbaar vermogen de hypotenusa van de driehoek en is het reactief vermogen de verticale zijde van de driehoek.
Een actief vermogensmeter is een instrument dat het werkelijke actieve vermogen in een elektrisch circuit meet. Het helpt bij het bewaken en regelen van het energieverbruik.
Samengevat: actief vermogen is het daadwerkelijke, bruikbare vermogen, schijnbaar vermogen is het totale vermogen in het net, en reactief vermogen is het vermogen dat niet wordt gebruikt om taken uit te voeren, maar dat nodig is voor de werking van inductieve en capacitieve belastingen. Deze begrippen zijn belangrijk om de efficiëntie en stabiliteit van elektriciteitsnetten te begrijpen en te optimaliseren. Een actieve vermogensmeter is een nuttig instrument voor het monitoren van het energieverbruik.
Meer informatie over de berekening en de wisselwerking tussen actief, schijnbaar en blindvermogen vindt u in onze nieuwsbrief nr. 25 „Definitie van vermogensgrootheden volgens de normen DIN 40110-2 en IEEE 1459“:
INFORMATIE-BRIEF Nr. 22
Definitie van de vermogensmetergrootheden volgens de normen DIN 40110-2 en IEEE 1459
Hoe wordt het blindvermogen berekend?
Het blindvermogen wordt berekend met behulp van de volgende formule:
Blindvermogen (Q) = schijnvermogen (S) × sin(φ) Q: blindvermogen in volt-ampère-reactief (VAR). S: schijnvermogen in volt-ampère (VA). φ: faseverschuivingshoek tussen het werkvermogen (P) en het schijnvermogen (S).
De faseverschuivingshoek (φ) is bepalend voor de berekening van de hoeveelheid blindvermogen. Deze kan positief of negatief zijn, afhankelijk van of er sprake is van inductieve of capacitieve belastingen.
Bij inductieve belastingen (bijv. elektromotoren) is de faseverschuivingshoek positief, omdat het blindvermogen achterblijft bij het werkvermogen. In dit geval luidt de formule:
Q = S × sin(φ)
Bij capacitieve belastingen (bijv. condensatoren) is de faseverschuivingshoek negatief, omdat het blindvermogen het actief vermogen voorloopt. In dit geval luidt de formule:
Q = -S × sin(φ)
Bij blindvermogenscompensatie wordt getracht de faseverschuivingshoek (φ) te minimaliseren om het blindvermogen te verminderen. Dit kan worden bereikt door het doelgericht inzetten van condensatoren of andere compensatieapparatuur.
Naast de formule voor het berekenen van het reactief vermogen zijn er reactiefvermogencompensatiecalculators die bij complexere systemen en netwerken kunnen worden gebruikt om de exacte hoeveelheid benodigde compensatie te bepalen.
De eenheid van reactief vermogen is volt-ampère reactief (VAR), wat de hoeveelheid elektrisch vermogen aangeeft die in een systeem nodig is voor het opwekken van elektromagnetische velden in inductieve apparaten of voor het compenseren van capacitieve belastingen. Dit is een belangrijk aspect in de elektrotechniek om de efficiëntie en stabiliteit van elektriciteitsnetten te waarborgen.
Hoe wordt het reactief vermogen gemeten?
Het meten van het blindvermogen in meeraderige stroomcircuits is vastgelegd in de normen DIN 40110-2 (Duitsland) en IEEE 1459 (internationaal). De berekeningsmethoden van deze normen vormen daarmee de basis voor vermogensberekeningen bij moderne meetapparatuur. Alle apparaten uit het productassortiment van A. Eberle – van vast geïnstalleerde apparaten tot de mobiele netanalysatoren – maken gebruik van de berekeningsmethode volgens DIN 40110-2.
Het meten van blindvermogen is een belangrijke stap om de toestand en de efficiëntie van een elektrisch systeem te beoordelen. Voor het meten van blindvermogen zijn verschillende methoden en instrumenten beschikbaar. Hier volgen enkele belangrijke aspecten bij het meten van blindvermogen:
Wattmeter
Een wattmeter is een elektrisch meetinstrument dat wordt gebruikt om het actief vermogen (in watt) in een elektrisch systeem te bepalen. Het actief vermogen kan worden gemeten door een wattmeter in het circuit te plaatsen. Om het blindvermogen te berekenen, kan de formule voor de berekening van het blindvermogen (Q) worden gebruikt:
Blindvermogen (Q) = √(S^2 - P^2), waarbij:
- V: Blindvermogen in volt-ampère reactief (VAR).
- S: Schijnvermogen in voltampère (VA).
- P: Werkvermogen in watt (W).
Oscilloscoop
Bij het meten van blindvermogen met een oscilloscoop worden spannings- en stroomgolfvormen geanalyseerd. De faseverschuiving tussen spanning en stroom kan op de oscilloscoop worden afgelezen. Een faseverschuivingshoek die niet nul is, duidt op de aanwezigheid van blindvermogen. De grootte van het blindvermogen kan met behulp van trigonometrie worden berekend.
Driefasige meting
In driefasige systemen worden speciale driefasige wattmeters of driefasige vermogensmeters gebruikt om het werkvermogen en schijnvermogen in de drie fasen te meten. Het meten van het blindvermogen in driefasige systemen vereist doorgaans complexere instrumenten en berekeningen, omdat rekening moet worden gehouden met de faseverschuiving tussen de fasen.
Schakelmethoden
In sommige gevallen worden speciale schakelingen gebruikt om het reactief vermogen te meten. Zo kan de meting van het reactief vermogen bijvoorbeeld worden uitgevoerd met compensatiecondensatoren om de mate van reactiefvermogenscompensatie te bepalen. Hierbij worden condensatoren toegevoegd of verwijderd om de faseverschuivingshoek te minimaliseren en zo het reactief vermogen te compenseren.
Het is belangrijk om de juiste meetinstrumenten en -methoden te kiezen, afhankelijk van de specifieke eisen van het systeem. Het meten van het reactief vermogen is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat elektrische installaties efficiënt en stabiel functioneren, en om te bepalen of reactiefvermogenscompensatie nodig is.
Blindvermogen meten met netwerkanalysatoren van A. Eberle
Met onze serie apparatuur voor stroomkwaliteit, bestaande uit mobiele netanalysatoren en vast geïnstalleerde Power Quality-meetapparatuur, hebt u de unieke mogelijkheid om blindvermogen op te splitsen in verschillende afzonderlijke meetgrootheden en deze weer te geven:
- Blindvermogen bij de fundamentele trilling
- Blindvermogen door boventoningen vervorming
- Blindvermogen door vervorming
- Modulatie-blindvermogen
- Asymmetrisch blindvermogen
Met name bij de beoordeling van het gebruik van filtertechnologieën, zoals harmonische filters voor het verminderen van de vervormingsblindstroom, kunnen aanzienlijke kostenbesparingen worden gerealiseerd. Dit kan ook een positief effect hebben op de netkosten. Op knooppunten tussen het industriële netwerk en de openbare netvoorziening raden wij daarom het gebruik aan van een vast geïnstalleerde Power Quality/netanalyse-oplossing, zoals onze vast geïnstalleerde Power Quality Analysator met storingsregistratiefunctie »PQI-DE«. Het meetapparaat kan de verschillende soorten blindvermogen zowel lokaal ter plaatse opslaan als op afstand naar verschillende interfaces verzenden (zie afbeelding).
Vermogensmeter in de praktijk
Om de verschillende soorten vermogen per toepassing correct te meten, bieden onze mobiele Power Quality-analysatoren (PQ-Box 150, 200 en 300) een groot aantal instellingsmogelijkheden.
Selectie van berekeningsmethoden op basis van de toepassing
Hoewel verschuivings- en vervormingsblindvermogen in principe op elk meetpunt een betekenis hebben, moet bij het meten van asymmetrisch blindvermogen rekening worden gehouden met de randvoorwaarden van de meting en de positie van het meetpunt in het net om zinvolle meetgegevens te verkrijgen.
Ter illustratie wordt in de volgende afbeelding schematisch een 400 V-lokale distributienetwerk weergegeven met een lokale distributietransformator, voornamelijk eenfasig aangesloten huishoudens en een industrieel bedrijf met een tweefasige belasting (bijv. een lasapparaat).
Bepalend voor het meten van asymmetrisch blindvermogen is dus vooral de lengte van het leidinggedeelte dat door het gemeten blindvermogen wordt belast. Bij een meting in een woonwijk, waar de afzonderlijke belastingen overwegend eenfasig zijn aangesloten, doen zich zeer grote asymmetrieën voor. De meetbare asymmetrische blindvermogen is hier echter niet erg veelzeggend, omdat de belasting van het driefasensysteem op elk nabijgelegen knooppunt verandert en er dus geen groter netgedeelte asymmetrisch wordt belast.
Het is daarentegen zinvol om rekening te houden met asymmetrische blindvermogen bij metingen direct aan de distributietransformator of aan lange voedingskabels voor asymmetrische belastingen.
De meting van het modulatiebelastingsvermogen is sterk afhankelijk van het gekozen meetinterval. Het is daarom alleen zinvol om dit belastingsvermogen mee te nemen bij de berekening van de collectieve schijnvermogen als er belastingen zijn met periodiek schommelend vermogen en de modulatiefrequentie van de vermogensschommeling bekend is
Voorbeelden/concrete toepassingen van blindvermogenscompensatie
Zonnepanelen (PV-installaties):
- De compensatie van blindvermogen in PV-installaties met een omvormer is van cruciaal belang om de effecten van capacitief of inductief blindvermogen, dat door de omvormer wordt gegenereerd, tot een minimum te beperken. Hierbij kan de omvormer zo worden ingesteld dat het blindvermogen tot een optimaal niveau wordt teruggebracht.
Industriële installaties met elektromotoren:
- In industriële installaties produceren elektromotoren vaak inductief blindvermogen. Reactiefvermogencompensatie door het gebruik van condensatoren of andere compensatieapparatuur is belangrijk om de energie-efficiëntie te verhogen en overbelasting te voorkomen.
Omvormers in de energietechniek:
- Bij de compensatie van blindvermogen in omvormers gaat het erom de instellingen zo aan te passen dat het opgewekte blindvermogen wordt geoptimaliseerd. Dit draagt bij aan het minimaliseren van netschommelingen en het verbeteren van de netkwaliteit.
Particuliere huishoudens met elektrische aandrijving:
- Elektrische huishoudelijke apparaten kunnen blindvermogen genereren. Blindvermogencompensatie in particuliere huishoudens verhoogt de vermogensfactor en optimaliseert de efficiëntie van het elektriciteitsnet.
Kabels en transmissielijnen:
- Bij het transport van elektrische energie over grote afstanden ontstaat er capacitief reactief vermogen in de kabels. Met reactiefvermogenscompensatoren met smoorspoel kan de netkwaliteit worden verbeterd en de transmissie-efficiëntie worden verhoogd.
Draaistroommotoren:
- In industriële toepassingen met draaistroommotoren is blindvermogenscompensatie belangrijk om de vermogensfactor te optimaliseren en netverliezen tot een minimum te beperken.
Seriële schakeling van reactiefvermogenscompensatoren:
- In complexe industriële netwerken kan het in serie schakelen van compensatieapparatuur worden toegepast om het blindvermogen te compenseren en de stabiliteit van het systeem te waarborgen.
Blindvermogenscompensatie in particuliere huishoudens:
- De blindvermogenscompensatie in particuliere huishoudens is van belang om het energieverbruik te optimaliseren en de algehele efficiëntie van het elektriciteitsnet te verbeteren.
Beperkte blindvermogenscompensatie:
- De gedempte reactiefvermogenscompensatie is een specifieke methode om de effecten van reactief vermogen in elektrische systemen tot een minimum te beperken.
Blindvermogenscompensatie is in diverse toepassingen van groot belang om de kwaliteit en efficiëntie van elektriciteitsnetten te verbeteren, netverliezen tot een minimum te beperken en de algehele efficiëntie van elektrische systemen te optimaliseren.
