Kontynuacja poradnika doboru transformatora: zakład stolarski zasilany ze stacji 15/0,4 kV, transformator 400 kVA (uk = 4%), moc szczytowa 290 kW, cosφ bez kompensacji 0,80. W zakładzie pracują falowniki (odciąg trocin, centra CNC) — i to one decydują, że prosta bateria kondensatorów z katalogu może narobić więcej szkody niż pożytku.
Krok 1 — ile kvar?
OSD nalicza opłatę za energię bierną, gdy tgφ przekracza wartość umowną — najczęściej tgφ0 = 0,4 (cosφ ≈ 0,93). Obecnie tgφ = tg(arccos 0,80) = 0,75. Celujemy z zapasem w tgφ = 0,3 (cosφ ≈ 0,96), bo regulator przełącza stopniami i nie trafi idealnie:
QC = P · (tgφ1 − tgφ2) = 290 · (0,75 − 0,30) = 130,5 kvar
Dobór: bateria automatyczna 150 kvar, stopnie 10 + 20 + 3 × 40 kvar — regulator złoży z nich każdą wartość od 10 do 150 kvar co 10 kvar, co przy zmiennym obciążeniu zakładu (rano, przerwa, druga zmiana) ma większe znaczenie niż sama moc.
Krok 2 — ile kosztuje brak kompensacji?
Opłata za ponadumowny pobór energii biernej liczona jest wg wzoru z taryfy OSD:
Ob = k · Crk · (√((1 + tg²φ) / (1 + tg²φ0)) − 1) · A
Dla tgφ = 0,75 nawias wynosi √(1,5625 / 1,16) − 1 = 0,161. Przy zużyciu A = 40 000 kWh miesięcznie, k = 1 i przykładowej cenie Crk = 0,50 zł/kWh: ok. 3200 zł miesięcznie, czyli ok. 38 000 zł rocznie. Bateria kondensatorów zwraca się zwykle w ciągu jednego roku. (Współczynnik k i cenę Crk znajdziesz w taryfie swojego OSD — tu przyjęto wartości przykładowe.)
Krok 3 — rezonans: kondensatory + transformator + harmoniczne
Kondensatory razem z indukcyjnością transformatora tworzą obwód rezonansowy równoległy. Rząd harmonicznej, przy którym występuje rezonans:
hr = √(Sk / QC)
Moc zwarciowa na szynach nn przy Ik3 ≈ 14,5 kA (z poradnika transformatora) to Sk ≈ 10 MVA. Dla załączonych stopni:
| QC załączone | hr | fr | Ryzyko |
| 50 kvar | 14,2 | 710 Hz | blisko 13. harmonicznej (650 Hz) |
| 70 kvar | 12,0 | 600 Hz | między 11. a 13. ✗ |
| 90 kvar | 10,6 | 530 Hz | 11. harmoniczna (550 Hz) ✗ |
| 130 kvar | 8,8 | 440 Hz | blisko 9. (450 Hz) |
| 150 kvar | 8,2 | 410 Hz | między 7. a 9. |
Falowniki 6-pulsowe generują głównie harmoniczne 5., 7., 11. i 13. Przy regulacji stopniowej bateria w ciągu dnia „przejeżdża” częstotliwością rezonansową przez 11. i 13. harmoniczną — prądy harmoniczne wzmacniają się, kondensatory przegrzewają, rośnie odkształcenie napięcia (THDu) w całym zakładzie, a sterowniki i zasilacze impulsowe zaczynają się zawieszać.
Krok 4 — bateria z dławikami odstrojonymi
Rozwiązaniem jest bateria z dławikami odstrojonymi p = 7%: każdy stopień to kondensator + dławik o częstotliwości rezonansu własnego f = 50 / √0,07 ≈ 189 Hz — poniżej 5. harmonicznej (250 Hz). Dla wszystkich harmonicznych wyższych od 189 Hz gałąź ma charakter indukcyjny, więc rezonans z siecią nie może wystąpić. Uwagi praktyczne:
- dławik podnosi napięcie na kondensatorze — kondensatory w baterii z dławikami p = 7% muszą mieć napięcie znamionowe wyższe niż 400 V (zwykle 440–480 V); producent baterii dobiera je w komplecie,
- przy dużym udziale 3. harmonicznej (dużo odbiorników 1-fazowych z zasilaczami impulsowymi) stosuje się p = 14%,
- przy bardzo dynamicznych odbiornikach (zgrzewarki, prasy) — tyrystorowe łączenie stopni zamiast styczników.
Krok 5 — przekompensowanie w nocy
Po drugiej zmianie zakład pobiera kilka kW, a transformator i kable SN dalej generują lub pobierają moc bierną. Jeśli regulator ma źle ustawiony próg albo do szyn podłączona jest stała kompensacja transformatora zbyt dużej mocy, zakład zaczyna oddawać do sieci energię bierną pojemnościową — a ta jest rozliczana od pierwszej kilowarogodziny, bez progu tgφ0. Wniosek: regulator z poprawnie ustawionym C/k i progiem wyłączenia, a stała kompensacja transformatora dobrana do jego prądu jałowego, nie „na oko”.
🔧 Z praktyki pomiarowej
Przy pomiarach w zakładach przemysłowych baterie kondensatorów sprawdzam zawsze kamerą termowizyjną i analizatorem: spuchnięte kondensatory, przypalone styki styczników i THDu powyżej 5–8% to typowy obraz baterii bez dławików pracującej obok kilku falowników. Często bateria była dobrana poprawnie wiele lat temu — zanim w zakładzie pojawiły się falowniki. Druga rzecz, którą sprawdzam: faktury za energię bierną pojemnościową w miesiącach z długimi przestojami (wakacje, przerwa świąteczna). Jeśli pojawiają się tylko wtedy — winna jest kompensacja, która nie umie zejść do zera.
Moc baterii i opłaty z tego przykładu przeliczysz w kalkulatorze powyżej. Moc zwarciową potrzebną do sprawdzenia rezonansu weź z kalkulatora transformatora, a źródła harmonicznych — falowniki — opisuje poradnik doboru falownika.