Τι είναι η βελτίωση του συνημιτόνου σε μία ηλεκτρική εγκατάσταση;

Στην παράγραφο 3.1 ια), στο άρθρο 8 του Κ.ΕΝ.Α.Κ. (Φ.Ε.Κ. Β 407/9.4.2010) διαβάζουμε:

Σε όλα τα κτήρια του τριτογενούς τομέα απαιτείται η εγκατάσταση κατάλληλου εξοπλισμού αντιστάθμισης της άεργης ισχύος των ηλεκτρικών τους καταναλώσεων, για την αύξηση του συντελεστή ισχύος τους (συνφ) σε επίπεδο κατ' ελάχιστο: 0.95

Θα προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε όσο γίνεται πιο απλά τις δύο αυτές έννοιες δηλ. άεργη ισχύςκαι συντελεστής ισχύος.


Λίγη θεωρία από την ηλεκτροτεχνία

Μία ηλεκτρική εγκατάσταση απορροφά ηλεκτρική ισχύ από το δίκτυο της ΔΕΗ. Η απορροφούμενη ισχύς αποτελείται από δύο συνιστώσες:
  • την πραγματική ισχύ (P) που την μετράμε σε W
  • την άεργη ισχύ (Q) που την μετράμε σε VAr
Οι δύο αυτές ισχείς παριστάνονται σαν οι κάθετες πλευρές ενός ορθογωνίου τριγώνου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η συνισταμένη των δύο αυτών πλευρών είναι η φαινόμενη ισχύς (S) που την μετράμε σε VA.
Βασική θεωρία ηλεκτροτεχνίας

Ηλεκτρικές συσκευές που απορροφούν μόνο πραγματική ισχύ

Πραγματική ισχύ απορροφούν όλες οι ηλεκτρικές συσκευές που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε άλλη μορφή ενέργειας. Οι συσκευές που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια απευθείας σε θερμική δεν απορροφούν άεργη ισχύ. Τέτοιες συσκευές είναι:
  • θερμαντήρας νερού
  • ηλεκτρικές εστίες
  • ηλεκτρικός φούρνος
  • λαμπτήρες πυράκτωσης

Ηλεκτρικές συσκευές που απορροφούν πραγματική και άεργη ισχύ:

Άεργη ισχύ απορροφούν οι συσκευές που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική και συνεπώς περιέχουν ηλεκτρικούς κινητήρες. Στις συσκευές αυτές η άεργη ισχύς χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του κινητήρα. Τέτοιες συσκευές είναι:
  • ηλεκτρική σκούπα
  • κλιματιστικό (=αντλία θερμότητας)
  • μίξερ κ.λπ.

Πραγματικό και άεργο ρεύμα (Ι)

Η κάθε μία από τις δύο παραπάνω ηλεκτρικές ισχείς μεταφέρεται με τη βοήθεια του αντίστοιχου ηλεκτρικού ρεύματος (Ι) που το μετράμε σε A. Έτσι το ηλεκτρικό ρεύμα (Ι) που απορροφά μία ηλεκτρική συσκευή αναλύεται σε I πραγματικό και Ι άεργο. Για τα δύο αυτά ρεύματα ισχύει το ίδιο τρίγωνο με τις ισχείς. Το ρεύμα που μετράμε με το Α-μετρο είναι πάντα το συνολικό ρεύμα δηλ. η υποτείνουσα του τριγώνου.
Στα παρακάτω παραδείγματα θα χρησιμοποιήσω δύο οικιακές ηλεκτρικές συσκευές. Η πρώτη είναι η ηλεκτρική σκούπα που διαθέτει έναν ηλεκτρικό κινητήρα. Η δεύτερη είναι το μάτι της ηλεκτρικής κουζίνας. Για λόγους άμεση σύγκρισης, αμφότερες οι συσκευές έχουν πραγματική ισχύ 1840 W.
Ηλεκτρική σκούπα με πραγματική ισχύ 1.840W
Ηλεκτρική σκούπα με πραγματική ισχύ 1840W

Παράδειγμα 1: Ηλεκτρική σκούπα με πραγματική ισχύ 1.840W

Βασικοί υπολογισμοί
  • Η ηλεκτρική σκούπα απορροφά, Ιπραγματικό = 8Α και Ιάεργο = 6Α.
  • ΠΡΟΣΟΧΗ !!! Αν με ένα Α-μετρο μετρούσαμε το ρεύμα που απορροφά η σκούπα θα διαβάζαμε I = (8² + 6²) = 10 A
  • Από το τρίγωνο βρίσκουμε τη γωνία φ που σχηματίζει το Ιπραγματικό με την υποτείνουσα. εφφ = 6/8 = 0,75 και
  • με το κομπιουτεράκι βρίσκουμε = 36 ° και κατόπιν συν(36°) = 0,80.
  • άρα το συνημίτονο (ή συντελεστής ισχύος) της ηλεκτρικής σκούπας είναι 0,80
Υπολογισμοί ισχύος, ενέργειας
  • Η πραγματική ισχύς είναι P = 8.00A×230V = 1.840 W = 1,84 kW
  • Στο ίδιο συμπέρασμα καταλήγουμε και με τον τύπο P = U×I×συνφ = 10×230×080 = 1.840 W
  • Η άεργος ισχύς είναι Q = 6×230 = 1.380 VAr
  • Ο μετρητής της ΔΕΗ σε μία ώρα (1h) θα γράψει E = P×t = 1,84kW×1h = 1,84 kWh
  • Αν η ΔΕΗ χρεώνει 0,1 €/kWh, θα πληρώσουμε (όταν θα έλθει ο λογαριασμός) 1,84×0,1 = 0,184 €

Ηλεκτρική εστία με πραγματική ισχύ 1.840W

Ηλεκτρική εστία με πραγματική ισχύ 1.840W

Παράδειγμα 2: Ηλεκτρική εστία με πραγματική ισχύ 1.840W

Αν επαναλάβουμε τους παραπάνω υπολογισμούς για την ηλεκτρική εστία που απορροφά Ιπραγματικό = 8A και Ι άεργο = 0Α θα καταλήξουμε:
  • φ = 0 °
  • συνφ = 1,00
  • P = 8,00A×230V = 1.840 W = 1,84 kW
  • Ο μετρητής της ΔΕΗ σε μία ώρα (1h) θα γράψει E = P×t = 1,84kW×1h = 1,84 kWh
  • θα πληρώσουμε στη ΔΕΗ (όταν θα έλθει ο λογαριασμός) 1,84×0,1 = 0,184 €

Συμπέρασμα για τους οικιακούς καταναλωτές

Οικιακός ηλεκτρικός μετρητής ενέργειας
Ο οικιακός μετρητής της ΔΕΗ μετρά μόνο την πραγματική ισχύ.
1. Αμφότερες οι συσκευές καταναλώνουν την ίδια πραγματική ενέργεια και θα πληρώσουμε τα ίδια ΕΥΡΩ για ίδιο χρόνο λειτουργίας.
2. Η διαφορά είναι ότι η σκούπα απορροφά 10Α ενώ η ηλεκτρική εστία 8Α. Τα επιπλέον 2Α της ηλεκτρικής σκούπας επιβαρύνουν το ηλεκτρικό δίκτυο της ΔΕΗ (και το δικό μας) χωρίς η ΔΕΗ να αποζημιώνεται για αυτά.

Συμπέρασμα για τους βιομηχανικούς καταναλωτές

Σε βιομηχανικούς καταναλωτές (εργοστάσια, βιοτεχνίες), όπου τα ηλεκτρικά φορτία με συνφ < 1 είναι πολλά η ΔΕΗ χρησιμοποιεί δύο μετρητές ενέργειας.
Ο πρώτος μετρά τις kWh ακριβώς όπως στο σπίτι μας και ο δεύτερος μετρητής μετρά τις kVAr δηλ. την άεργη ισχύ. Στο τέλος του μήνα η ΔΕΗ υπολογίζει το μέσο συνφ του καταναλωτή και αν είναι μεγαλύτερο από 0.85 τότε χρεώνει μόνο τις kWh.
Αν πάλι το συνφ είναι < 0.85, που είναι το σύνηθες, τότε ο καταναλωτής επιβαρύνεται (πρόστιμο) με επιπλέον ποσό, που είναι τόσο μεγαλύτερο όσο μικρότερο είναι το συνφ. Για να ελαττώσει το ποσό αυτό, ο βιομηχανικός καταναλωτής κάνει αντιστάθμιση δηλ. μεγαλώνει το συνφ με τη βοήθεια πυκνωτών.
Οι πυκνωτές είναι συσκευές που έχουν την ιδιότητα όταν συνδεθούν στο δίκτυο (230/400V) να παράγουν άεργη ισχύ με σχεδόν μηδενικό κόστος. Έτσι:
  • Οι πυκνωτές παράγουν την άεργη ισχύ που ζητούν οι κινητήρες.
  • Οι ηλεκτρικοί κινητήρες καταναλώνουν την άεργη ισχύ που χρειάζονται.
  • Η ΔΕΗ δεν επιβαρύνει το δίκτυο της με άεργη ισχύ.
  • Ο καταναλωτής δεν επιβαρύνεται με πρόστιμο στους μηνιαίους λογαριασμούς της ΔΕΗ.