W nowoczesnych zakładach przemysłowych odkształcenia prądu – określane współczynnikiem THDi – stają się jednym z kluczowych parametrów determinujących stabilność i niezawodność pracy instalacji elektrycznych. Rosnąca liczba odbiorników nieliniowych, takich jak falowniki, serwonapędy, prostowniki czy zasilacze impulsowe, powoduje istotne zniekształcenia prądu, które prowadzą do przeciążeń transformatorów, wyłączania zabezpieczeń, zakłóceń sterowania oraz spadku efektywności energetycznej.

W tym opracowaniu przedstawiamy dopuszczalne wartości THDi, najczęstsze skutki przekroczeń oraz sprawdzone sposoby obniżania odkształceń – w tym zastosowanie filtrów aktywnych stosowanych w przemyśle.

Czym jest THD prądu (THDi)

Definicja THD prądu

THD prądu (THDi, Total Harmonic Distortion of current) to wskaźnik określający, w jakim stopniu przebieg prądu odbiega od idealnej sinusoidy. Oblicza się go jako stosunek wartości skutecznej wszystkich harmonicznych prądu do wartości skutecznej składowej podstawowej.

Wysoki THDi oznacza, że prąd zawiera dużą liczbę wyższych harmonicznych, które obciążają transformator, przewody i urządzenia zasilające.

Najczęstsze źródła wysokiego THDi

W przemyśle podwyższone THDi najczęściej generują:

• przemienniki częstotliwości (falowniki),
• serwonapędy,
• zasilacze impulsowe,
• urządzenia CNC,
• napędy dużej mocy,
• piece indukcyjne,
• instalacje fotowoltaiczne,
• UPS i prostowniki.

Wszystkie te urządzenia przetwarzają energię w sposób nieliniowy, co jest bezpośrednią przyczyną powstawania harmonicznych prądu.

Jakie jest dopuszczalne THD prądu

Typowe dopuszczalne wartości THDi w instalacjach przemysłowych

W praktyce przemysłowej stosuje się najczęściej następujące wartości odniesienia:

• THDi ≤ 10% – wartość zalecana w instalacjach z dużą liczbą falowników,
• THDi ≤ 5% – dla infrastruktury krytycznej: data center, laboratoria, zakłady precyzyjne,
• THDi ≤ 15–20% – wartości akceptowalne w typowych sieciach niskiego napięcia, gdy transformator jest dobrany z odpowiednim zapasem mocy.

Wartości powyżej 20–25% uznaje się za sygnał wskazujący konieczność przeprowadzenia pomiarów i korekcji jakości energii.

Skutki przekroczenia THDi w zakładzie przemysłowym

Wysoki poziom odkształceń prądu prowadzi do szeregu negatywnych skutków technicznych, ekonomicznych i eksploatacyjnych.

Przegrzewanie transformatorów i przewodów neutralnych

Wyższeharmoniczne nie wykorzystują energii efektywnie, a ich przepływ powoduje zwiększone straty cieplne w transformatorach i kablach. Szczególnie niebezpieczne są harmoniczne rzędu trzeciego i wielokrotności trzeciej (3, 9, 15), które sumują się w przewodzie neutralnym i powodują jego nadmierne nagrzewanie.

Awarie urządzeń automatyki i napędów

Wysoki THDi może powodować:

• wyzwalanie zabezpieczeń,
• błędy falowników (Overcurrent, Undervoltage, DC Bus Fault),
• resetowanie sterowników PLC,
• zakłócenia transmisji danych w sieciach przemysłowych,
• niestabilną pracę robotów i maszyn CNC.
  

Straty energii i koszty operacyjne

Wzrost odkształceń prądu zwiększa straty I²R w przewodach i transformatorach. Zwiększa to koszty energii, obniża sprawność energetyczną i wpływa na żywotność podzespołów.

Jak mierzyć THD prądu w zakładzie

Analiza widmowa prądu

Do poprawnego pomiaru odkształceń harmonicznych wymagane jest wykonanie analizy widmowej obejmującej wyższe harmoniczne najlepiej do co najmniej 50. rzędu. Tylko takie pomiary pozwalają precyzyjnie określić źródła zniekształceń.

Wymagania dla urządzeń pomiarowych

Do pomiaru THDi nie wystarczają multimetry. Niezbędne są analizatory jakości energii klasy A:

• zgodnej z PN-EN 61000-4-30,
• umożliwiającej pomiary w układach cztero- i pięcioprzewodowych,
• rejestrującej zdarzenia szybkozmienne.
  

Jak obniżyć THD prądu w instalacjach przemysłowych

Filtry aktywne

Najskuteczniejszym sposobem redukcji THDi są filtry aktywne. Urządzenia te:

• kompensują wyższe harmoniczne prądu do 50. rzędu,
• działają w czasie rzeczywistym,
• ograniczają prąd w przewodzie neutralnym,
• redukują asymetrię  obciążenia,
• jednocześnie kompensują moc bierną.
  

Filtry aktywne APF-100 i APF-300 stosowane są w zakładach, gdzie:

• występuje duża liczba falowników,
• prądy mają wysoki poziom odkształceń,
• pojawiają się zakłócenia automatyki,
• transformator jest przeciążony przez wyższe harmoniczne i moc bierną,
• przewód neutralny wykazuje nadmierne nagrzewanie.

Modyfikacje instalacji

W niektórych przypadkach poprawę można uzyskać poprzez:

• odpowiedni podział sekcji zasilania,
• stosowanie dławików wejściowych dla falowników,
• skrócenie odcinków kablowych o dużej impedancji,
• przewymiarowanie transformatorów.

Podsumowanie

Dopuszczalne THD prądu (THDi) jest jednym z kluczowych parametrów jakości energii decydujących o niezawodności systemów zasilania w zakładach przemysłowych. Wzrost odkształceń prowadzi do przegrzewania przewodów, awarii urządzeń, zakłóceń pracy automatyki oraz zwiększonych kosztów energii. Skuteczne ograniczenie THDi wymaga prawidłowych pomiarów, analizy widmowej oraz zastosowania technologii, które redukują wyższe harmoniczne w czasie rzeczywistym.

Filtry aktywne stosowane w przemyśle stanowią obecnie najefektywniejszą metodę ograniczania THDi i stabilizacji pracy instalacji obciążonych odbiornikami nieliniowymi.

Wyższe harmoniczne stanowią jedno z najpoważniejszych zagrożeń dla jakości energii elektrycznej w zakładach przemysłowych. Ich obecność prowadzi do nadmiernego nagrzewania urządzeń, zakłóceń pracy maszyn, przeciążenia transformatorów oraz zwiększonych strat energii. Problem narasta wraz z rosnącą liczbą odbiorników nieliniowych, takich jak falowniki, zasilacze impulsowe, napędy serwo czy instalacje PV.

Poniższy artykuł przedstawia mechanizmy powstawania wyższych harmonicznych, ich skutki oraz techniki ich skutecznego ograniczania – w tym zastosowanie filtrów aktywnych przeznaczonych do pracy w środowisku przemysłowym.

Czym są wyższe harmoniczne napięcia i prądu

Wyższe harmoniczne to składowe sygnału prądu lub napięcia o częstotliwościach będących wielokrotnością częstotliwości podstawowej (50 Hz). Powstają w wyniku nieliniowej pracy odbiorników, które deformują sinusoidalny przebieg prądu lub napięcia.

Stopień odkształcenia opisuje współczynnik THD:

• THDi – odkształcenia prądu,
• THDu – odkształcenia napięcia.

Im wyższy poziom THD, tym większa zawartość harmonicznych i tym większe skutki energetyczne oraz eksploatacyjne dla instalacji.

Najczęstsze źródła harmonicznych w instalacjach przemysłowych

Do głównych odbiorników generujących wyższe harmoniczne należą:

• falowniki i przemienniki częstotliwości,
• serwonapędy w maszynach CNC i robotach,
• prostowniki i UPS,
• zasilacze impulsowe,
• piece indukcyjne,
• systemy fotowoltaiczne,
• prasy, linie produkcyjne z dużą liczbą napędów,
• oświetlenie LED o dużej mocy.

W praktyce niemal każde urządzenie energoelektroniczne staje się potencjalnym źródłem harmonicznych.

Skutki obecności harmonicznych w zakładzie przemysłowym

Wyższe harmoniczne oddziałują negatywnie na praktycznie wszystkie elementy instalacji elektrycznej.

Przegrzewanie transformatorów i przewodów

Harmoniczne zwiększają straty energii, powodując podwyższoną temperaturę:

• uzwojeń transformatora,
• kabli zasilających,
• przewodu neutralnego (szczególnie harmoniczne 3, 9 i 15).

Może to prowadzić do skrócenia żywotności elementów oraz ich awarii.

Nadmierne obciążenie przewodu neutralnego

Harmoniczne trzeciego rzędu sumują się w przewodzie neutralnym, powodując wzrost prądu ponad wartość fazową. To jedna z najczęstszych przyczyn przegrzewania żyły N w zakładach z dużą liczbą falowników.

Wyzwalanie zabezpieczeń i zakłócenia automatyki

Harmoniczne powodują:

• wyzwalanie zabezpieczeń różnicowoprądowych i nadprądowych,
• błędy falowników (Overcurrent, DC Bus Fault),
• resetowanie sterowników PLC i paneli HMI,
• zakłócenia komunikacji przemysłowej,
• niestabilną pracę robotów i maszyn CNC.

Spadek efektywności energetycznej

Obciążenie wyższymi harmonicznymi powoduje:

• wzrost strat mocy,
• zwiększone nagrzewanie elementów,
• obniżenie sprawności systemu,
• wyższe koszty energii.

Normy dotyczące wyższych harmonicznych

PN-EN 50160 – jakość napięcia w sieciach publicznych

Norma określa dopuszczalne poziomy odkształceń napięcia:

• THDu w sieciach niskiego napięcia zwykle nie powinien przekraczać 8 %,

Jak diagnozować poziom wyższych harmonicznych

Analiza widmowa prądu i napięcia

Prawidłowa diagnostyka wymaga:

• pomiaru wyższych harmonicznych do 50. rzędu,
• rejestracji szybkich zmian obciążenia,
• analizy prądów fazowych i przewodu neutralnego..

Zwykły multimetr nie jest w stanie wykryć wyższych harmonicznych – niezbędny jest analizator jakości energii zgodny z PN-EN 61000-4-30.

Typowe objawy zbyt wysokiego THD

• transformator ma wyraźnie podwyższoną temperaturę,
• przewód neutralny nagrzewa się mimo równych obciążeń faz,
• falowniki losowo zgłaszają błędy,
• sterowniki resetują się podczas zmian obciążenia,
• automatyczne linie produkcyjne przerywają pracę lub generują zwiększony poziom braków,
• w rozdzielnicach słyszalne są dźwięki i wibracje.
  

Skuteczne metody redukcji wyższych harmonicznych

Filtry aktywne typu APF-100 i APF-300

Filtry aktywne są obecnie najskuteczniejszym rozwiązaniem eliminującym harmoniczne w środowisku przemysłowym. Ich zalety to:

• redukcja harmonicznych prądu do 50. rzędu,
• działanie w czasie rzeczywistym,
• kompensacja mocy biernej,
• zmniejszenie obciążenia przewodu neutralnego,
• symetryzacja prądów fazowych,
• stabilizacja warunków zasilania linii produkcyjnych.

Zastosowanie filtrów aktywnych jest szczególnie uzasadnione w zakładach z dużą liczbą falowników, robotów, serwonapędów i urządzeń CNC.

Modernizacja instalacji

• rozdział obwodów dla odbiorników nieliniowych,
• zmniejszenie długości kabli o dużej impedancji,
• odpowiednie przewymiarowanie transformatora,
• unikanie wspólnych szyn dla odbiorników wrażliwych na zakłócenia.

Podsumowanie

Wyższe harmoniczne napięć i prądów mają znaczący wpływ na jakość energii w zakładach przemysłowych. Ich obecność prowadzi do przegrzewania transformatorów, przeciążenia przewodu neutralnego, wyzwalania zabezpieczeń oraz zakłóceń pracy automatyki. Skuteczna eliminacja wyższych harmonicznych wymaga zarówno prawidłowej diagnostyki, jak i zastosowania odpowiednich rozwiązań technicznych.

Najwyższą skuteczność zapewniają filtry aktywne, które dynamicznie kompensują wyższe harmoniczne prądu, stabilizują obciążenie sieci oraz chronią urządzenia przed skutkami odkształconego prądu. W połączeniu z właściwą modernizacją instalacji pozwalają one znacząco poprawić jakość energii i niezawodność pracy zakładu.

Jakość energii elektrycznej w zakładach przemysłowych ma bezpośredni wpływ na niezawodność pracy maszyn, efektywność energetyczną oraz żywotność urządzeń automatyki. Wraz z rosnącą liczbą odbiorników nieliniowych, rozproszonych źródeł energii i przekształtników energoelektronicznych, utrzymanie stabilnych parametrów zasilania staje się jednym z najważniejszych wyzwań współczesnego przemysłu.

W tym opracowaniu przedstawiamy najważniejsze parametry jakościowe energii elektrycznej, obowiązujące normy oraz ich wpływ na funkcjonowanie zakładów produkcyjnych.

Czym są parametry jakościowe energii elektrycznej

Parametry jakościowe energii elektrycznej określają zgodność napięcia i częstotliwości z wymaganiami pozwalającymi na prawidłową pracę odbiorników. Ich wartość zależy od charakterystyki sieci, rodzaju odbiorów oraz warunków eksploatacji.

Najważniejsze parametry obejmują:

• poziom napięcia i odchylenia napięcia,
• częstotliwość zasilania,
• współczynnik THDu i THDi,
• migotanie napięcia (flicker),
• symetrię napięć i prądów,
• krótkotrwałe zapady i wzrosty napięcia
• czasowe przerwy w zasilaniu,
• zawartość wyższych harmonicznych.

Ich analiza pozwala ocenić stabilność zasilania oraz zidentyfikować potencjalne zagrożenia dla instalacji i urządzeń.

Normy dotyczące jakości energii elektrycznej

PN-EN 50160 – parametry napięcia w sieciach publicznych

Norma PN-EN 50160 definiuje dopuszczalne zakresy parametrów jakościowych napięcia dostarczanego przez sieć elektroenergetyczną niskiego i średniego napięcia. Obejmuje m.in.:

• odchylenia napięcia: ±10 % wartości znamionowej,
• częstotliwość: 50 Hz ±1 %,
• współczynnik THDu: zwykle do 8 %,
• migotanie: zgodnie z wartościami krótkoterminowymi Pst i długoterminowymi Plt,
• dopuszczalne poziomy zapadów i krótkotrwałych przerw.

Norma ta jest podstawą oceny jakości energii dostarczanej przez operatorów systemów dystrybucyjnych.

Najważniejsze parametry jakości energii i ich znaczenie

Odchylenia napięcia

Zbyt wysokie lub zbyt niskie napięcie prowadzi do:

• przegrzewania silników,
• spadku sprawności,
• wyzwalania zabezpieczeń,
• nieprawidłowej pracy sterowników.

Pozornie niewielkie odchylenia mogą generować poważne konsekwencje w zakładach o wysokiej automatyzacji.

Częstotliwość

Stałość częstotliwości zasilania ma kluczowe znaczenie dla:

• synchronizacji napędów,
• sterowania procesami,
• pracy generatorów i instalacji PV.

Choć odchylenia częstotliwości są rzadkie, ich skutki mogą być poważne.

Harmoniczne napięcia i prądów (THDu i THDi)

Wyższe harmoniczne powodują:

• nagrzewanie transformatorów,
• przeciążenie przewodu neutralnego,
• błędy falowników i sterowników,
• wyzwalanie zabezpieczeń.

Redukcja wyższych harmonicznych jest jednym z najskuteczniejszych sposobów poprawy jakości energii w przemyśle.

Migotanie napięcia (flicker)

Wahania napięcia widoczne jako pulsowanie oświetlenia. Powodowane przez:

• zmienne obciążenia,
• rozruchy dużych silników,
• impulsy z urządzeń energoelektronicznych.

Flicker negatywnie wpływa na pracę maszyn wrażliwych na stabilność napięcia.

Symetria napięć i prądów

Asymetria napięć prowadzi do:

• nierównomiernego obciążenia faz,
• nagrzewania silników,
• spadku trwałości izolacji,
• zwiększenia prądów w przewodzie neutralnym.

To jeden z najczęstszych problemów w zakładach z rozproszonym obciążeniem.

Zapady i wzrosty napięcia

Krótkotrwałe obniżenia lub podwyższenia napięcia są częstą przyczyną:

• resetów sterowników,
• błędów napędów,
• zatrzymań linii produkcyjnych.

Ich detekcja wymaga analizatorów klasy A zgodnych z EN 61000-4-30.

Diagnostyka parametrów jakości energii

Analiza jakości energii w czasie rzeczywistym

Skuteczna ocena jakości energii wymaga:

• rejestracji napięć, prądów i wyższych harmonicznych,
• pomiarów z wysoką rozdzielczością,
• rejestracji zapadów i wzrostów napięcia
• analizy mocy czynnej, biernej i odkształcenia.

W środowisku przemysłowym pomiar powinien obejmować pełną analizę widmową tj. do  50. harmonicznej.

Dlaczego standardowe mierniki nie wystarczają

Multimetry lub proste analizatory:

• nie rejestrują zdarzeń szybkozmiennych,
• nie wykrywają harmonicznych wyższych rzędów,
• nie analizują zdarzeń typu zapad, wzrost napięcia
• nie pozwalają na precyzyjne diagnozowanie przyczyn zakłóceń.

Do poprawnej analizy potrzebny jest analizator zgodny z IEC 61000-4-30 klasy A.

Sposoby poprawy parametrów jakości energii w zakładach przemysłowych

Filtry aktywne typu APF-100 i APF-300

Filtry aktywne skutecznie redukują:

• wyższe harmoniczne prądu (THDi),
• obciążenie przewodu neutralnego,
• asymetrię prądów,
• moc bierną indukcyjną i pojemnościową.

Stabilizują pracę linii produkcyjnych i eliminują problemy automatyki wynikające z odkształconego prądu.

Kondycjonery napięcia typu KN-01

Urządzenia stabilizujące napięcie w czasie rzeczywistym są stosowane na wybranych odcinkach linii niskiego napięcia – tam, gdzie występują:

• zapady i wzrosty napięcia,
• spadki napięcia podczas rozruchów zakładów produkcyjnych
• nagłe zmiany obciążenia,
• asymetria napięć.

Poprawiają parametry napięcia i pozwalają operatorom OSD utrzymać wartości zgodne z normą PN-EN 50160.

Modernizacja instalacji

Do najczęstszych działań należą:

• zwiększenie przekrojów przewodów,
• ograniczenie długości obwodów o dużej impedancji,
• poprawa jakości połączeń,
• odpowiedni podział sekcji zasilających.

Prawidłowa kompensacja mocy biernej

Kompensacja wpływa na:

• obniżenie prądów roboczych,
• odciążenie transformatorów,
• stabilność napięcia,
• poprawę ogólnych parametrów jakości energii.obniżenie kosztów energii biernej, które są naliczane przez operatorów.

W instalacjach z dużą liczbą falowników stosuje się filtry aktywne, które kompensują moc bierną dynamicznie.

Podsumowanie

Parametry jakościowe energii elektrycznej mają kluczowe znaczenie dla niezawodności pracy zakładów przemysłowych. Odkształcenia prądu i napięcia, zapady napięcia, asymetria faz czy migotanie mogą prowadzić do awarii urządzeń, zakłóceń pracy automatyki oraz wzrostu kosztów eksploatacyjnych. Prawidłowa diagnostyka oraz zastosowanie odpowiednich rozwiązań – takich jak filtry aktywne i kondycjonery napięcia – pozwalają skutecznie poprawić jakość zasilania oraz zwiększyć stabilność i bezpieczeństwo pracy instalacji przemysłowych.

Współczesne zakłady przemysłowe coraz częściej zmagają się z problemem obniżonej jakości energii. Jednym z kluczowych czynników, który wpływa na stabilność i efektywność pracy urządzeń, są wyższe harmoniczne w sieci – niewidoczne gołym okiem zakłócenia elektryczne, które mogą powodować awarie, straty energii i wzrost kosztów eksploatacji.

Zrozumienie zjawiska wyższych harmonicznych i jego wpływu na instalacje elektryczne to dziś podstawa w utrzymaniu niezawodnej infrastruktury przemysłowej.

Co to są harmoniczne i jak powstają w instalacjach przemysłowych?

Harmoniczne to składowe prądu lub napięcia o częstotliwościach będących wielokrotnością częstotliwości podstawowej (w Polsce: 50 Hz). Przykładowo:

• 3. harmoniczna = 150 Hz
• 5. harmoniczna = 250 Hz
• 7. harmoniczna = 350 Hz

W idealnych warunkach prąd i napięcie mają przebieg sinusoidalny. W rzeczywistości jednak w sieciach przemysłowych pojawiają się odbiorniki o nieliniowej charakterystyce, które zaburzają ten kształt.

Do takich urządzeń należą m.in.:

• falowniki i przemienniki częstotliwości,
• zasilacze impulsowe,
• napędy serwo, UPS-y i prostowniki,
• oświetlenie LED,
• piece łukowe, spawarki, zgrzewarki.

Każde z nich generuje prądy zniekształcone, które sumują się w sieci i powodują odkształcenia prądu – w efekcie fala sinusoidalna przestaje być sinusoidą, a sieć zaczyna pracować niestabilnie.

Jak harmoniczne wpływają na urządzenia, transformatory i układy sterowania?

Obecność wyższych harmonicznych w sieci ma szereg negatywnych konsekwencji:

1. Zwiększone straty mocy i energii
   Wyższeharmoniczne powodują dodatkowe nagrzewanie przewodów, transformatorów i silników. Nawet niewielki wzrost poziomu THDi (Total Harmonic Distortion of current) z 5% do 10% może skutkować wzrostem strat mocy o kilka procent w całej instalacji.
2. Skrócenie żywotności urządzeń
   Nadmierne nagrzewanie uzwojeń transformatorów czy silników prowadzi do degradacji izolacji i przedwczesnych awarii.
3. Nieprawidłowa praca systemów sterowania
   Wyższe harmoniczne mogą zakłócać sygnały komunikacyjne, powodować błędne odczyty czujników lub przypadkowe resetowanie sterowników PLC.
4. Awaryjne zadziałanie zabezpieczeń
   Zniekształcenia prądu mogą prowadzić do niepotrzebnego wyzwalania wyłączników różnicowoprądowych, nadprądowych i bezpieczników.

W skrócie – im wyższy poziom wyższych harmonicznych, tym większe ryzyko przestoju, strat i awarii.

Wpływ wyższych harmonicznych na moc bierną i kompensację

Zjawisko wyższych harmonicznych ściśle wiąże się z kompensacją mocy biernej. W obecności prądów o odkształconym przebiegu tradycyjne układy kompensacyjne (baterie kondensatorów) mogą wchodzić w rezonans z harmonicznymi, co w skrajnych przypadkach prowadzi do uszkodzenia kondensatorów lub dławików.

Ponadto:

• prądy harmoniczne zwiększają pozorną moc w systemie,
• powodują przeciążenia przewodów neutralnych,
• zaburzają pracę automatycznych regulatorów mocy biernej.

Dlatego w nowoczesnych systemach stosuje się inteligentne rozwiązania, które kompensują zarówno moc bierną, jak i prądy harmoniczne – dynamicznie i bez ryzyka rezonansu.

Jak ograniczyć zniekształcenia – filtry aktywne i pasywne

Filtr aktywny APF-300 – dynamiczna kompensacja prądowa

Rozwiązaniem nowej generacji są aktywne filtry harmonicznych (APF), które analizują przebieg prądu w czasie rzeczywistym i generują prąd kompensacyjny niwelujący wpływ wyższych harmonicznych..

Urządzenie APF-300 marki Elsta Elektronika:

• eliminuje wyższe harmoniczne prądu do 50. rzędu,
• kompensuje moc bierną indukcyjną i pojemnościową,
• symetryzuje prądy fazowe,
• działa natychmiastowo – z czasem reakcji poniżej 1 ms.

Dzięki zastosowaniu technologii POWER QUALITY TECHNOLOGY, filtr automatycznie dostosowuje się do warunków pracy sieci i zapewnia redukcję THDi do poziomu poniżej 5%.

Monitoring harmonicznych – rola analizatorów i raportów EN 50160

Pierwszym krokiem w walce z wyższymi harmonicznymi jest pomiar i diagnostyka jakości energii.
 Analizatory jakości energii elektrycznej umożliwiają:

• detekcję i zapis wartości THD (napięcia i prądu),
• analizę widma harmonicznych w czasie rzeczywistym,
• rejestrację mocy czynnej, biernej i pozornej,
• porównanie wyników z normą EN 50160,
• generowanie raportów i alarmów w przypadku przekroczeń dopuszczalnych poziomów.

Systemy Elsta Elektronika wykorzystują zaawansowane układy pomiarowe wraz z układem sterowania i energoelektroniką filtrów aktywnych, co pozwala nie tylko diagnozować problem, ale też natychmiast go kompensować w czasie rzeczywistym.

Zredukuj wyższe harmoniczne – poznaj działanie filtrów aktywnych Elsta Elektronika

Wyższe harmoniczne w sieci to cichy zabójca efektywności energetycznej.

Nie tylko podnoszą koszty eksploatacji, ale też skracają żywotność maszyn i zakłócają procesy technologiczne.

Dzięki filtrom aktywnym APF-100 i APF-300 Elsta Elektronika możesz:

• skutecznie ograniczyć wyższe harmoniczne prądu,
• poprawić współczynnik mocy,
• ustabilizować parametry zasilania,
• zniwelować awarie i przestoje,
• zaoszczędzić.

Zredukuj wyższe harmoniczne – poznaj działanie filtrów aktywnych Elsta Elektronika.

Rosnąca automatyzacja, rozwój technologii napędowych i obecność źródeł rozproszonych sprawiają, że obciążenie sieci energetycznej w zakładach przemysłowych staje się coraz bardziej dynamiczne i nierównomierne.
Zjawisko to nie tylko obniża jakość energii elektrycznej, ale prowadzi też do przeciążeń transformatorów, spadków napięć i awarii urządzeń.

W dobie Przemysłu 4.0 kluczem do niezawodności jest utrzymanie równowagi obciążenia i stabilności zasilania – a więc świadome zarządzanie energią w czasie rzeczywistym.

Czym jest obciążenie sieci i dlaczego rośnie w zakładach przemysłowych

Obciążenie sieci energetycznej to całkowita moc pobierana przez wszystkie urządzenia zasilane z danego systemu. W idealnym świecie obciążenie byłoby równomiernie rozłożone w czasie i pomiędzy fazami.
W praktyce jednak – w środowisku przemysłowym – występują ciągłe wahania, wynikające z charakteru pracy maszyn.

Na wzrost i niestabilność obciążenia wpływają m.in.:

• szerokie zastosowanie falowników, prostowników i napędów VFD,
• szybkie zmiany poboru mocy przez roboty, linie pakujące, prasy i wtryskarki,
• integracja źródeł OZE (np. fotowoltaiki), które zmieniają kierunek przepływu energii,
• stosowanie odbiorników nieliniowych.
  
  

W efekcie sieć pracuje pod zmiennym obciążeniem, które wpływa na stabilność napięcia, efektywność energetyczną i trwałość infrastruktury.

Skutki nierównomiernego obciążenia – spadki napięć, przeciążenia, awarie

Nierównomierne lub nadmierne obciążenie sieci prowadzi do szeregu negatywnych zjawisk:

1. Spadki napięć – wzrost prądu obciążenia powoduje większy spadek napięcia na przewodach, co skutkuje błędami sterowania i niestabilną pracą napędów.
2. Przeciążenie transformatorów i kabli – prowadzi do ich przegrzewania, skrócenia żywotności izolacji i ryzyka awarii.
3. Asymetria faz – gdy jedna faza jest bardziej obciążona, powoduje nierównowagę napięciową i prądy wyrównawcze w przewodzie neutralnym.
4. Pogorszenie jakości energii – pojawiają się wyższe harmoniczne i wahania napięcia.
5. Spadek efektywności energetycznej – wzrost strat w przesyle i mniejsza sprawność urządzeń powodują wzrost kosztów energii.
   
   

To właśnie dlatego równoważenie obciążenia i stabilizacja napięcia stają się dziś kluczowymi elementami nowoczesnych strategii utrzymania ruchu.

Jak mierzyć i analizować obciążenie sieci

Zarządzanie obciążeniem nie jest możliwe bez rzetelnej diagnostyki.
Analiza sieci energetycznej pozwala:

• określić poziomy obciążenia w poszczególnych fazach,
• zidentyfikować momenty przeciążenia transformatora,
• ocenić wpływ odbiorników nieliniowych na poziom wyższych harmonicznych i współczynnik mocy,
• określić potencjał poprawy efektywności energetycznej.
  
  

Do tego celu wykorzystuje się analizatory jakości energii, które rejestrują:

• napięcie i prąd w każdej fazie,
• współczynnik mocy (cos φ i tg φ),
• wskaźniki THD (zniekształcenia harmoniczne),
• profile obciążenia w czasie (doba, tydzień, cykl produkcyjny).
  
  

Zespół Elsta Elektronika prowadzi kompleksowe pomiary i analizy obciążenia sieci, które stanowią podstawę do doboru odpowiednich rozwiązań kompensacyjnych i stabilizujących.

Technologie równoważenia i stabilizacji

W nowoczesnych zakładach przemysłowych tradycyjne środki, takie jak dławiki czy kompensatory pasywne, często nie wystarczają.

Dlatego coraz częściej wdraża się inteligentne układy energoelektroniczne, które reagują na zmiany obciążenia w czasie rzeczywistym.

Filtr aktywny APF-300 – równoważenie prądów fazowych

Filtr aktywny APF-300 marki Elsta Elektronika to zaawansowane urządzenie kompensacyjne, które:

• równoważy prądy fazowe w sieciach trójfazowych, 4-przewodowych,
• eliminuje wyższe harmoniczne prądu,
• kompensuje moc bierną (indukcyjną i pojemnościową),
• stabilizuje parametry zasilania..
  
  

Dzięki natychmiastowej analizie i generowaniu prądów kompensacyjnych, APF-300 utrzymuje równomierne obciążenie faz, ograniczając ryzyko asymetrii i przeciążeń.

To szczególnie istotne w zakładach, gdzie praca maszyn jest cykliczna lub dynamicznie zmieniająca się.

Kondycjoner KN-01 – stabilizacja napięcia i wyrównanie asymetrii

Kondycjoner napięcia KN-01 to urządzenie przeznaczone dla operatorów sieci dystrybucyjnej (OSD), które zapewnia

• stabilizację napięcia w określonych granicach,
• symetryzację napięć fazowych,
• ochronę odbiorników przed zapadami i wahaniami napięcia,
• zmniejszenie liczby wyłączeń przydomowych instalacji PV.
  
  

Jak Elsta Elektronika POWER QUALITY TECHNOLOGY wspiera efektywność energetyczną

Technologia POWER QUALITY TECHNOLOGY, opracowana przez Elsta Elektronika, łączy:

• filtrację wyższych harmonicznych prądu,
• kompensację mocy biernej,
• równoważenie obciążenia faz,
• stabilizację napięcia,
• oraz monitoring jakości energii w jednym, zintegrowanym systemie.
  
  

Dzięki temu przedsiębiorstwa mogą:

• poprawić efektywność energetyczną,
• obniżyć koszty energii poprzez eliminację opłat za moc bierną,
• zwiększyć niezawodność zasilania i ograniczyć liczbę awarii,
• a operatorzy OSD – utrzymać zgodność parametrów napięcia zasilania z normą EN 50160.
  
  

System Elsta POWER QUALITY TECHNOLOGY to nie tylko urządzenia – to cała filozofia zarządzania energią elektryczną w sposób inteligentny, precyzyjny i ekonomiczny.

Na fakturach za energię elektryczną coraz częściej pojawia się pozycja „opłata za energię bierną”. Dla wielu przedsiębiorstw to zaskoczenie, bo zużycie energii czynnej (kWh) wcale nie wzrosło.

Tymczasem problem leży głębiej – w niskim współczynniku mocy biernej (tg φ), który świadczy o nieefektywnym wykorzystaniu energii.

Dobra wiadomość? Ten koszt można skutecznie zredukować lub całkowicie wyeliminować, wdrażając inteligentne rozwiązania kompensacyjne.

Czym jest moc bierna i dlaczego pojawia się w instalacjach przemysłowych

W każdej instalacji elektrycznej przepływa moc czynna (P) – zamieniana na pracę mechaniczną, światło czy ciepło – oraz moc bierna (Q), która nie wykonuje użytecznej pracy, ale jest niezbędna do wytworzenia pól magnetycznych w silnikach, transformatorach i dławikach.

Energetyka dostarcza całość (czyli pozorną moc S), ale zakład faktycznie korzysta tylko z części tej energii. Reszta – moc bierna – krąży między siecią a odbiornikami, obciążając kable, transformatory i systemy zasilania.

W sieciach przemysłowych moc bierna jest nieunikniona, jednak jej nadmiar oznacza straty – zarówno energetyczne, jak i finansowe.

Jak niski współczynnik mocy wpływa na rachunki i sieć

Wartość współczynnika mocy (cos φ) określa, jak efektywnie instalacja wykorzystuje energię.

Im bliżej 1, tym lepiej – oznacza to, że niemal cała energia pobierana z sieci przekształcana jest w pracę użyteczną.

Jeżeli współczynnik spada np. do 0,8, oznacza to, że aż 20% energii jest zużywana nieefektywnie.

Konsekwencje niskiego współczynnika mocy:

• dodatkowe opłaty na fakturach za energię (zgodnie z taryfami operatorów, np. PGE, TAURON),
• przeciążenie transformatorów i linii kablowych,
• większe straty cieplne i ryzyko przegrzewania instalacji,
• spadki napięcia i pogorszenie jakości energii.
  
  

Operatorzy systemów dystrybucyjnych naliczają opłaty, gdy tg φ (tangens kąta przesunięcia fazowego) przekracza wartość graniczną:

• tg φ > 0,4 dla mocy biernej indukcyjnej,
• dla mocy biernej pojemnościowej za każdą 1 kvarh wprowadzoną do sieci.
  
  

W praktyce oznacza to, że firmy z wysokim współczynnikiem mocy biernej tg φ mogą płacić nawet kilkanaście tysięcy złotych miesięcznie dodatkowo – zupełnie bez potrzeby.

Jak obliczyć współczynnik mocy biernej (tg φ) i kiedy warto kompensować?

Współczynnik mocy biernej tg φ oblicza się jako stosunek mocy biernej do czynnej:

tgφ = Q / P

gdzie:

• Q – moc bierna [kvar],
• P – moc czynna [kW].
  

Przykład:

Jeśli zakład pobiera 400 kW mocy czynnej i 200 kvar mocy biernej, to:
 tg φ = 200 / 400 = 0,5 → współczynnik mocy biernej jest zbyt wysoki i konieczna jest kompensacja.

Zazwyczaj warto rozpocząć działania, gdy:

• tg φ przekracza 0,4,
• faktury wykazują opłaty za energię bierną,
• w sieci występują wyższe harmoniczne lub niestabilne napięcia,
• rośnie obciążenie transformatora mimo niezmienionego zużycia energii.

Kompensacja mocy biernej – nowoczesne rozwiązania

Tradycyjne układy kompensacyjne, oparte na bateriach kondensatorów, sprawdzają się tylko w prostych układach liniowych.

Jednak we współczesnych zakładach, gdzie dominują falowniki, napędy, LED-y i nieliniowe obciążenia, potrzebne są rozwiązania bardziej zaawansowane – dynamiczne i adaptacyjne.

Filtry aktywne APF-100 i APF-300

Filtry aktywne APF-100 i APF-300 marki Elsta Elektronika to urządzenia, które jednocześnie:

• kompensują moc bierną (indukcyjną i pojemnościową),
• eliminują wyższe harmoniczne prądu,
• symetryzują obciążenie faz.
  
  

Dzięki zastosowaniu technologii POWER QUALITY TECHNOLOGY, filtry analizują sieć w czasie rzeczywistym i generują prąd kompensacyjny o przeciwnym wektorze fazowym.
 To oznacza, że redukują zakłócenia zanim zdążą wpłynąć na pracę urządzeń.

Rezultat:

• obniżenie współczynnika mocy biernej tg φ do dopuszczalnego poziomu
• eliminacja opłat za energię bierną,
• zwiększenie żywotności urządzeń i stabilności zasilania,
• redukcja zawartości wyższych harmonicznych w przebiegu prądu.

Automatyczna kompensacja w sieciach z PV

Wraz z rozwojem fotowoltaiki w przemyśle pojawia się nowy problem – nadmiar mocy biernej pojemnościowej.
 Inwertery PV generują przesunięcia fazowe, które powodują, że tg φ przyjmuje wartości ujemne (np. -0,3), co również skutkuje karami finansowymi.

Nowoczesne filtry aktywne Elsta Elektronika APF-100 i APF-300 automatycznie wykrywają charakter mocy biernej i kompensują zarówno indukcyjną, jak i pojemnościową – niezależnie od źródła zasilania.
 To rozwiązanie idealne dla zakładów z instalacjami hybrydowymi (sieć + PV), gdzie parametry zasilania zmieniają się w czasie rzeczywistym.

Analiza jakości energii – pierwszy krok do poprawy współczynnika mocy

Zanim wdrożymy kompensację, kluczowe jest poznanie rzeczywistego stanu sieci.
 Analiza jakości energii pozwala:

• zidentyfikować źródła mocy biernej,
• określić poziomy wyższych harmonicznych i asymetrii faz,
• dobrać odpowiednie rozwiązanie.
  
  

Zespół Elsta Elektronika wykonuje pomiary z wykorzystaniem profesjonalnych analizatorów jakości energii w klasie A wg normy PN-EN 61000-4-30, co pozwala precyzyjnie dobrać układ kompensacyjny, który przyniesie realne oszczędności.

Zredukuj opłaty za energię bierną

Nieefektywna moc bierna to ukryty koszt, który można wyeliminować.

Dzięki inteligentnym rozwiązaniom kompensacyjnym Elsta Elektronika:

• poprawisz współczynnik mocy,
• obniżysz rachunki za energię,
• zwiększysz efektywność i bezpieczeństwo instalacji.

Zredukuj opłaty za energię bierną – skontaktuj się z ekspertami Elsta Elektronika.

Wahania i spadki napięć to jedno z najczęstszych zjawisk wpływających na stabilność pracy urządzeń elektrycznych w przemyśle. Choć często są niezauważalne w codziennej eksploatacji, mogą prowadzić do przestojów, błędów sterowania, a nawet uszkodzeń maszyn. W dobie automatyzacji i precyzyjnych procesów technologicznych, stabilność napięcia zasilającego staje się kluczowa dla bezpieczeństwa i wydajności produkcji.

Co to są spadki napięć i jak wpływają na pracę urządzeń przemysłowych

Spadek napięcia to chwilowe obniżenie wartości skutecznej napięcia w sieci, zazwyczaj o kilka lub kilkanaście procent względem wartości znamionowej (np. 230 V). Może mieć charakter chwilowy (kilka milisekund) lub długotrwały, w zależności od przyczyny i charakterystyki sieci.

W środowisku przemysłowym skutki spadków napięcia bywają bardzo kosztowne:

• błędne zadziałanie sterowników PLC i systemów automatyki,
• resetowanie falowników i napędów,
• migotanie oświetlenia LED i awarie systemów oświetleniowych,
• przerwy w pracy robotów, linii montażowych i urządzeń CNC,
• wzrost prądu rozruchowego i przegrzewanie silników.

W efekcie nawet krótkie spadki napięcia mogą zatrzymać proces produkcyjny, powodując realne straty finansowe.

Wg normy PN-EN 50160:2023-10 problemy z napięciem w sieciach niskiego napięcia to m.in.:

• Nieprzewidziane przerwy w zasilaniu,
• Wykraczanie napięcia zasilania poza zakres 207-253V,
• Asymetria napięcia zasilającego,
• Zapady i wzrosty napięcia,
• Harmoniczne napięcia,
• Występowanie zjawiska migotania,
• Problemy z utrzymaniem częstotliwości.
  
  

Główne przyczyny spadków napięć w przemyśle

1. Rozruchy silników elektrycznych
   Duże prądy rozruchowe powodują chwilowe spadki napięcia w całej instalacji. Problem nasila się przy równoczesnym uruchamianiu kilku silników.
2. Falowniki i napędy o zmiennej częstotliwości (VFD)
   Urządzenia energoelektroniczne generują nie tylko harmoniczne, ale też zakłócenia napięciowe i asymetrię fazową.
3. Asymetria obciążenia faz
   Nierównomierny rozkład obciążeń między fazami powoduje spadek napięcia na jednej z nich i pogorszenie jakości zasilania.
4. Zbyt długie lub niedowymiarowane linie kablowe
   Rezystancja i reaktancja przewodów powodują naturalne straty napięcia, które przy dużych prądach roboczych mogą przekroczyć wartości dopuszczalne.
5. Generacja z instalacji PV
   Praca falowników PV lub kompensatorów w trybie nadmiarowym może wprowadzać wahania napięcia w lokalnej sieci zasilającej.

Jak ograniczyć spadki napięć – technologie kompensacyjne

Nowoczesne zakłady przemysłowe wymagają aktywnej stabilizacji i kompensacji parametrów sieci. Klasyczne rozwiązania (np. baterie kondensatorów) często nie wystarczają. Dlatego coraz częściej stosuje się inteligentne układy kompensacyjne i kondycjonery napięcia, które dynamicznie reagują na zmiany w sieci.

Kondycjoner napięcia KN-01 – stabilizacja i symetryzacja

Kondycjoner napięcia typu KN-01/* został zaprojektowany dla operatorów systemów dystrybucyjnych (OSD) jako odpowiedź na problem przekraczania dopuszczalnych wartości napięcia w publicznych sieciach niskiego napięcia, określonych normą jako 230 V ±10%.

Urządzenie bazuje na technologii opracowanej w ramach rozwoju filtrów aktywnych. Kondycjoner napięcia typu KN-01/* działa w czasie rzeczywistym na poziomie lokalnym, realizując dynamiczną kompensację i stabilizację napięć fazowych. Przystosowany jest do montażu słupowego i podłączenia bezpośrednio do czteroprzewodowych linii niskiego napięcia (3F+N). Kondycjoner napięcia typu KN-01/* pełni funkcję lokalnego kondycjonera zasilania, poprawiającego jakość napięcia w końcowych odcinkach sieci, wspierając tym samym pracę operatorów OSD w zakresie spełnienia wymagań jakościowych wg normy PN-EN 50160:2023-10.

Urządzenie umożliwia pracę w 3 trybach:

• Symetryzacja napięć fazowych,
• Stabilizacja napięć fazowych w ustalonym przedziale,
• Symetryzacja + stabilizacja napięć w zadanym zakresie.

Monitorowanie jakości energii w czasie rzeczywistym

Skuteczna stabilizacja napięcia wymaga stałego nadzoru nad parametrami sieci.
 Technologia Elsta Elektronika POWER QUALITY TECHNOLOGY umożliwia:

• ciągły pomiar parametrów sieci,
• identyfikację chwilowych spadków i zapadów napięcia,
• dynamiczną korektę poziomu napięcia fazowego,
• eliminację asymetrii napięć,
• zbieranie i archiwizację danych pomiarowych,
• zdalny dostęp przez opcjonalny router GSM dla operatorów OSD.

Zbadaj stabilność napięcia w swojej instalacji

Spadki napięć to nie tylko dyskomfort, ale realne straty produkcyjne i ryzyko awarii.

Skontaktuj się z ekspertami Elsta Elektronika, aby poznać możliwości w zakresie poprawy jakości energii elektrycznej w Twojej firmie.

Wysokie rachunki za energię elektryczną w firmach to nie tylko efekt rosnących cen prądu. Znaczącą część kosztów mogą stanowić opłaty za energię bierną, których wielu przedsiębiorców nawet nie zauważa na fakturze. Dodatkowo, w nowoczesnych instalacjach przemysłowych pojawia się problem wyższych harmonicznych, które obciążają sieć i powodują kolejne straty.

Rozwiązaniem jest skuteczna kompensacja mocy biernej. W tym artykule wyjaśniamy:

• czym jest moc bierna i skąd biorą się opłaty,
• jakie metody kompensacji stosuje się w praktyce,
• dlaczego filtry aktywne są dziś najskuteczniejszym rozwiązaniem,
• oraz jak w prosty sposób sprawdzić potencjał oszczędności w swojej firmie.

Czym jest moc bierna i dlaczego za nią płacisz?

Energia elektryczna składa się z trzech podstawowych elementów:

• mocy czynnej – wykonywana praca (napęd maszyn, oświetlenie, IT),
• mocy biernej indukcyjnej – potrzebna do działania silników, transformatorów i dławików,
• mocy biernej pojemnościowej – powstająca m.in. przy pracy instalacji z dużą liczbą kondensatorów, kabli i źródeł światła LED.

Operatorzy systemów energetycznych wymagają utrzymania współczynnika mocy (tg φ) na określonym poziomie. Gdy firma pobiera zbyt dużo energii biernej, pojawiają się dodatkowe opłaty – naliczane na każdej fakturze.

Jak liczone są opłaty za moc bierną?

Na fakturze opłaty za energię bierną pojawiają się zwykle w osobnych pozycjach:

• energia bierna indukcyjna – naliczana, gdy tg φ wzrasta powyżej  dopuszczalnej wartości,
• energia bierna pojemnościowa – coraz częstszy problem w zakładach z dużą ilością elektroniki i oświetlenia LED,
• kary za przekroczenie parametrów jakościowych – gdy sieć nie spełnia norm (np. PN-EN 50160:2023-10).

Wysokie obciążenie energią bierną oznacza dla przedsiębiorstwa straty finansowe, ale również techniczne: przegrzewanie przewodów, transformatorów i zakłócenia w pracy maszyn.

Jak można kompensować moc bierną?

Tradycyjne metody – baterie kondensatorów

• Sprawdzają się przy stabilnych obciążeniach,
• Działają skokowo (załączanie kolejnych stopni),
• Nie eliminują wyższych harmonicznych,
• Mogą powodować rezonanse i szybkie zużycie przy dużym poziomie THD.

Nowoczesne rozwiązania – filtry aktywne

• Dynamiczna kompensacja mocy biernej (zarówno indukcyjnej, jak i pojemnościowej),
• Skuteczna eliminacja wyższych harmonicznych (do 50. rzędu),
• Symetryzacja prądów fazowych i redukcja prądu przewodu neutralnego,,
• Natychmiastowa reakcja na zmiany obciążenia,
• Monitoring online i możliwość konfiguracji w czasie rzeczywistym.
• Możliwość zdefiniowania profili pracy oraz priorytetów.

Jak dobrać rozwiązanie do profilu obciążenia?

Dobór metody kompensacji zależy od:

• charakterystyki obciążeń – stałe czy zmienne, liniowe czy nieliniowe,
• poziomu zniekształceń harmonicznych (THDi/THDu),
• wielkości zakładu i mocy zainstalowanej,
• celów biznesowych – redukcja opłat, stabilność produkcji, zgodność z normami.

W małych i średnich instalacjach skutecznym rozwiązaniem jest APF-100, a w dużych zakładach przemysłowych – APF-300, którego modułowa budowa pozwala na łatwe skalowanie mocy kompensacyjnej.

Przykładowa kalkulacja oszczędności

Firma handlowo-usługowa pobierająca rocznie 28 MWh energii, przy udziale energii biernej rzędu 33%, może ponosić opłaty dodatkowe przekraczające dwadzieścia tysięcy złotych rocznie.

Po wdrożeniu filtra aktywnego:

• współczynnik mocy (tg φ) zbliża się do 0,
• opłaty za moc bierną spadają nawet do zera,
• dodatkowo eliminowane są straty cieplne i ryzyko awarii urządzeń.

Zwrot z inwestycji w filtr aktywny często następuje w okresie od kilku miesięcy do maksymalnie 2–3 lat.

Integracja z BMS i systemami SCADA

Nowoczesne filtry aktywne Elsta Elektronika pozwalają na:

• pracę w sieciach 4-przewodowych niskiego napięcia,
• zdalny nadzór i konfigurację,
• integrację z systemami zarządzania energią i automatyką budynkową,
• analizę jakości energii w czasie rzeczywistym.

Dzięki temu kompensacja staje się nie tylko sposobem na obniżenie rachunków, ale też elementem szerszej strategii efektywności energetycznej i zarządzania infrastrukturą.

Monitoring efektów i raportowanie

Każde wdrożenie powinno kończyć się raportem „przed i po”:

• spadek wartości THDi,
• poprawa współczynnika mocy,
• redukcja opłat za energię bierną,
• mniejsze obciążenie transformatorów i przewodów.

To dowód na realne korzyści biznesowe – zarówno finansowe, jak i techniczne.

Podsumowanie

Kompensacja mocy biernej to konkretny sposób na obniżenie kosztów energii w firmie. Współczesne zakłady przemysłowe wymagają jednak nowoczesnych rozwiązań, które łączą kompensację z eliminacją harmonicznych i stabilizacją sieci.

Filtry aktywne APF-100 i APF-300 od Elsta Elektronika:

• redukują opłaty za energię bierną,
• poprawiają jakość energii i stabilność pracy maszyn,
• wydłużają żywotność instalacji elektrycznej.

Sprawdź, ile możesz zaoszczędzić – wyślij nam fakturę: Tańszy prąd w firmie

Pojęcie kompensacji energii bywa często mylone z oszczędzaniem energii czynnej. W rzeczywistości dotyczy ono zjawiska związanego z energią bierną, która nie wykonuje pracy użytecznej, ale obciąża sieć elektryczną i generuje dodatkowe koszty.

W tym artykule wyjaśniamy:

• co faktycznie kompensujemy w instalacjach elektrycznych,
• jakie są źródła energii biernej indukcyjnej i pojemnościowej,
• czym różni się kompensacja pasywna od aktywnej,
• jak dobrać właściwe urządzenia do profilu obciążenia i poziomu THD,
• jak zadbać o bezpieczeństwo i długoterminową niezawodność systemu.

Kompensacja energii – co faktycznie kompensujemy?

Energia elektryczna dzieli się na:

• energię czynną – wykonywanie pracy (napęd maszyn, ogrzewanie, oświetlenie),
• energię bierną indukcyjną – powstaje m.in. przy pracy silników i transformatorów,
• energię bierną pojemnościową – generowana przez kable, oświetlenie LED czy falowniki PV.
  
  

Kompensacja energii oznacza zatem zmniejszenie przepływu energii biernej w sieci. Dzięki temu:

• ograniczamy dodatkowe opłaty na fakturach,
• odciążamy transformatory, kable i rozdzielnice,
• poprawiamy stabilność pracy całej instalacji.

Indukcyjna vs. pojemnościowa – typowe źródła

Energia bierna indukcyjna

• silniki elektryczne,
• transformatory,
• piece indukcyjne,
• dławiki.
  
  

Energia bierna pojemnościowa

• długie linie kablowe,
• nowoczesne źródła światła LED,
• falowniki fotowoltaiczne,
• UPS-y i zasilacze impulsowe.
  
  

Nowoczesny zakład przemysłowy bardzo często generuje obie formy energii biernej jednocześnie. Dlatego rozwiązania kompensacyjne muszą być uniwersalne i dynamiczne.

Pasywna kontra aktywna kompensacja

Kompensacja pasywna (baterie kondensatorów, dławiki)

• prosta i tania,
• skuteczna tylko przy stabilnych obciążeniach,
• nie reaguje dynamicznie na zmiany,
• nie eliminuje wyższych harmonicznych,
• podatna na uszkodzenia przy wysokim poziomie THD.
  
  

Kompensacja aktywna (filtry aktywne)

• dynamiczna reakcja w czasie rzeczywistym,
• kompensacja zarówno biernej indukcyjnej, jak i pojemnościowej,
• skuteczna filtracja harmonicznych prądu do 50. rzędu,
• symetryzacja obciążeń fazowych,
• możliwość integracji z systemami BMS/SCADA,
• monitoring online i łatwe raportowanie efektów,
• szeroka możliwość konfiguracji i dopasowania do potrzeb.
  
  

Wniosek: kompensacja pasywna przydatna jest w prostych układach, natomiast w zakładach z dużą ilością elektroniki mocy filtry aktywne są rozwiązaniem koniecznym.

Dobór urządzeń do profilu obciążenia i THD

Przy wyborze urządzenia kompensacyjnego należy uwzględnić:

• wielkość zakładu i moc zainstalowaną,
• charakter obciążeń (stałe czy zmienne, liniowe czy nieliniowe),
• wielkość poboru energii biernej,
• poziom zniekształceń harmonicznych (THDi, THDu),
• planowaną rozbudowę zakładu
• oczekiwane oszczędności i czas zwrotu inwestycji.
  
  

Elsta Elektronika rekomenduje:

• APF-100 – dla instalacji o mocy 10–200 kW, dla małych i średnich firm, budynków biurowo-usługowych.
• APF-300 – dla dużych zakładów przemysłowych i przetwórczych, z możliwością pracy równoległej i skalowania mocy kompensacyjnej.

Integracja z istniejącą rozdzielnicą

Filtry aktywne Elsta Elektronika są instalowane równolegle do odbiorów. Dzięki temu:

• nie ingerują w pracę istniejących urządzeń,
• mogą być dołączane stopniowo (np. w wybranych sekcjach zakładu),
• łatwo integrują się z rozdzielnicami niskiego napięcia,
• zapewniają elastyczność i możliwość dalszej rozbudowy systemu.

Bezpieczeństwo i serwis

Skuteczna kompensacja energii to nie tylko oszczędności, ale także niezawodność. Filtry aktywne Elsta Elektronika:

• projektowane i produkowane są w Polsce,
• objęte są lokalnym serwisem i wsparciem technicznym,
• wyposażone są w zdalny monitoring, co umożliwia szybką diagnostykę,
• zapewniają wieloletnią stabilną pracę w trudnych warunkach przemysłowych.

Podsumowanie

Kompensacja energii to klucz do niższych rachunków i stabilnej pracy instalacji elektrycznej. Tradycyjne metody dobrze sobie radzą w prostych układach, ale dla nowoczesnych zakładów – pełnych falowników, UPS-ów i elektroniki mocy – jedynym skutecznym rozwiązaniem są filtry aktywne.

APF-100 i APF-300 od Elsta Elektronika łączą kompensację energii biernej, eliminację harmonicznych i symetryzację obciążeń w jednym urządzeniu. To inwestycja, która zwraca się szybko i zapewnia długoterminowe bezpieczeństwo energetyczne.

Harmoniczne prądu to niewidoczne zakłócenia, które mogą prowadzić do awarii maszyn, przegrzewania transformatorów i niepotrzebnych kosztów energii. Wyjaśniamy, skąd się biorą, jakie są ich skutki i jak filtry aktywne Elsta Elektronika eliminują problem.

Harmoniczne prądu (często nazywane „wyższymi harmonicznymi”) to składowe przebiegu prądu o częstotliwościach będących całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości podstawowej (w Polsce 50 Hz). W idealnym świecie prąd i napięcie miałyby kształt idealnej sinusoidy. W rzeczywistych, nowoczesnych instalacjach przemysłowych ten kształt bywa istotnie zniekształcony – właśnie przez harmoniczne.

Dlaczego to ważne biznesowo? Bo obecność harmonicznych zwiększa straty energii, przegrzewa przewody i transformatory, wywołuje zakłócenia w automatyce oraz skraca żywotność urządzeń. W skrajnym przypadku prowadzi do awarii i przestojów. Dobra wiadomość: te zjawiska da się skutecznie opanować.

W tym artykule wyjaśniamy:

• czym jest harmoniczna prądu i skąd się bierze,
• jakie są objawy i skutki w zakładach przemysłowych,
• jak mierzyć i interpretować THD (Total Harmonic Distortion),
• jakie rozwiązania naprawdę działają (filtry aktywne, kompensacja mocy biernej),
• jak podejść do tematu krok po kroku, by uzyskać stabilność i oszczędności.

Czym są harmoniczne prądu?

Harmoniczna prądu definicja

Harmoniczne prądu to dodatkowe składowe sygnału o częstotliwości równej 2×, 3×, 4×… częstotliwości podstawowej (50 Hz). Ich sumowanie z sinusoidą powoduje odkształcenie przebiegu – im większy udział harmonicznych, tym dalej od ideału.

Dlaczego powstają?

Źródłem są odbiorniki nieliniowe, czyli takie, których prąd nie jest proporcjonalny do napięcia. W praktyce to m.in.:

• napędy z przemiennikami częstotliwości (falowniki), prostowniki i przekształtniki,
• zasilacze impulsowe (IT, automatyka, elektronika),
• oświetlenie LED, UPS-y, stacje ładowania, piece indukcyjne/łukowe, spawarki,
• rozproszone źródła energii (falowniki PV).

Nowoczesny przemysł oznacza coraz więcej elektroniki mocy – a to naturalnie podnosi poziom harmonicznych w sieciach nn.

Jak rozpoznać problem? Objawy i skutki w zakładzie

Najczęstsze symptomy

• Nadmierne nagrzewanie przewodów, rozdzielnic i transformatorów (mimo „nominalnych” obciążeń).
• Migotanie oświetlenia, zakłócenia w systemach AV i IT, niestabilność sterowników.
• Błędne zadziałania zabezpieczeń, wyzwalanie RCD/MCCB bez jasnej przyczyny.
• Wysokie rachunki – większe straty i często także opłaty za moc bierną.
• Zwiększona awaryjność urządzeń i skrócenie ich żywotności.
  
  

Koszty ukryte i jawne

• Straty cieplne = większa konsumpcja energii.
• Degradacja izolacji i łożysk, „tajemnicze” przestoje.
• Ewentualne kary/rozliczenia za przekroczenia parametrów jakości energii czy mocy biernej.

THD – jak mierzyć i interpretować zniekształcenia?

THD (Total Harmonic Distortion) określa udział wszystkich harmonicznych w stosunku do składowej podstawowej. Wyróżnia się:

• THDi – dla prądu,
• THDu – dla napięcia.
  
  

Dobre praktyki pomiarowe

1. Analizator jakości energii podłączony możliwie blisko źródła problemu (lub na szynach głównych – dla obrazu całości).
2. Rejestracja w czasie – praca produkcji i cykle obciążenia zmieniają sytuację dynamicznie.
3. Widmo harmonicznych – nie tylko sam % THD, ale też które rzędy dominują (np. 5., 7., 11., 13.).
4. Korelacja z pracą linii – porównaj wykresy THD z harmonogramem produkcji, rozruchem napędów, cyklami spawarek itp.
   
   

Jeśli nie masz danych – zacznij od krótkiej kampanii pomiarowej. Na jej podstawie przygotujemy rekomendację rozwiązania i wycenę oszczędności: umów bezpłatną konsultację.

Jak ograniczać wyższe harmoniczne? Przegląd metod

1) Działania organizacyjne

• Uporządkowanie uziemień i przewodu neutralnego (N), szczególnie w przypadku występowania harmonicznych trzeciego rzędu,
• Segmentacja systemu zasilania – oddzielenie odbiorników „brudnych” (generujących zakłócenia) od odbiorników wrażliwych,
• Przegląd parametrów napędów, takich jak czasy narastania oraz zastosowanie filtrów wejściowych i wyjściowych.
  

To pomaga, ale rzadko rozwiązuje problem całościowo.

2) Filtry pasywne

Sprawdzają się selektywnie (wybrane rzędy, stałe punkty pracy). W środowisku zmiennych obciążeń i wielu źródeł zakłóceń ich efektywność bywa ograniczona.

3) Filtry aktywne – rozwiązanie „all-in-one”

Filtr aktywny dokonuje pomiaru prądu/napięcia w czasie rzeczywistym i generuje prąd kompensacyjny, który „niweluje” niepożądane składowe. Efekt: prąd widziany od strony sieci zbliża się do sinusoidy. Nowoczesne urządzenia łączą:

• filtrację harmonicznych (szerokie pasmo – do wysokich rzędów),
• kompensację mocy biernej (indukcyjnej i pojemnościowej),
• symetryzację prądów fazowych (równomierne obciążenie).
  

To realna poprawa jakości energii + wymierne oszczędności.

Filtry aktywne Elsta Elektronika – podejście inżynierskie do jakości energii

APF-100 – kompaktowy filtr aktywny do małych i średnich mocy

• Praca w sieciach 4-przewodowych nn, równolegle do odbiorów.
• Filtracja wyższych harmonicznych, kompensacja mocy biernej, symetryzacja prądów.
• Skuteczny w aplikacjach o mocy 10–200 kW (małe zakłady produkcyjno-przetwórcze, IT, HVAC, LED).
• Intuicyjna konfiguracja, interfejs użytkownika (WEB, Modbus), szybka odpowiedź układu.
  
  

APF-300 – wysoka moc i modułowość dla przemysłu

• Wolnostojąca szafa do rozdzielni nn; prąd kompensacyjny aż do 400 amper.
• Możliwość pracy równoległej (skalowanie mocy), budowa modułowa, wysoka odporność środowiskowa.
• Idealny dla dużych zakładów produkcyjnych i przetwórczych, z wieloma źródłami zakłóceń i zmiennym profilem obciążeń.
  
  

Wspólne korzyści APF-100 / APF-300:

• THDi w dół – stabilna praca linii i mniejsze straty.
• Niższe rachunki – dzięki kompensacji mocy biernej i redukcji strat.
• Mniej przestojów – ochrona infrastruktury i elektroniki mocy.
• Szybka, płynna regulacja – dostosowanie do zmian obciążenia w czasie rzeczywistym.
• Monitoring – pełna transparentność parametrów i dowody oszczędności.
  
  

Kompensacja mocy biernej – dlaczego to się zwraca?

W wielu przedsiębiorstwach istotnym składnikiem rachunków są opłaty za energię bierną (indukcyjną i/lub pojemnościową). Filtry aktywne Elsta Elektronika, oprócz filtracji harmonicznych, kompensują moc bierną w sposób dynamiczny. Efekt:

• poprawa współczynnika mocy,
• redukcja opłat – w wielu przypadkach do zera,
• bardziej stabilna sieć, lepsze wykorzystanie transformatorów i rozdzielnic.

Podsumowanie

Harmoniczne prądu to jedno z najczęstszych źródeł problemów z jakością energii w nowoczesnych zakładach. Przekładają się na realne koszty – zarówno na fakturach, jak i w utrzymaniu ruchu. Filtry aktywne Elsta Elektronika (APF-100 i APF-300) łączą eliminację wyższych harmonicznych, kompensację mocy biernej i symetryzację obciążeń, zapewniając stabilność zasilania, mniejsze straty i niższe rachunki.