Spadki napięcia w instalacjach elektrycznych to problem, który dotyka większość przedsiębiorstw i gospodarstw domowych. Mogą powodować restarty maszyn, awarie sterowania oraz znaczne straty finansowe. Co sprawia, że napięcie w gniazdku spada i jak skutecznie rozwiązać ten problem?

Czym jest spadek napięcia w sieci elektrycznej

Spadek napięcia to różnica między napięciem nominalnym a rzeczywistą wartością napięcia w określonym punkcie instalacji. W Polsce napięcie sieciowe wynosi 230V dla odbiorców jednofazowych i 400V dla trójfazowych. Gdy wartość ta spada poniżej normy, mówimy o spadku napięcia.

Zgodnie z obowiązującymi normami, napięcie fazowe powinno mieścić się w zakresie 207-253V (tj. 230V +/-10%).

Wahania napięcia mogą być stałe lub chwilowe. Pierwsze występują przez dłuższy czas i wynikają z problemów konstrukcyjnych instalacji. Drugie trwają od kilku milisekund do minuty i są spowodowane nagłymi zmianami obciążenia w sieci.

Główne przyczyny spadku napięcia

Przeciążenie sieci elektrycznej

Najczęstszą przyczyną spadku napięcia w sieci jest jej przeciążenie. Dzieje się tak, gdy sumaryczna moc podłączonych urządzeń przekracza możliwości instalacji. W godzinach szczytu energetycznego problem nasila się, ponieważ wszyscy odbiorcy jednocześnie pobierają dużo energii.

W zakładach przemysłowych sytuacja pogarsza się podczas uruchamiania dużych silników elektrycznych. Prąd rozruchowy może być 6-8 razy większy od prądu nominalnego, co powoduje chwilowe, ale znaczne wahania napięcia w całej instalacji.

Niewłaściwe przewody zasilające

Przyczyny spadku napięcia często tkwią w źle dobranych przewodach. Zbyt mały przekrój przewodów w stosunku do prądu obciążenia powoduje znaczne straty napięcia. Problem nasila się w długich liniach zasilających, gdzie opór przewodów jest największy.

Stare instalacje elektryczne często nie spełniają współczesnych wymagań. Przewody aluminiowe z lat 70. i 80. mają większy opór niż nowoczesne przewody miedziane, co zwiększa spadek napięcia nawet o 40%.

Luźne połączenia i korozja

Z czasem połączenia elektryczne mogą się poluzować lub pokryć korozją. Zwiększa to opór w miejscu styku i powoduje lokalne spadki napięcia. Problem dotyczy szczególnie starszych instalacji, gdzie nie przeprowadzano regularnych przeglądów.

Zaśniedziałe styki w rozdzielnicach i skrzynkach przyłączeniowych to częsta przyczyna problemów z jakością zasilania. Nawet niewielka korozja może zwiększyć opór połączenia kilkukrotnie.

Problemy z transformatorem

Spadek napięcia może wynikać z problemów po stronie dostawcy energii. Transformatory o zbyt małej mocy lub położone daleko od odbiorców nie radzą sobie z rosnącym zapotrzebowaniem na energię. Problem dotyczy szczególnie terenów wiejskich i nowo powstających osiedli.

Skutki wahań napięcia w instalacjach

Restarty i awarie urządzeń elektronicznych

Skutki spadków napięcia są szczególnie dotkliwe dla urządzeń elektronicznych. Komputery, sterowniki PLC i systemy automatyki mogą się restartować lub całkowicie wyłączyć przy spadku napięcia o około 10%. W zakładach produkcyjnych oznacza to przerwy w produkcji i straty finansowe.

Nowoczesne maszyny CNC, roboty przemysłowe i linie produkcyjne wymagają stabilnego zasilania. Nawet krótkotrwały spadek napięcia może spowodować utratę pozycji narzędzi, błędy w programach sterujących i konieczność ponownego uruchomienia całego procesu.

Uszkodzenia sprzętu domowego

W gospodarstwach domowych wahania napięcia powodują przedwczesne zużycie urządzeń AGD. Lodówki, pralki i zmywarki pracujące przy obniżonym napięciu pobierają większy prąd, co prowadzi do przegrzewania silników i ich uszkodzenia.

Szczególnie wrażliwe na spadki napięcia są żarówki LED i elektronika użytkowa. Częste wahania mogą skrócić ich żywotność nawet o połowę.

Problemy z oświetleniem

Spadek napięcia w obwodach oświetleniowych powoduje przyciemnianie lamp. W biurach i halach produkcyjnych może to prowadzić do problemów z bezpieczeństwem pracy i obniżenia komfortu pracowników.

Lampy wyładowcze i świetlówki mogą migotać lub całkowicie się wyłączać przy spadkach napięcia przekraczających 5%.

Gdzie najczęściej występują spadki napięcia

Długie linie zasilające

Spadek napięcia jest szczególnie problematyczny w długich liniach elektrycznych. Każdy metr przewodu wprowadza dodatkowy opór, który przy dużych prądach powoduje znaczne straty napięcia. Problem dotyczy:

• Obiektów przemysłowych z rozległymi halami produkcyjnymi
• Gospodarstw rolnych z budynkami oddalonymi od głównego zasilania
• Osiedli mieszkaniowych na peryferiach miast
• Placów budowy z tymczasowymi instalacjami

Sieci o słabej kompensacji mocy biernej

Instalacje z dużą liczbą silników indukcyjnych i transformatorów generują znaczną moc bierną. Bez właściwej kompensacji powoduje to dodatkowe obciążenie sieci i wahania napięcia. Problem nasila się w:

• Zakładach z licznymi napędami elektrycznymi
• Obiektach z dużą liczbą transformatorów
• Instalacjach z przestarzałymi bateriami kondensatorów
• Sieciach bez systemów kompensacji dynamicznej

Stare instalacje elektryczne

Instalacje sprzed 1990 roku często nie spełniają współczesnych wymagań dotyczących jakości zasilania. Małe przekroje przewodów, przestarzała aparatura łączeniowa i brak systemów stabilizacji napięcia to główne przyczyny problemów.

Systemy eliminacji spadków napięcia

Stabilizatory napięcia

Stabilizator napięcia to podstawowe urządzenie do eliminacji wahań napięcia. Automatycznie dostosowuje napięcie wyjściowe do wartości nominalnej, niezależnie od wahań na wejściu. Rozróżniamy dwa główne typy:

Stabilizatory ferrorezonansowe wykorzystują transformatory o specjalnej konstrukcji. Charakteryzują się wysoką niezawodnością, ale mają ograniczoną szybkość reakcji. Sprawdzają się w instalacjach o stałym obciążeniu.

Stabilizatory elektroniczne oferują szybką reakcję na zmiany napięcia – poniżej 10 milisekund. Wykorzystują układy tyrystorowe lub przekształtniki elektroniczne. Idealne do ochrony wrażliwego sprzętu elektronicznego.

Zasilacze awaryjne UPS

Systemy UPS nie tylko zapewniają zasilanie awaryjne, ale również stabilizują napięcie sieciowe. Nowoczesne UPS online oferują doskonałą ochronę przed wszystkimi zakłóceniami w sieci, w tym przed spadkami napięcia.

Dla małych instalacji wystarczą UPS-y o mocy 1-3 kVA. Duże obiekty przemysłowe wymagają systemów o mocy kilkuset kVA z możliwością pracy równoległej.

Kondycjonery napięcia jako rozwiązanie kompleksowe

Kondycjonery napięcia typu KN-01/50/N to zaawansowane urządzenia dedykowane operatorom sieci przesyłowych. Oferują dynamiczną kompensację wahań napięcia oraz wyrównanie poziomu napięć między fazami.

Kondycjonery napięcia KN-01/50/N firmy Elsta Elektronika, łączą funkcje:

• Szczegółowej rejestracji parametrów sieci i efektów pracy urządzenia
• Bogatej możliwości konfiguracji
• Stabilizacji napięcia w zakresie ±10%
• Symetryzacji napięć fazowych

Dynamiczna korekta parametrów napięcia

Zastosowania przemysłowe

Kondycjonery napięcia KN-01/50/Nsprawdzają się w najbardziej wymagających aplikacjach:

Przemysł motoryzacyjny – linie lakiernicze i spawalnicze wymagają stabilnego zasilania dla zapewnienia jakości produktów. Nawet niewielkie wahania napięcia mogą wpływać na parametry procesu.

Przemysł spożywczy – systemy sterowania procesami technologicznymi w mleczarniach i browarach nie tolerują przerw w zasilaniu. Aktywne stabilizatory zapewniają ciągłość produkcji.

Centra danych – serwery i systemy telekomunikacyjne wymagają najwyższej jakości zasilania. Kompensacja wahań napięcia musi odbywać się bez najmniejszej przerwy.

Linie kablowe z dużą ilością instalacji PV – podłączone do sieci farmy fotowoltaiczne powodują gwałtowne zmiany poziomu napięć fazowych przy produkcji energii elektrycznej ze słońca. Przekroczenie górnych poziomów normowych tj. 253V powoduje blokadę działania falowników fotowoltaicznych, a tym samym zaprzestanie produkcji energii odnawialnej.

Wybór odpowiedniego rozwiązania

Analiza potrzeb instalacji

Przed wyborem systemu eliminacji spadków napięcia należy przeprowadzić pomiary jakości zasilania. Pozwalają one określić:

• Zakres i częstotliwość wahań napięcia
• Poziom wyższych harmonicznych w sieci
• Poziom asymetrii napięć
• Charakterystykę obciążenia
• Wymagania odbiorników

Kryteria techniczne

Stabilizator napięcia powinien być dobrany na podstawie:

• Mocy zainstalowanej w chronionej instalacji
• Zakresu wahań napięcia wejściowego
• Szybkości reakcji wymaganej przez odbiorniki
• Warunków środowiskowych pracy

Aspekty ekonomiczne

Inwestycja w systemy stabilizacji napięcia zwraca się poprzez:

• Eliminację kosztów przerw w produkcji
• Wydłużenie żywotności urządzeń elektrycznych
• Redukcję awaryjności instalacji
• Poprawę wydajności procesów technologicznych

Skonsultuj swoją instalację z ekspertem i dowiedz się, jakie rozwiązanie najlepiej sprawdzi się w Twoim obiekcie. Profesjonalna analiza potrzeb to pierwszy krok do wyeliminowania problemów ze spadkami napięcia w sieci. Nowoczesne systemy aktywnej stabilizacji oferują kompleksową ochronę przed wszystkimi zaburzeniami elektrycznymi, zapewniając niezawodność i efektywność energetyczną na najwyższym poziomie.

Dlaczego warto wykonywać pomiary przed kompensacją mocy biernej?

W wielu instalacjach elektrycznych pojawia się potrzeba kompensacji mocy biernej. Najczęściej chodzi o ograniczenie kosztów wynikających z przekroczenia norm narzuconych przez operatora sieci. Jednak zanim zainstalujemy układ kompensacyjny, warto wykonać dokładne pomiary jakości energii elektrycznej. Pozwolą one dobrać odpowiednie urządzenia i uniknąć kosztownych błędów.

Bez danych pomiarowych trudno ocenić, czy wystarczy prosty układ kompensacji, czy konieczne jest zastosowanie rozwiązań bardziej zaawansowanych, takich jak filtry aktywne.

Co warto mierzyć przed kompensacją?

Współczynnik mocy (cosϕ)

To podstawowy parametr określający relację między mocą czynną a pozorną. Niski współczynnik mocy skutkuje niepotrzebnym obciążeniem sieci i wyższymi rachunkami.

Zawartość wyższych harmonicznych prądu (THDi)

THDi (Total Harmonic Distortion of current) określa stopień zniekształcenia prądu. Im więcej nieliniowych urządzeń w instalacji, tym wyższy THDi. W praktyce poziom ten powinien mieć wartość poniżej 8% natomiast, jeśli THDi przekracza 15–20%, należy rozważyć kompensację aktywną. Wysoki poziom harmonicznych obniża skuteczność klasycznych rozwiązań i wymaga precyzyjnego podejścia projektowego. Wysoka zawartość wyższych harmonicznych prądu niekorzystnie wpływa na kształt przebiegu prądu i może powodować nadmierne grzanie się przewodów i elementów indukcyjnych, a także przyczynia się do zwiększenia strat energii, może powodować uszkodzenia i błędne działanie urządzeń.

Zmienność obciążenia

Instalacje przemysłowe często pracują w trybie zmiennym:

• przezbrojenia linii produkcyjnych,
• cykliczna praca urządzeń,
• wahania sezonowe.

W takich warunkach statyczna kompensacja nie jest skuteczna. Potrzebne są systemy automatycznie dostosowujące moc kompensacyjną oraz tryb pracy w czasie rzeczywistym.

Symetria obciążenia między fazami

Nierównomierne obciążenie faz prowadzi do nieefektywnej pracy układów kompensacyjnych. Pomiar prądów fazowych i napięć pozwala wykryć te zjawiska.

Jakie urządzenia pomiarowe stosować?

Do analizy należy używać rejestratorów parametrów sieci, najlepiej pracujących w klasie A i zgodnych z normą PN-EN 61000-4-30, oraz z funkcjami:

• rejestracji poziomu napięć oraz prądów,
• analizy widma harmonicznych do 50. rzędu,
• pomiaru mocy czynnej, biernej i pozornej,
• rejestracji danych z podziałem na fazy,
• rejestracji współczynników mocy cosϕ i tgϕ
• możliwości długoterminowego zapisu.

Rejestratory powinny być instalowane w punktach o największym obciążeniu lub w miejscach, gdzie dochodzi do wahań napięcia lub występowania innych problemów. Rejestratory można także umieścić przy głównym zasilaniu, aby pobrać dane i sprawdzić parametry sieci elektrycznej w obrębie całego zakładu. Przy pomiarach stosuje się sondy prądowe typu cewki Rogowskiego lub cęgi pomiarowe, a napięcia mierzy się najczęściej bezpośrednio.

Najlepiej, aby pomiar jednorazowy trwał minimum 7 dni i obejmował różne cykle pracy obiektu.

Filtry aktywne i pasywne – różnice w działaniu

Filtry pasywne to najczęściej zespoły indukcyjno-pojemnościowe dostrojone do tłumienia określonego rzędu harmonicznych. Działają w ograniczonym zakresie częstotliwości i mogą wprowadzać dodatkowe zniekształcenia przy zmianach obciążenia.

Filtry aktywne analizują w czasie rzeczywistym parametry sieci i generują prąd kompensacyjny odpowiednio dobrany, aby przeciwdziałać występującym zakłóceniom w przebiegu prądu. Dynamicznie reagują na zmiany w instalacji, związane chociażby z dołączaniem nowych odbiorników do pracy.

Ich skuteczność zależy bezpośrednio od wcześniejszej analizy przebiegów prądu i napięcia, zmierzonego poziomu mocy biernej i poziomu asymetrii obciążeń. Nie należy instalować filtra aktywnego bez przeprowadzenia wcześniejszych pomiarów, szczególnie w kontekście filtracji wyższych harmonicznych prądu.

Ciągły pomiar jako element eksploatacji

Wdrożenie systemu kompensacji mocy biernej i filtracji wyższych harmonicznych to nie koniec. Zmiany w obciążeniu, modernizacje parku maszynowego, nowe profile pracy – wszystko to może wymagać aktualizacji konfiguracji zainstalowanego urządzenia do poprawy jakości energii..

Dzięki ciągłemu monitoringowi można:

• analizować skuteczność działania układu w czasie,
• wykrywać przeciążenia i zjawiska rezonansowe,
• planować serwis i wymianę komponentów na podstawie danych,
• przewidywać przyszłe potrzeby inwestycyjne.

Przykład zastosowania – zakład przemysłowy

W średniej wielkości zakładzie produkcyjnym, który korzystał z falowników i spawarek, zainstalowano klasyczną baterię kondensatorów bez wcześniejszej analizy parametrów sieci.

Po kilku tygodniach pojawiły się:

• przegrzewanie przewodów zasilających,
• skoki napięcia na szynach zbiorczych,
• zwiększone straty energii.

Po wykonaniu pomiarów wykryto THDi na poziomie 180% i rezonans przy 5. harmonicznej prądu. Konieczna była wymiana układu na filtr aktywny, który obniżył THDi do 18%, skompensował istniejącą moc bierną, wyeliminował zakłócenia, a finalnie pomógł też ustabilizować napięcie.

Pomiar to pierwszy krok dobrej kompensacji

Zainstalowanie systemu kompensacji bez pomiarów to jak szycie garnituru bez przymiarki.

Dobrze dobrany system kompensacyjny bazuje na rzeczywistych danych, nie na założeniach. Pozwala to:

• unikać przewymiarowania lub niedoszacowania mocy kompensacyjnej,
• ograniczyć koszty zakupu i eksploatacji,
• poprawić efektywność i bezpieczeństwo instalacji,
• uzyskać wymierną korzyść np. finansową (obniżenie opłat za energię bierną), a także związaną z ustabilizowaniem parametrów pracy maszyn i zmniejszoną liczbą przestojów i awarii.

Inwestycja w pomiary jakości energii elektrycznej to nie koszt, lecz warunek skutecznej i bezawaryjnej pracy całego systemu zasilania. Jeśli chcesz mieć kontrolę nad jakością energii, zacznij od rzetelnej analizy parametrów instalacji elektrycznej.

W wielu zakładach przemysłowych kompensacja mocy biernej kojarzy się wyłącznie z mało zaawansowanym, tradycyjnym urządzeniem kompensującym. To rozwiązanie znane i proste, ale w większości przypadków mało skuteczne. W dobie powszechnych odbiorników nieliniowych – falowników, UPS-ów, zasilaczy impulsowych – okazuje się niewystarczające.

Filtry aktywne, takie jak modele APF-100 i APF-300 z oferty Elsta Elektronika, oferują znacznie więcej: dynamiczną kompensację mocy biernej o charakterze indukcyjnym i pojemnościowym, eliminację wyższych harmonicznych prądu, poprawę współczynnika mocy nawet przy zmiennym obciążeniu, a także symetryzację prądów fazowych. W tym artykule wyjaśniamy, kiedy klasyczna kompensacja przestaje działać i kiedy warto przejść na filtr aktywny.

Dlaczego kompensujemy moc bierną?

Moc bierna nie wykonuje pracy, ale obciąża sieć i generuje koszty. Jej nadmiar powoduje:

• spadki lub wzrosty napięcia i przeciążenia transformatorów,
• wzrost strat cieplnych w przewodach,
• obniżenie sprawności systemu zasilania,
• opłaty karne naliczane przez OSD, jeśli współczynnik mocy wzrośnie powyżej ustalonego progu tgφ (np. 0,4) dla poboru energii biernej indukcyjnej,
• opłaty karne naliczane przez OSD za każdą kilovarogodzinę energii biernej pojemnościowej wprowadzonej do sieci.

Dlatego stosuje się kompensację – czyli wprowadzenie do sieci elementu, który wytwarza przeciwną składową mocy biernej i tym samym ją redukuje.

Klasyczna kompensacja mocy biernej indukcyjnej – jak działa i kiedy wystarcza?

Tradycyjne rozwiązanie kompensacyjne to układ pasywnej kompensacji mocy biernej o charakterze indukcyjnym. W klasycznym układzie z obciążeniem liniowym (np. silnikami) taka kompensacja może być wystarczająca. System kompensacyjny, często z przełączanymi sekcjami, wprowadza pojemność do obwodu, co poprawia współczynnik mocy tgφ.

Ograniczenia tradycyjnego rozwiązania:

• Nie kompensuje mocy biernej pojemnościowej (np. z UPS-ów).
• Nie radzi sobie z obciążeniami nieliniowymi – nie eliminuje wyższych harmonicznych.
• Nie działa dynamicznie – reaguje powoli na zmiany obciążenia.
• W obecności wyższych harmonicznych może nawet pogarszać sytuację (ryzyko rezonansu z siecią).
• Istnieje znaczne ryzyko przekompensowania tj. wprowadzenia do sieci zbyt dużej ilości energii biernej pojemnościowej.
• W sieciach, gdzie dominuje elektronika mocy, takie rozwiązanie po prostu nie wystarcza.

Filtr aktywny – jak działa i co potrafi więcej?

Filtr aktywny – np. APF-100/50/4w/E – to urządzenie oparte na szybkich tranzystorach SIC, które analizuje prądy i napięcia w czasie rzeczywistym. Na podstawie tej analizy generuje prąd kompensacyjny, który:

• redukuje moc bierną (indukcyjną i pojemnościową),
• filtruje wyższe harmoniczne prądu (THDi),
• symetryzuje prądy fazowe.
• redukuje prąd w przewodzie neutralnym.
  

Dzięki temu poprawia całościowo jakość energii w sieci i pozwala wypełnić obowiązek ograniczenia strat energii, opisany w Ustawie z dnia 20 maja 2016 r. o efektywności energetycznej. Urządzenie kompensuje zakłócenia niezależnie od źródła — może współpracować z falownikami, UPS-ami, oświetleniem LED, zasilaczami impulsowymi i innymi urządzeniami.

Kiedy tradycyjne rozwiązanie to za mało?

Typowe przypadki:

• Występuje obciążenie nieliniowe – np. falowniki zasilające silniki o zmiennej prędkości.
• THDi przekracza dopuszczalne wartości – wzrost strat, wyzwalanie zabezpieczeń, zakłócenia sterowania.
• Moc bierna jest zmienna i trudna do przewidzenia – np. w liniach pakujących, przemyśle spożywczym, automatyce.
• Występuje moc bierna pojemnościowa – której klasyczne rozwiązanie nie kompensuje.
• Zakład nie spełnia norm jakości energii – a OSD nalicza opłaty karne za przekroczenie poboru energii biernej indukcyjnej lub wprowadzenie do sieci energii biernej pojemnościowej
  

Przykłady zastosowań filtrów aktywnych APF-100 i APF-300

Elsta Elektronika oferuje filtry aktywne w wersjach:

• APF-100/25/4w/E – kompensacja do 25 A na fazę,
  
• APF-100/50/4w/E – kompensacja do 50 A na fazę,
  
• APF-300/200/E – kompensacja do 200 A na fazę,
  
• APF-300/400/E – kompensacja do 400 A na fazę.
  

Typowe zastosowania:

• linie produkcyjne z napędami o zmiennej prędkości,
  
• hale przemysłowe z dużym udziałem przekształtników,
  
• rozdzielnice w centrach danych i obiektach biurowych,
  
• zakłady spożywcze i farmaceutyczne z systemami HVAC,
  
• duże zakłady przetwórcze z automatyką zasilaną falownikowo.
  

Wszystkie modele oferują komunikację poprzez modbus TCP/IP, możliwość monitorowania parametrów przez interfejs webowy albo kolorowy, dotykowy panel HMI i są przystosowane do pracy w sieciach niskiego napięcia w układzie 4-przewodowym.

Porównanie technologii: tradycyjne rozwiązanie vs filtr aktywny

Cecha	Tradycyjne rozwiązanie	Filtr aktywny (np. APF-100/50/4w/E)
Charakter kompensowanej mocy biernej	tylko indukcyjna	indukcyjna + pojemnościowa
Filtracja wyższych harmonicznych prądu	brak	tak (do 50. harmonicznej)
Reakcja na zmiany obciążenia	wolna, etapowa	dynamiczna, w czasie rzeczywistym
Wpływ na THDi	neutralny lub negatywny	redukcja THDi <5%
Potencjalne ryzyko rezonansu	obecne	brak
Poprawa jakości energii elektrycznej	szczątkowa	kompleksowa

Jak dobrać rozwiązanie kompensacyjne do swojej instalacji?

Wybór między tradycyjnym rozwiązaniem a filtrem aktywnym powinien być oparty na:

• profilu obciążenia (liniowe vs nieliniowe),
  
• zmienności mocy biernej,
  
• poziomie THDi,
  
• wymaganiach operatora sieci i norm prawnych.
  

Tradycyjne rozwiązanie poradzi sobie w stabilnych układach z silnikami bez falowników.
Filtr aktywny sprawdzi się tam, gdzie potrzebna jest eliminacja zakłóceń pochodzących od wyższych harmonicznych prądu, dynamiczna reakcja na zmiany charakterystyki włączanych odbiorników i kompleksowa korekta jakości energii.

Aktywne filtry harmonicznych to urządzenia, które poprawiają jakość energii elektrycznej w instalacjach przemysłowych. Eliminują szkodliwe zakłócenia i obniżają rachunki za prąd. Dlaczego warto w nie zainwestować?

Czym jest aktywny filtr harmonicznych

Aktywny filtr harmonicznych to elektroenergetyczne urządzenie, które monitoruje prąd w sieci i automatycznie kompensuje niepożądane zjawiska. Działa jak inteligentny regulator, który w czasie rzeczywistym analizuje jakość energii i wprowadza poprawki.

Główne funkcje filtra aktywnego obejmują:

• Eliminację wyższych harmonicznych prądu – usuwa zakłócenia powodowane przez urządzenia elektroniczne, odbiorniki nieliniowe i inne
• Kompensację mocy biernej – zarówno indukcyjnej, jak i pojemnościowej
• Symetryzację obciążeń – wyrównuje prądy w poszczególnych fazach

W przeciwieństwie do filtrów pasywnych, urządzenia aktywne dostosowują się do zmiennych warunków pracy. Reagują na zmiany obciążenia w czasie 100-140 mikrosekund.

Zastosowanie filtrów aktywnych w przemyśle

Zakłady z dużą liczbą silników elektrycznych

Filtry harmonicznych sprawdzają się wszędzie tam, gdzie pracują silniki indukcyjne sterowane falownikami. Przemysł motoryzacyjny, spożywczy czy metalurgiczny często boryka się z problemem zniekształceń prądu. Aktywne kompensatory rozwiązują te problemy kompleksowo.

Obiekty z zasilaniem awaryjnym

Szpitale, centra danych i banki wymagają stabilnego zasilania. Aktywny filtr harmonicznych chroni wrażliwe urządzenia przed zakłóceniami i wydłuża żywotność sprzętu elektronicznego. W serwerowniach filtracja wyższych harmonicznych prądu może znacząco zmniejszyć awarie systemów IT.

Instalacje z oświetleniem LED

Nowoczesne systemy oświetlenia generują znaczne ilości mocy biernej pojemnościowej.Kompensacja mocy biernej w biurowcach i halach produkcyjnych pomaga ustabilizować napięcie i pozwala uniknąć opłat za pobór energii biernej.

Branże z przekształtnikami częstotliwości

Przemysł chemiczny, farmaceutyczny i petrochemiczny wykorzystuje liczne napędy regulowane. Filtr wyższych harmonicznych eliminuje wzajemne oddziaływanie urządzeń i poprawia stabilność procesów technologicznych.

Od czego zależy cena aktywnego filtra harmonicznych

Funkcjonalność i technologia

Aktywne filtry harmonicznych różnią się możliwościami technicznymi. Podstawowe modele oferują filtrację harmonicznych do 25. rzędu. Zaawansowane urządzenia filtrują harmoniczne do 50. rzędu.

Warunki środowiskowe

Filtry aktywne przeznaczone do trudnych warunków przemysłowych mają wyższą cenę.

Stopień ochrony IP, temperatura pracy i odporność na zapylenie to czynniki decydujące o ostatecznej cenie urządzenia.

Kompleksowość instalacji

Filtrj aktywny wymaga profesjonalnego montażu i uruchomienia. W skomplikowanych instalacjach jest to także  pomiar dodatkowych parametrów  i precyzyjne dostrojenie nastaw.

Korzyści finansowe z zastosowania filtrów aktywnych

Redukcja opłat za energię bierną

Kompensacja mocy biernej eliminuje kary nakładane przez dostawców energii. W 2025 roku cena energii biernej wzrosła do około 2,28 zł netto za kvarh dla odbiorców zasilanych niskim napięciem – to wzrost o niemal 50% w porównaniu do roku poprzedniego.

Zmniejszenie strat energii czynnej

Filtr harmonicznych redukuje straty w przewodach i transformatorach. W dużych instalacjach przemysłowych oszczędności energii czynnej mogą być zauważalnie widoczne.

Wydłużenie żywotności urządzeń

Jakość energii elektrycznej ma bezpośredni wpływ na trwałość sprzętu. Silniki elektryczne pracujące w środowisku o wysokich harmonicznych zużywają się 20-30% szybciej. Aktywne filtry eliminują to zjawisko i redukują koszty serwisu.

Zwiększenie mocy użytecznej

Aktywny filtr harmonicznych pozwala lepiej wykorzystać moc zainstalowaną w transformatorach i rozdzielniach. Dzięki temu przedsiębiorstwa mogą podłączyć więcej odbiorników bez konieczności rozbudowy infrastruktury elektrycznej.

Formularz zapytania o wycenę

Potrzebujesz indywidualnej wyceny aktywnego filtra harmonicznych? Skontaktuj się z naszymi ekspertami, którzy dobiorą optymalne rozwiązanie dla Twojej instalacji.

Aby przygotować precyzyjną ofertę, potrzebujemy informacji o:

• Mocy zainstalowanej w obiekcie
• Typie i liczbie odbiorników nieliniowych
• Wynikach pomiarów jakości energii (jeśli są dostępne)
• Informacji o naliczaniu bądź nie opłat za energię bierną na fakturach za prąd
• Warunkach środowiskowych instalacji
• Budżecie przeznaczonym na inwestycję

Bezpłatna konsultacja techniczna obejmuje analizę potrzeb i dobór urządzenia.

Najczęściej zadawane pytania

Czy filtr APF-100 wystarczy do instalacji 100 kW?

Filtr aktywny APF-100 o prądzie znamionowym 50 A dobrze sprawdzi się w instalacjach o mocy 50-70 kW. Moc urządzenia dobiera się bowiem na podstawie prądu harmonicznych, a nie mocy czynnej odbiorników. W instalacjach o wysokim współczynniku THDi potrzebne są urządzenia o większej mocy.

Ile czasu trwa montaż aktywnego filtra harmonicznych?

Standardowa instalacja filtra harmonicznych zajmuje 1-2 dni robocze.. Czas zależy od dostępności miejsca montażu, konieczności wyłączeń planowych i zakresu dodatkowych pomiarów.

Czy aktywne filtry wymagają konserwacji?

Aktywne filtry harmonicznych są urządzeniami praktycznie bezobsługowymi. Zaleca się coroczną kontrolę połączeń elektrycznych i czyszczenie filtrów wentylatorów. Nowoczesne modele wyposażone są w systemy autodiagnostyki, które informują o ewentualnych usterkach.

Jaka jest różnica między filtrem aktywnym a pasywnym?

Filtr aktywny dostosowuje się automatycznie do zmian obciążenia i kompensuje szerokie spektrum harmonicznych. Filtry pasywne działają tylko przy określonych częstotliwościach i mogą wchodzić w rezonans z siecią. Aktywne rozwiązania są droższe, ale znacznie bardziej uniwersalne.

Czy można połączyć kilka filtrów aktywnych?

Tak, nowoczesne filtry aktywne jakie jak APF-300  mogą pracować równolegle. Pozwala to na zwiększenie mocy systemu i zapewnienie redundancji. Funkcja master-slave automatycznie rozdziela obciążenie między urządzeniami.

Aktywny filtr harmonicznych to inwestycja, która szybko się zwraca przez obniżenie rachunków za energię i poprawę niezawodności instalacji elektrycznej. Profesjonalny dobór urządzenia i jego prawidłowy montaż gwarantują wieloletnie korzyści finansowe i techniczne. Współczesne zakłady przemysłowe nie mogą sobie pozwolić na ignorowanie problemów z jakością energii elektrycznej.

W wielu firmach faktura za energię elektryczną potrafi być nieprzyjemną niespodzianką. Szczególnie gdy pojawia się na niej tajemnicza pozycja „energia bierna”. Nie produkujesz jej świadomie, a mimo to płacisz. Dla wielu przedsiębiorców to wciąż temat mało zrozumiały, chociaż dotyczy realnych kosztów. Czym właściwie jest energia bierna? Dlaczego firmy ponoszą opłaty za coś, co nie wykonuje pracy? I najważniejsze – jak ograniczyć te wydatki do minimum?

Czym właściwie jest energia bierna?

Zacznijmy od podstaw. Energia bierna to ta część energii, która nie jest zamieniana na użyteczną pracę, ale pozostaje niezbędna do działania wielu urządzeń. Występuje głównie w instalacjach zawierających elementy indukcyjne (np. silniki, dławiki, transformatory) lub pojemnościowe (np. kondensatory, niektóre układy UPS). Energię bierną wyraża się w jednostkach zwanych kvarh (kilovarogodziny).

W fizyce rozróżniamy:

• energię czynną – tę, za którą faktycznie płacisz, bo zasila maszyny, oświetlenie, ogrzewanie;
• energię bierną indukcyjną – pobieraną przy obciążeniach indukcyjnych;
• energię bierną pojemnościową – zwaną także energią bierną oddaną.
• energię pozorną – czyli wektorową sumę energii czynnej i biernej.

Choć energia bierna „krąży” między źródłem zasilania a odbiornikiem, obciąża sieć i powoduje straty przesyłowe, więc operatorzy energetyczni naliczają za nią dodatkowe opłaty.

Dlaczego firmy muszą płacić za energię bierną?

Operator systemu dystrybucyjnego zazwyczaj oczekuje, że odbiorcy będą utrzymywać współczynnik mocy (tg φ) na poziomie poniżej 0,4. Jeśli wartość ta będzie się znajdować powyżej tej granicy – zaczynasz generować nadmierną energię bierną.

Im wyższy tg φ, tym większa proporcja energii biernej w stosunku do czynnej, co powoduje:

• przeciążenie sieci elektroenergetycznej;
• zwiększenie strat mocy w liniach;
• obniżenie efektywności transformatorów i zasilaczy;
• zakłócenia w pracy innych odbiorników.

Operatorzy sieci nie są skłonni pokrywać tych kosztów z własnej kieszeni – dlatego wprowadzają opłaty za przekroczenie dopuszczalnego poziomu energii biernej. Są ujęte w taryfie dystrybucyjnej.

W przypadku energii biernej pojemnościowej, płacisz za każdą ilość energii biernej wprowadzonej do sieci.

W praktyce oznacza to: jeśli nie kompensujesz energii biernej – dopłacasz do rachunku.

Jak ograniczyć koszty związane z energią bierną?

Najbardziej efektywnym sposobem walki z energią bierną jest wdrożenie układów kompensacyjnych. Dzięki nim możliwe jest zredukowanie poziomu energii biernej do bezpiecznych wartości, co z kolei eliminuje lub znacznie zmniejsza opłaty karne.

Automatyczne systemy kompensacji, takie jak filtry aktywne, samoczynnie dostosowują poziom kompensacji do zmiennego obciążenia. Urządzenia takie są najbardziej uniwersalnym sposobem na wyeliminowanie problemów z jakością energii elektrycznej, w tym skuteczne ograniczenie poziomu energii biernej o dowolnym charakterze.

Produkty Elsta Elektronika jako gotowe rozwiązanie

Firma Elsta Elektronika od lat dostarcza sprawdzone rozwiązania dla przemysłu, w tym urządzenia służące do skutecznej kompensacji mocy biernej. Co znajdziesz w ofercie?

Filtry aktywne dużej mocy typu APF-300

To najbardziej zaawansowane urządzenia do poprawy jakości energii elektrycznej, dedykowane w szczególności największym przedsiębiorstwom produkcyjnym i przetwórczym. Umożliwiają dynamiczną kompensację mocy biernej, filtrację wyższych harmonicznych prądu, a także symetryzację prądów fazowych. Filtry aktywne typu APF-300 wyposażone są w zautomatyzowane mechanizmy pracy w rozdzielnicach wielopolowych i umożliwiają działanie równoległe dwóch jednostek tego samego typu dla podwojenia dostępnej mocy dla potrzeb kompensacji wszelkich zakłóceń w przebiegu prądu

Filtry aktywne typu APF-100To kompaktowe urządzenia przystosowane do montażu naściennego, dedykowane małym i średnim firmom produkcyjnym, handlowym i usługowym, a także obiektom kultury, centrom danych i innym podobnym obiektom. Zapewniają skuteczną kompensację mocy biernej, filtrowanie wyższych harmonicznych prądu oraz symetryzację prądów fazowych.

Co zyskasz dzięki kompensacji mocy biernej?

Kompensacja energii biernej to nie tylko sposób na uniknięcie kar. To także:

• niższe straty przesyłowe i mniejsze obciążenie kabli oraz transformatorów;
• lepsza stabilność napięcia w sieci wewnętrznej;
• większa niezawodność urządzeń – mniej awarii, dłuższa żywotność;
• lepszy współczynnik mocy (tg φ), co oznacza kontrolę nad mocą bierną.

A co najważniejsze – zwrot z inwestycji często następuje już po kilku miesiącach. Szczególnie gdy dotychczasowe opłaty za energię bierną były znaczące.

Zanim zainwestujesz – zmierz i zrozum

Wdrożenie systemu kompensacji powinno być poprzedzone pomiarami jakości energii. Pomiar taki pozwoli określić:

• rzeczywisty poziom współczynnika mocy;
• typ dominującej energii biernej (indukcyjna czy pojemnościowa);
• obecność wyższych harmonicznych i zakłóceń w sieci;
• czy poszczególne fazy zasilania są obciążone w podobnym stopniu.

Dzięki temu nie tylko unikniesz nietrafionej inwestycji, ale też precyzyjnie dobierzesz parametry systemu kompensacyjnego.

W nowoczesnych zakładach przemysłowych nie wystarczy już po prostu dostarczać energii elektrycznej. Równie ważna jest jej jakość. Sieci zasilające poddawane są coraz większym obciążeniom, wynikającym z szerokiego zastosowania odbiorników nieliniowych: falowników, zasilaczy impulsowych, układów sterowania PLC, automatyki HVAC czy systemów oświetlenia LED. Ich obecność znacząco zmienia charakterystykę prądu pobieranego z sieci, prowadząc do generowania wyższych harmonicznych, mocy biernej i asymetrii fazowej.

Zjawiska te nie tylko pogarszają sprawność systemu zasilania, ale też powodują wzrost strat energii, podniesienie współczynnika mocy (tg φ) oraz ryzyko kar za przekroczenia parametrów ustalonych przez operatorów sieci dystrybucyjnych. Odpowiedzią na te wyzwania są aktywne filtry kompensacyjne, takie jak APF-100/50/4w/E firmy Elsta Elektronika.

Czym różni się filtr aktywny od klasycznych kompensatorów?

Tradycyjne układy kompensacji, są rozwiązaniami pasywnymi. Ich działanie jest ograniczone do kompensowania mocy biernej o charakterze indukcyjnym albo pojemnościowym. Nie reagują dynamicznie na zmiany obciążenia, a ich skuteczność spada w układach z odbiornikami o zmiennej charakterystyce. Co ważne – nie mają wpływu na redukcję wyższych harmonicznych, które w obecnych układach stanowią główne źródło strat i problemów eksploatacyjnych. Co więcej, klasyczne kompensatory mocy biernej indukcyjnej mogą nawet ulec znaczącej awarii, jeśli będą pracować w sieci zakłóconej wyższymi harmonicznymi.

APF-100/50/4w/E działa w zupełnie inny sposób. To urządzenie zbudowane w oparciu o szybkie tranzystory SIC, które:

• analizuje w czasie rzeczywistym wartości prądu i napięcia we wszystkich fazach,
  
• identyfikuje składowe niepożądane (wyższe harmoniczne, przesunięcia fazowe, asymetrię),
  
• dynamicznie generuje prąd kompensacyjny o odpowiednim kształcie, który koryguje przebieg prądu pobieranego z sieci.
  

W praktyce oznacza to, że odbiornik zachowuje się wobec sieci tak, jakby był idealnym, liniowym i zrównoważonym obciążeniem.

Trzy funkcje w jednym urządzeniu

Filtr APF-100/50/4w/E pełni jednocześnie trzy funkcje:

1. Aktywna filtracja wyższych harmonicznych prądu– redukuje THDi nawet do poziomu <5%.
   
2. Kompensacja mocy biernej – zarówno indukcyjnej, jak i pojemnościowej, w pełnym zakresie dynamicznym.
   
3. Symetryzacja prądów fazowych – ważna w układach z nierównomiernie obciążonymi fazami, np. w starszych instalacjach lub budynkach wielkoprzemysłowych.
   

Co istotne – urządzenie realizuje wszystkie te funkcje równocześnie, bez potrzeby stosowania dodatkowych komponentów. To znacząco upraszcza projektowanie instalacji, oszczędza miejsce w rozdzielnicy i pozwala na szybką integrację.

Jakość energii = realne oszczędności

Wbrew pozorom poprawa jakości energii nie jest wyłącznie działaniem profilaktycznym. Przynosi mierzalne efekty ekonomiczne, takie jak:

• obniżenie opłat dystrybucyjnych za energię bierną,
  
• zmniejszenie strat mocy czynnej w transformatorach, kablach i silnikach,
  
• redukcja ryzyka awarii zabezpieczeń nadprądowych i układów pomiarowych,
  
• wydłużenie żywotności urządzeń zasilanych – szczególnie tych wrażliwych na zniekształcenia przebiegów.
  

Filtr aktywny działa lokalnie, eliminując skutki obecności odbiorników nieliniowych bez ingerencji w układ odbiorczy, co zwiększa niezawodność całej infrastruktury.

Dlaczego właśnie APF-100/50/4w/E od Elsta Elektronika?

To urządzenie wyróżnia się na tle konkurencyjnych rozwiązań kilkoma cechami praktycznymi:

• Kompaktowa obudowa – przystosowana do montażu naściennego
  
• Zdalna konfiguracja i wizualizacja – przez interfejs webowy i wbudowane Wi-Fi.
  
• Niskie straty własne – poniżej 3,5% mocy znamionowej.
  
• Trójfazowa kompensacja – działanie jednocześnie na wszystkich fazach
  
• Bezobsługowość – automatyczna praca urządzenia zarządzana przez wyspecjalizowany układ FPGA
• Adaptacyjność – elastyczność konfiguracji i dopasowanie do potrzeb konkretnego obiektu
• Uniwersalność – kompleksowe rozwiązanie problemów z niską jakością energii
  

Opisywane filtry aktywne typu APF-100 to rozwiązanie opracowane w Polsce, w oparciu o wieloletnie doświadczenie firmy Elsta Elektronika w pracy w środowiskach przemysłowych i górniczych.

Typowe zastosowania przemysłowe

Urządzenie APF-100/50/4w/E doskonale sprawdza się w:

• zakładach z dużym udziałem napędów elektrycznych i przemienników częstotliwości,
  
• halach z liniami produkcyjnymi o zmiennym profilu obciążenia,
  
• centrach danych i obiektach z wrażliwą elektroniką,
  
• budynkach komercyjnych z rozbudowaną automatyką i systemami HVAC,
  
• instalacjach objętych karami za zbyt wysoki współczynnik mocy tgφ.
• instalacjach objętych karami za wprowadzanie do sieci energii biernej pojemnościowej.
  

Może być stosowane zarówno w nowych instalacjach, jak i jako uzupełnienie i rozbudowa istniejącej infrastruktury.

Dlaczego warto rozważyć filtr aktywny w strategii energetycznej zakładu?

Poprawa jakości energii to dziś realna dźwignia optymalizacji kosztów. Nie chodzi już tylko o zgodność z normami czy ograniczenie zakłóceń. Chodzi o systemową kontrolę nad stratami, lepsze wykorzystanie mocy umownej i mniejsze ryzyko przestojów wynikających z awarii.

APF-100/50/4w/E to gotowe narzędzie, które pozwala wdrożyć te zmiany szybko, bez gruntownej przebudowy instalacji.

Co to jest energia bierna i skąd się bierze opłata?

Różnica między energią czynną a bierną

Energia czynna (kWh) wykonuje pracę – napędza silniki, ogrzewa, świeci. Energia bierna (kvarh) „krąży” między siecią a odbiornikiem, budując ­- rozładowując pola magnetyczne lub elektryczne. Nie zamienia się w pracę użyteczną, ale obciąża linie przesyłowe i transformatory, powodując dodatkowe straty i koszty po stronie operatora.

Moc bierna indukcyjna i pojemnościowa

• Indukcyjna – pobierana głównie przez silniki asynchroniczne, sprężarki, transformatory.
• Pojemnościowa – oddawana do sieci przez długie kable, baterie kondensatorów bez sterowania, oświetlenie typu LED, stanowiska komputerowe, czasami także przez instalacje PV na jałowym biegu.

Operatorzy rozliczają oba kierunki przepływu energii biernej:

– dla energii biernej pojemnościowej nie ma żadnej tolerancji ze strony operatora i każda ilość oddanej energii tego typu skutkuje pojawieniem się na fakturze kary w pozycji nazwanej “energia bierna oddana”, “energia bierna pojemnościowa” lub w innej o podobnym brzmieniu.

– dla energii biernej indukcyjnej po przekroczeniu limitu ustalonego wartością współczynnika tgφ₀, na fakturze pojawia się pozycja „energia bierna pobrana”, “nadwyżka energii biernej indukcyjnej” lub podobna, a operatorzy naliczają opłatę za nadmiarowy pobór energii biernej indukcyjnej.

Kiedy naliczana jest opłata za energię bierną?

Taryfy A, B, C i próg tgφ

W Polsce przy braku indywidualnych ustaleń dla rozliczenia energii biernej indukcyjnej stosuje się współczynnik tgφ₀ = 0,4 (cosφ≈0,93). Przekroczenie tej granicy wywołuje opłatę za każdy kvarh ponad limit. Od 2024 r. taryfy dystrybucyjne podniosły stawki, co bezpośrednio zwiększyło rachunki firm.

W przypadku oddanej energii biernej pojemnościowej, limitem jest 0 kvarh. Oznacza to, że każda ilość tej energii wprowadzonej do sieci skutkuje naliczeniem opłat.

Jak sprawdzić, czy płacisz za energię bierną?

Na fakturze szukaj linii „energia bierna indukcyjna/pojemnościowa”, “energia bierna pobrana/oddana” lub skrótu kvarh. Gdy zauważysz na fakturze opłaty pojawiające się regularnie co miesiąc, oznacza to że problem z energią bierną dotknął również Ciebie i potrzebujesz układu do kompensacji mocy biernej, aby zniwelować ponoszone koszta.

Jakie są skutki opłat za energię bierną?

Przykład opłat na fakturze

Zakład o zużyciu energii czynnej na poziomie 100 00 kWh miesięcznie, ze współczynnikiem tgφ = 1,1, pobiera ok. 11 000 kvarh energii biernej indukcyjnej. Przy stawce 2,28 zł/kvarh opłata przekracza 103 000 zł rocznie. Kompensacja mocy biernej pozwala niemal w każdym przypadku na obniżenie tych opłat prawie do 0.

Konsekwencje dla przedsiębiorstwa

• wyższe koszty energii (kary za przekroczenie tgφ),
• przeciążenie transformatorów, wzrost temperatury kabli,
• spadki napięcia i ryzyko awarii automatyki,
• zmniejszona przepustowość sieci i trudności z przyłączaniem nowych odbiorników.

Co to jest kompensacja mocy biernej?

To lokalne wytwarzanie mocy biernej o przeciwnym charakterze i o odpowiedniej wartości tak, aby prąd pobierany z sieci był niemal wyłącznie „czynny”. Efekt: tgφ spada poniżej progu, a pozycja za energię bierną na fakturze jest wyzerowana.

Filtr aktywny APF – skuteczna forma kompensacji

Dlaczego warto wybrać aktywny filtr?

Filtr aktywny wytwarza prąd kompensacyjny w czasie rzeczywistym i śledzi zmienne obciążenia, dlatego utrzymuje zadany cosφ lub tgφ niezależnie od rodzaju produkcji czy stopnia obciążenia zakładu. Jednocześnie tłumi wyższe harmoniczne prądu, wyrównuje obciążenia pomiędzy fazami i odciąża przewód neutralny, poprawiając ogólną jakość energii.

Przykładowe zastosowania filtrów APF od Elsta Elektronika

Urządzenia serii APF-100/25, APF-100/50, APF-300/200, APF-300/400 pracują w:

• zakładach produkcyjnych (silniki, falowniki),
• centrach danych (zasilacze UPS),
• obiektach z dużą instalacją PV,
• nowoczesnych budynkach z oświetleniem LED i klimatyzacją.

Przy kompensacji 100 % energii biernej i redukcji THDi < 5 % filtr APF usuwa pozycję kVarh z faktury już w pierwszym okresie rozliczeniowym

Czy inwestycja w kompensację się opłaca?

Kiedy zwraca się filtr aktywny?

• Gdy tgφ regularnie przekracza 0,4.
• Gdy oddawana jest energia bierna pojemnościowa.
• Gdy zakład pracuje w trybie zmianowym z dużymi skokami obciążenia.
• Kiedy planowana jest rozbudowa parku maszynowy lub instalacja PV i przekroczenie tgφ₀ jest pewne.

Podsumowanie – opłata za energię bierną to nie wyrok

• Opłata pojawia się, gdy tgφ > 0,4 lub gdy oddajesz energię bierną pojemnościową do sieci.
• Od 2024 r. stawki rosną – w 2025 r. nawet 2,28 zł/kvarh.
• Najpewniejszym sposobem eliminacji kosztów jest kompensacja energii biernej, a najszersze możliwości daje filtr aktywny APF-100 lub APF-300.
• Inwestycja zwraca się zwykle w kilka miesięcy, a dodatkowy bonus to lepsza jakość energii i niższa awaryjność sprzętu.

Sprawdź, ile możesz zaoszczędzić – pobierz kartę katalogową APF i skontaktuj się z ekspertami Elsta Elektronika.

Nieliniowe odbiorniki – od falowników przez zasilacze impulsowe po oświetlenie LED – sprawiają, że przebiegi prądu i napięcia w zakładach przemysłowych i budynkach komercyjnych coraz częściej odstają od ideału sinusoidy. Ich wspólny skutek to wyższe harmoniczne, czyli składowe prądu i napięcia o częstotliwości wielokrotności 50 Hz. Jeśli nie zostaną ograniczone, prowadzą do wzrostu temperatury transformatorów, zakłócenia pracy zabezpieczeń elektrycznych, szybszego zużywania się urządzeń i… wyższych rachunków za energię.

Poniżej wyjaśniamy, skąd biorą się wyższe harmoniczne, jak je skutecznie eliminować oraz dlaczego aktywne filtry APF-100 i APF-300 firmy Elsta Elektronika są jednym z najpewniejszych rozwiązań dla przemysłu i infrastruktury krytycznej.

Czym są wyższe harmoniczne i skąd się biorą?

Wyższe harmoniczne to sygnały o częstotliwości będącej dokładną wielokrotnością częstotliwości podstawowej (w Europie 50 Hz). Powstają, gdy odbiornik pobiera prąd w sposób niesinusoidalny – dzieje się tak przy:

• napędach o zmiennej prędkości,
• prostownikach tyrystorowych,
• UPS-ach i zasilaczach impulsowych,
• falownikach PV,
• nowoczesnym oświetleniu LED.

Każdy z tych odbiorników pobiera z sieci prąd wycinkami, tworząc kształt inny niż wzorowa sinusoida. W efekcie sieć obciążana jest harmonicznymi rzędu 3, 5, 7 i wyższymi, a parametr THDi (Total Harmonic Distortion current) rośnie nierzadko do 20–30 %.

Skutki obecności wyższych harmonicznych w instalacjach

1. Przegrzewanie transformatorów i przewodów – sumowanie się harmonicznych podnosi RMS prądu, a więc i straty.
2. Zakłócenia pracy zabezpieczeń elektrycznych – Wyższe harmoniczne mogą wprowadzać zakłócenia w działaniu urządzeń zabezpieczających, takich jak wyłączniki różnicowoprądowe czy przekaźniki elektroniczne. Skutkiem może być ich niepotrzebne, przedwczesne lub całkowicie błędne wyłączenie obwodu, mimo braku rzeczywistego zagrożenia.

Spadek sprawności falowników i silników – wyższe harmoniczne indukują dodatkowe straty w rdzeniach maszyn i łożyskach.

3. Ryzyko przestojów produkcyjnych – nagłe wyłączenia urządzeń wrażliwych (np. komputerowych systemów sterowania).
4. Wyższe opłaty za energię bierną – niska wartość cos φ często towarzyszy problemom z wyższymi harmonicznymi, a to kolei oznacza realne kary od operatorów sieci.

Filtry APF od Elsta Elektronika – nowoczesne rozwiązania dla przemysłu

APF-100 – kompaktowy strażnik jakości energii

• Warianty 25 A i 50 A na fazę → idealne dla instalacji do 200 kW.
• Montaż na ścianie lub wolnostojący, obudowa IP30 (600 × 700 × 300 mm).
• Czas reakcji <136 µs, częstotliwość przełączania 14 kHz – wysoka dynamika filtracji.
• Komunikacja Ethernet / Wi-Fi / Modbus TCP + wbudowany web-serwer.
• THDi < 5 % przy pełnej kompensacji, opcja pracy selektywnej.

APF-300 – moc dla dużych odbiorników

• Wersje 200 A i 400 A, moc znamionowa 150 kVA lub 300 kVA.
• Czas reakcji 100 µs, dynamika prądu kompensującego do 1600 A/ms.
• Budowa modułowa w szafie IP41 (830 × 2335 × 935 mm).
• 7-calowy panel dotykowy, zdalne zarządzanie, praca równoległa dwóch  jednostek.

Technologia Power Quality Technology Elsta Elektronika opiera się na zaawansowanej analizie sygnałów w rzeczywistym czasie i dzięki temu filtry jednocześnie:

• eliminują harmoniczne do 50-ej,
• korygują moc bierną (indukcyjną lub pojemnościową),
• symetryzują prądy fazowe i redukują prąd przewodu neutralnego,
• poprawiają ogólną sprawność instalacji elektrycznej i dbają o odpowiednie warunki pracy dla maszyn i urządzeń

Zastosowania filtrów aktywnych – gdzie warto je wdrożyć?

• Zakłady produkcyjne z napędami VFD i robotami.
• Centra danych i serwerownie – gwarancja stabilnego zasilania IT.
• Budynki inteligentne (BMS) i oświetlenie LED dużej mocy.
• Laboratoria i linie testowe z precyzyjnym sprzętem pomiarowym.

Korzyści techniczne i ekonomiczne wdrożenia filtrów APF

1.     THDi < 5 % – znacząca redukcja zakłóceń pochodzących od wyższych harmonicznych prądu

2.       Redukcja opłat za energię bierną – często nawet o 90-100 %.

3.       Niższa temperatura transformatorów → dłuższa żywotność, mniejsze straty.

4.       Stabilniejsza praca automatyki – mniej zakłóceń w sieci sterowania.

5.   Szybki zwrot z inwestycji – w przemyśle energochłonnym często < 12-24 mies.

Dlaczego warto wybrać Elsta Elektronika?

Elsta Elektronika to firma z ponad 30-letnim doświadczeniem w dziedzinie elektroniki przemysłowej, która od lat dostarcza niezawodne rozwiązania poprawiające jakość energii elektrycznej. Klienci mogą liczyć na wsparcie techniczne zarówno telefonicznie, jak i w dwóch centrach produkcyjno-serwisowych zlokalizowanych w Wieliczce i Lędzinach. Produkcja realizowana jest w Polsce, z wykorzystaniem komponentów klasy przemysłowej, zgodnie z obowiązującymi normami i standardami technicznymi oraz dyrektywą RoHS, co gwarantuje wysoką jakość i zgodność z wymaganiami rynku. Urządzenia, takie jak filtry aktywne APF, zostały zaprojektowane z myślą o łatwej integracji z systemami zarządzania energią – dzięki interfejsowi webowemu i obsłudze protokołu Modbus TCP możliwa jest płynna współpraca z istniejącą infrastrukturą SCADA lub BMS. Co więcej, modele APF-300 oferują modułową rozbudowę i możliwość pracy równoległej, co pozwala elastycznie dopasować moc kompensacyjną do potrzeb nawet najbardziej wymagających instalacji.

FAQ – najczęściej zadawane pytania

Co to są wyższe harmoniczne?
 Wyższe harmoniczne to składowe prądu lub napięcia o częstotliwości będącej wielokrotnością 50 Hz. Pojawiają się, gdy odbiorniki pobierają prąd niesinusoidalnie.

Czym różni się filtr aktywny od pasywnego?
 Pasywny usuwa kilka konkretnych częstotliwości, aktywny adaptacyjnie kompensuje całe spektrum od 2-ej do 50-ej harmonicznej oraz moc bierną, a także asymetrię.

Gdzie stosuje się filtry aktywne?
 Wszędzie tam, gdzie pracuje wiele nieliniowych odbiorników: przemysł, data center, budynki smart, zakłady przetwórcze.

Ile kosztuje aktywny filtr harmonicznych?
 Cena zależy od prądu kompensacji (25–400 A) i konfiguracji. Skontaktuj się z Elsta Elektronika, aby uzyskać wycenę dopasowaną do Twojej instalacji.

Dlaczego warto?

Wyższe harmoniczne to ukryty przeciwnik Twojej instalacji – powodują straty, awarie i niepotrzebne koszty. Filtry aktywne APF-100 i APF-300 firmy Elsta Elektronika eliminują te problemy, łącząc filtrację wyższych harmonicznych prądu, kompensację mocy biernej i symetryzację prądów w jednym, inteligentnym urządzeniu.

Chcesz obniżyć rachunki i zwiększyć niezawodność swojej infrastruktury?
 Skontaktuj się z nami: handlowy@elsta.tech lub +48 12 395 10 78 – przygotujemy bezpłatną analizę sieci i dobierzemy filtr idealny do Twoich potrzeb.

Filtr aktywny – dlaczego jego dobór ma znaczenie?

Filtr aktywny to urządzenie, które ogranicza poziom wyższych harmonicznych prądu, kompensuje moc bierną oraz symetryzuje obciążenia pomiędzy fazami, a tym samym poprawia jakość energii. Jednak samo jego zastosowanie nie wystarczy. Aby spełniał prawidłowo swoją funkcję, musi być dobrany do konkretnej instalacji – jej charakterystyki, obciążeń i warunków pracy.

Zbyt słaby filtr aktywny nie zapewni skutecznej kompensacji. Przewymiarowany będzie droższy i może zająć więcej miejsca. Dlatego przed wyborem urządzenia warto przeanalizować kilka kluczowych kwestii.

1. Analiza źródeł zakłóceń

Pierwszym etapem doboru filtra aktywnego jest identyfikacja źródeł zakłóceń. Najczęściej będą to:

• falowniki (PV, HVAC, napędy),
  
• zasilacze impulsowe,
  
• zasilacze UPS i magazyny energii,
  
• urządzenia przemysłowe z przekształtnikami mocy.
  

Każde z tych urządzeń generuje określony poziom wyższych harmonicznych. Ich częstotliwości, amplitudy i rozkład w czasie decydują o parametrach, które filtr będzie musiał kompensować. Urządzenia te, a także inne odbiorniki mogą pobierać lub wytwarzać moc bierną, którą również zajmie się filtr aktywny.

2. Pomiary jakości energii

Dobór filtra aktywnego powinien być poprzedzony pomiarami parametrów sieci:

• napięcia i prądu,
• współczynnika THDi (dla prądu),
• współczynnika THDu (dla napięcia),
• współczynnika mocy (cosφ i tgφ).
• poziomu mocy czynnej i mocy biernej
• zawartości wyższych harmonicznych prądu poszczególnych rzędów.
  

Pomiary powinny być rejestrowane dla każdej fazy. Warto wykonać analizę w dłuższym okresie, najlepiej przez kilka dni pracy instalacji. Pozwoli to określić, jak zmienia się charakter obciążenia i jakie wartości zakłóceń są typowe.

3. Dobór mocy filtra aktywnego

Filtry aktywne dobiera się na podstawie zebranych danych pomiarowych tak, aby zapewnić odpowiednią moc urządzenia do realizacji bieżących zadań kompensacyjnych, ale także z uwzględnieniem zapasu mocy na przyszłość. Filtr aktywny powinien dysponować wystarczającą mocą, aby z jednej strony skompensować ponadnormatywny  pobór energii  biernej indukcyjnej lub znacząco ograniczyć energię bierną pojemnościową, a z drugiej strony skutecznie zająć się obniżeniem poziomu wyższych harmonicznych prądu (THDi). Kompensacja mocy biernej pozwoli ograniczyć koszty energii elektrycznej, a filtracja wyższych harmonicznych prądu dodatkowo ustabilizuje sieć energetyczną i poprawi warunki pracy maszyn i urządzeń, dzięki czemu możliwe jest zmniejszenie liczby przestojów i awarii. W razie potrzeby w przypadkach stwierdzonej znacznej asymetrii obciążeń, filtr wyrówna obciążenia pomiędzy fazami redukując w ten sposób płynący prąd w przewodzie neutralnym.

4. Konfiguracja i funkcje dodatkowe

Nowoczesne filtry aktywne to urządzenia bardzo zaawansowane technicznie i często dobierane do potrzeb konkretnej instalacji elektrycznej. Przed wyborem warto zatem sprawdzić:

• moc urządzenia,
• sposób przyłączenia do sieci (z przewodem neutralnym lub bez),
• dostępne tryby kompensacji (wyższe harmoniczne, moc bierna, asymetria),
• możliwość pracy równoległej,
• interfejsy komunikacyjne (Modbus, Ethernet, WiFi, panel HMI),
• funkcje diagnostyczne i alarmowe.
• możliwość konfiguracji i dostosowania do potrzeb.
  

5. Warunki montażu i chłodzenia

Podczas projektowania i przygotowywania miejsca instalacji filtra aktywnego warto uwzględnić warunki środowiskowe:

• temperaturę pracy,
• wentylację i sposób chłodzenia,
• klasę szczelności obudowy (IP),
• miejsce montażu (ściana, szafa, podłoga),
• miejsce podłączenia do sieci elektrycznej,
• miejsce zainstalowania przekładników prądu (najlepiej przy głównym zasilaniu),
• wymagane odległości od innych urządzeń elektrycznych.
  

Filtr aktywny wymaga odpowiedniej przestrzeni oraz ochrony przed pyłem, wilgocią i wysoką temperaturą. Nieprawidłowy montaż skraca jego żywotność i utrudnia dostęp do urządzenia.

Kiedy warto skonsultować się z producentem?

Dobór filtra aktywnego należy skonsultować z producentem. Elsta Elektronika oferuje kompleksowe wsparcie techniczne i dobór urządzeń dopasowanych do konkretnych instalacji przemysłowych i energetycznych. Dzięki temu filtr aktywny nie tylko zadziała skutecznie, ale też będzie inwestycją bez ryzyka.

Bezpieczna i świadoma decyzja

Dobór filtra aktywnego nie jest decyzją „na oko”. Wymaga pomiarów, analizy i znajomości sieci. Tylko wtedy filtr aktywny będzie skutecznie eliminować zakłócenia i realnie poprawi jakość energii w instalacji.

Dobrze dobrany filtr aktywny to niższe koszty eksploatacji, większa niezawodność urządzeń i zgodność z normami jakości energii. W środowisku przemysłowym – to również spokój i przewidywalność działania systemu.

Co to jest przekompensowanie i dlaczego jest niebezpieczne?

Przekompensowanie to zjawisko, w którym do sieci oddawana jest moc bierna pojemnościowa. W praktyce oznacza, że zamiast pobierać energię bierną z sieci, odbiornik ją do niej wprowadza. Choć sprawa brzmi niegroźnie, skutki przekompensowania mogą być poważne i kosztowne.

Najczęstszą przyczyną przekompensowania jest niedopasowanie układu kompensacji mocy biernej do rzeczywistego zapotrzebowania obiektu lub po prostu brak układu kompensującego moc bierną. Problem często pojawia się w instalacjach, gdzie zastosowano baterie kondensatorów o zbyt dużej mocy lub w przypadku obiektów z dużą liczbą długich linii kablowych i odbiorników energooszczędnych.

Skutki przekompensowania

Przekompensowanie prowadzi do:

• naliczania opłat za energię bierną pojemnościową,
             
• możliwości wystąpienia zjawiska rezonansu w sieci,
             
• obniżenia jakości energii i zakłóceń w pracy wrażliwych urządzeń,
             
• niepotrzebnego obciążenia infrastruktury sieciowej i zmniejszenia jej sprawności.
• podwyższenia napięcia sieciowego
  
  

Wbrew pozorom, przekompensowanie dotyczy nie tylko dużych zakładów przemysłowych, ale również obiektów użyteczności publicznej czy nawet budynków mieszkalnych, gdzie rośnie udział odbiorników energooszczędnych, w tym oświetlenia LED oraz instalacji fotowoltaicznych.

Jak rozpoznać, że instalacja jest przekompensowana?

Oto najczęstsze sygnały ostrzegawcze:

• opłaty na fakturze za energię bierną pojemnościową,    
• zakłócenia w pracy urządzeń elektronicznych
• podwyższone napięcie sieciowe
  
  

Jak uniknąć przekompensowania?

Kluczowe jest odpowiednie dopasowanie układu kompensacji do charakteru i profilu pracy instalacji. W praktyce oznacza to:

• wykonywanie pomiarów obciążenia i parametrów sieci,
             
• dobór urządzeń kompensujących „szytych na miarę”,
             
• stosowanie dynamicznych  układów kompensujących moc bierną np. filtrów aktywnych.

Zastosowanie filtrów aktywnych do realizacji zadania kompensacji mocy biernej ma tę zaletę, że filtr aktywny dynamicznie dostosowuje swoją moc do potrzeb instalacji i wykonuje kompensację w takim zakresie, w jakim w danej chwili jest potrzebny. Efektem pracy urządzenia jest wyeliminowanie mocy biernej pojemnościowej i obniżenie opłat za energię bierną. Filtr aktywny np. APF-100 i APF-300 produkcji Elsta Elektronika może jednocześnie realizować 3 główne funkcjonalności tj. kompensację mocy biernej zarówno pojemnościowej jako i indukcyjnej, filtrację wyższych harmonicznych prądu oraz symetryzację obciążeń, a tym samym kompleksowo przywrócić jakość energii elektrycznej do odpowiedniego poziomu.

Przekompensowanie a przepisy prawa

Ponadumowny pobór energii biernej pojemnościowej może podlegać opłatom. Operatorzy sieci naliczają kary w przypadku generowania nawet niewielkiej ilości mocy biernej pojemnościowej.

Dlatego przekompensowanie jest nie tylko problemem technicznym, ale i finansowym. Szczególnie niebezpieczne jest w układach, gdzie nie prowadzi się stałego monitoringu zużycia energii.

Bezpieczna kompensacja zaczyna się od analizy

Każdy przypadek kompensacji powinien rozpoczynać się od rzetelnej analizy danych, w tym analizy faktur i danych z liczników energii elektrycznej. W trudniejszych przypadkach np. w przedsiębiorstwach, w których poziom obciążenia jest zmienny lub występuje cykliczne załączanie i wyłączanie różnych odbiorników, warto  przeprowadzić pomiary jakości energii elektrycznej.są  Tylko wtedy możliwy jest precyzyjny dobór rozwiązania dopasowanego do konkretnej instalacji elektrycznej.

Optymalna gospodarka mocą bierną wymaga nie tylko urządzeń, ale przede wszystkim wiedzy i analizy danych pomiarowych.