Kysymyksiä ja vastauksia

1. Kun loisteho vaihtelee kapasitiivisen ja induktiivisen välillä jatkuvasti, mikä vaikutus sillä on muuntajaan? Entä verkkoyhtiön verkkoon?

· Loistehon jatkuva vaihtelu aiheuttaa muuntajassa ylimääräisiä häviöitä (rauta- ja kuparihäviöt kasvavat) ja lisää dynaamista lämpökuormitusta. Tämä rasittaa muuntajan eristeitä ja lyhentää käyttöikää. Lisäksi nopeat muutokset voivat aiheuttaa jänniteheilahteluita (flicker-ilmiötä) verkossa, mikä heikentää sähkön laatua ja voi häiritä herkkiä asiakaslaitteita.

2. Mikä vaikutus on vinokuormalla muuntajaan? Meneekö virtausta nollajohtimeen ja sitten maihin? Jos vinokuorma saadaan korjattua, poistuuko kolmas harmoninen yliaalto? Säästyykö vinokuorman korjauksella energiaa?

· Vinokuorma aiheuttaa epäsymmetrian vaiheiden välillä. Tämä epätasapaino kuormittaa muuntajan ydinrakennetta epäsymmetrisesti ja kasvattaa nollajohtimen virtaa. Kyllä, nollajohtimeen syntyy ylimääräinen virta, joka kulkee nollan kautta ja mahdollisesti maadoitukseen. Korjaamalla vinokuorma pienennetään nollajohtimen virtaa ja parannetaan vaiheiden tasapainoa, mikä vähentää muuntajan kokonaishäviöitä.

· Kolmas harmoninen yliaalto liittyy erityisesti epälineaarisiin kuormiin (esimerkiksi tasavirtalähteisiin) ja voi osittain vähentyä vinokuorman korjauksen yhteydessä, mutta se ei automaattisesti poistu kokonaan ilman harmonisten suodatusta.

· Vinokuorman korjauksella säästetään energiaa, koska järjestelmän virta vähenee, jännite pysyy vakaampana ja kuparihäviöt (I²R) pienenevät.

3. Mikä vaikutus virran säröllä on muuntajaan ja verkkoyhtiön verkkoon?

· Virran särö (eli korkea THDi) kasvattaa kuormavirran tehokasta arvoa (RMS). Muuntajassa tämä tarkoittaa suurempaa lämpökuormaa, koska harmoniset yliaallot eivät siirrä aktiivista tehoa mutta lisäävät lämpöhäviöitä. Lisäksi yliaallot voivat aiheuttaa resonansseja ja kasvattaa jänniteväritteisyyttä verkossa.

· Verkkoyhtiön verkossa korkea THDi voi heikentää sähkön laatua laajalla alueella ja johtaa mm. kaapelien ja jakelulaitteiden ylimääräiseen lämpenemiseen ja ennenaikaiseen kulumiseen.

Nyt syvätekniikkaa – pitkät vastaukset kysymyksiin 4–6:

4. Jos loistehokerroin on -0,90 ja vinokuormaa on 30 % ja ne saadaan korjattua siten, että loistehokerroin on +0,99 ja vinokuorma on 0 %, paljonko säästyy energiaa prosentteina?

Selitys:

Loistehokerroin -0,90 tarkoittaa, että osa sähköverkkoon otetusta virrasta ei tee hyödyllistä työtä, vaan kierrättää loistehoa edestakaisin. Tällaisessa tilanteessa reaktiivisen tehon osuus on suuri ja aktiivisen tehon (todellisen työn tekevän) osuus on verrattain pieni.

Korjaamalla loistehokerroin +0,99:ään reaktiivisen tehon kierrätys lähes loppuu. Samalla vinokuorman poistaminen tarkoittaa, että vaiheiden kuormat tasapainottuvat ja

nollajohtimen ylimääräinen virtaus katoaa, mikä vähentää järjestelmän häviöitä (I²R-häviöitä).

Laskennallinen lähestyminen:

· Jos loistehokerroin on -0,90, kokonaisvirta on noin 11 % suurempi kuin puhtaasti aktiivisella kuormituksella.

· Vinokuorma (30 %) kasvattaa virran huippuarvoja ja lisää kokonaisvirtaa (arvio 3–5 % lisää).

· Häviöt (P_häviöt) ovat verrannollisia virran neliöön (I²R), joten jo pienikin virran vähennys vaikuttaa merkittävästi häviöihin.

Arvio:

· Pelkän loistehon korjauksen hyöty on noin 5–7 % energiansäästöä.

· Vinokuorman korjauksesta lisäsäästöä 1–3 %.

Kokonaisvaikutus:

≈ 6–10 % energiansäästö normaalikäytössä.

(Ns. worst-case säästö >10 %, jos verkko oli alun perin tosi huonossa kunnossa.)

5. Jos loistehokerroin on -0,90, vinokuormaa on 30 % ja THDI myös 30 % ja ne saadaan korjattua siten, että loistehokerroin on +0,99, vinokuorma on 0 % ja THDI 8 %, paljonko säästyy energiaa prosentteina?

Selitys:

Nyt kuvassa on mukana myös korkea virran särö (THDI = 30 %).

· Korkea THDI kasvattaa kokonaisvirtaa voimakkaasti, koska harmoniset komponentit lisäävät RMS-arvoa ilman että ne tekevät hyödyllistä työtä.

· 30 % THDI vastaa jopa noin 4,5–5,0 % lisäkuormitusta muuntajalle ja kaapeleille virran neliön suhteen.

· Särön korjaaminen alas 8 %:iin pienentää harmonisten komponenttien virtaa merkittävästi.

Yhdistetty vaikutus:

· Loistehokerroin korjattu: ~5–7 % säästö

· Vinokuorma korjattu: ~1–3 % säästö

· Harmoninen särö vähennetty: ~3–5 % säästö

Kokonaisvaikutus (summautuvasti mutta konservatiivisesti):

· Säästö noin 10–15 % normaalitilanteessa.

· Hyvin huonossa alkutilanteessa (epäsymmetrinen kuorma, paljon harmonisia, huono loistehokerroin) säästö voi olla jopa 20 % asti.

Tärkeää:

· Vaikutus riippuu paljon siitä, kuinka paljon alun perin oli resistiivistä vs. induktiivista/epälineaarista kuormaa.

· Jos suurin osa energiasta meni jo hyödylliseen työhön, suhteellinen säästö voi jäädä alemmaksi.

6. Näkyykö edellä mainitussa tilanteessa korjauksen vaikutus keskijännitepuolen mittauksessa energian säästönä?

Selitys:

Kyllä näkyy, mutta mittaustavasta riippuen vaikutus voi olla suorempi tai epäsuorempi.

Jos keskijännitepuolella mitataan aktiivista energiaa (kWh):

· Energiansäästö näkyy suoraan alentuneena energiankulutuksena, koska kuparihäviöt ja muuntajahäviöt pienenevät, ja muuntaja toimii tehokkaammin.

· Vähemmän loistehoa -> vähemmän verkkoon otettua virtaa -> vähemmän kokonaishäviöitä.

Jos mitataan lisäksi loistehoa (kVArh) tai tehollista tehoa (kVAh):

· Loistehokerroin paranee (lähemmäksi +1,00), mikä näkyy tehollisen energian pienentymisenä suhteessa aktiivienergiaan.

Jos taas mittaus perustuu pelkästään teholliseen ottoon (kVA) ilman aktiivisen energian mittaamista:

· Silloin säästön näkyminen riippuu siitä, miten verkkoyhtiö käsittelee laskutuksen: yleensä kWh-pohjainen mittaus kuitenkin havaitsee parhaiten säästön.

Tiivistettynä:

Korjaus parantaa koko muuntopiirin ja liittymän hyötysuhdetta, ja energian säästö näkyy selvänä alenemisena myös keskijännitepuolen energiamittauksissa. Muutoksesta hyötyy siis suoraan asiakas.