Waarom compenseren

Een installatie is doorgaans opgebouwd uit een distributie transformator welke de spanning van het middenspanningsnet transformeert naar 400V. Het vermogen van een transformator is beperkt en wordt opgegeven in schijnbaar vermogen kVA. Immers de trafo biedt 400Volt aan bij de afnemer waarbij de enige beperking de stroom is die de transformator kan leveren dus S=U x I.

Voorbeeld:
Als we een motor hebben van 450kW met een cosinus phi van 1 geldt:
Schijnbaar vermogen S = P / cosphi; 450 / 1 = 450kVA.
In dit geval is het schijnbaar vermogen gelijk aan het actieve vermogen. De transformator levert 450kVA.

Als dezelfde motor een cosinus phi heeft van 0,68 geldt:
Schijnbaar vermogen S = P / cosphi ; 450 / 0,68 = 661kVA.
In dit geval is het schijnbaar vermogen groter als het actieve vermogen. De transformator moet 661kVA aan de motor leveren.
Stellen we de cosinus phi op 0,50 dan moet de transformator 900kVA leveren.
Stellen we de cosinus phi op 0,95 dan moet de transformator 474kVA leveren.

Cosinus phi compensatie

De efficiëntie van een installatie hangt af van de cosinus phi. In het ideale geval is het actieve vermogen gelijk aan het schijnbaar vermogen, de cosinus phi is dan 1. P = S en Q = 0.
Hoe meer de cosinus phi afwijkt van 1 hoe minder nuttige energie er door de installatie vervoerd kan worden.

Als de transformator die de voeding van deze installatie vormt 800kVA is, blijft er in geval van cosinus phi 0,68 slechts 139kVA over voor de rest van de installatie rond de bewuste motor van 450kW.
Als er de installatie uitgebreid zal worden dient er of meer schijnbaar vermogen geïnstalleerd moeten worden OF de cosinus phi zal beter moeten worden.

Of er meer schijnbaar vermogen geïnstalleerd kan worden, hangt onder meer af van de beschikbaarheid van vermogen op het middenspanningsnet en de capaciteit van de middenspanning bekabeling.
Ook kan het zijn dat de transformator ruimte te klein is voor een grotere transformator.
Wat heel vaak vergeten wordt is de capaciteit van de laagspanningsverdeler. Bij een grotere transformator is het bijna altijd noodzakelijk de laagspanningsverdeler te verzwaren of te vervangen. De kosten lopen dan heel snel op, het traject waarin e.e.a. gerealiseerd kan worden duurt maanden.

We rekenen nog even verder:
Om in het hierboven genoemde voorbeeld, motor 450kW met een cos phi van 0,68 te compenseren naar laten we zeggen 0,95, hoeveel compensatie vermogen is dan nodig?
Belasting 450kW met een cos phi van 0,68 en een schijnbaar vermogen S = P / cosphi = 450 / 0,68 = 661,7kVA. Het reactief vermogen bedraagt:
Qc=√S²-P² = √ 661,7² - 450² =485kVAr.
Als we 485kVAr opstellen zal de cosinus phi weer 1 zijn. Maar we willen slechts compenseren naar 0,95.
Qc-√P/phi-wens²-P² = 485-√450/0,95² - 450² = 337kVAr

Hiermee houden we nog over aan schijnbaar vermogen:
450kW / 0,95 = 473,6 kVA. De reductie aan schijnbaar vermogen is dus 661,7-473,6=188,1kVA.
Uiteraard is dit een berekende waarde en zullen we moeten kijken wat een gunstige commerciële waarde is om hier in te zetten.