9 februari 2023 geven wij een webinar: hoe werkt het energiemanagementsysteem van Sensorfact?

Meld u gratis aan

Wat is cosinus phi en blindstroom?

Eén van de efficiëntste manieren om te besparen op energie is het verhogen van de cosinus phi en het verminderen van blindvermogen. Blindvermogen is de stroom die apparaten wel verbruiken, maar niet omzetten in beweging, warmte of licht. Deze stroom gaat dus als het ware verloren. Hoe werkt dit precies? De experts van Sensorfact leggen het uit.

Inhoudsopgave:

Wat is blindvermogen?

Apparaten en machines verbruiken meer stroom dan ze daadwerkelijk nodig hebben. Een deel van de verbruikte stroom wordt daadwerkelijk omgezet in warmte, licht of beweging. Dit hangt af van de functie van het apparaat. Een ander deel gaat verloren en wordt dus verspild.

Actief en reactief vermogen

Het deel van de stroom dat wel daadwerkelijk verbruikt wordt is actief vermogen (Pw). Het deel dat verloren gaat wordt reactief vermogen, blindstroom of blindvermogen genoemd. Deze stroom wordt dus niet nuttig gebruikt door het apparaat.

Blindvermogen is nodig voor het opwekken van een magnetische en elektrische velden. Dit vermogen is nodig voor het goed functioneren van een apparaat, maar wordt niet gebruikt voor de uiteindelijke functie.

Het verminderen van dit reactief vermogen leidt tot energiebesparing. Als het aandeel van actief vermogen groter wordt, is een apparaat namelijk efficiënter. Er wordt minder energie verspild, waardoor voor hetzelfde functioneren van de machine minder stroom nodig is.

Wat is cosinus phi (cos phi)?

Het verschil tussen het actieve vermogen en het totale verbruikte vermogen (de arbeidsfactor) wordt uitgedrukt met cosinus phi. De cosinus phi is een getal tussen de 0 en de 1. Als de cosinus phi 1 is, wordt 100% van de verbruikte energie door de machine omgezet in beweging, licht of warmte en is er dus geen verspilling.

Een cosinus phi van 0,9 duidt aan dat 90% van de verbruikte stroom wordt omgezet in actieve energie. 10% van de stroom gaat verloren en is dus blindvermogen. Hoe hoger de cosinus phi is, hoe efficiënter apparaten dus worden gebruikt. Meestal ligt deze tussen de 0,6 en 0,9. Dit betekent dus dat 60-90% van de stroom effectief wordt gebruikt.

Schijnbaar vermogen en werkelijk vermogen

Het verschil tussen het werkelijk verbruikte vermogen en het schijnbaar vermogen is het blindvermogen. De formule is dus als volgt:
Blindvermogen + werkelijk vermogen = schijnbaar vermogen

Hierbij is schijnbaar vermogen dus het totaal aan stroom dat door een apparaat wordt verbruikt. Bij een cosinus phi van 0,7 is het werkelijk vermogen goed voor 70% van het schijnbaar vermogen. Het blindvermogen is dan 30% van het schijnbaar vermogen.

Bierglasvergelijking

Om de verhouding tussen schijnbaar vermogen en werkelijk vermogen te verduidelijken wordt vaak de vergelijking gemaakt met een bierglas. Het bierglas staat symbool voor de stroominstallatie. Het bier is het actief vermogen, het schuim het reactief vermogen.

Zowel een te hoog actief vermogen als een te hoog reactief vermogen kan zorgen dat het bierglas overstroomt. Op dat moment raakt het stroomnetwerk dus overbelast. Hoe meer blindvermogen er is, hoe meer koper-, transformator- en aansluitingscapaciteit er nodig is.

Een afname van blindvermogen (het schuim) kan er voor zorgen dat er meer ruimte is voor actief vermogen (het bier). Zo kan er meer stroom nuttig worden gebruikt, zonder dat het glas overstroomt.

Een slechte cosinus phi (arbeidsfactor)

Veel netbeheerders hanteren een ondergrens voor de cosinus phi. Dit heeft ermee te maken dat bij een te lage cosinus phi de spanning in de toevoerleidingen toeneemt. Hierdoor ontstaat er veel warmte. Dit kan gevaarlijk zijn en zorgt voor overbelasting en slijtage van het stroomnetwerk.

Vaak is de ondergrens voor spanningen tot 50 kilovolt (kV) 0,85. Voor spanningen boven de 50 kilovolt is de ondergrens 0,8. Het is dus belangrijk om een zo hoog mogelijke cosinus phi te realiseren. De netbeheerder kan extra kosten in rekening brengen als de cosinus phi te laag is.

Boete bij te lage cosinus phi

Bij een te lage cosinus phi maakt de netbeheerder extra kosten, doordat deze blindvermogen moet transporteren. Sommige netbeheerders hanteren daarom zelfs een ondergrens van 0,9 voor de cos phi. Als deze lager is, worden extra kosten in rekening gebracht.

Door een te lage cosinus phi van bedrijven zien energiebeheerders de efficiëntie van hun stroomnet dalen. Ze kunnen daardoor minder bedrijven van dienst zijn met dezelfde aansluitingen. Er zijn grotere transformatoren en meer koper nodig.

Hierdoor loopt de netbeheerder omzet mis. Om die reden wordt een boete in rekening gebracht. Zo hopen netbeheerders bedrijven te stimuleren maatregelen te nemen als de cos phi te laag wordt.

Naast dat u sneller extra aansluitingscapaciteit nodig heeft, leidt een te hoge cos phi dus ook tot hogere stroomkosten. Het is daarom voordelig om te zorgen dat u uw cos phi zo dicht mogelijk bij 1 houdt. Zo kunt u zelf uw verbruik verhogen zonder nieuwe aansluiting en riskeert u geen boete.

Nadelen van blindvermogen/een lage cosinus phi

Naast een boete zijn er nog andere nadelen van een lage cos phi of een te hoog blindvermogen:

  • Stroomkosten voor stroom die niet daadwerkelijk wordt gebruikt
  • Grotere belasting van installaties, waardoor apparaten kunnen uitvallen. Bedrijfsprocessen kunnen dan worden verstoord en er ontstaan bottlenecks.
  • Overbelasting en oververhitting van de aansluiting
  • Sneller tegen de maximale capaciteit van de aansluiting aanlopen, waardoor deze uitgebreid moet worden.

Oorzaken van blindvermogen

Blindvermogen wordt veroorzaakt door magnetisme in motoren en transformatoren en condensatoren in elektronische apparatuur. Inductiemotoren bijvoorbeeld gebruiken maar 80-90% van de stroom nuttig. De rest wordt gebruikt om een magnetisch veld in de motor te creëeren. Er zijn verschillende oorzaken van blindvermogen.

Faseverschuiving

Vaak zakt de cosinus phi ook behoorlijk als er teveel inductieve apparaten op dezelfde installatie zijn aangesloten. Op dat moment ontstaat er faseverschuiving. Bij een cos phi van exact 1 is er geen sprake van faseverschuiving en zijn schijnbaar vermogen en werkelijk vermogen even hoog.

Als de faseverschuiving te groot wordt, kan het zijn dat deze gecompenseerd moet worden. Dat gebeurt met condensatoren in een condensatorbatterij. Op deze manier worden de faseverschuiving en de cos phi teruggebracht naar een acceptabele hoogte.

Met name grootverbruikers hebben last van faseverschuiving. Als er veel koelinstallaties, apparatuur, machines of motorregelaars aanwezig zijn, ontstaat eerder faseverschuiving. Zo raakt het stroomnet sneller overbelast.

Soorten faseverschuiving

Afhankelijk van het soort apparaten en de overige omstandigheden zijn er twee verschillende soorten faseverschuiving aan te duiden: inductief blindvermogen en capacitief blindvermogen.

Inductief blindvermogen

Bij inductief blindvermogen is er om apparaten te laten werken vermogen nodig voor het magnetiseren van de spoelen. Dit vermogen wordt inductief blindvermogen genoemd.

Capacitief blindvermogen

Capacitief blindvermogen komt vooral voor binnen organisaties met veel elektronica, zoals datacenters en ziekenhuizen. Capacitief blindvermogen ontstaat door capacitieve belastingen.

Harmonisch blindvermogen

Naast faseverschuiving kan er ook sprake zijn van harmonisch blindvermogen. Dit komt door apparaten die niet-lineaire belasting op het stroomnet veroorzaken. Deze apparaten gebruiken stroom niet in een gelijkmatige sinusgolf, maar in onregelmatige pulsen.

Voorbeelden van deze apparaten zijn ledverlichting, HVAC-systemen en computers. De pulsen die deze apparaten veroorzaken zorgen ervoor dat stroom terugvloeit naar andere onderdelen van het stroomnetwerk. Dit wordt harmonische vervuiling genoemd en veroorzaakt blindvermogen.

In totaal bestaat blindvermogen dus uit drie verschillende soorten blindvermogen: inductief, capacitief en harmonisch.

Verminder faseverschuiving met een condensatorbank

Het inductieve blindvermogen kan worden gecompenseerd met een condensatorbank of condensatorbatterij. Een condensatorbank zorgt dat de faseverschuiving die door het magnetiseren van de spoelen wordt veroorzaakt wordt gecompenseerd.

Een condensatorbank levert het vermogen dat nodig is om de spoelen te magnetiseren. Dit blindvermogen hoeft dus niet meer uit het stroomnet te worden gehaald.

De voordelen van een condensatorbank op een rij:

  • Minder stroomkosten door lager verlies van stroom
  • Het vermijden van een cos phi boete door de netbeheerder
  • Minder overbelasting van installaties, dus een langere levensduur en lagere life cycle costs
  • Minder overbelasting van installaties, dus minder uitvallen van bedrijfsprocessen
  • CO2-reductie door verminderd stroomverbruik
  • Meer capaciteit op hetzelfde stroomnet, dus meer mogelijkheden tot uitbreiden

Verminder faseverschuiving met een statische VAR-generator

Een statische VAR-generator voorkomt faseverschuiving door stroom te ‘injecteren’. Hierdoor loopt de stroom weer volledig gelijk met de spanning en is de cos phi weer 1. Doordat de VAR-generator stroom op het juiste moment injecteert, werkt deze zowel tegen inductief als capacitief blindvermogen.

Vermijd een cosinus phi boete en verbeter uw energie-efficiëntie met energieadvies van een expert

De energieadviseurs van Sensorfact staan voor u klaar om u te helpen bij het verhogen van uw cosinus phi. Met onze soft- en hardware worden besparingsmogelijkheden in kaart gebracht.

Vervolgens adviseren onze experts maatregelen voor u, die u kunnen helpen bij het verhogen van uw cos phi. Het verhogen van de cosinus phi is een van de vele maatregelen die de experts van Sensorfact aan u kunnen adviseren.

Onze klanten besparen tot wel 15% op hun energierekening. Met de huidige gas- en stroomprijzen kan dat jaarlijks oplopen tot een besparing van meer dan €100.000.

Begin vandaag nog met besparen

Of u nu energie wilt besparen of onderhoud wilt voorkomen, wij kunnen u laten zien welke voordelen onze slimme oplossing heeft voor uw fabriek. Begin direct met het besparen van tijd en kosten.

Vraag een gratis demo aan