Niet alle stroom die door kabels in een fabriek stroomt wordt ook verbruikt door machines. Bij een wisselstroomaansluiting krijg je vaak te maken met blindstroom en de cosinus phi. Blindstroom is stroom die wel door kabels heen loopt, zorgt voor warmte en energieverlies, maar niet wordt verbruikt door machines. De grootte van de blindstroom wordt bepaald door de cosinus phi. Hoe dit precies werkt, leest u in deze blog.
Blindstroom, ook wel blindvermogen of reactief vermogen genoemd, is dus stroom die wel door kabels heen loopt, maar niet kan worden verbruikt door machines. Omdat de blindstroom wel door de kabels wordt getransporteerd, neemt het een deel van de capaciteit van de stroomkabels in beslag. Bij een hoog blindvermogen, kan dezelfde kabel dus minder nuttige stroom leveren. Daarnaast genereert blindstroom (net als de nuttige stroom) warmte als het door de kabel stroomt. Dit zorgt voor meer energieverlies tijdens het transport.
Blindstroom zorgt dus direct niet voor een hoger verbruik in apparaten, maar leidt wel tot hogere kosten en energieverlies bij transport voor netbeheerders. Daarom kunnen netbeheerders bij grootverbruikers kosten verbinden aan blindstroom.
Het deel van de stroom dat wel daadwerkelijk verbruikt wordt is het actief vermogen. Dit zie je op de energierekening terug als je ‘normale’ energieverbruik. Het reactieve vermogen vind je als grootverbruiker terug op de rekening van de netbeheerder als blindvermogen. In Vlaanderen staat de cosinus phi vaak expliciet vermeld op de energierekening.
Blindvermogen is een bijgevolg van een wisselstroomaansluiting. Het stroomnet en bijna alle fabrieken in Nederland maken gebruik van een wisselstroomaansluiting. Bij zo’n wisselstroomaansluiting fluctueert de spanning (V) en de stroom (I) als een golf tussen positieve en negatieve waarden. Het daadwerkelijke vermogen (P) dat door de aansluiting loopt wordt dan gegeven door P = V * I. Idealiter lopen de spanning en stroom precies synchroon, waardoor ze altijd óf allebei positief óf allebei negatief zijn. Dan is het vermogen namelijk op elk moment positief. In dit geval is er alleen actief vermogen en geen blindstroom.
In de praktijk lopen de golven voor de spanning en de stroom niet altijd gelijk. Dit kan komen door allerlei apparatuur, zoals bijvoorbeeld transformators of elektromagneten. Dit heeft als gevolg dat het vermogen op sommige momenten negatief wordt. Deze momenten vormen samen het blindvermogen.
Het vermogen dat je verwacht bij een wisselstroomaansluiting waarbij de spanning en de stroom perfect gelijk lopen noemen we het totale of schijnbare vermogen. De verhouding tussen het actieve vermogen en het schijnbare vermogen heet de arbeidsfactor en wordt uitgedrukt met cosinus phi. De cosinus phi is een getal tussen de 0 en de 1 en is dus een maat voor hoe ver de spanning en de stroom op elkaar achterlopen. Als de cosinus phi 1 is, is het actieve vermogen gelijk aan het schijnbare vermogen en is er dus geen blindvermogen.
Een cosinus phi van 0,9 duidt aan dat het actieve vermogen gelijk is aan 0.9 * schijnbaar vermogen. Bij een hogere cosinus phi kan een groter deel van het totale vermogen dat door de stroomkabels loopt daadwerkelijk worden verbruikt door machines. Daardoor is er minder transportcapaciteit nodig (zowel in de fabriek als op het stroomnet) en is er minder energieverlies tijdens het transport. Daarnaast brengen netbeheerders vaak kosten in rekening voor grootverbruikers bij een cosinus phi van 0.85 en lager.
Het schijnbare vermogen, actieve vermogen en blindvermogen hangen samen volgens de volgende formule:
(Schijnbaar vermogen)² = (Werkelijk vermogen)² + (Blindvermogen)²
Op basis van deze relatie kunnen we ook de formules voor het werkelijk- en blindvermogen vinden uitgedrukt in schijnbaar vermogen:
Werkelijk vermogen = Schijnbaar vermogen * cos φ
Blindvermogen = Schijnbaar vermogen * sin φ
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. Een afname van blindvermogen (het schuim) kan ervoor zorgen dat er meer ruimte is voor actief vermogen (het bier), zonder dat je een groter glas nodig hebt (meer aansluitcapaciteit). Zo kan er meer stroom nuttig worden gebruikt, zonder dat het glas overstroomt.
Bij een te lage cosinus phi maakt de netbeheerder extra kosten, doordat deze blindvermogen moet transporteren. In Nederland hanteren veel netbeheerders daarom een ondergrens voor de cosinus phi van 0.85. Een lagere cosinus phi zorgt voor meer slijtage en een hogere belasting van het stroomnetwerk. Netbeheerders kunnen daardoor minder bedrijven van dienst zijn met dezelfde aansluitingen. Er zijn grotere transformatoren en meer koper nodig.
Voor het afgenomen blindvermogen met een cosinus phi van lager dan 0.85 vragen netbeheerders in Nederland vaak een extra vergoeding. Je betaalt dus een boete als je cosinus phi te laag is en de netbeheerder veel blindvermogen moet transporteren. Zo hopen netbeheerders bedrijven te stimuleren maatregelen te nemen als de cosinus phi te laag wordt. Het is daarom voordelig om te zorgen dat je jouw cos phi zo dicht mogelijk bij 1 houdt. Zo kun je zelf je verbruikscapaciteit verhogen zonder nieuwe aansluiting en riskeer je geen boete.
Ook in Vlaanderen hanteert de netbeheerder een ondergrens voor de cosinus phi. Deze grens is hoger dan in Nederland, vanaf een cos phi van ongeveer 0.95 kunnen er al extra kosten worden doorberekend aan grootverbruikers. Bij een cosinus phi lager dan 0.72 gaan die kosten nog eens omhoog.
Daarnaast wordt er in Vlaanderen op momenten dat het verbruik laag is (minder dan 10% van het piekvermogen van de afgelopen 12 maanden, gemeten per 15 minuten) een minimumhoeveelheid blindvermogen gerekend. Als je energieverbruik veel fluctueert, kun je dus te maken krijgen met extra kosten voor blindvermogen. Een extra reden om jouw cos phi zo hoog mogelijk te houden.
Naast een boete zijn er nog andere nadelen van een lage cos phi of een te hoog blindvermogen:
Blindvermogen wordt vaak veroorzaakt door machines die magnetische velden creëren. Transformatoren, elektromagneten, elektromotoren, verlichting en computers kunnen allemaal invloed hebben op de cosinus phi. Industriële locaties hebben vaak meer machines met sterke magnetische velden. Daarom hebben deze locaties vaker een lagere cosinus phi. Aansluitingen thuis en voor commerciële panden hebben minder snel last van een te lage cosinus phi. Om die reden moeten alleen grootverbruikers betalen bij een te lage cosinus phi.
Het uiteenlopen van de spannings- en de stroomgolven noemen we ook wel een faseverschuiving. Bij een perfecte cosinus phi van 1 lopen de twee golven precies in fase, bij een lage cosinus phi is er een faseverschuiving. Die faseverschuiving is meestal het gevolg van de magnetische velden die de machines genereren. Met name grootverbruikers met sterke magnetische velden hebben last van faseverschuiving.
Niet elk apparaat zorgt voor eenzelfde type faseverschuiving. We kunnen het blindvermogen opdelen in twee soorten: inductief (of positief) blindvermogen zorgt voor een voorwaartse faseverschuiving, terwijl capacitief (of negatief) blindvermogen voor een achterwaartse faseverschuiving zorgt.
Bij inductief blindvermogen is er om apparaten te laten werken vermogen nodig voor het magnetiseren van de spoelen. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij elektromotoren en transformatoren. Dit vermogen wordt inductief blindvermogen genoemd. In dit geval loopt de stroom achter op de spanning.
Capacitief blindvermogen ontstaat door capacitieve belastingen, zoals condensatoren. Voorbeelden van apparaten die capacitief blindvermogen kunnen veroorzaken zijn verlichting en computeronderdelen. Bij capacitief blindvermogen loopt de stroom voor op de spanning.
Inductief en capacitief blindvermogen hebben eigenlijk een tegenovergesteld effect. Ze kunnen dus worden gebruikt om elkaar op te heffen. De grootte en het soort blindvermogen van een heel bedrijfspand is uiteindelijk een optelsom van alle soorten blindstroom in het pand. Industriële panden hebben vooral te maken met inductieve blindstroom.
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. Hierdoor vervormen ze de spanningsgolven in het stroomnetwerk. Dit wordt harmonische vervuiling genoemd en veroorzaakt ook blindvermogen. Voorbeelden van deze apparaten zijn LED verlichting, HVAC-systemen en computers.
In totaal bestaat blindvermogen dus uit drie verschillende soorten blindvermogen: inductief, capacitief en harmonisch.
Het inductieve blindvermogen kan worden gecompenseerd met een condensatorbank (of condensatorbatterij). Een condensatorbank zorgt dat de faseverschuiving die door bijvoorbeeld het magnetiseren van spoelen wordt veroorzaakt wordt gecompenseerd.
Een condensatorbank levert capacitief blindvermogen, waarmee lokaal de faseverschuiving van het inductieve blindvermogen wordt gecompenseerd. Dit blindvermogen hoeft dus niet meer door de netbeheerder te worden getransporteerd. Hierdoor gaat de cosinus phi van de aansluiting omhoog en de kosten voor de netbeheerder omlaag.
De voordelen van een condensatorbank op een rij:
Een statische VAR-generator voorkomt faseverschuiving door stroom te ‘injecteren’. Hierdoor loopt de stroom weer gelijk met de spanning en is de cos phi weer 1. De VAR-generator detecteert de cosinus phi en of we te maken hebben met inductief of capacitief blindvermogen. Doordat de VAR-generator stroom op het juiste moment injecteert, werkt deze zowel tegen inductief als capacitief blindvermogen.
De energieconsultants van Sensorfact gebruiken slimme software om mogelijkheden te identificeren voor het verhogen van uw cosinus phi en uw energie-efficiëntie in het algemeen. Tot nu toe hebben onze klanten tot 10-15% op hun energierekening bespaard. Gezien de huidige gas- en elektriciteitsprijzen levert dit vaak meer dan €100.000 aan potentiële jaarlijkse besparingen op!
Nieuwsgierig naar hoe dit voor uw fabriek kan werken? Vraag vandaag nog een vrijblijvende demo aan.
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