Jalový výkon: proč 1000 W při cos φ 0,8 zatěžuje instalaci jako 1250 VA
U induktivního spotřebiče část proudu jen vytváří a vrací magnetické pole. Nepřidává žádnou činnou energii, ale vodič ji přesto musí přenést. Co znamenají W, var a VA — a kdy to pro vás opravdu má význam.
Příznak: na štítku jsou dvě různá čísla výkonu
Kupujete záložní zdroj a vidíte „1500 VA / 900 W“. Vezmete do ruky motor a na štítku máte 1,1 kW a cos φ 0,8. Výrobce měniče píše o zdánlivém výkonu, prodejce o wattech a vyúčtování za elektřinu o kilowatthodinách.
Není to zmatek v označování. Jsou to tři různé veličiny. U téměř čistě odporové zátěže — topného tělesa nebo klasické žárovky — jsou skoro stejné. U motoru, transformátoru a výbojky se rozcházejí naplno.
Rozdíl bývá velký. Spotřebič s výkonem 1000 W při cos φ rovném 0,8 zatěžuje instalaci, jako by měl 1250 VA. Vodič a měnič musí tento proud přenést, přestože mu neodpovídá žádná dodatečná energie. Jištění se přitom nenavrhuje pouhým přepočtem VA na ampéry — rozhoduje charakteristika celého obvodu.
Tři výkony, jeden trojúhelník
Činný výkon ve wattech je ten, který se mění v pohyb, teplo nebo světlo. Za něj platíte v domácí sazbě a právě on určuje, jak dlouho vydrží akumulátor.
Jalový výkon ve varech žádnou práci nekoná. Krouží mezi zdrojem a spotřebičem: v jedné čtvrtině periody nabíjí magnetické pole motoru, v další se vrací do sítě. Bilance za celou periodu je nulová, ale proud teče po celou dobu.
Zdánlivý výkon ve voltampérech je součin napětí a proudu, tedy to, co vodič skutečně vidí. Spojuje je Pythagorova věta:
S² = P² + Q²
Pro spotřebič 1000 W při cos φ 0,8 vychází 1250 VA zdánlivého výkonu a 750 var jalového výkonu. Při 230 V to znamená proud 5,43 A místo 4,35 A — o čtvrtinu víc ve stejném vodiči, při stejné vykonané práci.
Odkud se bere proud, který nikdo nespotřebuje
Motor nemění proud na pohyb přímo. Nejprve musí ve vinutí vybudovat magnetické pole — a to pole je třeba napájet bez ohledu na to, zda je hřídel zatížená.
Magnetizační proud teče i tehdy, když motor běží naprázdno. Proto má nedostatečně zatížený motor nejhorší cos φ z celého svého pracovního rozsahu: činného výkonu odebírá málo, ale magnetizovat musí stejně. Motor zvolený „s velkou rezervou“ situaci zhoršuje, místo aby ji zlepšoval.
Stejná logika platí pro transformátory, tlumivky ve svítidlech s výbojkami a cívky stykačů. Topné těleso, klasická žárovka ani konvice nemají co magnetizovat — jejich cos φ je blízký jedné a všechny tři výkony jsou prakticky stejné. Neplatí to pro LED svítidla ani zářivky: tam mezi sítí a zdrojem světla stojí elektronický obvod a věc vypadá jinak.
cos φ není vždy účiník
Tady začíná místo, kde se pletou i odborné texty.
cos φ popisuje fázový posun mezi napětím a proudem. Má smysl tehdy, když je proud sinusový — tedy u motorů, transformátorů a dalších lineárních spotřebičů.
Účiník je širší pojem: poměr činného výkonu ke zdánlivému, nezávisle na tvaru průběhu. Spínané zdroje, měniče, nabíječky a část LED osvětlení odebírají deformovaný proud — ne sinusovku, ale krátké impulzy kolem vrcholu napětí. Samotný cos φ pak výsledek nadsazuje, protože nezohledňuje harmonické.
Praktický závěr: výpočet z cos φ je správný pro motor a transformátor. U zdroje počítače nebo měniče jej berte jako odhad z té optimistické strany a skutečný účiník ověřte v dokumentaci zařízení.
Kompenzace: kondenzátory a co nevyřeší
Jalový výkon motoru lze vyrobit na místě, místo aby se tahal ze sítě. Kondenzátor odebírá jalový výkon opačného znaménka, takže připojený paralelně k motoru zmenšuje to, co protéká napájecím vodičem.
Příklad s čísly. Podnik odebírá 10 kW při cos φ 0,7 a chce se dostat na 0,95 při 400 V a 50 Hz. Ke kompenzaci zbývá 6915 var. V zapojení do trojúhelníku je na to potřeba 45,86 µF na fázi, ve hvězdě 137,57 µF — třikrát víc. Kdo uvede jedinou hodnotu bez určení zapojení, mýlí se ve dvou případech ze tří. Proud v napájecím vodiči přitom klesne o 26,3 procenta.
Co takový výsledek neříká. Neříká, zda jsou v instalaci harmonické — a u nelineárních spotřebičů může kondenzátorová baterie vstoupit do rezonance s indukčností sítě a situaci zhoršit, místo aby ji zlepšila. Nenahrazuje volbu provozního napětí, třídy kondenzátorů ani ověření podmínek výrobce. Hodnota v mikrofaradech je teoretickým výpočtem pro uvedené zapojení, nikoli nákupním seznamem.
Kdy se to týká vás
První případ je volba měniče nebo záložního zdroje. Tato zařízení mají výkon uveden ve voltampérech právě proto, že je omezuje proud, nikoli energie. Lineární spotřebič 600 W při cos φ 0,45 vyžaduje přibližně 1333 VA. Samotný nápis „1000 W“ na měniči tedy k posouzení nestačí: porovnejte jeho trvalý a špičkový výkon uvedený ve VA, povolený proud a údaje svého spotřebiče.
Druhý je poplatek za jalový výkon. Provozovatel sítě nebo sazba mohou účtovat přebytek jalové energie nad stanovenou mez. Neuvádíme zde prahy ani sazby, protože závisejí na zemi, sazbě a smlouvě — ověřte je ve své smlouvě a na faktuře, nikoli v kalkulačce, která neví, kde stojíte. Zda poplatek vůbec nastane a od jaké úrovně, plyne ze smlouvy a pravidel provozovatele pro konkrétní přípojku. Obecný článek — včetně tohoto — není podkladem pro posouzení vlastní faktury.
Třetí je průřez vodiče. Volí se podle proudu a proud plyne ze zdánlivého výkonu. Týž spotřebič 1000 W vyžaduje vodič na 5,43 A při cos φ 0,8 a na 4,35 A při cos φ rovném 1.