Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Kompensacja mocy biernej - zagadnienia wybrane - odbiorniki i źródła mocy biernej

Reactive power compensation – selected issues. Part 1 – receivers of reactive power
W artykule przedstawiono podstawowe zagadnienia związane z kompensacją mocy biernej w układach elektrycznych. W pierwszej części opisano odbiorniki mocy biernej.
W artykule przedstawiono podstawowe zagadnienia związane z kompensacją mocy biernej w układach elektrycznych. W pierwszej części opisano odbiorniki mocy biernej.
Rys. redakcja EI

Postęp technologiczny oraz postępujące uzależnienie społeczeństwa, przemysłu od nowoczesnej technologii wymuszają korzystanie z nowoczesnych systemów komputerowych. W chwili obecnej w każdym gospodarstwie domowym, małej firmie, czy też dużym zakładzie przemysłowym powszechnie wykorzystuje się technikę mikroprocesorową. Znajdziemy ją w telewizorze, komputerze, zegarku, lodówce, dekoderze telewizji cyfrowej, drukarce, maszynie produkcyjnej i w wielu innych miejscach.

W artykule:

• Wiadomości wstępne
• Odbiorniki mocy biernej

Większość urządzeń zainstalowanych w zakładach przemysłowych pobiera moc bierną indukcyjną. Należą do nich głównie silniki asynchroniczne, transformatory, dławiki, piece indukcyjne itp.

Nowoczesne obiekty użyteczności publicznej wyposażone są przede wszystkim w układy elektroniczne (komputery, systemy zarządzania budynkiem (BMS), monitoringu, kontroli dostępu, ochrony przeciwpożarowej oraz wentylacji i klimatyzacji), które z punktu widzenia sieci zasilającej, w większości stanowią odbiorniki pobierające moc bierną o charakterze pojemnościowym.

Wiadomości wstępne

Do urządzeń o dużym zapotrzebowaniu na moc bierną należą:

  • silniki indukcyjne,
  • transformatory,
  • linie elektroenergetyczne,
  • prostowniki,
  • piece indukcyjne.

Odbiornikami mocy biernej określa się urządzenia, które pobierają prąd bierny indukcyjny, a w rezultacie pobierają moc bierną indukcyjną. Natomiast urządzenia pobierające prąd bierny pojemnościowy (moc bierną pojemnościową) określane są jako źródła mocy biernej.
Na rys. 1. przedstawione są szacunkowe, procentowe udziały podstawowych odbiorników i źródeł mocy biernej.

Rys. 1. Szacunkowy, procentowy udział podstawowych źródeł i odbiorników mocy biernej [4]; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 1. Szacunkowy, procentowy udział podstawowych źródeł i odbiorników mocy biernej [4]; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko

Zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami, nie ma obowiązku kompensacji mocy biernej. Jednakże ponadwymiarowy pobór mocy biernej (indukcyjnej lub pojemnościowej) może się wiązać z karami finansowymi naliczanymi przez operatorów sieci dystrybucyjnych [1, 2, 3]. Ponadto przepływ mocy biernej przez urządzenia elektryczne wywołuje dodatkowe spadki napięć i straty mocy oraz ogranicza przepustowość poszczególnych elementów sieci (linie i transformatory). Dlatego przepisy [1, 2, 3] ograniczają, niezależnie od poziomu napięcia, ilość pobieranej mocy biernej, a ograniczenie to opisywane jest współczynnikiem mocy tg φ, którego wartość nie powinna przekraczać 0,4. Pobór mocy biernej pojemnościowej (pojemnościowy charakter odbioru) powoduje przyrost napięcia w punkcie przyłączenia do sieci, co może w niektórych przypadkach stwarzać zagrożenie przekroczenia wartości dopuszczalnych napięć.

Rys. 2. Trójkąt mocy; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 2. Trójkąt mocy; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko

Wartość współczynników mocy tg φ oraz cos φ wyznacza się z trójkąta mocy (rys. 2.). Można też je wyliczyć na podstawie zależności:

(1)

  (2)

Odbiorniki mocy biernej

Największy udział w poborze mocy biernej wykazują silniki indukcyjne. Moc bierna Q pobierana przez silnik indukcyjny składa się z dwóch części [4]:

  • mocy magnesowania,
  • strat mocy na reaktancji rozproszenia.

  (3)

gdzie:

Qj – moc bierna magnesowania (moc bierna biegu jałowego), w [var],
Qo – moc bierna rozproszenia, w [var],
c – stała,
U – napięcie na zaciskach silnika, w [V],
S – moc pozorna pobierana przez silnik, w [VA],
X – reaktancja gałęzi magnesowania silnika, w [W],
Xm – reaktancja rozproszenia wirnika i stojana silnika, w [W].

Moc bierna magnesowania silnika indukcyjnego, zwana również mocą biegu jałowego, jest niezależna od obciążenia silnika. Jest ona znacznie większa od mocy biernej rozproszenia, a na jej wartość ma wpływ głównie wielkość napięcia zasilającego.

Rys. 3. Przykładowy tygodniowy przebieg wartości współczynnika mocy tg φ zarejestrowany w wybranym obiekcie przemysłowym; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 3. Przykładowy tygodniowy przebieg wartości współczynnika mocy tg φ zarejestrowany w wybranym obiekcie przemysłowym; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 4. Współczynnik mocy cos φ w funkcji obciążenia silnika indukcyjnego dla różnych wartości cos φN [źródła: Strojny J.: Kondensatory w sieci zakładu przemysłowego, WNT, Warszawa 1976 oraz Sulkowski M.A.: Kompensacja mocy biernej – cel oraz skutki nieprawidłowego doboru urządzeń, Sympozjum „Kompensacja mocy biernej, a jakość energii elektrycznej”, Olsztyn 2003]; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko
Rys. 4. Współczynnik mocy cos φ w funkcji obciążenia silnika indukcyjnego dla różnych wartości cos φN [źródła: Strojny J.: Kondensatory w sieci zakładu przemysłowego, WNT, Warszawa 1976 oraz Sulkowski M.A.: Kompensacja mocy biernej – cel oraz skutki nieprawidłowego doboru urządzeń, Sympozjum „Kompensacja mocy biernej, a jakość energii elektrycznej”, Olsztyn 2003]; rys. G. Hołdyński, Z. Skibko

Wartość współczynnika mocy cos φ silników indukcyjnych zależy od ich konstrukcji oraz od stopnia ich obciążenia. Mniejszą wartość współczynnika mocy mają silniki:

  • o mniejszej prędkości obrotowej – mają większy prąd magnesujący (większa liczba par biegunów),
  • o większej szczelinie powietrznej – większy pobór mocy biernej rozproszenia (powiększenie szczeliny 1,5-krotne powoduje wzrost poboru mocy biernej o około 60%),
  • silniki pierścieniowe.

W rzeczywistych układach, główną przyczyną niskiej wartości współczynnika mocy jest niewłaściwy dobór silnika do obciążenia, tj. praca niedociążonych silników lub praca silników na biegu jałowym (rys. 3.  i rys. 4.). Wynika to z faktu, że niedociążony silnik pobiera mniejszą moc czynną i bierną rozproszenia, przy takim samym poborze mocy biernej magnesowania.

Drugą pod względem poboru mocy biernej grupę odbiorników mocy biernej – zaraz po silnikach asynchronicznych – stanowią są transformatory. W transformatorach moc bierna niezbędna jest do wytworzenia strumienia głównego oraz strumienia rozproszenia.

Podobnie jak w przypadku silnika indukcyjnego w transformatorze można wyróżnić straty mocy biernej stanu jałowego Qj oraz obciążeniowe straty mocy biernej Qo, co opisuje zależność [5]:

(4)

gdzie:

i0% – prąd stanu jałowego transformatora (prąd magnesowania), w [%],
ΔUX% – składowa bierna procentowego napięcia zwarcia transformatora, w [%],
Sn – moc znamionowa transformatora, w [VA],
Un – napięcie znamionowe transformatora, w [V],
S – obciążenie transformatora, w [VA],
U – rzeczywiste napięcie pracy transformatora, w [V].

Jałowe straty mocy biernej Qj (na magnesowanie rdzenia transformatora) zależą od kwadratu napięcia zasilającego transformator, natomiast obciążeniowe straty mocy biernej Qo spowodowane przepływem prądu przez reaktancję transformatora są proporcjonalne do kwadratu stopnia obciążenia transformatora.

Współczynnik mocy transformatora, podobnie jak dla silników indukcyjnych, zależy w dużym stopniu od wartości i charakteru jego obciążenia.

Współczynnik mocy po stronie pierwotnej transformatora znacznie się zmniejsza przy jego niedociążeniu. Przy zwiększaniu obciążenia transformatora do około 60% jego mocy znamionowej, wartość współczynnika mocy cos φ znacząco rośnie, a dalsze zwiększanie obciążenia transformatora nieznacznie już wpływa na współczynnik mocy.

Literatura

1. Taryfa dla usług dystrybucji energii elektrycznej. PGE Dystrybucja S.A., Lublin 2014 r.
2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz. U. z 2007 r., Nr 93, poz. 623)
3. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej. PGE Dystrybucja S.A., Lublin, 10 września 2013 r. (z późniejszymi zmianami)
4. Strojny J.: Kondensatory w sieci zakładu przemysłowego, WNT, Warszawa 1976
5. Niebrzydowski J.: Sieci elektroenergetyczne, Wydawnictwo PB, Białystok 1997
6. Sulkowski M.A.: Kompensacja mocy biernej – cel oraz skutki nieprawidłowego doboru urządzeń, Sympozjum „Kompensacja mocy biernej, a jakość energii elektrycznej”, Olsztyn 2003

Czytaj też: Kompensacja mocy biernej przy przebiegach odkształconych (część 1) >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 9/2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Jak zoptymalizować sieci produkcyjne i sterujące »

Czy znasz, ekologiczną alternatywę dla agregatów »

drukarka etykiet systemy zasilania
Czujniki inteligentne działają coraz lepiej ze względu na dostępność coraz mniejszych i atrakcyjniejszych cenowo mikrokontrolerów. Dzięki nim nasze czujniki są w stanie (...) czytam więcej » W połączeniu z elektroniką prezentuje ona szczyt nowoczesnej technologii agregatów prądotwórczych (...) czytam dalej »

 


Szukasz  producenta komponentów przemysłowych? Sprawdź ich »

Kamery termowizyjne Dzięki wykorzystaniu innowacyjnych rozwiązań stosowanych w sektorze opieki zdrowotnej, zastosowaniach konsumenckich i przemysłowych, te podstawowe (...) czytam dalej »

 


 


Oznaczniki kabli i przewodów - jakie wybrać »

Gdzie znajdziesz systemy zasilania dla każdej dziedziny przemysłu »

drukarka etykiet systemy zasilania
Sposoby oznaczania kabli i przewodów w elektrycznych są różne.Jedne mniej trwałe, a inne (...) czytam więcej » Oferują zaawansowane usługi badawczo-rozwojowe obejmujące elektronikę, wbudowane oprogramowanie, mechanikę systemu zasilania (...) czytam dalej »

 


Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

Kamery termowizyjne Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można (...) czytam dalej »

 


Jak odwzorować światło dzienne przy użyciu opraw oświetleniowych »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

Ośiwetlenie - jakie wybrać? bezpanelowa energia słoneczna
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Jaką drukarkę do oznaczeń elektrycznych wybrać»

etykietowanie kabli i przewodów Priorytetem przy oznaczaniu sieci i jej poszczególnych elementów czy kolejnych aparatur w szafach rozdzielczych, kilometrów kabli, dziesiątek przełączników czy kolejnych aparatur w szafach rozdzielczych jest ...... czytam dalej »


Automatyka i czujniki - dlaczego to takie ważne »

Poznaj tajemnicę elektryków - złączki bezszynowe »

Czujniki i automatyka złączki bezszynowe
Zarówno w sektorze energetyki tradycyjnej jak i odnawialnej, czujniki oraz automatyka muszą być odporne na oddziaływaniu warunków środowiskowych. Ekstremalne ... czytam więcej » Czy wiesz jak wykonać montaż i jak można łączyć ze sobą złączki bez użycia szyn ... czytam dalej »

Zasilacze a odporność na zwarcia - dlaczego to takie ważne?

Promocje na kamery termowizyjne W sieciach zasilających obiekty przemysłowe i użyteczności publicznej powszechnie stosuje się zasilacze bezprzerwowe UPS w celu ochrony ważnych urządzeń odbiorczych, wrażliwyc ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Jak odwzorować światło dzienne przy użyciu opraw oświetleniowych »

Uwaga konkurs! Znasz "elektrycznych" producentów? Zagraj i wygraj atrakcyjne nagrody »

Oświetlenie jakie wybrać aby przypominało światło dzienne Konkurs
Rodzaj oświetlenia ma również fundamentalny wpływ na nasz wzrok oraz bezpośrednio wpływa na nasze ciało, umysł i ... czytam dalej » Weź udział w letnim konkursie i zgarnij nagrody. Co tydzien nowa gra i nowa szansa na wygraną. Sprawdź się i zawalcz o wygraną! chcę zagrać »

Co jeszcze potrafią enkodery Ethernet?

UPS zasilacze Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym?

Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

Switche zarządzalne spd ograniczniki przepięć
Switche niezarządzalne to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz ... czytam dalej »

dr inż Grzegorz Hołdyński
dr inż Grzegorz Hołdyński
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej. Od 1997 roku pracuje w Zakładzie Elektroenergetyki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej, gdzie w 2006 roku uzyskał stopień d... więcej »
dr inż. Zbigniew Skibko
dr inż. Zbigniew Skibko
Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej. Od 2001 roku pracuje w Zakładzie Elektroenergetyki na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej, gdzie w 2008 roku uzyskał stopień d... więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
6/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 6/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Wpływ stacji szybkiego ładowania pojazdów elektrycznych na sieć elektroenergetyczną
  • - Projekt zasilania oświetlenia terenu bazy logistycznej
Zobacz szczegóły
Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Enkodery ETHERNET AFS/AFM60A

Rynek systemów przemysłowych dynamicznie się rozwija, a standard Industrial Ethernet jest przyszłością systemów komunikacji. Wydajność standardu Fast Ethernet,...
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl