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


Gdzie szukać pomocy przy doborze właściwego źródła zasilania »

Dobór źródła zasilania

Optymalne rozwiązania na każdym etapie, zarówno dystrybucji, jak i tworzenia dedykowanych pakietów zasilania. Wszystko po to, aby zapewnić jak najwyższą jakość ... czytam dalej »

 


Jak zmniejszyć swój rachunek za prąd »

koszt prądu

Oszczędzanie na rachunkach za prąd w domu lub firmie jest możliwe. Wystarczy dokładnie sprawdzić (...) zobacz ile możesz oszczędzić »

 


Jednoobwodowy licznik energii - jaki wybrać?»

Zobacz co nowego poznamy na targach Energetab 2019 »

Licznik energii jaki wybrać Energetab 2019 logo
Zasilacze awaryjne trzeciej generacji z bardzo wysoką sprawnością 96% w trybie On-Line oraz ze znakomitym współczynnikiem mocy 1(...) czytam więcej » ENERGETAB – największe w Polsce targi nowoczesnych urządzeń, aparatury i technologii dla przemysłu energetycznego, to miejsce jednych z najważniejszych spotkań czołowych przedstawicieli branży elektrotechnicznej w Polsce.(...) czytam dalej »

 


Łączniki i gniazda instalacyjne - jakie wybrać?

Kamery termowizyjne Perfekcyjne dopełnienie nowoczesnego wnętrza.
Prosta, ponadczasowa forma, jakość wykonania, niezawodny system, to tylko niektóre (...)
czytam dalej »


Automatyka przemysłowa i sterowanie - na jakie produkty zwrócić uwagę »

Przewodnik po złączach - znajdż idealne rozwiązanie dla siebie »

automatyka przemysłowa Przewodnik po złączach
Jak sztuczna inteligencja wspomoże pracę elektrowni i fabryk? Aż 63 proc. respondentów twierdzi, że sztuczna inteligencja pomoże zwalczyć (...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Oznaczniki mobilne na przewody i osprzęt - które wybrać »

Kamery termowizyjne Technika laminowania taśm, zapewnia trwałe nadruki poprzez całkowitą ochronę tekstu przed czynnikami niszczącymi, takimi jak: zdrapywanie, ścieranie, zmywanie, promieniowanie UV a nawet substancj (...) czytam dalej »

 


Dobór ograniczników przepięć typu 1 »

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

ograniczniki bezpanelowa energia słoneczna
Kombinowane ograniczniki przepięć jako urządzenia do ograniczania przepięć mają za zadanie zmniejszenie do bezpiecznych poziomów napięcia w instalacji elektrycznej oraz na wejściu zasilanych urządzeń: podczas operacji łączeniowych ń (...) 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 »

Szybki i łatwy sposób na budowę Twojego indywidualnego systemu wizyjnego»

zasilanie gwarantowane Badania przeprowadzone przez Computer Business Review wykazały, że od 2013 roku mamy do czynienia z dynamicznym wzrostem przenoszenia przez przedsiębiorców zasobów danych do tzw. chmury obliczeniowej (cloud computing). W związku z tym stale wzrastają wydatki przeznaczan ... czytam dalej »


Bramka IoT chmury do integracji nowych i istniejących systemów bez konieczności programowania.»

Zobacz jak robot testuje bankomaty?

bramka iot Robot testuje bankomaty
Dzięki prostemu połączeniu z procesem za pomocą protokołów, np. Modbus/TCP, dane czujników i dane procesowe są zbierane, przetwarzane i monitorowane ... czytam więcej » Około 30 sekund zajmuje średnio wypłacenie pieniędzy z wielofunkcyjnego bankomatu ATM. Urządzenia, które są dostępne „za rogiem” w większości miast, zmieniły nasze podejście ... czytam dalej »

Jaką zastosować ochronę urządzeń elektrycznych i elektronicznych przed przepięciami »

ochrona przed przepięciami Każdy ogranicznik przepięć ma pewną określoną zdolność do przenoszenia przez siebie pewnej energii udaru. Jeśli po zadziałaniu ... 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 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Przewdonik "Eliminuj błędy
i usprawnij instalacje przewodów" »

wyświetlacze cyfrowe kable i przewody - przewodnik
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Poznaj najskuteczniejsze sposoby oznaczania kabli i komponentów wykorzystywanych w branżach elektrycznych i telekomunikacyjnych... czytam dalej »


Transformatory oraz dławiki dostosowane do indywidualnych wymagań »

transformatory ei Mają zastosowanie w sieciach przesyłowych i rozdzielczych. Stosowane są do zasilania układów trakcyjnych w pojazdach szynowych, w instalacjach wykorzystujących napędy (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Switch zarządzalny – czy warto? Jaki wybrać?

Liczniki energii jakie wybrać Switche niezarządzalne
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Switch zarządzalny daje możliwość nie tylko stworzenia siecilokalnej, ale daje wiele innicf możliwości. Między innymi pozwala także dostosować porty, a więc i parametry sieci do... 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 »
9/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Metody badania funkcji zabezpieczeń nadprądowych przekaźników elektroenergetycznych
  • - Fotowoltaika szansą rozwoju dla komunikacji miejskiej
Zobacz szczegóły

SEP świętuje 100 lat!

Jak co roku targom ENERGETAB towarzyszą konferencje organizowane przez izby i stowarzyszenia patronujące. Z okazji obchodzonego w tym roku 100-lecia Stowarzyszenia Elektryków Polskich...

Przekaźnik instalacyjny o wysokiej odporności na prąd udarowy

RPI-1ZI-U24A firmy Relpol, to nowy przekaźnik instalacyjny, który wytrzymuje prąd załączania 120 A w czasie 20 ms. Przekaźnik ten przeznaczony jest do załączania obwodów o wysokim...
.steute Polska .steute Polska
steute jest międzynarodowym przedsiębiorstwem specjalizującym się w projektowaniu oraz produkcji bezpiecznej, niezawodnej aparatury...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

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