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


Kompleksowe inspekcje termowizyjne - gdzie szukać pomocy? »

Termowizja inspekcja

Przez ostatnie stulecie zbudowano wiele urządzeń pomiarowych w zakresie podczerwieni, ale największe możliwości i popularność zyskały rozwiązania... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania?

Oświetlenie zewnętrzne LED - dobór i zastosowanie»

Ranki łączniki gniazdka oswietlenie zewnętrzen LED
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia zewnętrznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Zobacz jakie oprawy zaprezentowano na Energetab 2019  »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

Samochody elektryczne i  mobilne stacje elektronika
Oświetlenie awaryjne ma zapewnić bezpieczne opuszczenie zajmowanych przestrzeni podczas awarii zasilania opraw oświetlenia podstawowego. Niejednokrotnie zanik oświetlenia podstawowego nie jest spowodowany zwykłą awarią zasilania czy wyłączeniem(...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Jak zapewnić bezprzerwowe zasilanie gwarantowane? »

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło »

zasilanie gwarantowane panele słoneczne
Co rusz znaczenie tego problemu uświadamiają nam przechodzące nad naszym krajem orkany i wichury oraz widmo blackoutu, wynikające z pojawiającego się latem ogromnego zapotrzebowania na ... czytam więcej » Udział energii słonecznej w Polsce jest bardzo niski i według urzędu statystycznego, pozyskanie energii z promieniowania słonecznego w porównaniu do innych źródeł odnawialnych w 2017 roku wyniósł niecałe 1%.... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Małe, średnie i duże systemy sterowania »

Sterowniki plc Jeszcze kilka lat temu sterowniki PLC „tylko” wspierały pracowników przy wykonywaniu monotonnych zadań i zwiększaniu szybkości produkcji. Aktualnie każda produkcja ... 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?

Technologie robotyczne zgodne z koncepcją Industry 4.0 » »

wyświetlacze cyfrowe robotyka i automatyka
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Nowoczesne urządzenia mechaniczne nic nie znaczyłyby bez ukrytej w nich elektroniki, dizęki której ... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać moc
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... 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 »
10/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania pompowni pożarowej
  • - Przekładniki niekonwencjonalne wykorzystywane w automatyce elektroenergetycznej
Zobacz szczegóły
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Termomodernizacja

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