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

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Kompensacja mocy biernej układów z asymetrią prądową

Reactive power compensation in systems with load asymmetry
Tygodniowy przebieg wartości prądów fazowych na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład
Tygodniowy przebieg wartości prądów fazowych na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład
Rys. G. Hołdyński, Z. Skibko

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z kompensacją mocy biernej w układach elektroenergetycznych, w których występuje asymetryczne obciążenie poszczególnych faz. Analizę poprawności pracy układu kompensacyjnego przedstawiono na podstawie badań pomiarowych przeprowadzonych w wybranym obiekcie przemysłowym, w zależności od miejsca pomiaru prądu sterującego regulatorem mocy biernej.

W artykule:

• O finansowych konsekwencjach ponadwymiarowego poboru mocy biernej
• Charakterystyka analizowanego obiektu
• Analiza poprawności pracy układu kompensacyjnego

Nowoczesne zakłady przemysłowe stanowią obecnie bardzo specyficzny rodzaj odbiorców energii elektrycznej, ze względu na instalowanie w nich nie tylko odbiorników symetrycznych trójfazowych, ale również odbiorników dwufazowych oraz jednofazowych o znacznych mocach znamionowych. Wszystkie te odbiorniki powodują, że prąd płynący w głównym obwodzie zasilającym ma różne wartości oraz kąty przesunięcia względem napięcia w poszczególnych fazach.

Do kompensacji mocy biernej w zakładach przemysłowych najczęściej wykorzystywane są trójfazowe baterie kondensatorów, do sterowania których wykorzystuje się wartość prądu mierzoną w jednej z faz (w sposób bezpośredni lub przy wykorzystaniu przekładników prądowych) oraz wartość napięcia rejestrowaną w pozostałych fazach (w układach niskiego napięcia bezpośrednio, pośrednio na średnim napięciu). Wówczas poprawność działania takiego układu zależy od symetrii przebiegów prądów i napięć w poszczególnych fazach.

Czytaj też: Korzyści wynikające z zastosowania ultraszybkiej kompensacji mocy biernej >>>

Zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami, ponadwymiarowy pobór mocy biernej obciążony jest karami finansowymi naliczanymi przez operatorów sieci dystrybucyjnych [1]. Związane jest to z faktem, że przepływ mocy biernej przez urządzenia elektryczne powoduje między innymi wzrost wartości spadków napięć i strat mocy oraz ograniczenie przepustowości poszczególnych elementów sieci (linie i transformatory). Uważa się, że skutki te są z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia akceptowalne dla współczynnika mocy tg j poniżej wartości 0,4 [1, 2, 3] – tylko dla charakteru indukcyjnego. W przypadku mocy biernej pojemnościowej, pomimo że opisane wyżej skutki dla niewielkich przepływów mocy biernej są znikome, nie dopuszcza się tzw. przekompensowania [1].

Charakterystyka analizowanego obiektu

Rys. 1. Tygodniowy przebieg wartości prądów fazowych na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)

Pomiarów parametrów charakteryzujących jakość energii elektrycznej dokonano w jednym z zakładów produkcyjnych na Podlasiu. Zakład ten zajmuje się prefabrykacją wyrobów plastikowych i metalowych. W zainstalowanym w nim parku maszynowym oprócz trójfazowych silników asynchronicznych zainstalowano znaczną liczbę odbiorników dwufazowych, takich jak wytłaczarki, nagrzewnice, spawarki, zgrzewarki. Ponadto w analizowanym zakładzie znajdowała się część biurowa, w której znajdowały się odbiorniki jednofazowe (komputery, odbiorniki oświetleniowe, klimatyzatory).

Rys. 2. Tygodniowy przebieg wartości mocy czynnych w poszczególnych fazach na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)

Na rys. 1, rys. 2, rys. 3, rys. 4 i rys. 5 przedstawiono przebiegi zmienności wartości prądów, mocy oraz współczynnika mocy tg φ zarejestrowane na szynach niskiego napięcia stacji elektroenergetycznej SN/nn zasilającej analizowany zakład.

Rys. 3. Tygodniowy przebieg wartości mocy biernych w poszczególnych fazach na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)
Rys. 4. Tygodniowy przebieg wartości współczynników mocy (tg φ) w poszczególnych fazach na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)
Rys. 5. Tygodniowy przebieg wartości trójfazowego współczynnika mocy (tg φ) na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)

Z analizy zarejestrowanych wartości wynika, że zainstalowane w zakładzie odbiorniki pobierają moc bierną o charakterze indukcyjnym, o wartości sięgającej nawet 30 kvar. Powoduje to wzrost wartości współczynnika mocy tg φ do wartości wyższych od dopuszczonych przepisami (tg φ = 0,4). Warty podkreślenia przy tym jest fakt, że wartość trójfazowego współczynnika mocy nie przekracza 1,3, gdy wartości zarejestrowane w fazie drugiej sięgają maksymalnie blisko 2,5 a w fazie trzeciej nawet ponad 4.

Analiza poprawności pracy układu kompensacyjnego

W celu określenia poprawności działania trójfazowego układu kompensacyjnego, dokonano analizy wartości współczynnika mocy tg φ, przy zainstalowanej symetrycznej trójfazowej baterii kondensatorów o łącznej mocy 40 kvar (najmniejszy człon baterii posiada moc 5 kvar). Przy czym wartości prądu pomiarowego (prądu wykorzystywanego przez regulator do sterowania układem kompensacyjnym) odczytywane były po kolei z poszczególnych faz.

Na rys.6, rys. 7 i rys. 8 przedstawione zostały przebiegi trójfazowych wartości współczynników mocy (tg φ) na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład przy załączonym układzie kompensacyjnym z pomiarem prądu w fazach od L1 do L3.

Rys. 6. Tygodniowy przebieg trójfazowych wartości współczynników mocy (tg φ) na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład przy załączonym układzie kompensacyjnym z pomiarem prądu w fazie L1; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)
Rys. 6. Tygodniowy przebieg trójfazowych wartości współczynników mocy (tg φ) na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład przy załączonym układzie kompensacyjnym z pomiarem prądu w fazie L1; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)
Rys. 7. Tygodniowy przebieg trójfazowych wartości współczynników mocy (tg φ) na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład przy załączonym układzie kompensacyjnym z pomiarem prądu w fazie L2; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)
Rys. 8. Tygodniowy przebieg trójfazowych wartości współczynników mocy (tg φ) na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład przy załączonym układzie kompensacyjnym z pomiarem prądu w fazie L3; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)
Rys. 8. Tygodniowy przebieg trójfazowych wartości współczynników mocy (tg φ) na szynach nn stacji zasilającej analizowany zakład przy załączonym układzie kompensacyjnym z pomiarem prądu w fazie L3; rys. archiwum autorów (G. Hołdyński, Z. Skibko)

Analizując przebiegi przedstawione na rys.6, rys. 7 i rys. 8 bardzo łatwo zauważyć, że znacząco różnią się one od siebie. Nie tylko przybierają one różne wartości maksymalne, w zależności od tego, w której fazie był przeprowadzany pomiar prądu, ale również i znakiem. Oznacza to, że przy zastosowaniu układu kompensacji mocy biernej z pomiarem prądu w fazie L1 lub L3, dla analizowanego przypadku, w niektórych okresach występuje przekomponowanie (współczynnik mocy tg φ przyjmuje wartości ujemne). Wówczas praca takiego układu kompensacyjnego będzie wiązała się z ponoszeniem kosztów za zużycie energii biernej o charakterze pojemnościowym.

W celu dokładniejszego zobrazowania kosztów związanych z eksploatacją analizowanego zakładu z przyłączoną baterią kondensatorów, przy zastosowaniu pomiarów prądów kolejno w poszczególnych fazach, dokonano zestawienia tabelarycznego wartości podstawowych wielkości charakteryzujących pracę danego układu (tab. 1.).

Z analizy wartości przedstawionych w tabeli wynika, że żaden z zainstalowanych w analizowanym zakładzie przemysłowym układów kompensacyjnych nie przynosi zakładanych rezultatów.

Najlepsze wyniki daje układ, w którym pomiar prądu był dokonywany w fazie L2, lecz są to oszczędności zaledwie około 7 zł, przy około 300 zł koszcie zużycia energii biernej, kiedy w zakładzie nie było zainstalowanego żadnego układu kompensacyjnego. Co więcej, jeżeli pomiaru prądu dokonalibyśmy w fazie L3, wówczas zauważylibyśmy czterokrotny wzrost opłat za energię bierną, z 300 zł (w układzie bez kompensacji) do 1207 zł w układzie z kompensacją. Zamontowanie pomiaru prądu w fazie L1 również spowodowałoby wzrost kosztów za energię bierną – tym razem byłby to wzrost blisko 20%.

Podsumowując, powyższa analiza wykazała, że trójfazowych układów kompensacyjnych nie należy stosować do obwodów, w których występuje znacząca asymetria w wartościach prądów obciążeniowych. Może to nie tylko nie ograniczyć zużycia energii biernej, ale nawet doprowadzić do znaczącego wzrostu wartości opłat na rachunku za energię elektryczną (w zależności od fazy, na której wystąpi pomiar prądu).

Jedynym rozwiązaniem w takiej sytuacji jest zastosowanie układów kompensacyjnych, w których moc bierna kompensowana jest oddzielnie w poszczególnych fazach.

Tab. 1. Zestawienie parametrów pracy układów kompensacyjnych w poszczególnych wariantach
Tab. 1. Zestawienie parametrów pracy układów kompensacyjnych w poszczególnych wariantach

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 (DzU z 2007 r., nr 93, poz. 623).
3. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej, PGE Dystrybucja Sp. z o.o., Białystok, 2013 r.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


[jakość energii elektrycznej, kompensacja mocy biernej, asymetria prądu obciążenia, regulator mocy biernej, współczynnik mocy]

Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 10/2018

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Weź udział w konkursie, zdobywaj wiedzę i atrakcyjne nagrody! »

Kable i przewody - pobierz bezpłatny Ebook »

Konkurs dla elektryków Ebook
Jesteś specjalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Weź udział w pierszej edycji Ligi Specjalistów i poczuj emocje związane z rywalizacją w konkursie! Zaglądaj na stronę ligaspecjalistow.pl i odpowiadaj na pytania ze swojej branży.  
zobacz konkurs »
Przedstawiamy nowy poradnik „Kable i przewody”! Znajdziecie w nim m.in. metody ochrony kabli przed pożarem, jak prowadzić i oznaczać trasy kablowe (...) czytam dalej »


Akumulatory do każdego typu pojazdu »

Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce »

Akumulatory do każdego typu pojazdu Magazyny energi w polsce
Niezależnie od tego czy jeździsz samochodem osobowym, SUV-em, terenówką czy autem dostawczym, znajdziesz(...) czytam dalej » Aparatura łączeniową i sterownicza dla automatyki przemysłowej, techniki medycznej oraz automatyki budynków(...) czytam dalej »

Jak zdalnie monitorować pracę silnika?

UPS zasilacze Jak przekształcić silni elektryczny w inteligentne, połączone bezprzewodowo urządzenia. Czujnik montowany jest na kadłubie silnika indukcyjnego niskiego napięcia bez potrzeby okablowania czy wprowadzania zmian mechanicznych (...) czytam dalej »


Switche niezarządzalne - które wybrać?

Systemy fotowoltaiczne. Jak zwiększyć efektywność energetyczną?

Switche niezarządzalne Rola miedzi w energetyce słonecznej
Switche niezarządzalne są 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 » Sektor energii słonecznej umacnia się coraz bardziej. Według Solar Power Europe, w roku 2017 została zainstalowana globalnie większa moc energii fotowoltaicznej niż (...) czytam dalej »

Stacje ładowania elektryków przed własnym domem »

Co się stało z tymi kablami?

miejska stacja ładowania Co sie stało z kablami
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Wszelkie błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i eksploatacji nawarstwiają się latami, stopniowo pro­wadząc do wydłużenia czasu poświęcanego na administrację systemu, zmniejszając pewność jego działania i tym samym (...) 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 »
12/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 12/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Aspekty techniczne i ekonomiczne kompensacji mocy biernej w obiektach użyteczności publicznej
  • - Optymalizacja elektroenergetycznych sieci SN
Zobacz szczegóły

Do końca stycznia trwa konkurs na zakup autobusów elektrycznych

Do końca stycznia trwa nabór wniosków w konkursie dla miast na rozwój transportu publicznego. Do rozdysponowania jest 300 mln zł z Programu Infrastruktura i Środowisko. Za te pieniądze...

Torba i walizka na narzędzia Knipex 1

Każdy posiadacz dużej liczby narzędzi zdaje sobie z tego sprawę, że utrzymanie ich w porządku ułatwia i przyspiesza pracę. Dlatego torby czy też walizki na narzędzia są świetnym...
Przetestuj nową złączkę WAGO TOPJOB® S z dźwignią

Przetestuj nową złączkę WAGO TOPJOB® S z dźwignią

Unosisz dźwignię, wsuwasz przewód, opuszczasz dźwignię i gotowe. Podobnego rozwiązania jeszcze nigdy nie zastosowano w złączkach listwowych.
ZPAS ZPAS
ZPAS z siedzibą w Przygórzu to lider produkcji szaf i obudów teleinformatycznych, energetycznych i automatyki oraz kompleksowych rozwiązań...
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