Praca regulatora mocy biernej MRM 12
advertisement
Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Pile Instytut Politechniczny LABORATORIUM ELEKTROENERGETYKI INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 3 PRACA REGULATORA MOCY BIERNEJ MRM 12 1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praktyczną realizacją kompensacji mocy biernej przy uŜyciu regulatora MRM 12. Kompensacja mocy biernej jest bardzo waŜnym zagadnieniem z punktu widzenia eksploatacji sieci elektroenergetycznych. Wytwarzanie mocy biernej w pobliŜu miejsca jej zapotrzebowania odciąŜa sieć elektroenergetyczną od przesyłu tej mocy, a tym samym zwiększa się przepustowość a zmniejszają się straty napięcia, mocy i energii w sieci. 2. PRZEBIEG ĆWICZENIA 2.1. Wprowadzenie Praca regulatora mocy biernej typu MRM 12 firmy Twelve zaprezentowana zostanie przy uŜyciu firmowego programu symulacyjnego. BliŜsze informacje o regulatorze oraz o programie znajdują się na stronie internetowej [1]. PoniŜej przedstawiony zostanie przykład zastosowania regulatora MRM 12 do przeprowadzenia kompensacji w zakładzie produkcyjnym. Przykład zastosowania regulatora mocy biernej Do programu symulującego pracę regulatora naleŜy wprowadzić listę urządzeń pracujących w zakładzie. Podano więc moc kaŜdego z urządzeń, jego współczynnik mocy oraz czas pracy - rys. 1. Rys. 1. Przykładowa lista urządzeń w zakładzie produkcyjnym 2 PoniewaŜ cykl produkcyjny zakładu jest cykliczny tzn. powtarza się co trzynaście minut, do programu wprowadzono czas pracy urządzeń w jednym cyklu. Trzeba wprowadzić równieŜ dane dotyczące baterii kondensatorów dobranej zgodnie z potrzebami odbiorców. Przykład pokazano na rys. 2. Rys. 2. Przykładowe ustawienia baterii kondensatorów NaleŜy teŜ określić główne parametry regulatora – rys. 3. Rys. 3. Przykładowe parametry pracy regulatora Nastawa cos ϕ Parametr ten określa zadany współczynnik mocy, do którego dąŜyć będzie urządzenie w procesie regulacji. Zaleca się ustawienie nieco większej wartości cos ϕ niŜ wynika to z warunków umowy z zakładem energetycznym. W celu usprawnienia przeliczania wartości cos ϕ na tg ϕ w tabeli 1 podano przybliŜone wartości tg ϕ dla wybranych wartości cos ϕ. Tabela 1. Wartości tg ϕ odpowiadające danym wartościom cos ϕ cos ϕ 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90 0,89 0,88 0,87 0,86 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81 0,80 tg ϕ 0,14 0,20 0,25 0,29 0,33 0,36 0,40 0,43 0,46 0,48 0,51 0,54 0,57 0,59 0,62 0,65 0,67 0,70 0,72 0,75 3 Nastawa Q/n Jest to parametr, który decyduje o czułości regulatora. Czułość ta musi być dopasowana do mocy najmniejszego kondensatora w baterii i zaleŜy od przekładnika pomiarowego oraz napięcia zasilania. Parametr ten jest stały dla danej baterii i przekładnika. Przykładowo dla wybranej baterii kondensatorów i wybranego przekładnika parametr ten wynosi 0,04. Nastawa %Q/n Nastawa ta decyduje o wielkości mocy nieskompensowanej odniesionej do wartości mocy pierwszego, najmniejszego stopnia baterii. Zwiększanie tego parametru powoduje taką zmianę progu reakcji urządzenia na zmianę mocy, Ŝe w rezultacie zmniejsza się dokładność kompensacji. Czasy reakcji Parametr ten określa jak długo musi trwać niezmiennie stan na „ZAŁ.” lub „WYŁ” (świecenie określonej diody), aby regulator spowodował załączenie lub wyłączenie kondensatora. PoniewaŜ regulator kontroluje czas rozładowania kaŜdego kondensatora moŜliwe jest ustawianie bardzo krótkich czasów reakcji na zmiany zachodzące w sieci. Minimalny czas wynosi 1s, jednak zaleca się ustawianie czasów dłuŜszych, rzędu kilku sekund. Programowy okres zwłoki 45 s (czas na rozładowanie kondensatora) przy małej liczbie stopni baterii moŜe przyczynić się pogorszenia skuteczności kompensacji. MoŜe zdarzyć się sytuacja, Ŝe wynikające z algorytmu pracy załączenia kondensatorów nie będą mogły być zrealizowane, gdyŜ wszystkie stopnie będą w fazie rozładowania.. Generalnie czasy reakcji naleŜy dobrać doświadczalnie pamiętając, Ŝe przekompensowanie jest bardziej niekorzystne od niedokompensowania. Tryb pracy MoŜna wybrać jeden z siedmiu sposobów załączania kondensatorów określonych jako „tryby pracy”. Zasadniczym wymaganiem jaki obowiązuje we wszystkich trybach pracy jest to, aby szereg wartości mocy kolejnych kondensatorów w baterii był niemalejący oraz, aby wartość mocy kolejnego kondensatora była co najwyŜej 2 razy większa od poprzedniego w szeregu. Zaleca się, aby moc maksymalna kondensatora załączanego stycznikiem wynosiła 45 kvar. Szczegółowe informacje o trybach pracy podano w [1]. PoniŜej przykładowo przedstawiono tryby 1, 2 i 5. Tryb pracy nr 1 Jest to tryb, w którym załączanie i wyłącznie kondensatorów odbywa się zawsze narastająco począwszy od najniŜszego stopnia. W przypadku, gdy skojarzony ze stopniem kondensator nie zdąŜył się rozładować a zachodzi konieczność jego załączenia operacja ta zostanie wykonana dopiero po upływie czasu rozładowania i czasu załączania. Algorytm 4 załączania pozwala na szybkie osiągnięcie stanu skompensowania. Ten tryb zalecany jest dla szeregu kondensatorów o wartościach rosnących: 1:2:4:8 itd. Tryb pracy nr 2 Tryb przeznaczony do wolnozmiennych obciąŜeń. Algorytm załączania pozwala na wolne, ale dokładne dochodzenie do stanu skompensowania. Załączanie i wyłączanie odbywa się zawsze z uŜyciem pierwszego stopnia. Szereg wartości mocy kondensatorów musi być następujący 1:2:2:2: ....2. Tryb pracy nr 5 Jest to tzw. tryb kołowy, w którym liczba łączeń i wyłączeń dla kaŜdego stopnia jest jednakowa. Regulator załącza najdłuŜej wyłączony kondensator i wyłącza najdłuŜej włączony. Algorytm ten łączy w sobie szybkość działania i równomierne zuŜycie elementów wykonawczych. W tym trybie obowiązuje szereg kondensatorów o wartościach 1:1:1:1....1. W przedstawionym przykładzie w wyniku pracy regulatora uzyskujemy kompensację mocy biernej w zakładzie na zadanym poziomie cos ϕ = 0,96, któremu w przybliŜeniu odpowiada tg ϕ = 0,3. Zgodnie z wskazaniami wartość ta jest mniejsza od wartości określonej w umowie z zakładem energetycznym, która wynosi z reguły tg ϕ = 0,4. PoniŜej przedstawiono przykładowe stany pracy regulatora. Rys 4. Stan niepełnego skompensowania. Cosinus uzyskany nie mieści się w granicach przedziału tolerancji cosinusa zadanego. 5 Rys 5. Stan pełnej kompensacji. Po załączeniu kolejnych trzech stopni baterii uzyskany cosinus mieści się w granicach przedziału tolerancji cosinusa zadanego. 2.2. Kolejność czynności • Wpisać do załączonego protokółu (patrz strona 7) dane zgodnie z otrzymanym tematem zadania • Otworzyć program według wskazań prowadzącego • Dokonać „ustawień początkowych” dotyczących: - listy urządzeń - parametrów baterii kondensatorów - parametrów regulatora Parametry baterii kondensatorów naleŜy określić samodzielnie – dotyczy mocy całkowitej baterii kondensatorów (patrz protokół), mocy pierwszego stopnia, liczby stopni, trybu pracy • Zgłosić prowadzącemu wykonanie tej części ćwiczenia • Uruchomić proces kompensacji „Start” • Obserwować przebieg kompensacji zapisując w tabeli protokółu wskazane w niej wielkości • Zatrzymać proces kompensacji po włączeniu pierwszego (pierwszych) członu (członów) baterii – „Wstrzymaj” • Otworzyć „listę urządzeń”, usytuować ją w górnej części ekranu, zapamiętać, przygotować do wydruku według wskazań prowadzącego 6 • Utrwalić jeszcze dwa samodzielnie wybrane momenty kompensacji i pierwszy z nich skompilować z „parametrami baterii kondensatorów” a drugi z „parametrami pracy regulatora” – postępując jak poprzednio • Zakończyć proces kompensacji • Wydrukować zapamiętane ekrany • Dokonać obliczeń niezbędnych do wypełnienia tabeli w protokóle • Zgłosić prowadzącemu wykonanie ćwiczenia • Zamknąć program 2.3. Zawartość sprawozdania Sprawozdanie oprócz części standardowych i wynikających z przebiegu ćwiczenia powinno zawierać między innymi: • Obliczenia dla poszczególnych etapów kompensacji dotyczące: - sumarycznej mocy biernej obciąŜenia, - mocy biernej zapewniającej właściwą kompensację • Obliczenia procentowego odchylenia rzeczywistej wartości cos ϕ od wartości zadanej oraz procentowego odchylenia rzeczywistej wartości mocy baterii od wartości mocy biernej zapewniającej właściwą kompensację dla poszczególnych etapów kompensacji • Wykresy - rzeczywistej mocy baterii kondensatorów w funkcji czasu - mocy biernej zapewniającej właściwą kompensację w funkcji czasu • Ewentualną propozycję innego sposobu kompensacji • Dobór baterii z katalogów (uzasadniony) • Szczegółowe wnioski 2.4. Protokół z ćwiczenia 7 Protokół: Praca regulatora mocy biernej MRM 12 Nazwiska wykonujących ćwicz. .............................................................................................. Grupa: ....................................................... Data: ......................................... Nr tematu: ................ Zadany w ćwiczeniu cos ϕ = ...................... zadany tg ϕ = ........................ Dobór mocy baterii kondensatorów Obliczenie maksymalnego zapotrzebowania na moc bierną w rozwaŜanym zakładzie (w chwili tm, w której jest ono największe) Okres maksymalnego obciąŜenia tm = .................. Q m = Σ Px tg ϕx = ............................................................................................................... (x – uwzględnić indeksy urządzeń załączonych w chwili maksymalnego obciąŜenia mocą bierną) Obliczenie wartości mocy, która moŜe być pobrana z sieci zgodnie z umową w chwili tm Qsum = Σ Px tg ϕzadany = ........................................................................................ Obliczenie wartości mocy Qk koniecznej do kompensacji Qk = Qm – Qsum = ............................... Określenie całkowitej mocy baterii kondensatorów Qc przy czym Qc > Qk Qc = .................................. Określenie sposobu pracy baterii Moc pojemnościowa pierwszego stopnia ....................... Nr trybu pracy......... liczba stopni.......... szereg regulacyjny…...…..................................... z ekranu Czas t h:min Załączone urządzenia numery Σ Px [kW] z obliczeń Załączone człony Ustalo baterii ny cos ϕ numery Σ Qcx [kvar] - Moc zapotrzebowana ΣQx = Σ Px tg ϕx [kvar] Moc Moc pobierana z potrzebna sieci zgodnie do z umową kompensacji ΣQsu = Σ Px Qkt = ΣQx tg ϕzadany ΣQsu [kvar] [kvar] 8 ZAŁĄCZNIK 1 KOMPENSACJA MOCY BIERNEJ PODSTAWY TEORETYCZNE W systemie elektroenergetycznym zapotrzebowanie na moc bierną indukcyjną jest duŜe, co do wartości zbliŜone do zapotrzebowania na moc czynną. Z punktu widzenia racjonalnej gospodarki korzystne jest wytwarzanie mocy biernej w pobliŜu miejsca jej zapotrzebowania. Dzięki temu zmniejsza się obciąŜenie sieci przepływem tej mocy, a tym samym maleją straty mocy i energii w sieci. Korzystnym następstwem jest teŜ zmniejszenie spadków napięcia, a tym samym podwyŜszenie poziomów napięcia (patrz regulacja napięcia – ćwicz nr 2). Ze względu na to, Ŝe przepustowość układu jest ograniczona wartością mocy pozornej, zmniejszając przepływ mocy biernej moŜna zwiększyć przesyłaną przez elementy sieciowe moc czynną bez dodatkowych nakładów inwestycyjnych. Zmniejszenie strat mocy czynnej związanych z przepływem mocy biernej powoduje wzrost sprawności przesyłu. Głównym źródłem mocy biernej są generatory synchroniczne w elektrowniach. Pokrywają one około 50% zapotrzebowania na tę moc. Pasywnym źródłem mocy biernej są linie elektroenergetyczne, szczególnie linie najwyŜszych napięć. Naturalna pojemność poprzeczna linii odgrywa tą samą rolę, co specjalnie instalowane kondensatory. Moc ładowania zaleŜy od napięcia linii i wynosi przykładowo dla jednotorowej linii 400 kV około 60 Mvar, a dla jednotorowej linii 220 kV około 13,5 Mvar na 100 km długości linii. Przy małych mocach przesyłanych linią mogą powstać nadmiary mocy biernej prowadzące do lokalnych wzrostów napięć węzłowych ponad dopuszczalne granice. Wymaga to stosowania sztucznych odbiorników tej mocy. Specjalnie instalowanymi źródłami mocy biernej w pobliŜu miejsc zapotrzebowania są baterie kondensatorów równoległych oraz kompensatory synchroniczne. Najpowszechniej stosuje się kondensatory równoległe mające liczne zalety, do których naleŜą: • prosta konstrukcja pozbawiona części ruchomych, • łatwość zestawienia w baterie o potrzebnej mocy, • prostota obsługi, • małe straty mocy czynnej rzędu 0,003-0,005 kW/kvar, • stosunkowo niewielki koszt instalacji baterii kondensatorowej, • szeroka oferta jednostek kondensatorowych (róŜne napięcia, róŜne moce znamionowe), Wadami kondensatorów są: 9 • wraŜliwość na odchylenia napięcia, • wraŜliwość na wyŜsze harmoniczne, • zaleŜność mocy od temperatury i częstotliwości, • występowanie przetęŜeń i przepięć przy załączaniu baterii oraz moŜliwość występowania przepięć przy wyłączaniu, • niedługi okres eksploatacji, wynoszący 8-10 lat, • stosunkowo niewielkie moce znamionowe jednostek kondensatorowych. . Baterie kondensatorów są stosowane w róŜnych punktach systemu elektroenergetycznego (baterie stacyjne, liniowe) oraz w sieciach zakładów przemysłowych. Kompensatory synchroniczne są drogie, wymagają obsługi z powodu trudnego rozruchu. Opłacalne jest stosowanie ich na przykład w sieciach zakładów przemysłowych o duŜym zapotrzebowaniu na moc bierną, większym od około 0,6 Mvar. Zaletą ich jest moŜliwość pracy przy obciąŜeniu pojemnościowym i indukcyjnym, zaleŜnie od konieczności. Straty mocy czynnej są większe niŜ dla kondensatorów i wynoszą orientacyjnie 1,5-3,5%, zaleŜnie od znamionowej mocy biernej kompensatora. Stosowanie urządzeń kompensacyjnych w miejscach zapotrzebowania mocy biernej jest uzasadnione technicznie i ekonomicznie. Optymalna kompensacja powinna zapewnić minimum kosztów wytwarzania i przesyłu mocy biernej w rozpatrywanym systemie. Optymalizacja dotyczy rozmieszczenia i mocy urządzeń kompensacyjnych. WiąŜe się ona z optymalizacją poziomów napięć i rozpływów mocy biernej w systemie. W ujęciu kompleksowym racjonalna gospodarka mocą bierną dotyczy wszystkich elementów systemu, począwszy od źródeł wytwarzania, poprzez sieć aŜ do odbiorników. Ze względu na skomplikowanie tego zagadnienia, rozwiązuje się je wykorzystując programowanie liniowe lub teŜ coraz częściej programowanie nieliniowe, dla określonego obszaru z uwzględnieniem wpływu połączeń z obszarami sąsiednimi. Z obliczeń optymalnych rozpływów mocy biernej w całym systemie elektroenergetycznym wynikają między innymi optymalne wartości tg ϕ u odbiorców. Zakłady energetyczne mogą ustalić dla odbiorcy wartość tg ϕ, liczoną jako stosunek energii biernej i czynnej w danej strefie czasowej, mieszczącą się w zakresie od 0,2 do 0,4, wyjątkowo moŜe być ona większa od wartości 0,4 dla odbiorców połoŜonych w pobliŜu elektrowni. Jest to zgodne z przepisami taryfowymi, które przewidują, w zaleŜności od liczby stopni transformacji, odpowiednie współczynniki mocy u odbiorców. NajwyŜszą dopuszczoną wartością tg ϕ jest tg ϕ = 0,6 (cos ϕ = 0,85) i dotyczy głównie zakładów przemysłowych zasilanych bezpośrednio z szyn elektrowni. Dla pozostałych przypadków zakłady energetyczne w 10 wydawanych warunkach zasilania najczęściej określają współczynnik tg ϕ = 0,4 (cos ϕ = 0,93), czyli równy tak zwanej wartości neutralnej. Za przekroczenie ustalonej dla zakładu wartości tg ϕ odbiorca ponosi kary. Powstaje więc praktyczne zagadnienie: jaką moc urządzeń kompensacyjnych naleŜy zastosować u odbiorcy, aby zmienić tg ϕ z naturalnej wartości tg ϕ1 występującej w szczycie obciąŜenia przed zastosowaniem urządzeń kompensacyjnych, do wartości Ŝądanej tg ϕ2 oraz gdzie te urządzenia rozmieścić. Kompensacja moŜe się odbywać centralnie w stacji zasilającej zakład, grupowo, na przykład w rozdzielniach oddziałowych, lub indywidualnie przy odbiornikach. Często spotykana jest w praktyce kompensacja mieszana: dla niektórych większych odbiorników - indywidualna, dla pozostałych - grupowa lub centralna. ZałóŜmy, Ŝe kompensacja będzie się odbywać przy uŜyciu baterii kondensatorów, usytuowanej centralnie, tzn. w stacji zasilającej zakład. Moc czynna P pobierana przez odbiorniki przed i po kompensacji nie ulegnie zmianie, natomiast róŜnica między mocą bierną przed kompensacją Q1 i mocą bierną Q2 - po kompensacji musi być pokryta przez moc baterii kondensatorów Qc, wyraŜoną zaleŜnością: QC = Q1 – Q2 = P(tg ϕ1 – tg ϕ2) W celu uzyskania Ŝądanej mocy baterii kondensatorów moŜna łączyć odpowiednią liczbę mniejszych jednostek. Kondensatory w jednostkach trójfazowych mogą być łączone w trójkąt lub w gwiazdę. Przy połączeniu w trójkąt moc baterii kondensatorów wyrazi się wzorem: Qc = 3 U I = 3 U (U/Xc) = 3 U2ωC a przy połączeniu w gwiazdę wzorem: Qc = 3 (U/ 3 )(U/ 3 Xc) = U2ωC Łącząc kondensatory w trójkąt, otrzymuje się trzykrotnie większą moc niŜ przy łączeniu w gwiazdę. Łączenie kondensatorów w gwiazdę jest uzasadnione przy wyŜszych napięciach względami izolacyjnymi. Wystarcza wówczas izolacja na napięcie fazowe, a nie na napięcie międzyprzewodowe. Przy kompensacji w stacji transformatorowej częściej umieszcza się baterię kondensatorów po stronie niŜszego napięcia. Kompensacja przed transformatorem (po stronie wyŜszego napięcia) jest uzasadniona tylko przy bardzo duŜych mocach kompensowanych, gdyŜ występujący wówczas duŜy wzrost mocy baterii kondensatorów, zaleŜny od kwadratu napięcia, moŜe zrekompensować większe koszty inwestycyjne (koszty izolacji) oraz eksploatacyjne (zwiększone straty w transformatorze, pochodzące od przepływu nie skompensowanej mocy biernej). Przy kompensacji centralnej w sieci zakładu przemysłowego występują zwiększone 11 straty pochodzące od nie skompensowanej mocy biernej. MoŜe się, więc okazać celowa kompensacja grupowa, bliŜej odbiorników. Istotnym zagadnieniem jest wówczas prawidłowy dobór mocy i rozmieszczenia baterii. W praktyce liczba punktów kompensacji jest często duŜa, gdyŜ na wstępie zakłada się, Ŝe są to wszystkie technicznie moŜliwe punkty lokalizacji baterii kondensatorów w sieci zakładu. Ze względu na nieciągłość funkcji kosztów baterii, transformatorów i innych, optymalne rozmieszczenie kondensatorów wymaga analizy znacznej liczby wariantów. Analizę, tę ułatwia stosowanie rachunku macierzowego oraz wykorzystanie programów komputerowych. Im więcej czynników techniczno-ekonomicznych uwzględnia się w analizie, tym programy stają się bardziej skomplikowane. Na przykład moŜna uwzględnić wpływ zmiany obciąŜenia mocą bierną na wymagane parametry linii i transformatorów, a takŜe na moŜliwość wykorzystania standardowych rozwiązań stacji. Uniwersalność programu musi być jednak dostosowana do realnych potrzeb i nie powinna być nadmierna. Omówiona powyŜej kompensacja wspólna dla większej liczby odbiorników (centralna, grupowa,) pozwala zmniejszyć moc zainstalowanych baterii kondensatorów i ułatwia nadzór. Dostosowanie wartości mocy baterii do zmiennego w czasie zapotrzebowania na nią odbywa się przez załączanie względnie wyłączanie poszczególnych członów (stopni) baterii. MoŜna stosować automatyczne Rozpowszechnione są regulatory cos ϕ regulatory uwzględniające róŜne kryteria. utrzymujące współczynnik mocy na zadanym poziomie, co jest uzasadnione obecnym systemem rozliczeń odbiorców za energię bierną. Kompensacja indywidualna bezpośrednio przy odbiorniku jest sposobem najskuteczniejszym, ale drogim. Skompensowana moc bierna nie obciąŜa Ŝadnego elementu sieci rozdzielczej zakładu. Opłacalne jest jej stosowanie dla odbiorników o znacznym poborze mocy biernej, na przykład dla duŜych silników asynchronicznych, pieców indukcyjnych. Jak juŜ wspomniano, do wad kondensatorów naleŜy wraŜliwość na podwyŜszony poziom napięcia i na wyŜsze harmoniczne, pojawiające się w napięciu zasilającym. Z podanych wcześniej zaleŜności dotyczących mocy baterii kondensatorów, wynika, Ŝe niewielki wzrost napięcia moŜe spowodować znaczny wzrost mocy baterii, co grozi przegrzaniem kondensatorów. W sieciach, w których moŜliwe są odchylenia napięcia przekraczające +10% U, niewskazane jest stosowanie kondensatorów. W celu uniknięcia rezonansu naleŜy sprawdzić przy doborze baterii kondensatorów, czy numer k harmonicznej rezonansowej, który w przybliŜeniu dla baterii o mocy Qc moŜna określić z zaleŜności: 12 k = " Sk 1,1Q c przy czym Sk” - moc zwarciowa w miejscu zainstalowania baterii kondensatorów, nie jest bliski nieparzystym harmonicznym, występującym w sieci, gdyŜ wówczas nie moŜna stosować baterii o takiej mocy. NaleŜy pamiętać teŜ o fakcie, Ŝe na zaciskach kondensatorów - po ich wyłączeniu pojawia się napięcie równe napięciu w chwili gaszenia łuku, zwykle o wartości bliskiej największej wartości chwilowej. MoŜe się ono utrzymywać bardzo długo (dni, a nawet tygodnie). Zgromadzona w kondensatorach energia jest na tyle duŜa, Ŝe stanowi zagroŜenie poraŜeniowe dla obsługi. Z tych względów stosuje się rozwiązania z elementami rozładowczymi. PrzewaŜnie stosowane są rezystory przyłączone na stałe do zacisków roboczych kondensatorów. Zwykle do rozładowania kondensatorów średnich napięć są wykorzystane przekładniki napięciowe, tak zainstalowane, aby ich odłączenie było moŜliwe jedynie razem z kondensatorami. Rozładowanie kondensatorów przez przekładniki napięciowe następuje szybko, na ogół w czasie kilku sekund. ObciąŜenie czynne przekładnika po stronie wtórnej skraca czas rozładowania. Przy kompensacji indywidualnej rozładowanie kondensatorów następuje zazwyczaj przez impedancje odbiorników. NaleŜy podkreślić, Ŝe racjonalna gospodarka mocą bierną to nie tylko problem optymalnej kompensacji, ale równieŜ problem ograniczenia jej zapotrzebowania. Zmniejszenie zapotrzebowania mocy biernej moŜliwe jest przez: • właściwy dobór mocy transformatorów (nie przewymiarowanie), • wyłączanie niedociąŜonych równolegle, szczególnie elementów sieciowych transformatorów pracujących (eliminacja strat na magnesowanie, a jednocześnie strat mocy czynnej w Ŝelazie), • właściwy dobór silników odpowiadający przewidywanym obciąŜeniom (dąŜenie do prawidłowego obciąŜenia silników wynika ze ścisłej zaleŜności współczynnika mocy silników indukcyjnych od stopnia ich obciąŜenia), • eliminowanie pracy silników na biegu jałowym, • stosowanie, jeśli to moŜliwe, przełącznika „trójkąt - gwiazda", gdy z trybu pracy maszyny wynika konieczność czasowej pracy silnika przy małym obciąŜeniu (poniŜej 50 % jego mocy znamionowej), • zastępowanie duŜych silników asynchronicznych silnikami synchronicznymi, co jest wskazane przy doborze silników o mocach 13 począwszy od około 100 kW w zastosowaniach charakteryzujących się znaczną równomiernością pracy, nie wymagających częstych rozruchów ani duŜych momentów rozruchowych (silniki te przy przewzbudzeniu pobierają z sieci prąd o charakterze pojemnościowym, są więc źródłem mocy biernej indukcyjnej; rolę taką mogą spełniać równieŜ, stosowane coraz powszechniej, silniki asynchroniczne synchronizowane). • stosowanie, jeśli to moŜliwe, silników zwartych zamiast pierścieniowych i szybkoobrotowych zamiast wolnoobrotowych, ze względu na większą wartość znamionowych współczynników mocy, • dbałość o właściwą konserwację i remonty silników. W przypadkach, w których proponowane środki nie dają zadowalających rezultatów zachodzi celowość omówionej poprzednio kompensacji sztucznej, realizowanej między innymi przy uŜyciu baterii kondensatorów. Literatura 1. http://twelvee.com.pl 2. J.Adamska, R. Niewiedział: Podstawy elektroenergetyki. Skrypt PP nr 1519 Opracowała: dr inŜ. Janina Adamska c.d. – dane katalogowe 14 ZAŁĄCZNIK 2 PRZYKŁADY REGULATORÓW MOCY BIERNEJ (opracowano na podstawie katalogów firmowych) REGULATOR MRM-12 firmy Twelve Mikroprocesorowy regulator mocy biernej MRM jest nowoczesnym urządzeniem do automatycznej kompensacji mocy biernej w sieciach trójfazowych, trój- i czteroprzewodowych niskiego napięcia. Jako funkcjonalny odpowiednik, regulator MRM moŜe być stosowany w miejsce wszystkich dotychczas uŜywanych urządzeń tego typu (np. regulatory z rodzin RC, eBR, ACM, RPR itp.) bez dodatkowej modernizacji szafy baterii kondensatorów. . Nowoczesne algorytmy działania minimalizują liczbę łączeń, pozwalają na optymalne skompensowanie niekorzystnego poboru mocy biernej. Zastosowanie mikroprocesora, który steruje wszystkimi funkcjami regulatora zapewniło osiągnięcie wysokiego poziomu technicznego i funkcjonalnego. Przy prawidłowo dobranej baterii kondensatorów mocy i właściwych nastawach moŜliwe jest osiągnięcie tg ϕ rzędu 0,1. Regulator MRM pod względem konstrukcyjnym i funkcjonalnym prezentuje wysoki 15 światowy poziom. Uniwersalna obudowa umoŜliwia montaŜ w drzwiach lub wewnątrz baterii kondensatorów. UŜycie układów wysokiej skali integracji zapewnia osiągnięcie duŜej niezawodności pracy, co gwarantuje poprawną pracę bez nadzoru słuŜb energetycznych. DuŜa czułość układu pomiarowego pozwala na współpracę nawet z przewymiarowanym przekładnikiem prądowym. Wbudowany zegar pozwala dowolnie dostosować się do wymagań narzuconych przez Zakład Energetyczny. Wykonanie regulatora w wersjach do 6 i do 12 wyjść sterujących pozwala na kompensację mocy w bardzo szerokim zakresie, poczynając od pojedynczych kvar-ów. Krótkie czasy zadziałania (od 1s) pozwalają stosować regulator w zakładach o szybkich i duŜych zmianach obciąŜeń. Wszystkie zalety urządzenia zapewniają oszczędność czasu słuŜb energetycznych, wyeliminowanie opłat za moc bierną i redukcję opłat od 3 do 7% za moc czynną co sprawia, Ŝe rentowność inwestycji jest bardzo duŜa (zwrot kosztów w czasie od 3 do 12 miesięcy), a poziom kosztów zakładu ulega znacznemu obniŜeniu. REGULATORY serii MCX-8 i MCX-14 CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA Opisany regulator mocy biernej jest urządzeniem zaprojektowanym do pomiaru współczynnika mocy w układach elektrycznych i odpowiedniego sterowania załączaniem i wyłączaniem kondensatorów w celu osiągnięcia zamierzonego współczynnika cos ϕ. Regulator wykorzystuje 3-cyfrowy wyświetlacz do obrazowania ustawień oraz aktualnych wartości, tzn. wartości współczynnika mocy, prądu całkowitego oraz zawartości harmonicznych w czasie rzeczywistym. Wszystkie typy regulatora wyposaŜone są w mikroprocesor, który dba o równomierne zuŜywanie się styczników i regulatorów stosując odpowiednią sekwencyjność załączania, uwzględniającą czas pozostawania kaŜdego z kondensatorów w stanie wyłączonym ( system FIFO ). Regulator moŜe być wyposaŜony w przekaźnik alarmowy, który zaczyna działać, gdy bateria kondensatorów nie jest w stanie osiągnąć zamierzonego cos ϕ lub teŜ w sytuacji zbyt wysokiego poziomu zawartości harmonicznych. Diody LED pokazują na bieŜąco ilość załączonych stopni. 16 ZAŁĄCZNIK 3 PRZYKŁADY KONDENSATORÓW MOCY NISKIEGO I ŚREDNIEGO NAPIĘCIA ORAZ BATERII KONDENSATORÓW (opracowano na podstawie katalogów firmowych) Kondensatory firmy „ENCO” Energetyka sp. z o.o. KONDENSATORY MOCY MINIFILMETAL (seria MFB) Kondensatory z mechanizmem samonaprawy umieszczone w obudowie w formie prostopadłościanu wyposaŜone w rezystory rozładowcze z zaciskami osłoniętymi pokrywą ochronną. Zaciski podłączeniowe śrubowe M 6, na Ŝyczenie mogą być wyposaŜone w kable trójfazowe. Przeznaczone do kompensacji indywidualnej małych odbiorników indukcyjnych lub do montaŜu w bateriach kondensatorów o małych i średnich rozmiarach. 17 CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNA częstotliwość znamionowa 50 Hz materiał dielektryczny polipropylen rezystor rozładowczy tak straty izolacji poniŜej 0,2 W/kvar straty łączne PoniŜej 0,5 W/kvar maksymalne przekroczenie napięcia ( IEC 831) 1.1 UN maksymalne przekroczenie prądu ( IEC 831) 1.3 IN limity temperaturowe w odniesieniu do IEC 831 - 40 / + 50 ºC Standardy IEC 831, IEC 70/70A Oznaczenie QN UN (kVAr) (V) IN h CięŜar (A) (mm) (kg) MFB40010 1.0 400 1,4 210 2,6 MFB40015 1,5 400 2,2 210 2,6 MFB40020 2.0 400 2,9 210 2,6 MFB40025 2,5 400 3,6 210 2,6 MFB40030 3.0 400 4,3 210 2,6 MFB40040 4.0 400 5,8 210 2,6 MFB40050 5,0 400 7,2 210 2,7 MFB40075 7,5 400 10,8 210 2,7 MFB40100 10,0 400 14,4 210 2,7 MFB40125 12,5 400 28,0 390 4,2 MFB40150 15,0 400 21,7 390 4,2 MFB40200 20.0 400 28,9 390 4,3 MFB23010 1,0 230 2,5 210 2,6 MFB23015 1,5 230 3,8 210 2,6 MFB23020 2,0 230 5,0 210 2,7 MFB23025 2,5 230 6,3 210 2,7 MFB23040 4,0 230 10,0 210 2,7 MFB23050 5,0 230 12,6 210 2,7 MFB23075 7,5 230 18,8 210 2,7 MFB23100 10,0 230 25,1 390 4,2 MFB23150 15,0 230 37,6 390 4,3 18 KONDENSATORY nn FIRMY Electronicon GmbH GERA Kondensatory mocy MPP i MKP posiadają cylindryczną obudowę aluminiową, w której umieszczone są zwijki. W kondensatorach MPP zwijki złoŜone są z obustronnie metalizowanej taśmy papierowej (elektrody) oraz folii polipropylenowej (dielektryk). Jako impregnat zastosowano nietoksyczny, nieszkodliwy ekologicznie olej mineralny. W suchych kondensatorach MKP dielektryk stanowi folia polipropylenowa. Okładkami kondensatora są napylone metodą próŜniową, bezpośrednio na folii propylenowej, warstewki metalu. Zwijki zalane są gęstą, nietoksyczną, niepalną i nieszkodliwą ekologicznie substancją. Dzięki zastosowanym materiałom i nowoczesnej technologii kondensatory MPP i MKP charakteryzują się małymi wymiarami, małymi stratami mocy czynnej, duŜą odpornością na przepięcia i częste załączanie do sieci. W przypadku lokalnego przebicia następuje samoregeneracja dielektryka. Kondensatory wykonywane są jako jedno- oraz trójfazowe (skojarzone w trójkąt). WyposaŜone są w estetyczne osłony zacisków łączeniowych, gwarantujące stopień ochrony IP 44. We wszystkich kondensatorach zamontowane są oporniki rozładowcze obniŜające napięcie na zaciskach poniŜej 50 V po upływie 60 sekund. Kondensatory wyposaŜone są w nadciśnieniowe zabezpieczenia przeciąŜeniowe. Łatwy montaŜ kondensatora umoŜliwia umieszczona osiowo w dnie cylindrycznej obudowy śruba mocująca, słuŜąca jednocześnie do podłączenia przewodu zerowania ochronnego. 19 ZASTOSOWANIE Kondensatory mocy MPP i MKP przeznaczone są do kompensacji indukcyjnej mocy biernej (poprawy współczynnika mocy cos ϕ) w przemysłowych sieciach jedno- i trójfazowych. Mogą być montowane zarówno bezpośrednio przy odbiornikach (kompensacja indywidualna), jak równieŜ w bateriach sterowanych ręcznie lub automatycznie. OGÓLNE PARAMETRY TECHNICZNE: Napięcie znamionowe: 400, 440, 525 V (230,415, 690, 760 V) Częstotliwość: 50 Hz (60 Hz na zamówienie) Tolerancja pojemności: -5... +15% Straty mocy czynnej: poniŜej 0,2 W/kVar Klasa temperaturowa: C (maksymalna temperatura otoczenia + 50%) Minimalna temperatura -40 C dla MPP otoczenia: -25°C dla MKP Maksymalna temperatura obudowy: +70°C Dopuszczalne napięcie robocze: 1,1 x UN - 8 h/dobę 1,15 xUN - 30 min/dobę Dopuszczalne przepięcia łączeniowe: 3 x IN Dopuszczalny prąd załączania (wartość szczytowa): 200 x IN Dopuszczalne przeciąŜenie prądowe: 1,3 x IN Stopień ochrony obudowy: bez osłony zacisków - IP 00 z osłoną zacisków - IP 44 na zamówienia - IP 54 Pozycja pracy: kondensatory MPP - pionowa kondensatory MKP - dowolna 20 BATERIE KONDENSATORÓW typ BKW firmy „ENCO” Energetyka sp. z o.o. Do kompensacji mocy biernej w sieciach niskich napięć bez zakłóceń. Baterie kondensatorów ENCO typ BKW przeznaczone są do automatycznej kompensacji mocy biernej w układzie scentralizowanym poprzez korygowanie wartości współczynnika cos ϕ w danym systemie elektroenergetycznym. Baterie są dostarczane klientowi kompletnie wyposaŜone i gotowe do podłączenia do sieci. Baterie typu BKW wyposaŜone są w kondensatory niskich napięć ENCO mocach o dobranych zgodnie z indywidualnymi wymaganiami klienta, zabezpieczone bezpiecznikami i wyposaŜone w: rezystory rozładowcze, specjalne styczniki przeznaczone do załączania kondensatorów, oparte na mikroprocesorze regulatory mocy biernej typ MCX (opcjonalnie wyposaŜone w złącze RS 485 umoŜliwiające zdalne monitorowanie parametrów baterii). Całość umieszczona jest w estetycznej uzaleŜnionych od mocy baterii. obudowie metalowej o wymiarach 21 BATERIE KONDENSATORÓW typ BKW-H firmy „ENCO” Energetyka sp. z o.o. Do kompensacji mocy biernej w sieciach niskich napięć z zakłóceniami. Obecność harmonicznych w systemach elektroenergetycznych moŜe powodować generowanie prądów o wartości znacznie przekraczającej wartość wynikającą z obciąŜenia nominalnego kondensatorów, jak teŜ wiele innych problemów w odniesieniu do pozostałych elementów osprzętu sieciowego. W skrajnym przypadku wpływ wyŜszych harmonicznych moŜe się uwidocznić zniszczeniem kondensatorów lub całej baterii. Aby skutecznie i bezpiecznie kompensować moc bierną w systemach zawierających wyŜsze harmoniczne konieczne jest zastosowanie baterii kondensatorów z filtrami, która kompensować będzie bez w stanie zagroŜenia, iŜ prawidłowo dojdzie do zniszczenia urządzenia. ENCO oferuje w takiej sytuacji oddzielny typoszereg baterii oznaczonych symbolem BKW-H. Charakterystyka techniczna baterii BKW-H jest analogiczna do serii BKW. Istotną róŜnicą jest natomiast zastosowanie w miejsce tradycyjnych kondensatorów kondensatorów ENCO serii FMF (na napięcie 460 V) połączonych z dopasowanymi do poziomu zakłóceń dławikami wyŜszych harmonicznych, stanowiących wspólnie filtr ochronny. Baterie typu BKW-H wyposaŜone są w kondensatory niskich napięć ENCO serii FMF o mocach dobranych zgodnie z indywidualnymi wymaganiami klienta, zabezpieczone bezpiecznikami i wyposaŜone w rezystory rozładowcze, połączone z nimi dławiki wyŜszych harmonicznych (współczynnik tłumienia 7, 11 lub 14 %), specjalne styczniki przeznaczone do załączania kondensatorów, oparte na mikroprocesorze regulatory mocy biernej typ MCX (opcjonalnie wyposaŜone w złącze RS 485 umoŜliwiające zdalne monitorowanie parametrów baterii) 22 KONDENSATORY MOCY SN Kondensatory firmy „ENCO” Energetyka sp. z o.o. Kondensatory mocy SN przeznaczone są do kompensacji mocy biernej w sieciach średniego napięcia (kompensacja odbiorów o duŜym poborze mocy). Charakterystyka ogólna Kondensatory średniego napięcia ENCO przeznaczone są do korekty wartości współczynnika mocy oraz filtrowania harmonicznych. Zamknięte są w obudowach metalowych o kształcie prostopadłościanu z izolatorami porcelanowymi wyposaŜonymi w przyłącza śrubowe M12. W środku obudowy kondensatora umieszczone są elementy pojemnościowe połączone ze sobą w układzie szeregowo-równoległym tak, aby osiągnąć wysoką moc przy wysokiej wartości napięcia. Kondensatory SN ENCO produkowane są przy wykorzystaniu najnowszych technologii opierających się na dogłębnej znajomości procesów technologicznych i produkcyjnych, jak teŜ na bardzo surowych i dokładnych testach. Elementy pojemnościowe kondensatorów produkowane są w oparciu o technologię folii, tzn. folii propylenowej jako dielektryka o niskim współczynniku strat i rozciągniętej na niej warstwy folii aluminiowej. Dzięki zamianie dotychczas stosowanego jako dielektryka papieru folią polipropylenową, w znaczący sposób spadł współczynnik strat wewnętrznych kondensatora (0,15 W/kvar) oraz ryzyko eksplozji w przypadku wystąpienia zwarcia. Dzięki wyeliminowaniu papieru spadła mianowicie emisja gazów jak teŜ duŜo mniejszy jest wzrost 23 ciśnienia. Bardzo niewielka grubość folii propylenowej sprzyja takŜe przyśpieszeniu procesu impregnacji poprzez poprawę współczynnika dyfuzji oleju impregnującego. Folia aluminiowa jest w odróŜnieniu do dotychczas stosowanej technologii cięta laserem, aby zachować idealny kształt krawędzi i w konsekwencji zmniejszyć wartość pola elektrycznego w tych miejscach. Poprzez wyeliminowanie mikroskopijnych „porwanych" krawędzi, jakie otrzymywano w tradycyjnym procesie technologicznym zwiększa się w znacznym stopniu odporność kondensatora na wzrosty napięcia w kondensatorze. Zgodnie z zaleceniami normy IEC 871-1:97 kondensatory wytrzymują, bez Ŝadnego znacząco negatywnego wpływu na kondensator, wzrost napięcia do wartości 1,1 napięcia znamionowego przez 12 godzin na kaŜde 24 godziny. Ponadto kondensatory mogą pracować ciągle przy przeciąŜeniu na poziomie 1,3 prądu znamionowego. TenŜe współczynnik przeciąŜenia prądowego jest wkalkulowany po to, aby chronić kondensator przed negatywnymi wpływami harmonicznych i wzrostów napięcia. W kondensatorach jako ciecz impregnującą zastosowano Jarylec C101. Jest to olej ulegający biodegradacji nie zawierający chlorowodorów, charakteryzujący się ponadto wysoką odpornością na wyładowania niezupełne, jak teŜ wspaniałymi własnościami dielektrycznymi. Kondensatory SN posiadają wbudowane rezystory rozładowcze, które pozwalają na sprowadzenie wartości napięcia do poziomu określonego normą po odłączeniu kondensatora od sieci zasilającej. Napięcie oraz czas rozładowania moŜe być korygowany na Ŝyczenie. Aby uniknąć odłączenia całego kondensatora w momencie uszkodzenia jednego z jego elementów pojemnościowych, kondensatory (kaŜdy element) zostały wyposaŜone w bezpieczniki, które ulegają przepaleniu dzięki energii zgromadzonej w innych elementach tej samej grupy. Kondensatory SN zostały ponadto wyposaŜone w bezpieczniki, które umoŜliwiają pracę kondensatory takŜe po awarii, przy uwzględnieniu straty mocy całego kondensatora na wyjściu na poziomie ok. 2%. Charakterystyka techniczna Typ Impregnowana folia polipropylenowo/aluminiowa Częstotliwość 50 lub 60 Hz Klasa temperaturowa od - 40°C do + 55°C Rezystory rozładowcze 75 V-10 min / 50 V-5 min Instalacja wnętrzowa lub zewnętrzna Standardy IEC 871-1,2:97 Poziom izolacji (kV) 20/60; 28/75; 38/95 24 KONDENSATORY SN FIRMY Nokian Capacitors - Finlandia Energetyczne je dnof azowe konde nsatory mocy średnich napięć UILP i PILP Kondensatory produkowane są w wykonaniu jedno- i dwuizolatorowym, wnętrzowe i napowietrzne. Kondensatory UILP i PILP posiadają wewnętrzne zabezpieczenia zwijek oraz urządzenia rozładowcze gwarantujące obniŜenie napięcia do poziomu 75V w czasie 440 s Kondensatory wykonane są w oparciu o najnowocześniejszą technologię all-film. Jako syciwo zastosowano nietoksyczny, nieszkodliwy ekologicznie impregnat (Jelec C101) syntetyczny benzylotoluen/dwubenzylotoluen (M/DBT). 25 BATERIE KONDENSATORÓW SN W UKŁADZIE FILTRÓW WYśSZYCH HARMONICZNYCH ZASTOSOWANIE: Baterie kondensatorów BKR (jako filtry wyŜszych harmonicznych) przeznaczone są do grupowej lub centralnej kompensacji mocy biernej w sieciach przemysłowych o napięciu 6 kV lub 15 kV i częstotliwości podstawowej 50 Hz z zawartością wyŜszych harmonicznych przy obciąŜeniach stałych i zmiennych, wymagających dostosowania mocy załączonych kondensatorów do zapotrzebowania układu zasilającego. Bateria BKR w układzie filtra wyŜszych harmonicznych spełnia podwójne zadanie: dostarcza moc bierną przy częstotliwości podstawowej oraz odciąŜa sieć od przepływu harmonicznych prądu (jednej lub kilku). Budowa: Bateria BKR moŜe być wykonana jako napowietrzna lub wnętrzowa, w obudowach w formie szaf lub jako wolnostojąca. MoŜe być wykonana jako: filtr pojedynczy (jednej harmonicznej), zestaw filtrów, lub filtr szerokopasmowy. KaŜdy filtr baterii BKR składa się z zestawu kondensatorów (dostosowanych do pracy w sieci z zawartością wyŜszych harmonicznych) o mocy jednostkowej 50, 100, 150, 200 kvar łączonych w układzie podwójnej gwiazdy oraz szeregowo przyłączonego układu dławików. Dławiki rezonansowe filtrów wykonywane są jako jednofazowe-powietrzne lub z rdzeniem Ŝelaznym. Poszczególne filtry baterii posiadają urządzenia rozładowcze. Bateria BKR posiada wszystkie wymagane zabezpieczenia. Jako łączniki zastosowano francuskie styczniki SF6 typu ROLLARC 400 (firmy Merlin Gerin). Przy wykonaniu baterii BKR jako automatycznej, utrzymanie stałej wartości współczynnika mocy cos ϕ gwarantuje mikroprocesorowy regulator M-6B firmy NOKIAN CAPACITORS – Finlandia.
