Regulácia jalového výkonu v harmonicky skreslenom prostredí
Elektrická energia sa podstatnou mierou podieľa na prevádzkových nákladoch každého podniku. Z toho vyplýva zvýšený záujem o jej efektívne využitie. Jedným z prostriedkov, ktoré tomu prispievajú, je správna kompenzácia účinníka cos φ (jalového výkonu).
Úvod ku kompenzácii jalového výkonu
Väčšina spotrebičov potrebuje na svoju činnosť okrem činného aj jalový výkon, aby sa vytvorilo magnetické pole vo svojom obvode - motory, transformátory, indukčné pece, atď. Induktívna záťaž spôsobuje fázový posun prúdu voči napätiu. Udáva sa v stupňoch a označuje sa uhlom φ. Následne, účinník cos φ vyjadruje pomer medzi výkonom činným „P" a zdanlivým „S" ( cos φ = P/S ).
Pri napájaní induktívnych spotrebičov sú rozvodné zariadenia zaťažované väčším prúdom ako pri prenose rýdzeho činného výkonu, čo má nasledovné dôsledky:
a) Výkonové straty a úbytok napätia sú väčšie.
b) Znižuje sa zaťažiteľnosť sústavy činným výkonom.
Rozvodné zariadenia sa proti tomuto nepriaznivému efektu bránia penalizáciou za nedodržanie účinníka. Podľa Energetického zákona č. 222/1994 Zb.( 458/2000) je odberateľ povinný dodržiavať účinník v rozsahu 0,95 - 1, pokiaľ nie je dohodnuté inak.
Efektívnym nástrojom na udržiavanie účinníka v povolenom koridore je paralelná kompenzácia. Realizuje sa pripojením kondenzátorovej batérie paralelne k záťaži. Účinok na zdanlivý výkon prenášaný v sieti je zrejmý z obr. 1. Namiesto výkonu S1 sú prenosové siete namáhané výkonom S2
Obr. 1: Efekt kompenzácie na zdanlivý výkon prenášaný v sieti.
Kondenzátory sú obyčajne umiestnené v kompenzačných rozvádzačoch, ktoré sú navrhnuté podľa potreby zákazníka. Funkčnou jednotkou kompenzačného systému je regulátor kontinuálne riadiaci jalový výkon kompenzačnej jednotky.
Pri spotrebičoch s rýchlymi zmenami výkonu (bodové zváračky, žeriavy) je vhodné použiť bezkontaktné tyristorové kompenzácie.
Z hľadiska umiestnenia kondenzátorov rozoznávame kompenzáciu individuálnu, skupinovú a centrálnu. Každé riešenie má svoju osobitosť, optimálne zapojenie vyplýva z charakteru odberného miesta.
Vplyv harmonického skreslenia na uskutočnenie kompenzácie
Význam uvažovania harmonicky skresleného prostredia narastá s rozvojom nelineárnych spotrebičov, špeciálne výkonovej elektroniky. To sú spotrebiče, ktoré zo siete odoberajú periodický neharmonický prúd. Takýto prúd pretekajúci záťažou spôsobuje nesínusový úbytok napätia na impedancii prenosovej cesty. Výsledkom je neharmonické napätie, ktoré sa objaví na svorkách spotrebičov (aj tých lineárnych).
Periodický neharmonický signál sa podľa Furierovho zákona dá rozložiť na sumu harmonických signálov s frekvenciami, ktoré sú celočíselnými násobkami 50 Hz. Spomenuté signály sa okrem základnej harmonickej nazývajú vyššie harmonické.
Viaceré prvky elektrizačnej sústavy citlivo vnímajú vyššie harmonické. Jednou z obetí harmonického skreslenia je kondenzátor, ktorého impedancia klesá s rastúcou frekvenciou podľa funkcie f(x) = k/x. Kompenzačným kondenzátorom inštalovaným do prostredia s výskytom vyšších harmonických teda hrozí vďaka nižšej impedancii prúdové preťaženie.
Kvôli spresneniu uvádzame nasledovný príklad:
Na svorkách kondenzátora je prítomné skreslené napätie s výrazným podielom siedmej harmonickej zložky. Pre túto zložku má kapacita sedemkrát menšiu impedanciu a preto bude kondenzátor intenzívne namáhaný siedmou harmonickou zložkou prúdu. Nakoniec môže dôjsť k jeho poškodeniu.
Okrem tejto vlastnosti sa kondenzátory podieľajú na zosilnení harmonického skreslenia paralelnou alebo sériovou rezonanciu, ku ktorej dochádza vzájomnou interakciou so sieťovými indukčnými prvkami. To sú dôvody, ktoré si vyžadujú opatrenia pri inštalovaní kompenzačnej jednotky.
Samotnej realizácii kompenzačnej jednotky by malo predchádzať meranie, ktoré odhalí rozsah a spektrum harmonického skreslenia. V prípade slabého skreslenia postačuje inštalovať kondenzátory s vyššou menovitou hodnotou napätia (440 V). Pri vyššej intenzite je nutné kompenzačný rozvádzač doplniť o tlmivky. Voľbou vhodnej tlmivky sa nastaví rezonančná frekvencia kompenzačného systému. Podľa nastavenej rezonančnej frekvencie existujú dve vyhotovenia. Ak sa rezonančná frekvencia nastaví do oblasti medzi harmonickými frekvenciami (obyčajne medzi3. a 5.harmonickú, napr.: fr = 204 Hz) ide o chránenú kompenzáciu. Ak sa frekvencia nastaví do oblasti blízko dominantnej harmonickej frekvencie (napr.240Hz) vykoná sa filtrovaná kompenzácia. Vyhotovenie sa volí podľa toho, či je záujem len chrániť kompenzačné kondenzátory alebo naviac filtrovať harmonické prúdy zo siete.
Pre odberné miesta, ktoré sú prevádzkované s intenzívnym harmonickým skreslením a s častými zmenami harmonického spektra, sa odporúča použitie aktívneho filtra. Takýto systém skĺbi kompenzáciu účinníku aj filtráciu vyšších harmonických zložiek prúdu.Kontinuálne meria harmonické zložky prúdu a následne generuje inverzné zložky kompenzujúce pôvodné zložky. Dosahuje sa tým precízna filtrácia, prispôsobivá spektrálnym zmenám, avšak za vyššiu cenu.
Záver
Kompenzácia je potrebnou súčasťou technického zariadenia odberateľa. Prináša mu úspory pri platbách za elektrickú energiu, ale aj zníženie vlastných strát v rozvode. Je však potrebné, aby kompenzačné zariadenie zodpovedalo podmienkam miestnej siete a charakteru pripojených spotrebičov. Rovnako dôležité je, aby bolo spoľahlivé a malo nielen nízke nároky na údržbu a v neposlednom rade aj prijateľnú cenu.
Text: Befra
.
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax