Urządzenia do kompensacji mocy biernej

• 

Szczegóły

Nadrzędna kategoria: Artykuły

Opublikowano: piątek, 02, czerwiec 2017 11:34

Właściwa gospodarka mocą bierną w systemach elektroenergetycznych to dziś bardzo popularne zagadnienie. Dzięki odpowiedniej kompensacji mocy biernej uzyskuje się bowiem poprawę współczynnika mocy a także pozytywnie wpływa się na jakość energii elektrycznej. Poprawa współczynnika mocy oraz jakości energii elektrycznej to dwa podstawowe cele wykonywania kompensacji.

Kompensacja mocy biernej daje także inne korzyści, np.:

• obniżenie a nawet likwidację opłat za energię bierną pobraną jak i oddaną do sieci;
• zwiększenie możliwości przesyłania mocy czynnej bez zmiany „przepustowości" układu zasilająco-rozdzielczego;
• minimalizację strat przesyłowych;
• zwiększenie niezawodności układów zasilania;
• ograniczenie spadków napięć.

Z punktu widzenia odbiorców przemysłowych ograniczenie rachunków za moc bierną jest podstawą do podjęcia decyzji o zakupie urządzeń kompensacyjnych. Natomiast wymienione powyżej pozostałe korzyści wynikające z kompensacji będą miały znaczenie głównie dla dystrybutorów energii elektrycznej. Rozpatrując kompensację mocy biernej pod kątem poprawy parametrów jakości energii elektrycznej (JEE) trzeba mieć świadomość, że niewłaściwy dobór urządzeń kompensujących może wywołać odwrotny (niż pożądany) skutek, np.: generowanie wyższych harmonicznych, długotrwałe wzrosty napięcia, wzmacnianie wyższych harmonicznych czy wywoływanie krótkotrwałych przepięć, zapadów lub zaników napięcia. Urządzenia do kompensacji mocy biernej można podzielić w następujący sposób:

• kondensatory i baterie kondensatorów;
• kompensatory energoelektroniczne i filtry aktywne APF;
• układy kondensatorowo-energoelektroniczne zwane też układami hybrydowymi;
• maszyny synchroniczne i asynchroniczne.

W szerokiej gamie urządzeń kompensacyjnych możliwych do stosowania w praktyce, największe znaczenie odgrywają kompensatory oparte na kondensatorach energetycznych. Wynika to z ich zalet, z których podstawowymi są stosunkowo niska cena, małe straty własne mocy czynnej, prosta obsługa eksploatacyjna.

Filtry aktywne APF dzieli się na równoległe oraz szeregowe. Pierwsze z nich pozwalają na nadążną likwidację składowej biernej prądu odbiorników, likwidację wyższych harmonicznych prądu oraz symetryzację napięcia. Filtry szeregowe pozwalają natomiast na nadążną filtrację wyższych harmonicznych napięcia, również na symetryzację napięcia oraz kompensację reaktancji indukcyjnej układu zasilającego. Niestety stosowanie filtrów aktywnych jest dość drogim rozwiązaniem, przez co nie są to tak popularne urządzenia kompensacyjne jak te zbudowane na bazie kondensatorów. W porównaniu kosztów zdecydowanie lepiej − w odniesieniu do filtrów APF − wypadają układy hybrydowe, które oferują dużą skuteczność kompensacji mocy biernej i filtracji wyższych harmonicznych.

Układy te zbudowane są z połączenia filtrów aktywnych oraz kompensatorów LC (filtrów pasywnych) na bazie kondensatorów energetycznych. W przypadku maszyn synchronicznych i asynchronicznych maszyn synchronizowanych wykorzystuje się zjawisko oddawania mocy biernej pojemnościowej przy odpowiednio wysokiej wartości prądu wzbudzenia (przewzbudzaniu maszyny synchronicznej). Możliwości wykorzystania silnika synchronicznego charakteryzują tzw. krzywe V. W przypadku maszyn synchronicznych nie ma zagrożenia występowania groźnych zjawisk rezonansowych. Jednakże pozyskiwanie energii biernej przy wykorzystywaniu napędów synchronicznych wiąże się ze stosunkowo wysokimi stratami mocy czynnej.

Jak wspomniano powyżej ze względów na efekty ekonomiczne jak i walory eksploatacyjne do najpopularniejszych i najchętniej stosowanych urządzeń kompensacyjnych w sieciach zarówno niskiego jak i średniego napięcia należą baterie kondensatorów. Baterie kondensatorowe są zbudowane najczęściej z kilku członów kondensatorowych, regulatora oraz osprzętu pomocniczego. Zadaniem regulatora jest, w zależności od zapotrzebowania na moc bierną, automatyczne załączanie odpowiedniej ilości członów kondensatorowych i tym sposobem utrzymywanie współczynnika mocy (cosφ) na wymaganym poziomie.

Każdy człon kondensatorowy składa się z kondensatora energetycznego, stycznika, zabezpieczeń oraz (w niektórych typach baterii) z dławika odstrajającego. Bateria kondensatorowa kompensuje moc bierną indukcyjną, ponieważ sama „wytwarza" moc bierną pojemnościową. Jest to urządzenie, którego skuteczność została potwierdzona pod warunkiem prawidłowego jej doboru i instalacji.

(...)

Robert Gabrysiak

Pełna wersja artykułu w EI 3/2017 do zakupu na portalu www.e-czasopismo.pl oraz www.magazyn-online.com