Przyczyny dla których oszacowanie mocy biernej na etapie projektu jest bardzo trudne:

Transkrypt

1 SPOSOBY DOBORU BATERII KONDENSATOROWYCH Konin, r. Przyczyny dla których oszacowanie mocy biernej na etapie projektu jest bardzo trudne: Odbiorniki pobierające moc bierną nie pracują z mocą nominalną, którą zazwyczaj przyjmuje się do obliczeń W rozbudowanych systemach (kilkadziesiąt odbiorników) trudny do przewidzenia jest współczynnik jednoczesności, a co za tym idzie zapotrzebowanie na moc bierną zespołu odbiorników. Współczynnik mocy urządzeń energoelektronicznych zależy od stanu pracy. W danych nominalnych podawany jest natomiast współczynnik nominalny, tj. przy pracy z mocą nominalną. Powoduje to, że np. urządzenia zasilające napędy prądu stałego podczas zatrzymania osiągają współczynnik mocy tg φ nawet 4-5 podczas gdy nominalny wynosi 0,5. Za pomocą metody obliczeniowej nie można dobrać wielkości członów baterii, co powoduje, że dobierane są często "na wyczucie". W efekcie często zdarza się że w godzinach małego poboru mocy, bateria nie może utrzymać wymaganego poziomu kompensacji, gdyż jej najmniejszy człon ma zbyt dużą moc i jego załączenie spowodowałoby przekompensowanie Dobór zbyt małych członów może natomiast niepotrzebnie zwiększyć koszt i gabaryty baterii. Dobór na podstawie danych z faktury Dobór baterii kondensatorów na podstawie wartości współczynnika tg φ znajdującego się na fakturze za energie elektryczną jest metodą bardzo niedokładną. Dzieje się tak dlatego, że podawany na fakturze współczynnik mocy, jest wartością średnią obliczoną na podstawie pomiaru mocy biernej z całego okresu rozliczeniowego najczęściej z miesiąca. Brak jest jakichkolwiek informacji na temat charakteru zmian mocy, jak również okresów w jakich występuje największy pobór mocy biernej. Efektem takiego doboru jest zazwyczaj przewymiarowanie mocy baterii (największy pobór mocy biernej nie zawsze występuje w czasie największego poboru mocy czynnej), jak również stopniowanie nie dobrane do zmian mocy, co może powodować nieprawidłową kompensację przy małych obciążeniach (człony są zbyt duże i bateria ich nie załącza gdyż następuje przekompensowanie). Faktura nie dostarcza również żadnych informacji na temat odkształceń w sieci, w związku z tym może się okazać że dobrana bateria w ogóle nie będzie działać (regulator wyłączy baterie ze względu na zbyt duże odkształcenia napięcia), lub bardzo szybko ulegnie uszkodzeniu (zniszczenie kondensatorów na skutek przeciążenia). Rys.1. Przykład błędnego doboru baterii na postawie danych z faktury

2 Wady doboru baterii na podstawie faktury: - Brak dokładnych danych o wartości mocy biernej i jej zmianach powoduje, że bateria jest często znacząco przewymiarowana (zwiększenie kosztów) lub nie działa prawidłowo. - Brak informacji o odkształceniach napięcia i prądu wprowadza ryzyko, że dobrana bateria może szybko ulec uszkodzeniu. - Tą metodą można dobrać tylko baterię główną, nie jest możliwe zastosowanie kompensacji lokalnej. Pomiar parametrów sieci : - Alternatywą dla metod opisanych powyżej jest dobór baterii kondensatorów na podstawie pomiarów parametrów sieci. Pomiary te przeprowadza się bezinwazyjne (nie wymagają postoju zakładu do założenia urządzeń pomiarowych), rejestrując podstawowe parametry energii elektrycznej oraz ich zmienność w czasie. Czas trwania pomiarów zależny jest od specyfiki odbiorcy (powtarzalność cyklu produkcji i czas jego trwania) i najczęściej trwa od 5-7dni. Przeprowadzona rejestracja wartości mocy biernej w czasie umożliwia wyeliminowanie wszystkich wad metody obliczeniowej, gdyż bateria zostaje dobrana do rzeczywistego zapotrzebowania. Dzięki temu użytkownik ma gwarancję, że zakupiona bateria spełni swą rolę. Zalety doboru za pomocą pomiaru parametrów sieci: - Pomiary pozwalają na dokładne dobranie mocy baterii kondensatorów, co redukuje jej koszt i pozwala na optymalne jej wykorzystanie, koszt pomiarów zwraca się w cenie baterii; - Na podstawie przebiegu zmienności mocy biernej można dobrać optymalne stopniowanie członów baterii, co gwarantuje właściwą kompensację przez cały czas pracy; - Pomiar odkształceń prądu i napięcia pozwala na określenie czy konieczne jest zastosowanie baterii dławikowej oraz jeżeli to konieczne dobór odpowiedniego dławika; - Przeprowadzenie pomiarów eliminuje ryzyko, że zostanie dobrana niewłaściwa metoda kompensacji, np. w sytuacji gdy moc bierna zmienia się w dużym zakresie (kilkadziesiąt kvar) w krótkim czasie (kilka sekund) bateria nie będzie w stanie skompensować tej mocy; - Na podstawie pomiarów można ocenić czy korzystniejsze jest zastosowanie kompensacji grupowej czy lokalnej; - W przypadku dużych odkształceń prądu można zastosować filtry wyższych harmonicznych; - Pomiary dostarczają ponadto informacji o stanie systemu energetycznego, co pozwala na wykrycie niebezpiecznych zjawisk (rezonans). Wiadomości o mocy biernej Kompensacja mocy biernej - pozory mylą. Niemal każdy, kto miał do czynienia z utrzymaniem ruchu elektrycznego zna pojęcie kompensacji mocy biernej. Zazwyczaj to hasło kojarzy się z baterią kondensatorów, którą zamontowano razem z rozdzielnicą i "pracuje" ona bez konieczności obsługi do dziś, nie sprawiając Żadnych problemów. Czy rzeczywistość naprawdę jest tak kolorowa?

3 Wszystko OK, nie płacę kar za moc bierną. Taką odpowiedź można najczęściej usłyszeć na pytanie o jakość kompensacji w zakładach przemysłowych, jednak bardzo często okazuje się, że pomimo iż Zakład Energetyczny na fakturze wpisał tangens w granicach dopuszczalnych, tak naprawdę w sieci zakładowej kompensacja pozostawia wiele do życzenia. Dlaczego tak się dzieje? Najczęściej jest to zasługa rozległości sieci zakładowej, w której skład wchodzi kilka stacji transformatorowych. Nieprawidłowości na części stacji są w całościowym obrazie niwelowane przez pozostałe stacje, które działają prawidłowo lub nieprawidłowości wzajemnie się znoszą (część stacji ma przekompensowanie, a część jest niedostatecznie skompensowana). Można spotkać również opinie, że kary owszem są ale ich wysokość jest tak niewielka, że nie warto zawracać sobie nimi głowy. Czy na pewno tylko takie są koszty? Nie tylko moc bierna Głównym powodem, dla którego stosuje się kompensację mocy biernej, jest zmniejszenie obciążenia linii przesyłowych, poprzez zmniejszenie wartości płynącego prądu, a co za tym idzie zmniejszenie strat cieplnych przewodzenia. O ile w przypadku zakładów rozległość linii jest na tyle niewielka, że straty te nie stanowią dużego problemu, o tyle nie do pominięcia jest dodatkowe obciążenie transformatorów, które w skali roku może dać odczuwalne oszczędności. Straty własne transformatora zależne są od mocy pozornej jaką aktualnie jest on obciążony, w przybliżeniu wg zależności : BP - Straty przewodzenia S - moc pozorna jaką obciążony jest transformator Sn - nominalna moc transformatora BPn - nominalne straty przewodzenia Przykładowo dla transformatora olejowego 1000kVA 15/0,4kV nominalne straty przewodzenia wynoszą 9500W. Jeżeli transformator zostanie obciążony mocą czynną 500kW przy współczynniku tgφ= 0,3 moc pozorna obciążenia transformatora wyniesie: 522kVA. Jeżeli ten sam transformator zostanie obciążony mocą czynną 500kW przy współczynniku tgφ=1 moc pozorna obciążenia transformatora wyniesie: 707kVA. Oznacza to, że straty przewodzenia w pierwszym przypadku wyniosą BP1=2588W, natomiast w drugim BP2=4748W, co daje różnice około 2kW. Zakładając pracę transformatora przez 300 dni w roku na podanym poziomie obciążenia, poprawna kompensacja pozwala oszczędzić 15 MWh. Na pierwszy rzut oka może wydawać się, że nie są to gigantyczne wielkości, pamiętajmy jednak że: - W większości przypadków w rozdzielniach istnieją baterie kondensatorów, a zła kompensacja wynika z niewłaściwego ich działania, oznacza to, że nie trzeba ponosić znacznych kosztów na poprawę sytuacji. - Zazwyczaj w zakładach pracuje nawet kilkanaście baterii, jeżeli kilka pracuje niewłaściwie, straty mocy są znaczące. - Wysoki pobór mocy biernej poza zwiększeniem strat powoduje również obniżanie napięcia (lub podwyższanie w przypadku przekompensowania) co może powodować uszkadzania urządzeń. Zdarzają się przypadki zakładów w których wyłączano baterię, ze względu na notorycznie występujące uszkodzenia. Najczęściej były to masowo przepalane wkładki, jak również uszkodzone człony. Po przeprowadzeniu pomiarów parametrów sieci najczęściej okazuje się, że przyczyną takiego stanu był rezonans występujący w sieci pomiędzy baterią, a innym odbiornikiem. W efekcie bateria bez odpowiednich dławików ochronnych powodowała wzmocnienie odkształcenia prądu i przepływ prądów wyższych harmonicznych o znacznych amplitudach przez człony, co skutkowało wzrostem wartości skutecznej prądu i przepalanie wkładek, a także uszkadzanie członów. W takiej sytuacji należy zastosować baterię dławikową dostosowaną do występujących harmonicznych.

4 Dlaczego bateria nie działa prawidłowo. Przyczyn nieprawidłowego działania baterii może być wiele, najczęściej spotykane to: a) zły dobór baterii : - Człony są zbyt duże w stosunku do pobieranej mocy co powoduje, że regulator nie może dobrać odpowiedniej konfiguracji. - Bateria ma za małą moc. - Dobrana bateria ma niedostosowane do charakteru odbiorników stopniowanie i ilość członów. - Zastosowano baterię do kompensacji odbiornika o szybkich zmianach mocy biernej. Bateria nie nadąża za zmianami mocy. b) nieprawidłowe działanie regulatora : - Regulator jest podłączony nieprawidłowo co powoduje niewłaściwy pomiar współczynnika mocy. - Regulator jest źle ustawiony, za duża czułość powoduje ciągłe przełączanie członów, za mała dużą zwłokę w reakcji na pojawienie się obciążenia. - Regulator źle mierzy współczynnik. Sytuacja często spotykana, szczególnie w starszych bateriach. - Bateria pracuje w odkształconym środowisku, co powoduje działanie zabezpieczenia przed uszkodzeniem na skutek wyższych harmonicznych i wyłączanie baterii, nawet pomimo że zastosowano dławiki ochronne. b) uszkodzenie baterii : - W baterii zostały przepalone zabezpieczenia członów. - Człony baterii utraciły pojemność. - Styczniki "zawiesiły się. Wyłączyłem baterie, a Zakład Energetyczny ciągle nalicza mi kary za przekompensowanie. Sytuacja taka ma miejsce niezwykle rzadko, a przyczyn takiego stanu rzeczy może być kilka : - Duża pojemność kabli. Sytuacja może wystąpić w przypadku, gdy zakład zasilany jest długą linią kablową (kilka kilometrów) średniego lub wysokiego napięcia, która została znacznie przewymiarowana, natomiast układ pomiarowy znajduje się na początku tej linii. Jeżeli zakład nie posiada odbiorników pobierających dużej mocy biernej, pojemność kabli może powodować przekompensowanie - Niewłaściwe podłączenie układu pomiarowego. Sytuacja może wystąpić w przypadku zamiany strony uziemienia przekładników prądowych. Do tej pory stwierdziliśmy jedną taką sytuację, w której klient odzyskał dzięki stwierdzonej nieprawidłowości całość naliczonej kary. - Sklejony stycznik w baterii. Przekompensowanie występuje zazwyczaj w godzinach najmniejszego poboru mocy i może mieć miejsce nawet po wyłączeniu regulatora baterii. Jego wielkość zależy od mocy członu który pozostał załączony, najczęściej rzędu kilkunastu KVAr. - Połączenie do pracy równoległej transformatorów, które nie są do tego przystosowane może powodować niewłaściwe wskazania układu pomiarowego. Dzieje się tak jeżeli istnieją dwa układy pomiarowe, z których każdy mierzy moc pobieraną przez jeden transformator. Na skutek przepływu prądu wyrównawczego jeden układ pomiarowy będzie wskazywał przekompensowanie a drugi niedokompensowanie, pomimo że kompensacja w zakładzie jest prawidłowa. Jak sprawdzić czy kompensacja działa prawidłowo? Najpewniejszą metodą oceny poprawności kompensacji mocy biernej jest przeprowadzenie pomiarów parametrów sieci. Pomiary te standardowo trwają 1 tydzień i nie wymagają zatrzymania pracy zakładu. Poza informacją na temat kompensacji, uzyskuje się również informację na temat profilu obciążenia rozdzielni, jakości energii, w tym zawartości harmonicznych, występujących zjawiskach, np. przepięcia, zapady. Zgrubnej oceny kompensacji można dokonać na podstawie :

5 - Przeanalizowania faktur za energię elektryczną. - Sprawdzenia wskazań regulatora mocy biernej, jeżeli wskazywany cosinus osiąga wartość mało realną np. 0.5 lub pomimo, że wszystkie człony są wyłączone regulator pokazuje przekompensowanie, kompensacja nie działa poprawnie. - Sprawdzenia stanu wkładek bezpiecznikowych poszczególnych członów. Pamiętajmy jednak, że w ten sposób sprawdzamy kompensację w danej chwili i nie jesteśmy w stanie ocenić pracy układu w całości.