BADANIE REGULATORA KOMPENSACJI MOCY BIERNEJ

Transkrypt

1 Ćwiczenie nr 1 BADANIE REGULATORA KOMPENSACJI MOCY BIERNEJ 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest poznanie sposobów na skuteczne kompensowanie mocy biernej oraz poznanie zasady działania regulatora mocy biernej VARLOGIC NR6. 2. Wprowadzenie teoretyczne W każdej sieci energetycznej odbiorniki pobierają moc czynną i moc bierną. Moc czynna jest zamieniana na inną postać energii, dzięki czemu wszystkie urządzenia w sieci mogą pracować. Moc czynna pobierana z sieci przez dany odbiornik wyrażana jest wzorem: P = 3UI cosφ (2.1) Energa bierna nie jest zamieniana na pracę, jednak jest ona również potrzebna do pracy tych urządzeń. Moc bierna pulsuje między źródłem i odbiornikiem, a gdy zachodzi potrzeba, wykorzystywana jest do wzbudzania zmiennych pól magnetycznych silników, magnesowania rdzeni transformatorów czy ładowania linii przesyłowych napowietrznych i kablowych. Moc czynną, bierną i pozorną można przedstawić w postaci tzw. trójkąta mocy: Rys. 2.1 Trójkąt mocy 1

2 Moce te związane są ze sobą zależnością wynikającą z twierdzenia Pitagorasa: czyli S 2 = P 2 +Q 2, (2.2) S = P 2 +Q 2 (2.3) Jak wynika z rys.2.1, gdy mamy podane wartości P, S oraz Q, możemy obliczyć wspomniany wcześniej współczynnik mocy cosφ: cosφ = P (2.4) S Większość firm czy dostawców energii jednak posługuje się wartością tg tego kąta: tgφ = Q (2.5) P Optymalną sytuacją byłoby to, gdyby moc czynna była równa pozornej, a więc taka w której moc bierna jest równa zero. Aby to uzyskać stosuje się kompensację mocy biernej, polegającej na zrównoważeniu pobieranej przez odbiorniki mocy biernej, mocą bierną o tej samej lub zbliżonej wartości lecz przeciwnym znaku. Rys.2.2 Wykres obrazujący kompensację mocy biernej QL-moc bierna indukcyjna pobierana przez np. silniki, QC-moc bierna skompensowana, Q-moc bierna po kompensacji, S - moc pozorna, P - moc czynna. Aby skutecznie i efektywnie zarządzać mocą bierną w sieci stosuje regulatory mocy biernej. Regulatory charakteryzują się precyzją, niezawodnością, bardzo dużymi możliwościami regulacyjnymi oraz tym, że najczęściej po jednorazowym zaprogramowaniu regulator nie wymaga obsługi. Nowe regulatory mogą być stosowane w miejsce używanych dotychczas tego typu urządzeń bez modernizacji szaf baterii kondensatorów. Rozwiązania oraz algorytmy stosowane w tych urządzeniach pozwalają na precyzyjne ich działanie oraz ograniczenie liczby łączeń, co skutkuje dłuższą żywotnością aparatury łączeniowej. Pozwalają również na szybkie i precyzyjne 2

3 skompensowanie niekorzystnego współczynnika mocy. Dzięki dużej czułości regulatora, możliwa jest poprawna jego praca przy małych prądach(50ma po stronie wtórnej przekładnika), co umożliwia kompensację przy małym obciążeniu sieci. Każda zmiana członu baterii następuje po określonym czasie zaprogramowanym przez użytkownika, bądź zostaje automatycznie dobrana przez regulator. W ćwiczeniu wykorzystany jest regulator VARLOGIC NR6. 3. Opis regulatora Wygląd przedniego panelu badanego regulatora VARLOGIC NR6 przedstawiono na rys.3.1. Przyciski są zamknięte pod drzwiczkami, na których jest dostępna tabliczka z alarmami regulatora. Rys.3.1 Regulator mocy biernej Varlogic NR6; 1-wyświetlacz LCD, 2-przyciski sterujące, 3-tabliczka alarmów Wyświetlacz LCD przedstawionego wyżej regulatora opisany jest na rys.3.2. Dostępne są na nim m.in. informacje dotyczące alarmów, wartości mocy, prądu, napięcia, współczynnika cosφ, temperatury czy ilości użytych stopni regulatora. Rys.3.2 Rozmieszczenie symboli na wyświetlaczu 3

4 Regulator pozwala na ręczne lub automatyczne dobieranie parametrów. Ustawienia automatyczne najczęściej stosują niedoświadczone osoby. Ustawień tych nie należy stosować do sieci wysokich napięć. Ustawienia automatyczne są zalecane, ponieważ po wprowadzeniu trzech parametrów: przekładni, napięcia oraz współczynnika cosφ, regulator sam dobiera optymalne warunki pracy. Poniżej przedstawione są menu sterowania automatycznego (rys.3.3) oraz sterowania ręcznego (rys.3.4). Rys.3.3 Menu automatycznego doboru 4

5 Rys.3.4 Menu ręcznego doboru parametrów Gdy wybierzemy opcję sterowania ręcznego, ustawić będziemy musieli kilka parametrów (rys.3.4). Po doborze parametrów załączamy opcję VERIFY (weryfikacja parametrów), gdy dobrze skonfigurowaliśmy regulator pojawi się napis *OK*, natomiast gdy błędnie ESC- ERR. Po wystąpieniu błędu należy odczytać jaki to błąd i skorygować ustawienia, bądź przełączyć w tryb automatycznej regulacji. Objaśnienie wszystkich błędów znajduje się w tabeli (Tab.3.1), natomiast objaśnienie komunikatów w tabeli (Tab.3.2). 5

6 Tab.3.1 Objaśnienia kodu błędów Tab.3.2 Objaśnienia komunikatów 6

7 7

8 W powyższych tabelach przedstawiono komunikaty widoczne na wyświetlaczu. Tabela 3.1 przedstawia objaśnienia kodów błędów, które występują po złym zaprogramowaniu regulatora. W tabeli 3.2 wyjaśniono wszystkie komunikaty, które mogą zostać wyświetlone w menu regulatora. 4. Przebieg ćwiczenia Aby sprawnie wykonać ćwiczenie należy zapoznać się z całą instrukcją laboratoryjną wraz z opisem stanowiska oraz regulatora. Wszystkie ćwiczenia wykonywane na stanowisku można przeprowadzić w różnych konfiguracjach. Dla załączonych cewek L20 i L30 oraz przy włączonych osobno halogenach nr 1,2,3 lub wszystkich naraz. Ćwiczenie przewiduje badanie włączonej jednej lampy halogenowej na pełną moc oraz cewki L20, a także wszystkich lamp halogenowych na pełną moc wraz z cewką L20. Wygląd ogólny oraz opis stanowiska: Rys.4.1 Ogólny widok stanowiska laboratoryjnego 8

9 Opis stanowiska: 1. wyłącznik główny, 2. zabezpieczenie, 3. gniazdo ~230V, 4. przewód zasilający, 5. wyłącznik (na kluczyk), 6. kontrolka zasilania stanowiska, 7. włącznik cewki L10, 8. włączniki oraz kontrolki kolejnych stopni baterii kondensatorów, 9. włącznik cewki L20, 10. włącznik cewki L włącznik oraz regulator halogenów, 12. regulator mocy biernej VARLOGIC NR6 13. wyłącznik bezpieczeństwa (grzybek) Rys.4.2 Widok stanowiska laboratoryjnego z prawej strony. 9

10 14. pomiar prądu i napięcia zasilania, 15. pomiar prądu i napięcia płynącego w obwodzie podczas wykonywania ćwiczenia, 16. złącze halogenów. Przed każdym pomiarem, należy wyciągnąć zwory I50, I40, I30 oraz odczekać 2-3 minuty w celu rozładowania baterii kondensatorów. Po upływie wyznaczonego czasu z powrotem włożyć zwory. Załączamy wyłącznik główny stanowiska (1) oraz zabezpieczenie (2). Powinna zapalić się kontrolka (6). 1. Gdy stanowisko jest włączone, załączamy halogeny. Naciskając krótko przycisk (11) załączy się jeden halogen, może on jednak pracować z niepełną mocą. Aby to sprawdzić naciskamy i przytrzymujemy przycisk (11). Jeżeli światło ściemnia się puszczamy i przyciskamy jeszcze raz, światło zacznie się rozjaśniać, aż do maksymalnej mocy P 500W. Odczytując z regulatora wszystkie wartości spisujemy je do tabeli (Tab.4.1) poniżej. Tab.4.1 Wyniki pomiarów: Urms Irms P Q S cosφ Uwagi [V] [A] [W] [VAR] [VA] halogen 1 halogen + L20 po kompensacji Halogen jest czysto rezystancyjnym odbiornikiem, więc po jego uruchomieniu nie będzie pobierana moc bierna. Dlatego kompensacja w tym przypadku jest zbędna. Po wykonanym pomiarze, przyciskiem (9) włączamy w obwód cewkę L20. Do poprawnego pomiaru halogen powinien pracować z pełną mocą, a cewka L20 powinna być włączona w obwód. Po poprawnym podłączeniu układu spisujemy parametry do tabeli (Tab. 4.1). Następnie sprawdzamy (posługując się regulatorem) czy w układzie zachodzi potrzeba kompensacji mocy biernej. Jeżeli taka konieczność zaistnieje, obliczamy pojemność baterii jaką należy wykorzystać, aby uzyskać współczynnik zadany przez prowadzącego, a następnie wykonujemy kompensację. Do obliczenia należy użyć wzoru (4.1). P C = (tgφ ωu 2 0 tgφ w ) (4.1) 10

11 U napięcie w miejscu zainstalowania baterii, P moc czynna odbiornika, ω=2πf, tgφ0 współczynnik mocy przed kompensacją, tgφw współczynnik mocy, który chcemy uzyskać po kompensacji. Aby skompensować moc bierną, na regulatorze ustawiamy parametry ręcznie, a potem automatycznie wg zaleceń prowadzącego. Manualne ustawienie wartości, należy nastawić wg instrukcji z poprzedniego rozdziału. Sprawdzić ile stopni baterii wystarczy użyć do poprawnego skompensowania współczynnika mocy zadanego przez prowadzącego. Po ustawieniu parametrów i skompensowaniu mocy notujemy wyniki w tabeli (Tab.4.1). Spisane wyniki współczynnika mocy porównujemy z obliczonymi za wzorów (2.4) i (2.5). Obliczamy również jaka moc bierna (Q) została skompensowana. 2. Po wykonaniu pomiarów, na stanowisku włączamy trzy halogeny oraz indukcyjność L20. W takiej konfiguracji moce pozorna i bierna są znacznej wartości, a moc czynna jest dużo mniejsza. W takiej zależności wartość współczynnika cosφ jest bardzo niekorzystna. W tej części ćwiczenia należy sprawdzić do jakiego poziomu możemy skompensować współczynnik mocy i czy zainstalowane baterie pozwalają na uzyskanie cos 0,96. Należy zanotować wszystkie wyniki pomiarów oraz obliczyć jakie były wartości współczynnika przed i po kompensacji. 5. Opracowanie sprawozdania opracowany protokół z pomiarów, wykresy wektorowe napięcia i prądów oraz trójkąty mocy, przed kompensacją i po kompensacji (wykreślone z zachowaniem podziałki), przykładowe obliczenia, uwagi i wnioski wynikające z ćwiczenia. 11

12 Rys.1 Przetłumaczona wkładka alarmów regulatora. 12