Problematyka mocy biernej w instalacjach oświetlenia drogowego. Roman Sikora, Przemysław Markiewicz

Transkrypt

1 Problematyka mocy biernej w instalacjach oświetlenia drogowego Roman Sikora, Przemysław Markiewicz

2 WPROWADZENIE Moc bierna a efektywność energetyczna. USTAWA z dnia 20 maja 2016 r. o efektywności energetycznej. Definicja: efektywność energetyczna stosunek uzyskanej wielkości efektu użytkowego danego obiektu, urządzenia technicznego lub instalacji, w typowych warunkach ich użytkowania lub eksploatacji, do ilości zużycia energii przez ten obiekt, urządzenie techniczne lub instalację, albo w wyniku wykonanej usługi niezbędnej do uzyskania tego efektu

3 WPROWADZENIE Art Poprawie efektywności energetycznej służą następujące rodzaje przedsięwzięć: 3) modernizacja lub wymiana: a) oświetlenia, 5) ograniczenie strat: a) związanych z poborem energii biernej,..

4 Moc bierna - podstawy teoretyczne Odbiornik rezystancyjny u Q 0 u i i 0

5 Moc bierna - podstawy teoretyczne Odbiornik rezystancyjno - indukcyjny 0 Q 0 u i

6 Moc bierna - podstawy teoretyczne Odbiornik rezystancyjno - pojemnościowy 0 Q 0 u i

7 Moc bierna - podstawy teoretyczne Istnieje wiele teorii mocy biernej ( Budeanu, Fryzego, Czarneckiego). Żadna z nich nie opisuje w pełni właściwości obwodów elektrycznych. W większości spośród teorii mocy moc bierna jest określana jako moc oscylująca między elementami indukcyjnymi lub pojemnościowymi odbiorników, a źródłem lub innymi odbiornikami. Definicje moc czynna: P = U f I f cos moc bierna: Q = U f I f sin moc pozorna: gdzie: S U f - wartość skuteczna napięcia fazowego I f - wartość skuteczna prądu fazowego - kąt pomiędzy wektorem napięcia i prądu P 2 Q 2 S φ P Q

8 Moc bierna - podstawy teoretyczne S φ Q P cos tan P S Q P 1 cos 1 tan 2 1 tan 1 cos 2

9 Moc bierna - podstawy teoretyczne Przykład Jaki powinien być cos odbiornika aby tan < 0,4 1 tan 1 2 cos 0,4 czyli: 1 1 cos 2 1 tan 1 0, Odpowiedź: cos ,93

10 Moc bierna Przesyłana moc bierna niekorzystnie wpływa na pracę sieci poprzez: zwiększenie strat mocy czynnej, zwiększenie spadków napięć, zmniejszenie przepustowości sieci, zmniejszenie zdolności wytwórczych generatorów, wzrost nakładów inwestycyjnych, inne niepożądane efekty.

11 Moc bierna Zwiększenie strat mocy czynnej Straty mocy czynnej zależą od wartości przesyłanej mocy pozornej i określone są za pomocą poniższej zależności: R U Q R U P R U Q P R U S P P P P r r r r r a P a straty mocy czynnej wywołane przepływem mocy czynnej, P r straty mocy czynnej wywołane przepływem mocy biernej.

12 Moc bierna Zwiększenie spadków napięć Wartość spadku napięcia zależy od wartości przesyłanych mocy czynnej i biernej. W liniach i transformatorach elektroenergetycznych wartość reaktancji jest większa niż rezystancji to za spadek napięcia odpowiedzialna jest reaktancja. Spadek napięcia oblicza się ze wzoru: U P R Q U 2 r X P R U 2 r Q X U 2 r

13 Kompensacja mocy biernej - centralna Odbiór Odbiór Odbiór Odbiór Odbiór Odbiór Kompensator

14 Kompensacja mocy biernej - grupowa Kompensator Odbiór Odbiór Kompensator Odbiór Odbiór

15 Kompensacja mocy biernej - indywidualna K K K Odbiór Odbiór Odbiór K K K Odbiór Odbiór Odbiór K - kompensator mocy biernej

16 Kompensacja mocy biernej - przepływ mocy Przepływ mocy bez układu kompensacji centralnej MOC CZYNNA P MOC BIERNA Q Stacja transformatorowo - rozdzielcza SO Przepływ mocy z układem kompensacji centralnej MOC CZYNNA P Q = 0 MOC BIERNA Q Stacja transformatorowo - rozdzielcza SO KOMPENSATOR

17 Kompensacja mocy biernej - przepływ mocy Przepływ mocy bez układu kompensacji Stacja transformatorowo - rozdzielcza MOC CZYNNA P MOC BIERNA Q SO Odbiór Odbiór Przepływ mocy z układem kompensacji centralnej Stacja transformatorowo - rozdzielcza MOC CZYNNA P Q = 0 SO Odbiór Odbiór Kompensator

18 Kompensacja mocy biernej - przepływ mocy Przepływ mocy bez układu kompensacji indywidualnej Stacja transformatorowo - rozdzielcza MOC CZYNNA P MOC BIERNA Q SO Odbiór Odbiór Przepływ mocy z układem kompensacji indywidualnej Stacja transformatorowo - rozdzielcza MOC CZYNNA P Q = 0 SO Odbiór Odbiór K K

19 Kompensacja mocy biernej pojemnościowej L1 L2 L Mocy baterii dławikowej należy przeprowadzić na podstawie wcześniejszej analizy przepływów mocy biernej. Znając wartość mocy biernej pojemnościowej, którą należy skompensować można obliczyć wartość reaktancji indukcyjnej oraz indukcyjności pojedynczej cewki dławika Rys.x. Sposób włączenia baterii kompensatora mocy biernej pojemnościowej do szyn rozdzielni 1 bateria dławików kompensacyjnych, 2 stycznik, 3 cewka stycznika, 4 zabezpieczenia nadprądowe, 5 zabezpieczenie termiczne uzwojeń dławika X D U f Q D

20 Kompensacja mocy biernej pojemnościowej Moc baterii kondensatorów instalowanych u odbiorców oblicza się z zależności: Q b P tg tg 1 2 P pobierana moc czynna, tg 1 wartość tg przed kompensacją, tg 2 wartość tg po kompensacji,

21 Skutki ekonomiczne przepływu mocy biernej W przypadku, gdy rozliczenia z dostawcą energii elektrycznej uwzględniają opłaty za moc czynną i bierną ponoszone są koszty związane ze zużyciem mocy biernej jak również z ponadumownym poborem mocy biernej, który rozumiany jest jako : przekroczenie umownej wartości współczynnikowi mocy tg (zwykle równej 0,4), indukcyjnemu współczynnikowi mocy poboru energii elektrycznej czynnej, przy braku pojemnościowemu współczynnikowi mocy (przekompensowanie) zarówno przy poborze energii elektrycznej czynnej, jak i przy braku takiego poboru.

22 Skutki ekonomiczne przepływu mocy biernej Za ponadumownym pobór energii biernej uważa się nadwyżkę tej energii ponad ilość wynikającą z umownej wartości współczynnika tg 0, który wyznaczany jest w strefach, w których prowadzi się kontrolę poboru energii biernej lub w okresie całej doby jeśli pozwala na to układ pomiarowy. Zwykle wartość umowna współczynnika tg 0 jest równa 0,4, jednakże może być ona niższa w uzasadnionych przypadkach, co zawarte jest w umowie, ale wartość tg 0 nie może być niższa niż 0,2.

23 Skutki ekonomiczne przepływu mocy biernej Opłata za ponadumownym pobór energii biernej według rozporządzenie taryfowego w okresie rozliczeniowym obliczana jest z zależności: O b 2 tg k C 1 rk tg 0, gdzie: O b opłata za nadwyżkę energii biernej w [PLN]; C rk cena energii elektrycznej zgodnie z obowiązującą taryfą w [PLN/MWh] lub [PLN/kWh]; k krotność ceny C rk ustaloną w taryfie (dla sieci WN k = 0,5, dla sieci SN k = 1,0, dla sieci nn k = 3,0); tg współczynnik mocy wynikający z pobranej energii biernej; tg 0 umowny współczynnik mocy, A energia czynna pobraną całodobowo lub dla strefy czasowej, w której prowadzona jest kontrola poboru energii biernej, wyrażoną w [MWh] lub [kwh]. A PLN

24 ANALIZA PRZYPADKU Dane oprawy oświetleniowej (oprawa drogowe LED z regulacją strumienia świetlnego, 1-10 V Uc napięcie sterujące, zasilana napięciem U=230V) P [W] Q [var] cos [-] PF [-] tg [-] THD I [%] 83,74 17,87 0,978 0,966 0,215 13,32 Charakterystyki sterowania

25 ANALIZA PRZYPADKU

26 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi wartości chwilowych prądu i napięcia dla: U C = 10 V i U C = 5 V

27 ANALIZA PRZYPADKU Widma wyższych harmonicznych prądu oprawy dla: U C = 10 i U C = 5 V

28 ANALIZA PRZYPADKU Schemat instalacji oświetlenia drogowego System PCC Transformator RO n=18 (3x6) lub n=15 (6+6+3) kompensator U r = 15kV t r = 15,75/0.4 kv S rt = 40 kv A 5 Założenia do analizy: Odbiór liniowy S=35 kva, cos =0.94 ind instalacja pracuje przez 8h, od trzeciej do siódmej godziny pracy instalacja pracuje przy 50% mocy, w pozostałych przedziałach czasowych pracuje z pełną mocą, kompensator mocy biernej jest symetryczny.

29 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi V, P, Q oraz cos dla instalacji n=18 symetrycznej bez kompensacji.

30 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi V, P, Q oraz cos dla instalacji n=18 symetrycznej dla kompensacji mocy biernej przy 50% wysterowaniu

31 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi V, P, Q oraz cos dla instalacji n=18 symetrycznej dla kompensacji mocy biernej przy 50% wysterowaniu

32 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi V, dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 bez kompensacji.

33 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi P, dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 bez kompensacji.

34 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi Q, dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 bez kompensacji.

35 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi cos, dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 bez kompensacji.

36 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi V dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 50% wysterowaniu

37 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi P dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 50% wysterowaniu

38 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi Q dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 50% wysterowaniu

39 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi cos dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 50% wysterowaniu

40 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi V dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 100% wysterowaniu

41 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi P dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 100% wysterowaniu

42 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi Q dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 100% wysterowaniu

43 ANALIZA PRZYPADKU Przebiegi cos dla instalacji z obciążeniem asymetrycznym n=15 dla kompensacji mocy biernej przy 100% wysterowaniu

44 PODSUMOWANIE Najprostszym kompensatorem mocy biernej pojemnościowej jest dławik kompensacyjny. Dobór mocy baterii dławikowej powinien by poprzedzony analizą wskazań liczników energii biernej, gdyż w ten sposób można optymalnie dobrać moc baterii. Zastosowanie baterii dławikowej o stałej mocy może spowodować niepotrzebne koszty związane z przekompensowanem. Lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie wielostopniowej baterii dławikowej sterowanej za pomocą odpowiedniego regulatora mocy biernej.

45 Dziękuję za uwagę