Przykłady użycia analizatorów Sonel PQM. Część 14. Praca jałowa transformatora

Maszyny indukcyjne, czyli silniki i transformatory, nie powinny pracować bez obciążenia lub z niewielkim obciążeniem, gdyż ich sprawność jest wówczas mała. Uogólniając, większe silniki indukcyjne klatkowe wykazują sprawność powyżej 80% w przedziale obciążenia około 40…100%. Transformatory energetyczne mają najwyższą sprawność w przedziale około 30…50% obciążenia. Praca przy niskim obciążeniu powoduje niekorzystne skutki takie jak zwiększony pobór mocy biernej i spadek współczynnika mocy.

Opis rozpoznanego problemu

Transformator średniego napięcia o mocy 2 MVA zasila zakład produkcyjny o specyficznym dobowym cyklu pracy. Transformator pozostaje w stanie jałowym przez większą część doby. Należy przeanalizować efekty i skutki uboczne takiego sposobu zasilania obiektu.

Zastosowane narzędzia pomiarowe:

• Analizator Sonel PQM-710
• Komplet cęgów F-2A (In=3000 A)
• Oprogramowanie Sonel Analiza

 

Rys. 1. Wykres mocy pozornej pokazującej jedną dobę pracy zakładu produkcyjnego

 

Rys. 2. Wykres współczynnika tg(φ) w trakcie pracy jałowej transformatora (zaznaczenia nr 1 oraz 3) oraz obciążenia mocą czynną (zaznaczenie nr 2)

 

Rys. 3. Wykresy energii czynnej (kolor zielony) oraz biernej indukcyjnej (kolor różowy)

 

WNIOSKI WSTĘPNE:

1. Analiza zużycia energii wskazuje na indukcyjny charakter obciążenia przez cały czas pracy zakładu produkcyjnego (Rys. 3).
2. W czasie pracy jałowej (zaznaczenia nr 1 na Rys. 2), współczynnik tg(φ) mieści się między 0,7 a 1,4 powodując naliczanie kary za przekroczenie progu 0,4 wynikającego z Rozporządzenia jakościowego.
3. W czasie pracy pod obciążeniem moc bierna jest dobrze skompensowana (zaznaczenie nr 2 na Rys. 2).
4. Podobny profil dobowy dotyczy wszystkich dni tygodnia oprócz niedziel, w czasie których występuje tylko stan pracy jałowej transformatora.

Analizując wartości mocy czynnej oraz biernej, a co za tym idzie współczynnik tg(φ), można przeprowadzić próbę obliczenia pojemności kompensującej moc bierną indukcyjną w trakcie pracy jałowej transformatora.

Ogólny wzór do obliczenia mocy kondensatorów kompensujących:

QK = (tg(φ) - tg(φ)Z) * P

gdzie:
QK – wartość mocy biernej kompensującej
tg(φ) – wartość rzeczywista
tg(φ)Z – wartość zadana, przyjęto zakładany poziom 0,35
P – moc obciążenia

Poziom mocy czynnej podczas pracy jałowej to średnio 13 kW przy współczynniku tg(φ)=1,2…1,4 oraz 11 kW przy tg(φ)=0,7 (zaznaczenia nr 1 oraz 3 na Rys. 2). Stąd obliczone moce kompensujące są na poziomie 11…12,5 kvar oraz 2,5 kvar. Rozbieżności wskazują, że transformator nie pracuje w stanie jałowym, a w stanie niskiego obciążenia. Dla tego przypadku nie jest możliwe skuteczne skompensowanie pracy za pomocą stałego kompensatora.
 

WNIOSKI KOŃCOWE:

1. Występujące różne wartości mocy biernej w stanie bez procesów produkcyjnych w zakładzie, jednoznacznie sugerują, że nie jest to typowa praca jałowa, a praca pod niewielkim obciążeniem.
2. Poziom niedokompensowania transformatora nie jest pomijalny i w długim okresie czasu kumuluje się do dużej wartości energii biernej, czyli istotnych opłat.
3. Dla zachowania tg(φ)<0,4 przez całą dobę, wymagana jest regulowana kompensacja mocy biernej, nie da się zastosować kompensacji jednostopniowej.

ZALECENIA:

1. Należy rozważyć zamontowanie kompensatora dynamicznego lub stopniowanej baterii kondensatorów.

 

Autorzy:
Krzysztof Lorek, Marcin Szkudniewski