Przykłady użycia analizatorów Sonel PQM. Część 9. Kompensacja mocy biernej.

Jakość Energii Elektrycznej (JEE) to przede wszystkim zmiany i wahania napięcia, asymetria napięć oraz zniekształcenia harmoniczne w napięciu. Duży wpływ na jakość zasilania ma również wielkość i charakter mocy biernej. Niski poziom współczynnika tg(φ) i utrzymanie go w wąskim przedziale 0…0,4 wpływa korzystnie na wzrost efektywności wykorzystania kabli i transformatorów energetycznych oraz na poprawę podstawowych parametrów jakościowych.

Opis rozpoznanego problemu

Na obiekcie o bardzo typowym i równomiernym obciążeniu w cyklu tygodniowym, stwierdzono przekroczenia tg(φ) na rachunkach rozliczenia energii. Zarejestrowano wycinek reprezentatywny poziomów obciążeń i na tej podstawie konieczne jest oszacowanie niezbędnej mocy kompensującej dla uzyskania wartości tg(φ) poniżej 0,4. Należy również rozważyć sposób działania kompensatora. 

Zastosowane narzędzia pomiarowe

• Analizator Sonel PQM-702 (zobacz następcę Sonel PQM-710)
• Cęgi F-1A
• Oprogramowanie Sonel Analiza

Rys. 1. Obraz mocy czynnej i tg(φ)  reprezentatywnego okresu obciążenia

 

Rys. 2. Obraz mocy czynnej i biernej reprezentatywnego okresu obciążenia

 

Należy pamiętać, że zachowanie się współczynnika tg(φ) w skojarzeniu ze zmianami mocy czynnej oraz zmianami mocy biernej składowej 50 Hz (Rys. 1.) jest istotne. Na tej podstawie możliwe jest wyznaczenie wartości mocy biernej pojemnościowej kompensującej składową indukcyjną, aby uzyskać oczekiwaną wartość tg(φ). W obliczeniach zastosowanie mają wzory (1), (2): 

gdzie:  
tg_R – wartość rzeczywista współczynnika, 
tg_Z – wartość zadana współczynnika, 
Q_R – wartość mocy biernej składowej podstawowej, 
Q_K – wartość mocy biernej kompensującej, 
P_R – wartość mocy czynnej składowej podstawowej.

Wnioski wstępne: 

1. Podstawa analizy to wyskalowany Rys. 2. i wzory (1) i (2).
2. Widoczne jest jednoznaczne skorelowanie mocy czynnej i mocy biernej zarówno w czasie, jak i co do wartości, pozwalające zastosować kompensator stały.
3. Poziom mocy czynnej przyjmuje średnio dwie wartości 67 kW (Patrz 3.) i 75 kW (Patrz 2.).
4. Odpowiadające im wartości tg(φ) to 0,62 i 0,85  Wzór (2). 
5. Obie wartości znacząco przekraczają wartość 0,4.
6. Stosując baterię kondensatorów o mocy 26,25 kVAr załączoną na stałe uzyskamy tg(φ) w okolicach 0,4.
7. Stosując baterię kondensatorów o mocy 30 kVAr załączoną na stałe uzyskamy  tg(φ) w okolicach 0,35.
8. Stosując baterię kondensatorów o mocy 41 kVAr załączoną na stałe uzyskamy  tg(φ) w okolicach 0, co stanowi niebezpieczeństwo przekompensowania sieci.
9. Optymalna wartość mocy kondensatorów to 30 kVAr.

 

Rys. 3. Obraz napięć międzyfazowych w reprezentatywnym okresie obciążenia

 

Rys. 4. Obraz THD napięć międzyfazowych w reprezentatywnym okresie obciążenia

 

Wnioski

W analizowanym przypadku reprezentatywnej obserwacji poziom mocy biernej miał zawsze charakter indukcyjny przy dwóch, dominujących poziomach mocy czynnej. 
Wyznaczona ze wzoru (2) wartość mocy kompensującej 30 kVAr zapewni zmniejszenie współczynnika tg(φ) do poziomu ok. 0,35.
Po zainstalowaniu na stałe obciążenia biernego pojemnościowego o takiej wartości współczynnik tg(φ) nie powinien zmniejszyć się poniżej ok. 0,2.
Niewielka zmienność napięcia zasilania między  512 V a 524 V (Rys. 3.), oznacza niewielką rozrzutność wyników obliczeń na poziomie ok. 5%. 
Niski poziom THD U wskazuje na małe zagrożenie harmonicznymi w napięciu (Rys. 4.).

Zalecenia

Niski poziom harmonicznych w napięciu wskazuje na możliwość zastosowania kondensatorów bez dławików.
 

Autor:
Krzysztof Lorek

---

Więcej sposobów na oszczędzanie energii

W dobie wzrostu cen mediów każda oszczędność jest bardzo pożądana. Chcesz podjąć odpowiednie działania optymalizujące koszty poniesione za energię? Przykłady zastosowań produktów Sonel w obszarze poprawy efektywności energetycznej znajdziesz na stronie: Efektywność energetyczna – oszczędzaj energię!