KOMPENSACJA MOCY BIERNEJ – TRZY KROKI DO OSZCZĘDNOŚCI FINANSOWYCH - ELMER Kraków

KOMPENSACJA MOCY BIERNEJ – TRZY KROKI DO OSZCZĘDNOŚCI FINANSOWYCH

Odbiorniki nieliniowe takie jak zasilacze awaryjne (UPS-y), zasilacze komputerowe, oświetlenie diodowe, falowniki, klimatyzatory itp. pobierają z sieci prąd odkształcony oraz przesunięty w fazie względem napięcia. Jednym z negatywnym skutków takiej pracy jest generacja do sieci mocy biernej pojemnościowej.

Za takie działanie operatorzy systemów dystrybucyjnych naliczają dodatkowe opłaty (kary umowne), często o znacznych wartościach. Ten problem można rozwiązać na kilka sposobów, jednak jednym z najprostszych i najbardziej skutecznych jest zastosowanie kompensatora dynamicznego. Urządzenie to ma za zadanie monitorować sieć i na bieżąco korygować parametry tak, aby były dotrzymane ustawione wymagane wartości współczynnika cos(φ).

Jak w trzech krokach dobrać kompensator o odpowiednich parametrach? W artykule pokazano to na podstawie realnego przypadku, który miał miejsce w firmie produkującej urządzenia elektroniczne.

Krok 1: Analiza opłacalności zastosowania kompensacji mocy biernej

W momencie wystąpienia na fakturze dodatkowych opłat z tytułu poboru lub generacji mocy biernej (rys. 1), należy wykonać analizę opłacalności zastosowania kompensacji mocy biernej. W opisywanym przypadku roczne koszty dodatkowe wynosiły ok. 6000 zł netto. Dlatego podjęta została decyzja o zainstalowaniu kompensatora.

Rys. 1. Dodatkowe opłaty z tytułu generacji energii biernej pojemnościowej

Krok 2: Przeprowadzenie pomiarów i obliczeń z faktur

W kroku drugim należy przeprowadzić pomiary oraz obliczenia z faktur, które pozwolą prawidłowo dobrać kompensator. W tym celu wykonano tygodniowy pomiar i stworzono profil obciążenia obiektu. Zastosowano do tego analizator jakości zasilania w klasie A Sonel PQM-710 z kompletem cęgów giętkich F-3A. Do analizy danych wykorzystano oprogramowanie Sonel Analiza. Pomiary były przeprowadzone z 10-sekundowym okresem uśredniania, aby dokładnie uchwycić profil obciążenia.

Rys. 2. Analizator Sonel PQM-711 podczas pomiaru

Wartości mocy biernych były różne w poszczególnych fazach, dlatego moc kompensatora należy dobrać do największej mocy spośród wszystkich trzech faz. Największa moc Q=3,5 kvar występowała w fazie L1 (rys. 3). Na tej podstawie można by dobrać kompensator o mocy 10 kvar (3,33 kvar na fazę). Ponieważ w obiekcie przewidziane są inwestycje w kolejne odbiory, zdecydowano o wyborze kompensatora o mocy 15 kvar (5 kvar na fazę), aby był zapas mocy na przyszłość.

Rys. 3. Tygodniowe przebiegi mocy biernej w poszczególnych fazach przed kompensacją

Rys. 4. Tygodniowy wykres energii biernej trójfazowej przed kompensacją (kolor zielony - indukcyjna, kolor czerwony - pojemnościowa)

Rys. 5. Tygodniowe przebiegi prądów w poszczególnych fazach przed kompensacją

Krok 3: Zakup i instalacja kompensatora

W tym kroku należy zakupić i zainstalować kompensator, a następnie sprawdzić, czy urządzenie działa prawidłowo. W badanym obiekcie zastosowano kompensator dynamiczny LKD 15 firmy Lopi, który posiada bardzo dobre parametry i zapewnia wysoką skuteczność kompensacji. Kompensatory LKD jako jedyne na rynku zbudowane są na tranzystorach z węglika krzemu (SiC), zapewniając straty na poziomie 12,5 W/A. Na postawie pomiarów prądów w badanym obiekcie (rys. 5) dobrano przekładniki prądowe 60/5 A w klasie 0,5 w celu zapewnienia jak najwyższej jakości kompensacji mocy biernej. Przekładniki zostały dobrane do wartości średnich prądów zmierzonych w okresie uśredniania 10 s, uwzględniając rozmiar kabla.

Rys. 6. Płyta czołowa kompensatora LKD15

Kompensator podłączono równolegle w głównej rozdzielnicy budynku. W celu poprawnej konfiguracji kompensatora, zgodnie z instrukcją, należy połączyć się z jego siecią Wi-Fi, zalogować na konto instalatora i ustawić parametry przekładnika prądowego (prąd pierwotny i klasę przekładnika). Pozostałe standardowe nastawy producenta gwarantują skuteczną kompensację.

Rys. 7. Schemat podłączenia kompensatora do sieci

W celu weryfikacji poprawności podłączenia przekładników prądowych należy sprawdzić w zakładce Odczyt stanu tabelę Przekładniki prądowe (rys. 8). Tabela ta przedstawia fazy podłączenia przekładników i ich obecność. W przypadku omyłkowej zamiany przekładników prądowych, będzie to widoczne w tabeli, co znacząco ułatwia poprawne podłączenie kompensatora.

Rys. 8. Tabela pokazująca poprawność podłączenia przekładników prądowych

Po przeprowadzeniu podstawowej konfiguracji i weryfikacji podłączenia, urządzenie zostało włączone i kompensator zaczął skutecznie wykonywać swoje zadanie.

W celach porównawczych ponownie wykonano pomiary w okresie tygodnia. Na rys. 10 można zaobserwować przebieg wartość energii biernej pojemnościowej, który w całym przedziale ma wartość zero. Świadczy to o skuteczności kompensacji, a ostatecznym potwierdzeniem są faktury od dostawcy energii – opłaty spadły do zera (rys. 11).

Po przeprowadzeniu podstawowej konfiguracji i weryfikacji podłączenia, urządzenie zostało włączone i kompensator zaczął skutecznie wykonywać swoje zadanie.

Rys. 10. Tygodniowy wykres energii biernej trójfazowej po kompensacji (kolor zielony - indukcyjna, kolor czerwony – pojemnościowa)

Kompensator + analizator jakości zasilania = realne oszczędności

W opisanym przypadku inwestycja w diagnozę problemu za pomocą analizatora Sonel PQM-711 oraz instalację kompensatora Lopi LKD15 zwróci się po około 18 miesiącach, przynosząc następnie oszczędności finansowe rzędu kilku tysięcy złotych rocznie. W dobie wszechobecnej energoelektroniki kompensatory dynamiczne są bardzo skutecznym, prostym w doborze i instalacji środkiem kompensacji mocy biernej. Kompensatory dynamiczne LKD pozwalają na kompensację mocy biernej indukcyjnej oraz pojemnościowej w każdej fazie niezależnie. Oprócz kompensacji mocy biernej oferują również filtrację wyższych harmonicznych i symetryzację mocy czynnej. Analizatory jakości zasilania serii Sonel PQM zapewniają z kolei rzetelne pomiary i informacje przy doborze kompensatorów.

Sonel S.A.