Z důvodu elektrického

Návrh vhodného kompenzačního zařízení

Elektrické spotřebiče induktivního charakteru připojené k el. síti potřebuj z fyzického hlediska pro svoji činnost mimo jiné i jalovou energii. Ta, ale jak je patrné již z názvu, nevykoná činnou práci a navíc zatěžuje rozvodnou soustavu. (nadměrné zahřívání vedení, tepelné ztráty). Tento jev lze vyrovnávat(kompenzovat) připojením opačně orientovaného prvku, než je indukčnost,-tzn.  kondenzátorem.

Z důvodu ekonomického

V případě, že odběratelé elektrické energie nedodržují předepsaný účiník cos φ v tzv. neutrálním pásmu  předepsaném distributorem el. energie tj. 0,95-1, jsou penalizovány, dle zákona, nemalými finančními částkami. Vlivem tepelného odlehčení a nižších ztrát (W) ve vedení lze použít menší průřezy vodičů.(nižší pořizovací náklady vodičů, efektivnější využití rozvodné soustavy)

Do kompenzačního zařízení se vyplatí investovat, protože návratnost této investice se pohybuje ve velice krátkém čase.

Princip kompenzace účiníku

V rozvodné el. síti převažují většinou spotřebiče induktivního charakteru (např. stroje poháněné elektro-motory, kompresory, soustruhy, výtahy, dopravníky, klimatizační jednotky, dále pak transformátory, indukční pece apod...) Pro činnost těchto zařízení je nutné vytvořit magnetické pole. Dochází ke zpožděníní proudu za napětím. Vzniká fázový posun φ a vedením tak přenášíme zdánlivý výkon S, který je složen z činného (P) a jalového výkonu.(Q) Účiník cos φ je definován jako kosinus fázového posunu mezi 1. harmonickou napětí a proudu. Neuvažují se do něj ostatní deformační výkony. Principem kompenzace je to, že kapacitní výkon dodáváme přímo ze statických kondenzátorů, (nejčastěji) které mají opačný smysl fázového posunu než indukčnost, nebo v některých případech ze synchronního kompenzátoru přímo u spotřebiče nebo jeho těsné blízkosti.

Z vektorového diagramu je zřejmé, že po připojení kapacitního výkonu Qc dochází k fázovému posunu, ale v opačném smyslu než je u indukčnosti. Tomu odpovídá zmenšení úhlu z φ 1 na φ2 a zmenšení zdánlivého výkonu S1 na S2. 

Čím více se blíží fázový posun cos φ k 1, tím efektivnější je využití elektrorozvodné soustavy.

Důsledek špatného vykompenzování el. sítě

Důsledkem špatného účiníku v el. síti je zvýšení nákladů na provoz celé rozvodné soustavy. Jednotlivé prvky musí být dimenzovány na zdánlivý výkon, který je vyšší než činný. Zvyšuje se oteplení celého vedení a jednotlivých komponent zařazených do el. obvodu. Vyšší oteplení snižuje životnost použitých součástek a zařízení. Zvětšuje se i úbytek napětí v síti, což může mít za následek vybavení podpěťových ochran a v některých případech i poškození instalovaného zařízení.

Jak dosáhnout optimálního účiníku?

Potřebného vykompenzování el.sítě lze dosáhnout instalací vhodného kompenzačního zařízení.

Kompenzaci dělíme na:

• individuální-statický kondenzátor je připojen přímo ke spotřebiči,
• skupinovou-v tomto případě je kompenzována určitá skupina spotřebičů,
• centrální-používá se pro kompenzaci celého odběrného místa (transformátoru). Při skupinové a centrální kompenzaci se používají kompenzační rozvaděče osazené regulátorem jalového výkonu, který automaticky udržuje nastavený učiník, vhodnou kombinací spínání jednotlivých kondenzátorů-tzv. řízená kompenzace.

Jak správně postupovat při návrhu kompenzačních zařízení?

1.Pro správnou volbu kompenzačního zařízení je nutné znát parametry el. sítě, kterou budeme kompenzovat. Čím více informací, tím lépe. Údaje o odebíraných výkonech lze odečíst z fakturačního, digitálního měření, nebo je lze získat přímo od dodavatele el. energie, nebo měřením. 

2.Je nutné zvolit vhodný typ kompenzačního rozvaděče:

a)rozvaděč klasický (nechráněný)-osazen kondenzátory, stykači a regulátorem. Rozvaděč lze použít pro provozy, kde není velké harmonické zkreslení a je dostačující rychlost spínání pomocí stykačů. 

(např. zemědělská družstva, sklady, školy, malé administrativní budovy apod….)

b)rozvaděč chráněný (hrazený)-na rozdíl od klasické kompenzace jsou kondenzátory předsazeny ochrannými tlumivkami. Tyto kompenzace se instalují do provozů kde je zvýšené harmonické

zkreslení způsobené nelineárními spotřebiči, jako jsou např. frekvenční měniče, výbojková a zářivková svítidla, řízené pohony, svářečky apod. Tlumivky tvoří s kondenzátorem LC obvod a chrání tak komp. zař.

c)rozvaděč tyristorový (rychlá kompenzace)-najde použití všude tam, kde je kladen požadavek na rychlost spínání. Klasické stykače jsou nahrazeny polovodičovými moduly, které jsou schopny v kombinaci se speciálním regulátorem jalového výkonu spínat až 17x/sec. Používají se většinou v automobilovém prů- myslu, kde je velký podíl výkonu dvoufázových svářeček, (bodovek) ale i v menších  provozech zámečnického charakteru a obecně tam, kde je rychlá změna proudové zátěže. (jeřábové a lanové dráhy, výtahy el. bagry apod.) Dále se tyto tzv. bezkontaktní kompenzace používají tam, kde musí být zajištěna „čistota“ spínání, (telekomunikace) kdy se eliminuje šíření přechodových jevů po síti vznikající při sepnutí klasickým stykačem

d)rozvaděč dekompenzační (dekompenzátor)-používá se pro eliminaci kapacitního výkonu v el. síti. (rozsáhlé areály, letiště, nádraží, FVE,-kde jsou velké vzdálenosti vn kabelů). Kaskáda dekompenzačních tlumivek je spínána stykači, řízená regulátorem.  Někdy je potřeba kombinovat tlumivky s kondenzátory.

3.Důležité je také stanovit potřebný výkon rozvaděče, který lze orientačně stanovit ze vzorce Qc=Px(tgφ1-tgφ2), tzn. součin P (soudobého výkonu) a rozdílu výchozího a požadovaného tg φ. Výkon je nutno zvolit s určitou rezervou. Při nízkém výkonu by došlo k připnutí celého rozvaděče a komponenty by neměly čas na regeneraci. Také účiník by nedosahoval požadované hodnoty. Vlivem zvýšení oteplení dochází k rychlejšímu stárnutí použitých prvků a tím i ke snížení životnosti a spolehlivosti celého kompenzačního zařízení. Při zvolení velké výkonové rezervy, kterou nepotřebujeme, je zbytečně placena vysoká pořizovací cena rozvaděče.

4.Spínání (řazení) a počet stupňů kompenzačního rozvaděče se navrhuje tak, aby celkový výkon, složen z jednotlivých stupňů, byl co nejvariabilnější. Tzn., že je dobré použít, zvláště u menších kompenzací, více typů výkonů jednotlivých kondenzátorů.

      Příklad: Rozvaděč 100kVAr lze složit ve spínání 25-25-25-25kVAr, což se může jevit vzhledem k nepatrně nižší pořizovací ceně výhodné, avšak opak je pravdou. Takovýto rozvaděč instalovaný v menších provozech může připínat pouze násobky 25kVAr. Když je nutno připnout menší výkon než 25kVAr, který zde regulátor nemá k dispozici, dochází k opětovnému připínání/odpínání.(rychlé opotřebení stykačů) Z tohoto důvodu není účiník dodržován v předepsaném rozmezí a dochází k penalizaci ze strany distributora el. energie. Proto je lepším řešením navrhnout rozvaděč100kVAr ve spínání např.10-15-20-25-30kVAr. Pořizovací cena je nepatrně vyšší, ale takto navržený rozvaděč udržuje účiník v nastavených hodnotách.

5.Výše uvedené body lze přesně získat nejlépe měřením pomocí vhodného analyzátoru el. sítě, v závislosti na naměřených veličinách.(P, Q, cos φatd….)

6.Každý kompenzační rozvaděč by měl být opatřen na vstupu vhodným odpínacím prvkem (není podmínkou) např. odpínač, jistič, odpojovač.  Při případném servisním zákroku, nebo poruše lze odepnout pouze kompenzační rozvaděč a ne celý hlavní přívod a omezit nebo zastavit tak výrobní proces firmy.

7.Aby byla el. síť vhodně vykompenzována, je nutné správně zvolit  bod silového připojení kompenzačního rozvaděče. Dále také musí být správně umístěn měřící transformátor proudu MTP, který dává proudové informace digitálnímu regulátoru, zajišťující automatickou regulaci.

8.U rozvaděčů, které mají větší tepelné ztráty (s ochrannými tlumivkami), se doporučuje instalovat nucená ventilace a umístit v prostorách, kde je zajištěn odvod tepla, popřípadě zajistit klimatizace rozvodny.