Elesis Electrical Solutions A.E. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ Ηλίας Αντωνίου Elesis Electrical Solutions A.E. Engineering Manager Εισηγητής: Αλέξανδρος Γκάγκος 2005 Siemens A.E. Θεσσαλονίκης 1 Άεργη Ισχύς Η άεργος ισχύς είναι µη παραγωγική ισχύς, η οποία είναι αναγκαία αφενός για τη λειτουργία ορισµένων ευρέως διαδεδοµένων φορτίων, και αφετέρου για τη λειτουργία των δικτύων µεταφοράς και διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας. Η άεργος ισχύς είναι αναγκαία για τη λειτουργία των φορτίων που περιλαµβάνουν κινητήρες, πηνία, και εν γένει εξοπλισµό η λειτουργία του οποίου απαιτεί τη δηµιουργία µαγνητικών πεδίων. Παράδειγµα τέτοιων φορτίων είναι οι ασύγχρονοι κινητήρες που χρησιµοποιούνται στις παραγωγικές διαδικασίες βιοµηχανιών και βιοτεχνιών, οι ανελκυστήρες και κυλιόµενες κλίµακες, τα ηλεκτρικά αντλητικά συστήµατα άρδευσης, ανεµογεννήτριες ορισµένων τεχνολογιών, και κάποια από τα ηλεκτροκίνητα µέσα µεταφοράς, ενώ τα πλέον ευρέως διαδεδοµένα φορτία της κατηγορίας αυτής είναι τα κλιµατιστικά µηχανήµατα, τα ψυγεία, τα πλυντήρια και στεγνωτήρια ρούχων, κλπ. 2005 2 Άεργη Ισχύς Σχεδόν όλα τα φορτία εµφανίζουν κατανάλωση άεργου ισχύος, δηλαδή έχουν «επαγωγική συµπεριφορά». Ο βαθµός κατανάλωσης άεργου ισχύος από τα φορτία εκφράζεται µε το µέγεθος «Συντελεστής Ισχύος (cosφ)», το οποίο αντιστοιχεί στο λόγο της κατανάλωσης ενεργού ισχύος προς τη «φαινόµενη» ισχύ του φορτίου, η οποία είναι το γεωµετρικό άθροισµα της ενεργού και της άεργου ισχύος του φορτίου. Ένα «καλό» φορτίο παρουσιάζει τιµές του Συντελεστή Ισχύος (cosφ) κοντά στη µονάδα (π.χ. 0,95 – 0,99) ενώ ένα «κακό» φορτίο παρουσιάζει χαµηλότερες τιµές του Συντελεστή Ισχύος (cosφ). Για παράδειγµα, ένα φορτίο ενεργού ισχύος 100 kW καταναλώνει 48,4 / 32,8 / 14 kVAr άεργου ισχύος εάν ο Συντελεστής Ισχύος του είναι 0,90 / 0,95 / 0,99, αντίστοιχα. 2005 3 Άεργη Ισχύς Περαιτέρω, η άεργος ισχύς είναι απαραίτητη και για τη λειτουργία των δικτύων µεταφοράς και διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας ώστε αυτά να φορτίζονται στη σωστή τάση και να καθίσταται δυνατή η µεταφορά της παραγωγικής ισχύος («ενεργού ισχύος») που παράγεται στους σταθµούς παραγωγής προς την κατανάλωση, και να καλύπτονται και οι απώλειες άεργου ισχύος επί των δικτύων µεταφοράς και διανοµής. ∆ηλαδή, στα σύγχρονα συστήµατα ηλεκτρικής ενέργειας εναλλασσόµενου ρεύµατος δεν αρκεί µόνο να υπάρχει διαθέσιµη ενεργός ισχύς, αλλά απαιτείται το όλο σύστηµα να τροφοδοτείται και µε άεργο ισχύ ώστε να µπορεί να µεταφερθεί η ενεργός ισχύς προς την κατανάλωση. 2005 4 Άεργη Ισχύς Η ροή άεργου ισχύος στα δίκτυα µεταφοράς και διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας σχετίζεται άµεσα µε την τάση των δικτύων αυτών, παρότι και η ροή ενεργού ισχύος στα δίκτυα µεταφοράς και διανοµής δύναται να επιδεινώσει τα προβλήµατα τάσης, ιδίως σε οριακές συνθήκες λειτουργίας του δικτύου µεταφοράς. Η τάση των δικτύων πρέπει να διατηρείται εντός αυστηρά προκαθορισµένων ορίων διακύµανσης στα σηµεία σύνδεσης των φορτίων και των µονάδων παραγωγής στα δίκτυο, και µάλιστα υπό συνθήκες µεταβολής των φορτίων, για λόγους καλής λειτουργίας του σχετικού εξοπλισµού, και συνεπώς η ροή άεργου ισχύος ελέγχεται διαρκώς από τους διαχειριστές των συστηµάτων µεταφοράς. Σε καταστάσεις, όµως, υψηλής κατανάλωσης ενεργού και άεργου ισχύος, η λειτουργία των δικτύων γίνεται οριακή, ενώ ταυτόχρονα τα περιθώρια ελέγχου της ροής άεργου ισχύος στενεύουν, µε αποτέλεσµα να υφίσταται κίνδυνος µερικής ή ολικής διακοπής του συστήµατος µεταφοράς που τροφοδοτούν µεγάλες περιοχές. 2005 5 Άεργη Ισχύς Σηµαντικό χαρακτηριστικό της άεργου ισχύος είναι ότι δεν µεταφέρεται εύκολα, διότι οι προκύπτουσες κατά τη µεταφορά απώλειες άεργου ισχύος δύνανται να συνιστούν υψηλό ποσοστό της συνολικής κατανάλωσης, ενώ προκύπτουν και πρόσθετες απώλειες ενεργού ισχύος. Έτσι εάν η ζήτηση άεργου ισχύος σε µία περιοχή αυξηθεί ξαφνικά, για παράδειγµα λόγω απώλειας παραγωγικών µονάδων ή λόγω χρήσης των νέο εγκατεστηµένων φορτίων απαιτηθεί η έγχυση άεργου ισχύος στο Σύστηµα από τις µονάδες παραγωγής πολλαπλάσιου πολλές φορές ύψους έναντι της αύξησης της ζήτησης, ώστε να καλυφθούν πέραν της αύξησης αυτής και οι απώλειες των δικτύων µεταφοράς και διανοµής. Παρότι µεγάλο ποσοστό της απαιτούµενης άεργου ισχύος παράγεται κεντρικά από τις µονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, σηµαντικό πλεονέκτηµα της άεργου ισχύος έναντι της ενεργού είναι ότι δύναται να παράγεται εύκολα και σε τοπικό επίπεδο, κοντά στα σηµεία κατανάλωσής της, από συσκευές οι οποίες δεν απαιτούν κατά κανόνα κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας και δεν έχουν επιπτώσεις στο περιβάλλον τους 2005 6 ∆ιακύµανση και διαχρονική εξέλιξη της ζήτησης άεργου ισχύος Η ζήτηση της άεργου ισχύος αυξάνεται σηµαντικά σε περιόδους υψηλών θερµοκρασιών κατά τις οποίες γίνεται αυξηµένη χρήση κλιµατιστικών συσκευών και αντλητικών συστηµάτων άρδευσης. Επισηµαίνεται ότι κατά τις περιόδους αυτές, η αύξηση της ζήτησης άεργου ισχύος είναι υψηλότερη από την αύξηση της ζήτησης ενεργού ισχύος, λόγω της σύνθεσης του φορτίου που περιλαµβάνει αυξηµένο ποσοστό συσκευών η λειτουργία των οποίων βασίζεται σε κινητήρες. Το Ελληνικό ∆ιασυνδεδεµένο Σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή το σύστηµα της ηπειρωτικής Ελλάδας και των συνδεδεµένων ηλεκτρικά µε αυτή νησιών, εµφανίζει συνεχή επιδείνωση της λειτουργίας του από πλευράς άεργου ισχύος, ιδίως κατά τα τελευταία 10 έτη. Στον Πίνακα 1 που ακολουθεί αναφέρονται ενδεικτικά για τα τελευταία έτη οι µεταβολές στην ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, στην ετησίως µέγιστη ζήτηση ενεργού ισχύος και στην τιµή του Συντελεστή Ισχύος (cosφ) του φορτίου του Συστήµατος Μεταφοράς κατά την ώρα του ετήσιου µέγιστου του φορτίου. Επισηµαίνεται ότι παρότι από τα στοιχεία αυτά προκύπτει σταθερή ουσιαστικά τιµή του Συντελεστή Ισχύος διαχρονικά, αυτό επιτυγχάνεται µόνο µε τη συνεχή προσθήκη µέσων αντιστάθµισης στα δίκτυα µεταφοράς και διανοµής. 2005 7 Πίνακας 1: ∆ιαχρονική µεταβολή των βασικών µεγεθών της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας Ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας (GWh) Ετησίως µέγιστη ζήτηση ισχύος (MW) 1994 33 977 5,05 5 963 1995 35 159 3,48 6 063 1,68 1996 36 588 4,06 6 503 7,26 1997 38 067 4,04 6 703 3,08 1998 39 862 4,72 7 370 9,95 1999 41 060 3,01 7 364 -0,08 2000 44 108 7,42 8 529 15,82 0,932 2001 45 914 4,09 8 598 0,81 0,913 46 974 2,31 8 924 / 9 1001 5,8 0,903 49 732 5,87 9 042 / 9 1121 0,13 0,906 2004 50 951 2,45 9 6002 5,36 0,917 2005 53142 4,12 10084 4,8 2002 2003 2005 Συντελεστής Ισχύος (cosφ) φορτίου του Συστήµατος κατά την ώρα του ετήσιου µέγιστου του συστήµατος Αύξηση ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας έναντι προηγούµενης χρονιάς (%) Αύξηση ετησίως µέγιστης ζήτησης ισχύος έναντι προηγούµενης χρονιάς (%) 8 ∆ιακύµανση και διαχρονική εξέλιξη της ζήτησης άεργου ισχύος Το πρόβληµα των αιχµών της ηλεκτρικής ζήτησης έχει πάρει ανησυχητικές διαστάσεις τα τελευταία χρόνια στην Ελλάδα. Το ακόλουθο γράφηµα, δείχνει τις ηµερήσιες αιχµές (µέσες ωριαίες τιµές) του φορτίου του ∆ιασυνδεδεµένου Συστήµατος κατά τη διάρκεια του έτους 2004. Οι παρατηρούµενοι κύκλοι είναι οι εβδοµάδες του χρόνου. Όπως είναι αναµενόµενο, η κατανάλωση στη διάρκεια µιας εβδοµάδας είναι µικρότερη κατά τα Σαββατοκύριακα και αυξάνεται στις εργάσιµες µέρες. Η συµπεριφορά των αιχµών είναι σχεδόν σταθερή κατά τη διάρκεια του χρόνου, µε εξαίρεση την καλοκαιρινή περίοδο κατά την οποία παρατηρείται µία αύξηση της τάξεως του 25%, η οποία για την εξεταζόµενη χρονιά διαρκεί περίπου 8 εβδοµάδες. Η αύξηση αυτή απεικονίζει την επίδραση του κλιµατισµού και της άρδευσης (αντλιοστάσια) στην κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 2005 9 2005 10 Στοιχεία για την κατανάλωση ενεργού και άεργου ισχύος ανά δραστηριότητα Ως βάση για την αξιολόγηση των ενδεχόµενων µέτρων βελτίωσης της λειτουργίας των φορτίων και του συστήµατος παραγωγής και διακίνησης ηλεκτρικής ενέργειας, λήφθηκαν υπόψη τα στοιχεία του Πίνακα 2, στον οποίο καταγράφεται η κατανοµή της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα (στοιχεία ∆ΕΗ 2003): 2005 11 Πίνακας 2: Κατανοµή της συνολικής κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στη χώρα (στοιχεία ∆ΕΗ Α.Ε. 2003) Βιοµηχανικός και Εµπορικός Τοµέας Υψηλή Τάση Μέση Τάση Χαµηλή Τάση 27 πελάτες 6.355 µετρητές 1.283.614 µετρητές 6,8 TWh (14 %) 8,8 TWh (18.2 %) 11 TWh (22.7 %) 5.214.834 µετρητές Οικιακός Τοµέας 16,4 TWh (34 %) 1.428 µετρητές 331.061 µετρητές 1,4 TWh (2.8 %) 4 TWh (8.3 %) 27 πελάτες 7.783 µετρητές 6.829.509 µετρητές 6,8 TWh (14 %) 10,2 TWh (21 %) 31,4 TWh (65 %) Αγροτικός και λοιποί Τοµείς ΣΥΝΟΛΟ Συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 48,4 TWh 2005 12 Καταναλωτές Υψηλής Τάσης Ο αριθµός των καταναλωτών ΥΤ του ελληνικού Συστήµατος είναι περιορισµένος. Λόγω όµως του µεγάλου µεγέθους της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας από τους καταναλωτές αυτούς, παρέχονται σηµαντικά κίνητρα για τον ετεροχρονισµό της ζήτησής τους µε την αιχµή του Συστήµατος, ήτοι για τη µείωση της κατανάλωσής τους κατά τις ώρες µεγάλης ζήτησης από τα λοιπά φορτία του Συστήµατος. Σύµφωνα µε τις ισχύουσες διατάξεις του Κώδικα ∆ιαχείρισης του Συστήµατος (άρθρο 15), κάθε Πελάτης που συνδέεται µε το Σύστηµα (ΥΤ) οφείλει να διασφαλίζει ότι για φόρτιση µεγαλύτερη του 50% της µέγιστης ικανότητας τροφοδότησης, ο Συντελεστής Ισχύος του στο σηµείο σύνδεσης παραµένει εντός του εύρους τιµών 0,90 επαγωγικό έως 1,00. Για το 2005, προβλέπεται[1] ότι οι Πελάτες ΥΤ θα καταναλώνουν κατά την ώρα θερινής αιχµής του 2005 περίπου 81,4 Mvar περισσότερο από την κατανάλωση αέργου ισχύος που ορίζεται ως άνω όριο βάσει της κατανάλωσης ενεργού ισχύος τους. 2005 13 Καταναλωτές Υψηλής Τάσης Με αυστηρότερα - υψηλότερα όρια στην επιτρεπόµενη τιµή του Συντελεστή Ισχύος για τους καταναλωτές ΥΤ, υπάρχει µεγάλο περιθώριο µείωσης της άεργου ισχύος. Από τα σχετικά στοιχεία προκύπτει ότι µε Τιµές Κατωφλίου Συντελεστή Ισχύος (συν φ) = 0,9 / 0,95 / 0,99 επέρχεται βελτίωση της άεργου Ισχύος = 81,4 / 217,7 / 413,9 Μvar αντίστοιχα. Η αναµενόµενη αυτή µείωση ζήτησης άεργου ισχύος συνεπάγεται σηµαντικά µεγαλύτερη µείωση της αναγκαίας παραγωγής άεργου ισχύος από τις κεντρικές µονάδες παραγωγής του Συστήµατος, π.χ. σε συνθήκες κανονικής λειτουργία του Συστήµατος αναµένεται µείωση της παραγωγής άεργου ισχύος 100 / 280 / 490 Mvar αντίστοιχα. 2005 14 Καταναλωτές Μέσης Τάσης Μεγάλοι καταναλωτές, όπως βιοµηχανίες, νοσοκοµεία, κτίρια γραφείων, ξενοδοχεία κ.λ.π., συνδέονται κατά κανόνα στη Μέση Τάση. Στη ΜΤ η τιµολόγηση της Χρεωστέας Ζήτησης ισχύος (ΧΖ) αποτελεί συνάρτηση της Μέγιστης Ζήτησης (ΜΖ) και του Συντελεστή Ισχύος (cosφ) µε βάση τη σχέση : (0.80/cosφ αν cosφ<0.80), ή ΧΖ = ΜΖ * (1 αν 0.80<cosφ<0.85), ή (0.85/cosφ αν cosφ>0.85). Αν ο συντελεστής χρησιµοποίησης είναι µεγαλύτερος από 30%, µειώνεται η χρέωση ισχύος κατά 50*(1-ΜΑ/ΜΖ) % όπου ΜΖ η καταγραφής µέγιστη ζήτηση ισχύος και ΜΑ η µέγιστη ζήτηση ισχύος κατά τις ώρες αιχµής. Τούτο κατευθύνει το καταναλωτή Μέσης Τάσης: Στη διόρθωση-βελτίωση του Συντελεστή Ισχύος (cosφ) αφού η χρεωστέα Ζήτηση ισχύος (ΧΖ) εξαρτάται αντιστρόφως ανάλογα από το Συντελεστή Ισχύος (cosφ). Στη µετατόπιση της Μέγιστης Ζήτησης εκτός ωρών αιχµής και στη µείωση αυτής. 2005 15 Καταναλωτές Μέσης Τάσης ∆εν υφίσταται όριο για το Συντελεστή Ισχύος της κατανάλωσης των Πελατών ΜΤ. Από το Πίνακα 4 των συγκεντρωτικών στοιχείων των Καταναλωτών ΜΤ που ακολουθεί, προκύπτει ότι µε Τιµές Κατωφλίου Συντελεστή Ισχύος (συν φ) = 0.9 / 0.95 / 0.99 επέρχεται βελτίωση της άεργου Ισχύος = 39.3/ 92.2 / 207.1 Μvar αντίστοιχα. Η αναµενόµενη αυτή µείωση ζήτησης άεργου ισχύος συνεπάγεται σηµαντικά µεγαλύτερη µείωση της αναγκαίας παραγωγής άεργου ισχύος από τις κεντρικές µονάδες παραγωγής του Συστήµατος, π.χ. σε συνθήκες κανονικής λειτουργία του Συστήµατος αναµένεται µείωση παραγωγής άεργου ισχύος 45 / 118 / 260 Mvar αντίστοιχα. ∆ηλαδή παρότι η ΜΤ συµµετέχει στη κατανάλωση µε υψηλότερο ποσοστό από την ΥΤ (18.2% έναντι 14%) τα περιθώρια µείωσης της άεργου στη ΜΤ βρίσκονται στο 50% των αντιστοίχων της ΥΤ και τούτο οφείλεται στη τιµολογιακή πολιτική που ισχύει για τη κατηγορία αυτή. 2005 16 Πίνακας 4: Αναµενόµενη µέγιστη µείωση κατανάλωσης άεργου ισχύος από τη θέσπιση ορίου Συντελεστή Ισχύος (cosφ ) στην κατανάλωση των Πελατών Μέσης Τάσης του ∆ικτύου ∆ιανοµής της Αττικής (βάσει στοιχείων ∆ΕΗ για το θέρος 2004) Αναµενόµενη µείωση κατανάλωσης άεργου ισχύος (kVAr) Κατηγορία Καταναλωτή Εκτιµώµενη ισχύς αιχµής (kW) Για κάτω όριο cosφ = 0,9 Για κάτω όριο cosφ = 0,95 Για κάτω όριο cosφ = 0,99 ∆ηµόσιος Τοµέας (περιλαµβανοµένου του ευρύτερου) 193.799,9 12.967,0 24.368,5 48.563,1 Νοσοκοµεία 44.429,9 1.091,1 4.093,8 10.709,6 Ξενοδοχεία 28.917,1 513,7 2.075,0 5.708,4 Συγκοινωνίες 39.229,7 1.991,9 3.445,3 7.603,9 Τράπεζες 25.191,4 603,2 1.887,2 4.779,8 Λοιποί µεγάλοι Πελάτες (αιχμή > 1 ΜW) 239.709,8 6.146,6 20.703,2 52.497,4 Λοιποί Πελάτες (αιχμή < 1 ΜW) 331.573,0 15.942,0 35.615,9 77.255,9 ΣΥΝΟΛΟ 902.850,9 39.255,5 92.188,8 207.118,1 2005 17 Καταναλωτές του Βιοµηχανικού και Εµπορικού - τριτογενή τοµέα Ο εµπορικός τοµέας χρήζει ιδιαίτερης προσοχής λόγω της υψηλής απόλυτης τιµής της κατανάλωσης αλλά και του ρυθµού αύξησης κατά την τελευταία δεκαετία. Οι µεγάλες εµπορικές αλυσίδες, έχουν την τεχνική υποδοµή και ενδιαφέρονται, σε γενικές γραµµές, για την ενεργειακή κατανάλωση των εγκαταστάσεων τους. Η εµπειρία δείχνει ότι το πρόβληµα εντοπίζεται κυρίως σε µικρά καταστήµατα, όπου συνυπάρχουν απαράδεκτα υψηλά επίπεδα φωτισµού µε µέσης ή κακής ποιότητας φωτιστικά συστήµατα, πλήρης κλιµατισµός µε τις εισόδους των καταστηµάτων να παραµένουν µόνιµα ανοικτές. Οι σχεδιαστές τέτοιων εγκαταστάσεων, ενδιαφέρονται για την προσέλκυση πελατών, την παρουσίαση των προϊόντων και συνήθως αγνοούν την παράµετρο ενεργειακής κατανάλωσης. 2005 18 Προβλήµατα λειτουργίας συµβατικών κλιµατιστικών µηχανηµάτων Τα κύρια προβλήµατα της λειτουργίας των συµβατικών κλιµατιστικών µηχανηµάτων είναι οι συχνές εκκινήσεις αλλά και η κατά τη λειτουργία του κινητήρα αδυναµία προσαρµογής του στην καµπύλη του φορτίου. Η παρούσα κατάσταση µπορεί να περιγραφεί ως εξής: α) Σύγχρονα, πιστοποιηµένα και γενικώς υψηλού κόστους κτήσης, «επώνυµα» κλιµατιστικά µηχανήµατα ρυθµίζουν το ρεύµα εκκίνησης µε inverter και συνήθως προσαρµόζουν τη λειτουργία του κινητήρα ανάλογα µε τις απαιτήσεις του φορτίου. Το πρόβληµα των εν λόγω κλιµατιστικών µηχανηµάτων δεν είναι κυρίως η χαµηλή τιµή του Συντελεστή Ισχύος, αλλά η εισαγωγή αρµονικών στο δίκτυο µε αντίστοιχη υποβάθµιση της ποιότητας τάσης. β) Παλαιού τύπου κλιµατιστικά µηχανήµατα (χωρίς inverter) και γενικότερα «ανώνυµες» συσκευές, συνήθως χαµηλού κόστους κτήσης και χωρίς οποιαδήποτε τυποποίηση, συνήθως λειτουργούν µε χαµηλή τιµή του Συντελεστή Ισχύος (από 0,55 έως 0,8). 2005 19 Προβλήµατα λειτουργίας συµβατικών κλιµατιστικών µηχανηµάτων Για παράδειγµα, µια τυπική επώνυµη µονάδα 18000 ΒΤU έχει ισχύ P=1850W µε Συντελεστή Ισχύος (cosφ) περίπου ίσο µε 0,9 για τάση λειτουργίας U=230V µονοφασικά και ασφαλίζεται µε µικροαυτόµατο 16Α. Εάν µία τέτοια µονάδα λειτουργεί 14 ώρες ηµερησίως στη θερινή περίοδο σε ένα χώρο µε µέτριες θερµικές απώλειες (όχι συχνά ανοιγο-κλεισίµατα παραθύρων και θυρών κλπ) αναµένονται 8-10 εκκινήσεις συνολικά, στην διάρκεια των οποίων το φορτίο δεν είναι σταθερό. Συνεπώς έχουµε: α) Σηµαντικό αριθµό εκκινήσεων στη διάρκεια των οποίων το ρεύµα εκκίνησης είναι πολλαπλάσιο του αντίστοιχου κανονικής λειτουργίας και προκαλεί τοπική πτώση τάσης στο δίκτυο. β) Κατά την εκκίνηση (αρχικά στις χαµηλές στροφές περιστροφής κινητήρα) η τιµή του Συντελεστή Ισχύος (cosφ) είναι ιδιαίτερα χαµηλή. γ) Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του µηχανήµατος, χωρίς δυνατότητα προσαρµογής των στροφών του κινητήρα στην καµπύλη του φορτίου, έχουµε χαµηλό συντελεστή ισχύος για φόρτιση µικρότερη του 100% (ιδανική συνθήκη). Ενδεικτικά για φόρτιση 100% έχουµε Συντελεστή Ισχύος (cosφ) =0,9, για φόρτιση 75% έχουµε Συντελεστή Ισχύος (cosφ) =0,87, για φόρτιση 50% Συντελεστή Ισχύος (cosφ) =0,78 και για φόρτιση 25% Συντελεστή Ισχύος (cosφ) =0,6. 2005 20 Προβλήµατα λειτουργίας συµβατικών κλιµατιστικών µηχανηµάτων Τα ίδια προβλήµατα παρουσιάζουν µηχανήµατα που λειτουργούν µε ασύγχρονους (επαγωγικούς) κινητήρες π.χ. για οικιακής καταναλώσεως ψυγεία και αντίστοιχα ψυκτικές µονάδες µεγαλύτερης ισχύος ή κεντρικές κλιµατιστικές µονάδες. Η ύπαρξη διατάξεων ηλεκτρονικών ισχύος ( inverters, soft starters κλπ), ανορθωτικών διατάξεων AC-DC και γενικότερα η ύπαρξη µη γραµµικών φορτίων επηρεάζει και αλλοιώνει την ηµιτονοειδή µορφή της τάσης. Αποτελέσµατα της αλλοίωσης αυτής είναι η δηµιουργία αρµονικών στο δίκτυο και η µη αποτελεσµατική χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας. Οι αρµονικές που εγχέονται στο δίκτυο επηρεάζουν τον υπόλοιπο εξοπλισµό δηµιουργώντας τα ακόλουθα προβλήµατα: α) αυξηµένες απώλειες β) θέρµανση κινητήρων, καλωδίων και µετασχηµατιστών γ) παρεµβολές σε ηλεκτρονικό εξοπλισµό και ευαίσθητες ηλεκτρονικές διατάξεις. Είναι σκόπιµο το ζήτηµα αυτό να µελετηθεί εκτενώς, µε στόχο τη λήψη µέτρων αναφορικά µε την πιστοποίηση του εξοπλισµού και την εφαρµογή των σχετικών προτύπων. 2005 21 Αρδευτικά συστήµατα άντλησης και επίδραση στις αιχµές Σηµαντικό µέρος της αύξησης των αιχµών του φορτίου του Συστήµατος οφείλεται στα αρδευτικά συστήµατα άντλησης. Τα αρδευτικά συστήµατα άντλησης έχουν σηµαντικά µειωµένο τιµολόγιο κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. Σύµφωνα µε τις σχετικές συµβάσεις προµήθειας ηλεκτρικής ενέργειας, υφίσταται υποχρέωση των Πελατών αυτών να µην απορροφούν ηλεκτρική ενέργεια κατά τις ώρες αιχµής του φορτίου του Συστήµατος, οι οποίες καθορίζονται από τη ∆ΕΗ, δηλαδή το µειωµένο τιµολόγιο ισχύει µόνο για τις ώρες εκτός αιχµής του Συστήµατος. Ο περιορισµός αυτός υπεβλήθη αφενός για λόγους καλής λειτουργίας του ηλεκτρικού συστήµατος, και ιδίως µετά τη µετατόπιση της αιχµής του φορτίου του Συστήµατος στο θέρος (µετά το 1992) και αφετέρου για σοβαρούς περιβαλλοντικούς λόγους, οι οποίοι έχουν να κάνουν µε την εύλογη διαχείριση των υδάτινων πόρων. Ειδικότερα, υπολογίζεται ότι, στην περίπτωση άρδευσης κατά τη διάρκεια της ηµέρας, 40% του ύδατος εξατµίζεται πριν καταπέσει στο έδαφος, ενώ 20% της ποσότητας που πέφτει στο έδαφος εξατµίζεται πριν απορροφήσει από αυτό (ήτοι συνολικές απώλειες ύδατος άνω του 50%). Στα χρωµογραφικά διαγράµµατα που ακολουθούν φαίνεται η φόρτιση τριών γραµµών µέσης τάσης του δικτύου διανοµής µε καθαρά αρδευτικό φορτίο, για όλες τις ώρες του έτους 2004[1]. ∆ιακρίνεται η υψηλή φόρτιση των γραµµών αυτών και κατά τις ώρες αιχµής του Συστήµατος (µεσηµβρινές ώρες του θέρους), κατά τις οποίες υφίσταται υποχρέωση µη λειτουργίας των αρδευτικών φορτίων. [1] Πηγή: ∆ΕΗ Α.Ε. 2005 22 2005 23 2005 24 Αρδευτικά συστήµατα άντλησης και επίδραση στις αιχµές ∆υστυχώς, η ανεξέλεγκτη παραβίαση κατά τα προηγούµενα έτη των περιορισµών αυτών, έχει οδηγήσει αφενός στην επιβάρυνση της συνολικής κατανάλωσης του ηλεκτρικού συστήµατος µε περίπου 700 MW σε όλη την Ελλάδα, από τα οποία 400 MW περίπου στη Θεσσαλία, κατά τις ώρες της θερινής αιχµής, και µάλιστα σε περιοχές ιδιαίτερα σηµαντικές για την ευστάθεια του Συστήµατος µεταφοράς, και αφετέρου στην δραµατική υποβάθµιση του υδροφόρου ορίζοντα των γεωργικών περιοχών µε ορατό τον κίνδυνο ερηµοποίησης. Από πλευράς ηλεκτρικού συστήµατος, η τήρηση του περιορισµού µη λειτουργίας των αρδευτικών συστηµάτων κατά τις ώρες της ηµέρας θα συµβάλει αποφασιστικά στη διασφάλιση της καλής λειτουργίας του συστήµατος και στη σηµαντική µείωση της πιθανότητας εµφάνισης προβληµάτων αστάθειας τάσης ή ανεπάρκειας ισχύος. Η ελεγχόµενη περικοπή µη κρίσιµων φορτίων κατά τις ώρες αιχµής του Συστήµατος, µε προτεραιότητα στα αρδευτικά φορτία, θα ήταν δυνατή χωρίς πρόσθετες παρεµβάσεις, αφού για το µέγεθος του αναµενόµενου οφέλους κατά τις ώρες της θερινής αιχµής (περίπου 250 MW) η περικοπή είναι δυνατή µέσω των τοπικών συστηµάτων τηλεχειρισµών. 2005 25 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ Για να επιτευχθεί ικανοποιητική διόρθωση του Συντελεστή Ισχύος, θα πρέπει το Σύστηµα ∆ιόρθωσης Συνιµητόνου να σχεδιαστεί ειδικά για το σύστηµα στο οποίο προορίζεται. Η καλύτερη µέθοδος είναι να πραγµατοποιηθούν µετρήσεις ενεργού και άεργου ισχύος καθόλη την διάρκεια των σηµαντικών χρονικών περιόδων καθόλη την διάρκεια της ηµέρας, προκειµένου να εξασφαλιστούν αξιόπιστες τιµές µέτρησεις. Μεγέθη που θα πρέπει να ελεγχθούν Phase Voltages (Θα πρέπει να είναι κοντά στις ονοµαστικές τιµές. Η κυµατοµορφή θα πρέπει να είναι ηµιτονοειδούς µορφής και χωρίς διαταραχές) Phase Currents (Έλεγχος της σχέσης τάσης – έντασης καθώς και ρευµάτων αιχµής ) Crest Factor (Ένας παράγοντας CF ≥1,8 σηµαίνει υψηλές διαταραχές) Harmonics (Έλεγχος αρµονικών τάσης και έντασης) Flicker (Τρεµοπαιξίµατα) Dips & Swells (Βυθίσεις και ανυψώσεις τάσεων) Frequency (Σταθερότητα Συχνότητας) Unbalance (Η τάσης της κάθε φάσης δεν θα πρέπει να διαφέρει περισσότερο από 1% από τον µέσο όρο των τριών ενώ η ένταση δεν θα πρέπει να ξεπερνά το 10%) 2005 26 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ 2005 27 ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΑΕΡΓΟΥ ΙΣΧΥΟΣ Ενεργός Ισχύς Το ποσό της προσδιδοµένης ενέργειας που µετατρέπεται σε ισχύ εξόδου P = 3 ∗ V ∗ I * cos φ [W ] Άεργος Ισχύς Οι ηλεκτρικές µηχανές λειτουργούν µε µετατροπή της ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας. Μέρος της προσδιδοµένης ισχύος καταναλώνεται για την δηµιουργία και διατήρηση του µαγνητικού πεδίου. Τα επαγωγικά φορτία στρέφουν την γωνία τάσης έντασης (to a value >0). Η τάση που δηµιουργείται από τµήµατα των κυµατοµορφών V & I που έχουν αντίθετες κατευθύνσεις ( + & -) ονοµάζεται άεργος ισχύς (∆εν µπορεί να µετατραπεί σε ενεργό και επιστρέφει στο δίκτυο) Q = 3 ∗ V ∗ I * sin φ [var ] Φαινόµενη Ισχύς Η ηλεκτρική ενέργεια που απορροφάται από την πηγή τροφοδοσίας S = 3 ∗V ∗ I 2005 [VA] 28 Elesis Electrical Solutions A.E. Συντελεστής Ισχύος Power Factor cos φ = Active Power P = Apparent Power S Αντιστάθµιση Άεργου Ισχύος Η άεργος ισχύς που τροφοδοτείται σε κυκλώµατα χωρίς αντιστάθµιση µπορεί να αποθηκευτεί παροδικά σε διατάξεις πυκνωτών και να χρησιµοποιηθεί κατά την επόµενη µαγνήτιση του κυκλώµατος. Q = P ∗ (tan φ1 − tan φ 2 ) [var ] Υπολογισµός απαιτούµενης Χωρητικότητας Ο πυκνωτής Qc θα αντισταθµίσει την επαγωγή Q και πετύχει Σ.Ι =1 Ισχύει : Q = V ∗ I [var] c C QC = 2005 C C VC ∗ VC (VC ) = XC XC 2 [var] 29 Elesis Electrical Solutions A.E. Όπου Συνεπώς QC = (VC ) ∗ ω ∗ C = (Vc ) ∗ 2π ∗ f ∗ C 2 2 (VL )2 ∗ ω ∗ C ⇒ C STAR 2 Συνδεσµολογία Αστέρα QTOT = 3 ∗ Συνδεσµολογία Τριγώνου QTOT = 3 ∗ (VL ) ∗ ω ∗ C ⇒ C DELTA = Συµπεραίνουµε : C DELTA = ( 3) 2 = QTOT = (VL ) ∗ ω (VL ) 2 QTOT 3 ∗ (VL ) ∗ ω 2 = QTOT 2 ∗ 2π ∗ f QTOT 3 ∗ (VL ) ∗ 2π ∗ f 2 C STAR 3 Για αυτό το λόγο στα συστήµατα αντιστάθµισης συνδέονται σε συνδεσµολογία Τριγώνου καθώς απαιτείται 3 φορές µικρότερη χωρητικότητα. 2005 30 ΕΙ∆Η ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ 2005 31 ΕΙ∆Η ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ Η ΜΕΜΟΝΩΜΕΝΗ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ Συνιστάται σε περιπτώσεις Μεγάλων φορτίων Με σταθερούς Συντελεστές Ισχύος Απαίτηση µεγάλου Χρόνου Εκκίνησης 2005 32 ΕΙ∆Η ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ Πλεονεκτήµατα Η µεµονωµένη αντιστάθµιση έχει το πλεονέκτηµα της αποφόρτισης των αγωγών προς τα φορτία. Συχνά υπάρχει δυνατότητα άµεσης σύνδεσης των πυκνωτών µε τις κλέµµες σύνδεσης των φορτίων και συνεπώς ενεργοποίησης και απενεργοποίησης µε έναν κοινό διακόπτη – µεταγωγέα 2005 33 ΕΙ∆Η ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ Μειονεκτήµατα Απαιτείται προσοχή κατά την µεµονωµένη αντιστάθµιση κινητήρων. Σε περιπτώσεις κινητήρων όπου υπάρχει δυνατότητα αλλαγής πόλων ή σε περιπτώσεις κινητήρων που συνδέονται µέσω εκκινητή αστέρα – τριγώνου δεν επιτρέπεται στιγµιαία αποσύνδεση του πυκνωτή αντιστάθµισης από το δίκτυο. Αυτό ισχύει και για κινητήρες που λειτουργούν περιοδικά. Στην περίπτωση αυτή, ο πυκνωτής θα πρέπει πάντα να εκφορτίζεται αρκετά πριν από την εκκίνηση του κινητήρα (<10% της ονοµαστικής τάσης του). Για προστασία από τυχόν επικίνδυνη αυτοδιέγερση πρέπει η ισχύς του πυκνωτή που είναι άµεσα συνδεδεµένος µε τις κλέµµες του κινητήρα να είναι <90% της άεργης ισχύος του κινητήρα σε κατάσταση λειτουργίας χωρίς φορτίο. Αυτό επιτυγχάνεται µε την σύνδεση του πυκνωτή µέσω ενός χωριστού ρελέ, ενσωµατωµένου στον ελεγκτή του κινητήρα. 2005 34 ΕΙ∆Η ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΟΜΑ∆ΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ Στην οµαδική αντιστάθµιση κάθε µονάδα αντιστάθµισης συνδέεται µε αντίστοιχη οµάδα φορτίου. Και εδώ, όπως στην µεµονωµένη αντιστάθµιση συχνά δεν απαιτούνται για την σύνδεση των πυκνωτών ξεχωριστοί διακόπτες. 2005 35 ΕΙ∆Η ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ Χρησιµοποιούνται µονάδες ελέγχου άεργου ισχύος. Αυτές συνδέονται απευθείας µε ένα κεντρικό ή δευτερεύοντα πίνακα. Συνιστάται σε περιπτώσεις πολλαπλών φορτίων Με διαφορετικές απαιτήσεις Ισχύος Για διάφορους χρόνους εκκίνησης Πλεονεκτήµατα Η µονάδα αντιστάθµισης µπορεί να ελεγχθεί εύκολα λόγω της επικεντρωµένης διάταξης της. Η εκ των υστέρων εγκατάσταση ή επέκταση είναι σχετικά απλή. Η ισχύς του πυκνωτή προσαρµόζεται πάντα στην άεργη ισχύς του φορτίου. Λαµβάνοντας υπόψη το συντελεστή συγχρονισµού, συχνά αρκεί µια χαµηλότερη ισχύς του πυκνωτή από ότι στην µεµονωµένη εγκατάσταση. 2005 36 ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑ ΥΠΛΟΓΙΣΜΟΥ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ 2005 Given parameters: – Active power P = 100 kW (peak) – Actual cos φ = 0.75 = φ = 41.5° = tan φ1 = 0.88 – Target cos φ*= 0.93 = φ = 21.5° = tan φ2 = 0.4 * set by power utility Calculation of compensation: QC = P * (tan φ1 – tan φ2)= 100 * (0.88 – 0.4)= 48 kvar to be compensated to meet the power factor requirement set by the power utility. Common compensation would recommend a capacitor of at least 50 kvar. Calculation using capacitor’s reactive power QC table: cos φa (actual) = 0.75* cos φt (target) = 0.94* * the cross point indicates factor F = 0.52 QC = P * F = 100 * 0.52 = 52.0 kvar The required appropriate compensation to meet a cos φ of 0.93 is ≥ 52.0 kvar Capacitor output in case of operating voltage and/or frequency different to nominal ratings 37 2005 38 ΤΟΠΙΚΗ ∆ΙΟΡΘΩΣΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ ΣΕ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Η ισχύς που παράγει ο πυκνωτής θα πρέπει να είναι περίπου το 90% της φαινόµενης ισχύς του κινητήρα όταν αυτός λειτουργεί στο ρελαντί. Αυτό σηµαίνει ένα συντελεστή ισχύος 0,9 σε πλήρη φορτίο και 0,95-0,98 κατά την διάρκεια λειτουργίας σε ρελαντί. Σε περιπτώσεις τοπικής αντιστάθµισης όπου ο πυκνωτής συνδέεται απευθείας στα άκρα του κινητήρα και ο κινητήρας συνεχίζει να στρέφεται και αφού διακοπεί η τροφοδοσία, τότε ο πυκνωτής µπορεί να λειτουργήσει σαν γεννήτρια και να προκαλέσει σηµαντικές υπερτάσεις και βλάβες τόσο στον πυκνωτή όσο και στον κινητήρα. 2005 39 2005 40 ΤΟΠΙΚΗ ∆ΙΟΡΘΩΣΗ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ ΣΕ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ Οι σύγχρονοι Μετασχηµατιστές εξαιτίας της κατασκευής τους (ελασµατοποίηση) απαιτούν χαµηλή τοπική αντιστάθµιση για να αντισταθµίσουν την παραγόµενη µαγνήτιση. 2005 41 2005 42 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ 2005 43 Temperature Class of Capacitors Οι πυκνωτές είναι χωρισµένοι σε θερµικές κατηγορίες. Κάθε κατηγορία αντιπροσωπεύεται από ένα αριθµό και ένα γράµµα. (π.χ. -25/D). Ο αριθµός αντιπροσωπεύει την χαµηλότερη θερµοκρασία στην οποία ένας πυκνωτής µπορεί να λειτουργήσει. Το άνω όριο καθορίζεται από το γράµµα βάσει του ακόλουθου πίνακα. Ο χρόνος ζωής ενός πυκνωτή είναι άµεσα συνδεδεµένος µε την θερµοκρασία. Ο απαραίτητος αερισµός και ψύξη θα πρέπει να διασφαλίζονται έτσι ώστε να µην παρατηρείται υπέρβαση της µέγιστης θερµοκρασία λειτουργίας. Κατά την κατασκευή των συστηµάτων αντιστάθµισης θα πρέπει οι πυκνωτές να µην τοποθετούνται κοντά σε πηγές θερµότητας όπως πηνία και µπάρες χαλκού, ενώ προτείνεται να τοποθετούνται απευθείας πάνω από τα ρελέ. 2005 44 Enclosure of Capacitors 2005 45 Current rating / maximum admissible over current Το µέγιστο επιτρεπόµενο ρεύµα υπερφόρτισης σύµφωνα µε το Standard IEC 831 είναι 1,3 * ΙR 2005 46 Maximum admissible over voltage 2005 47 Mean life expectancy Ο µέσος χρόνος ζωής των πυκνωτών εξαρτάται από : 2005 Χρονική ∆ιάρκεια υπερφόρτισης Μέση Θερµοκρασία Μέγιστη τιµή υπερέντασης και η συνεπαγόµενη αύξηση της θερµοκρασίας Η µέση διάρκεια ζωής των πυκνωτών υπολογίζεται για ονοµαστικές συνθήκες λειτουργίας. 48 Προστασία Οι πυκνωτές Ισχύος προστατεύονται έναντι βραχυκυκλωµάτων µε ασφάλειες ή θερµοµαγνητικούς διακόπτες. Η επιλογή των ασφαλειών πρέπει να γίνεται 1,6 µε 1,8 φορές το ονοµαστικό ρεύµα του πυκνωτή. 2005 49 Ρελέ για την µεταγωγή των πυκνωτών 2005 Τα µεταγωγικά ρελέ που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν µονάδες ρύθµισης άεργου ισχύος πρέπει να είναι κατασκευασµένα για υψηλά ρεύµατα εκκίνησης. Τα ρελέ θα πρέπει να διαθέτουν «ειδικές» αντιστάσεις που συνδέονται µέσω προπορευµένων βοηθητικών επαφών πριν την σύνδεση των κυρίων επαφών και την γεφύρωση των «ειδικών» αντιστάσεων. Με αυτό τον τρόπο το ρεύµα εκκίνησης µειώνεται σε µη κρίσιµη τιµή. 50 Πηνία Εκφόρτισης 2005 Οι πυκνωτές ισχύος πρέπει να αποφορτιστούν µέχρι µια µη κρίσιµη τιµή σε χρονικό διάστηµα µικρότερο από αυτό του χρόνου εκκίνησης του ρυθµιστή άεργου ισχύος. Για το σκοπό αυτό πρέπει να χρησιµοποιούνται πηνία αποφόρτισης, τα οποία διαθέτουν µικρή ωµική αντίσταση, επιτυγχάνοντας έτσι πολύ µικρό χρόνο αποφόρτισης – αυξάνοντας την διαθεσιµότητα του πυκνωτή – αλλά και µεγάλη DC αντίσταση που σηµαίνει ότι οι απώλειες που εµφανίζονται σε κατάσταση λειτουργίας είναι αµελητέες. 51 Ελεγκτής συντελεστής ισχύος 2005 Ο ρυθµιστής άεργου ισχύος τοποθετείται σε εγκαταστάσεις για τον έλεγχο και την διόρθωση του cosφ. Ο ρυθµιστής, µε εισόδους τάση και ένταση, µετρά το cosφ της εγκατάστασης , το συγκρίνει µε την τιµή που έχει ρυθµιστεί και δίνει εντολές ζεύξης ή απόζευξης βαθµίδων πυκνωτών. Ονοµάζουµε: α) Κλάδο την ισχύ του πυκνωτή που ελέγχεται (ζεύξη-απόζευξη) από ένα ρελέ εξόδου του ρυθµιστή. β) Βαθµίδες τους συνδυασµούς ισχύος που µπορούν να επιτευχθούν µε µια συγκεκριµένη σειρά ρύθµισης, δηλαδή το άθροισµα των αριθµών της σειράς ρύθµισης. γ) Σειρά ρύθµισης το λόγο της ισχύος των . 52 Ελεγκτής συντελεστής ισχύος 2005 Παράδειγµα Ισχύς πρώτου κλάδου 12,5 kVAR (βήµα). Σειρά ρύθµισης 1:1:1:2:4, σηµαίνει 12,5 : 12,5 : 12,5 : 25 : 50 kVAR, σύνολο 50 kVAR, κλάδοι :6. Χαρακτηριστικά Είναι κατάλληλα για µέτρηση 3-φασικών συστηµάτων. Η τάση λειτουργίας λαµβάνεται από την ίδια φάση µέσω ασφαλειών. Η απαιτούµενη τιµή της έντασης λαµβάνεται από την πρώτη φάση µέσω µετασχηµατιστή έντασης µε ρεύµα δευτερεύοντος 1 ή 5 Α. 53 Ελεγκτής συντελεστής ισχύος 2005 Έχει δυνατότητα µέτρησης: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Αρµονικών τάσεων. Αρµονικών εντάσεων. Ενεργούς ισχύος. Φαινόµενης ισχύος. Άεργου ισχύος συνολικά και για κάθε βαθµίδα χωριστά. Θερµοκρασίας. cosφ. Συχνότητα λειτουργίας. 54 Ελεγκτής συντελεστής ισχύος 2005 Έχει την δυνατότητα αυτόµατης και χειροκίνητης λειτουργίας. Απενεργοποίηση, απουσία τάσης. Οι χρόνοι αντίδρασης και απόζευξης ρυθµίζονται από 1 sec-20 min. Αποθήκευση µέγιστων τιµών παραµέτρων. Παρακολούθηση των µεµονωµένων τιµών ισχύος πυκνωτών. Ένδειξη σφάλµατος. ∆υνατότητα ρύθµισης έως και 12 βαθµιδών. 55 2005 56 Ελεγκτής συντελεστής ισχύος 2005 Έχει την δυνατότητα αυτόµατης και χειροκίνητης λειτουργίας. Απενεργοποίηση, απουσία τάσης. Οι χρόνοι αντίδρασης και απόζευξης ρυθµίζονται από 1 sec-20 min. Αποθήκευση µέγιστων τιµών παραµέτρων. Παρακολούθηση των µεµονωµένων τιµών ισχύος πυκνωτών. Ένδειξη σφάλµατος. ∆υνατότητα ρύθµισης έως και 12 βαθµιδών. 57 Πυκνωτές µεταλλικού συνθετικού φιλµ (ΜΚΚ) (Metall-KunststoffKompakt=MKK) 2005 Ο πυκνωτής MKK είναι κατασκευασµένος από φύλλα πολυπροπυλενίου, µε οµοιόµορφη επίστρωση µετάλλου, τυλιγµένα στερεά γύρω από πλαστικό πυρήνα. Οι τρεις φάσεις είναι τυλιγµένες η µια γύρω στην άλλη και ηλεκτρικά µονωµένες. Το παραπάνω τύλιγµα περιέχεται σε δοχείο αλουµινίου, από το οποίο αφαιρείται ο αέρας και προστίθεται αέριο. Το συνθετικό φιλµ (µεµβράνη) χρησιµοποιείται σαν φορέας του οπλισµού και ως διηλεκτρικό. 58 Πυκνωτής EPCOS-SIEMENS, τύπου ΜΚΚ. 2005 59 Πυκνωτές µεταλλικού συνθετικού φιλµ 2005 Οι πυκνωτές ΜΚΚ είναι πυκνωτές ισχύος, δηλ.: είναι κατάλληλοι για διόρθωση του συντελεστή ισχύος cosφ. χαρακτηρίζονται από σταθερότητα της χωρητικότητας στη διάρκεια ζωής τους, είναι ανθεκτικοί σε παλµικά φορτία (παλµικές καταπονήσεις = συχνές ζεύξεις = ψηλά ρεύµατα ζεύξης, ρυθµιζόµενοι πυκνωτές). έχουν εσωτερικό σύστηµα ασφάλειας. 60 Πυκνωτές µεταλλικού συνθετικού φιλµ 2005 Πλεονεκτήµατα Ασφάλεια και αξιοπιστία στη λειτουργία. Μεγάλη διάρκεια ζωής (115.000h). Αµετάβλητη χωρητικότητα. Αντοχή σε υψηλές θερµοκρασίες έως και 55o C. Εύκολη καλωδίωση σε κλέµµες µε την τεχνική SIGUT. Χαµηλές απώλειες < 0,25W / Kvar. Τριπλό σύστηµα προστασίας (για άτοµα και εγκαταστάσεις) Είναι ξηρού τύπου. ∆εν µεταδίδουν τη φωτιά. Οι πυκνωτές ΜΚΚ είναι αυτοεπουλωνόµενοι (SELF-HEALING), δηλ. σε περίπτωση σχηµατισµού τόξου στο πυκνωτή εξαιτίας υπερτάσεων στο δίκτυο ή υπερτάσεων ζεύξης (υπερπήδηση), το τόξο εξαερώνει στο σηµείο διάτρησης του διηλεκτρικού την µεταλλική επίστρωση και έτσι αποµονώνεται η θέση διάτρησης. Ο πυκνωτής έχει πάλι τη πλήρη αντοχή σε τάση και η µεταβολή της χωρητικότητας είναι αµελητέα. Ασφάλεια υπερφορτίσεως η οποία εµποδίζει το πυκνωτή να εκραγεί λόγω γήρανσης ή λόγω θερµικής υπερφόρτισης. 61 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ Πρώτη αρµονική (Θεµελιώδης συνιστώσα). Το ανορθωµένο ρεύµα δεν είναι ηµιτονοειδές, µπορεί όµως µέσω ανάλυσης Fourier να αναλυθεί σε ηµιτονοειδής επιµέρους συνιστώσες, ως εξής : Σε µια θεµελιώδη συνιστώσα η οποία χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι ταλαντεύεται σύµφωνα µε τη συχνότητα του δικτύου. Σε αρµονικές που χαρακτηρίζονται από τον δείκτη συχνότητας. 2005 62 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ Αρµονικές Οι αρµονικές έχουν την συχνότητα Όπου ffν = ν ∗ ff (1) : δείκτης συχνότητας ff ( ) : Συχνότητα του συστήµατος Κάτω από ιδανικές συνθήκες, το πλάτος µιας συγκεκριµένης αρµονικής είναι v 1 I (n ) = όπου 2005 I (1) 1 ∗ I (1) n : το πλάτος της θεµελιώδους συνιστώσας 63 Ανάλυση Fourier Η ανάλυση του ρεύµατος ενός ανορθωτή σύµφωνα µε την ανάλυση Fourier παρουσιάζεται ακόλουθα 2005 64 2005 65 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ Αρµονικές Οι αρµονικές έχουν την συχνότητα Όπου ffν = ν ∗ ff (1) : δείκτης συχνότητας ff ( ) : Συχνότητα του συστήµατος Κάτω από ιδανικές συνθήκες, το πλάτος µιας συγκεκριµένης αρµονικής είναι v 1 I (n ) = όπου 2005 I (1) 1 ∗ I (1) n : το πλάτος της θεµελιώδους συνιστώσας 66 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ Στην συνδεσµολογία γέφυρας τριφασικού ρεύµατος εµφανίζονται αρµονικές µε τους δείκτες συχνότητας, v = 6 ∗ k ± 1 (k = 1,2,3,K) π.χ. η 5η αρµονική, η 7η , η 11η, η 13η, η 17η κλπ. Πλάτος των αρµονικών ρευµάτων Τα πλάτη των αρµονικών ρευµάτων εξαρτώνται εκτός από της θεµελιώδους συνιστώσας και από το ύψος της θεµελιώδους συνιστώσας και του δείκτη συχνότητας, και από τις άεργες αντιστάσεις στα ανορθωµένα κυκλώµατα διακλάδωσης, ως επίσης από την εξοµάλυνση του συνεχούς ρεύµατος και την γωνία υστέρησης των θυρίστορ των φορτίων. Στην πράξη, λαµβάνονται υπόψη οι παρακάτω τιµές : 2005 67 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ I (5 ) = 0,25 ∗ I (1) I ( 7 ) = 0,13 ∗ I (1) I (11) = 0,09 ∗ I (1) I (13 ) = 0,07 ∗ I (1) Ενώ το πλάτος της πέµπτης αρµονικής µπορεί να αποκτήσει υψηλότερες τιµές µε µικρότερη εξοµάλυνση συνεχούς ρεύµατος, τα ρεύµατα αρµονικών µεγαλύτερου δείκτη είναι λιγότερο σηµαντικά. 2005 68 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ 2005 Παραµόρφωση της τάσης δικτύου Συντονισµός Τα ρεύµατα αρµονικών παραµορφώνουν την τάση δικτύου, δηµιουργούν απώλειες και προκαλούν φαινόµενα συντονισµού Σε περιπτώσεις που σε δίκτυα µε ανορθωτές χρησιµοποιούνται πυκνωτές ισχύος για αντιστάθµιση άεργης ισχύος, απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή. Οι πυκνωτές δηµιουργούν µε την άεργη αντίσταση του δικτύου τροφοδοσίας ένα κύκλωµα ταλάντωσης, στο οποίο τα επιµέρους ρεύµατα των αρµονικών µπορούν να ενισχυθούν σηµαντικά ανάλογα µε την ισχύ των συνδεδεµένων πυκνωτών. 69 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ Χρήση Πυκνωτών µε Προ συνδεδεµένα Πηνία Για την αντιστάθµιση άεργης ισχύος σε δίκτυα µε ανορθωτές συνδέονται πηνία πριν τους πυκνωτές. Έτσι προκύπτει ένα κύκλωµα συχνότητα χαµηλότερης της 5ης. Κατά αυτό τον τρόπο λειτουργεί επαγωγικά η µονάδα αντιστάθµισης για όλες τις εµφανιζόµενες αρµονικές του ρεύµατος ανόρθωσης και αποκλείεται η δηµιουργία περαιτέρω φαινόµενων συντονισµού. Επειδή ένα τµήµα των αρµονικών και κυρίως της 5ης αρµονικής διαρρέει την µονάδα αντιστάθµισης απελευθερώνεται το δίκτυο όχι µόνο από την επαγωγική άεργη ισχύ αλλά και από τις αρµονικές. Αυτό ισχύει για δίκτυα στα οποία ένα µεγάλο µέρος του συνολικού φορτίου, προκύπτει από µη γραµµικά φορτία. Συχνά υπάρχουν παράταυτα δίκτυα κατανάλωσης στα οποία αυτό το µέρος είναι αµελητέο, αλλά το ανώτερο δίκτυο υψηλής τάσης περιέχει πολλές αρµονικές. Σε αυτές τις περιπτώσεις η χρήση πηνίων εµποδίζει οποιαδήποτε απορρόφηση από το παραπάνω δίκτυο, δηλαδή η χρήση πηνίων λειτουργεί αποφρακτικά. 2005 70 2005 70 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ Βαθµός επαγωγής p Για διαφόρους σκοπούς χρησιµοποιούνται επαγόµενοι πυκνωτές µε διάφορους βαθµούς επαγωγής. Ο βαθµός επαγωγής p δίδεται σε %. Η άεργη αντίσταση του πηνίου X L προκύπτει από την άεργη αντίσταση του πυκνωτή f (1) επί τον βαθµό επαγωγής p. X C σε συχνότητα δικτύου Συχνότητα συντονισµού f R Ο καθορισµός της συχνότητας συντονισµού του κυκλώµατος ταλάντωσης αποτελούµενου από το πηνίο και τον πυκνωτή προκύπτει από τον τύπο : f R = f (1) ∗ 1 p Με βαθµό επαγωγής p=7%, υπολογίζεται η συχνότητα συντονισµού ως εξής f R = 50 Hz ∗ 2005 1 0,07 = 189 Hz Στην πράξη διατίθενται επαγωγικές µονάδες ρύθµισης µε βαθµό επαγωγής P=5%, 5,67%, 7%, 8%, 12,5%, 14% 71 ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΣΕ ∆ΙΚΤΥΑ ΜΕ ΑΡΜΟΝΙΚΕΣ 2005 Όσο πιο χαµηλός είναι ο βαθµός απόδοσης, τόσο πλησιάζει η συχνότητα συντονισµού της επαγωγικής µονάδας την των 250Hz. Αντίστοιχα υψηλό είναι το φιλτράρισµα της 5ης και 7ης αρµονικής του δικτύου. Με αυξανόµενο p διαφοροποιείται όλο και περισσότερο η συχνότητα συντονισµού της επαγωγικής µονάδας την τιµή των 250Hz. Αντίστοιχα υψηλή είναι η αποφρακτηκότητα στις αρµονικές στις αρµονικές του ανώτερου δικτύου υψηλής τάσης ή στα σήµατα ελέγχου των ακουστικών συχνοτήτων. Για την σωστή επιλογή µιας επαγωγικής µονάδας ρύθµισης είναι αναγκαία η εξέταση της δοµής των καταναλώσεων του δικτύου χαµηλής τάσης ως επίσης των συνθηκών του δικτύου. 72
© Copyright 2024 Paperzz
