Kompenzace jalového výkonu je důležitý úkol v rámci přenosu, distribuce, lokální distribuce i spotřeby. Tento článek se zaměřuje na kompenzaci v průmyslových areálech, které jsou vesměs specifické svým postupným budováním a povětšinou rozptýlením spotřebičů a často i kompenzací v rámci jednotlivých provozů.
Pojďme se podívat, jak uřídit a zregulovat takový nesourodý komplex co nejefektivněji.
V průmyslových sítích je výroba, rozvod a přenos realizován téměř výhradně v trojfázové střídavé soustavě. Spotřebiče a zařízení potřebují pro svoji funkci elektrické nebo elektromagnetické pole. Elektromagnetické pole je charakterizováno fázovým posunem proudu za napětím - indukčnost, elektrické pole mezi elektrodami je charakterizováno fázovým posunem napětím za proudem – kapacita. Ideálním stavem je, pokud napětí a proud jsou ve fázi. Tento stav popisujeme jako plně kompenzovaný, tedy napětí a proud jsou ve fázi (čistě ohmický charakter). V tomto případě mluvíme jen o činné energii, respektive činném přenášeném výkonu. Pokud ale není proud a napětí ve fázi, začínáme mluvit o zdánlivé energii, respektive o zdánlivém výkonu. Zdánlivý výkon je složen z výkonu činného a jalového. Výraz jalový se používá z důvodu, že tato energie/výkon nelze využít, zatěžuje nám pouze vedení a způsobuje ztráty. Tyto ztráty je potřeba znát a řešit při návrhu sítí. V řadě případů je výhodné tyto ztráty redukovat vhodným technickým zařízením. Nejpoužívanějším a nejekonomičtějším technickým zařízením k eliminaci ztrát v dnešní době jsou paralelně připojené kondenzátory k vedení, rozvodu elektrické energie. Další alternativou je využít pro kompenzaci dnes hojně instalovaných střídačů pro fotovoltaické elektrárny.
Povinnosti
Zákonnou povinností kompenzovat jalový odběr jsou zatíženi všichni střední a velcí odběratelé, dále například lokální distributoři sítě. Vše je zakotveno v Energetickém zákoně a v příslušných vyhláškách Ministerstva průmyslu a obchodu. Důležité je také, aby systém nebyl překompenzován. Spotřeba a energie je měřena a hlídána pomocí elektroměrů a ve čtvrthodinových intervalech vyhodnocována. Při nedodržení kvality odběru je nadřazený distributor oprávněn odběratele sankcionovat.
Systémy kompenzace
Z pohledu připojení kompenzace k síti, můžeme rozlišit tři způsoby kompenzace. Individuální, centrální a smíšená.
Individuální kompenzace je kompenzace umístěna co nejblíže každému spotřebiči. Kompenzování je navrženo pro konkrétní spotřebič a jalový výkon nezatěžuje elektrizační soustavu, přívod.
Centrální kompenzace je umístěna na předávacím místě k nadřazenému distributorovi, v blízkosti elektroměru. Výhodou je, že soudobost chodu v rámci kompenzované sítě může být navzájem prospěšná (vyrušit se) a ve výsledku může snižovat požadavek na velikost centrální kompenzace.
V praxi nejrozšířenější je kompenzace smíšená. Je to typické především pro větší průmyslové areály, na které se tento článek zaměří.
Jak na to
Běžné regulátory pro kompenzování jalového výkonu fungují na bázi měření v jednom místě a dle naměřených hodnot a vnitřního programu postupně připínají, případně odpínají jednotlivé stupně kondenzátorové banky. Fungují lokálně, v jednom bodě, ať už na úrovni jednotlivého spotřebiče (individuální kompenzace), nebo na úrovni celých vnitřních rozvodů (centrální kompenzace). Z pohledu regulace mezi individuální a centrální kompenzací není fakticky rozdíl. Rozdíl u centrálního použití je, že se využívá soudobost provozu různých zařízení a ve výsledku může být potřebný stupeň kompenzace nižší. U centrálního použití se ale projevuje zatěžování vnitřních rozvodů a ztráty jsou vyšší.
Jak již bylo v úvodu zmíněno, v mnoha případech je ale kompenzace smíšená. Průmyslové rozvody se ve většině případů v čase postupně rozvíjely, dostavovaly.
U větších spotřebičů jsou instalovány vlastní dedikované kompenzace, pro výrobní haly jsou kompenzace různě rozesety dle přívodů a druhu spotřebičů uvnitř instalovaných. Objevují se běžně mixy kompenzací na různých napěťových úrovních. Takováto soustava je potom v praxi obtížněji regulovatelná a dochází k různým výpadkům a problémům během provozu. Systém není automatizovaný a potřebuje různé lidské zásahy, aby se předešlo porušení pravidel a ve výsledku pokutám od nadřazeného distributora.
V neposlední řadě je dnes oblíbené si pomoci se spotřebou elektrické energie pomocí instalování fotovoltaických elektráren (FVE) na střechy hal a budov. Méně je ale známo, že samotné střídače FVE umí také regulovat v určitém rozsahu účiník a také můžou pomoci kompenzovat vnitřní rozvody.
Analýza soustavy
Pro návrh automatizace a optimalizace soustavy musíme poznat rozvody, znát charakter jednotlivých spotřebičů, případně zdrojů. Je důležité si nastudovat, jak fungují vnořené malé kompenzace a další části systému.
Základem každé realizace, návrhu, případně úpravy systému kompenzace je analýza spotřeby, jejího charakteru a průběhu. Důležitá je také soudobost jednotlivých provozů. Vždy nejpodstatnější je takzvaně předávací místo nadřazenému distributorovi. Tam musí být základ měření a hlavní bod, dle kterého se reguluje. Celý podsystém se musí tomuto bodu podřídit a musí se dle něj regulovat.
V druhé řadě jsou jednotlivá místa spotřeby, která jsou vybavena kompenzací.
Vlastní regulace
Podstatné pro co nejefektivnější regulaci je měření v dílčích místech odběru, u jednotlivých spotřebičů, které nekvalitu odběru způsobují. Jednotky pro měření je nutné osadit do všech klíčových míst. Dále je vhodné přidat do systému všechny kompenzační sestavy pro plnou kontrolu.
V algoritmu, který se vždy programuje na míru dané aplikaci, musí být stanoveny základní priority. Vždy je nejefektivnější kompenzovat co nejblíže místu, kde nekvalitní odběr vzniká. Čím blíže, tím nižší ztráty vznikají. Pokud nejbližší kompenzace svým výkonem nedostačuje, chytrý algoritmus vybere nejlepší možnou alternativu opět s ohledem na co nejmenší možné ztráty. Algoritmus také může zohledňovat části systému, které nejsou momentálně k dispozici, nejsou funkční, probíhá údržba a podobně.
Řešení
Společnost TECHSYS může nabídnout různé stupně řešení. Základem je regulace jednoduché kompenzace - kondenzátorové banky. Takových systémů je na trhu celá řada, ale většina je navržena ve stylu, že bod měření je v blízkosti instalace samotné kondenzátorové banky. Vše tvoří celek a je fyzicky umístěno v blízkosti potřebného místa kompenzace. Nabízené řešení TECHSYS je na rozdíl od standardních systémů modulární a umístění místa měření a jeho zpracování nemusí být v blízkosti. Příkladem může být umístění měřící jednotky na hlavní rozvodně, v předávacím místě fakturačního měření, ale samotná kompenzace může být umístěna u spotřebiče mimo prostor hlavní rozvodny.
Dalším stupněm řešení může být kombinace místních lokálních kompenzací s menší centrální kompenzační jednotkou. Řešení může nejenom vhodně kombinovat jednotlivé stupně sepnutí obou jednotek, ale zároveň může pomocí unikátního algoritmu počítat a regulací zmenšovat vnitřní ztráty na fyzikálně možné minimum.
Třetím stupněm řešení může být integrace FVE do systému kompenzace. Řízení celku s ohledem na jeho nejlepší využití a co možná největší snížení ztrát.
Řídící a vyhodnocovací jednotky řady Storm-01 s rozšiřujícím modulem Storm-52 jsou vhodné pro osazení ke kompenzačním jednotkám a k jejímu řízení. Jednotky Storm-03 jsou vhodné jako měřící jednotky pro předávací místo.
Veškerá data jsou ukládána v datových koncentrátorech a lze je vizualizovat ve SCADA systému, přes který je možné celý kompenzační systém řídit a parametrizovat.
Závěr
Kompenzace jalového výkonu je zdánlivě jednoduchá pro jeden spotřebič a jednu kompenzační autonomní jednotku. Pokud ale do hry vstupuje více míst spotřeby s různým místním uspořádáním, přidává se vícero typově různých kompenzačních jednotek a případně také stovky metrů kabelových rozvodů, je tento úkol složitý a vyžaduje komplexní přístup. Společnost TECHSYS se ráda ujme Vašeho problému a nabídne komplexní řešení i realizaci na klíč.
TECHSYS – HW a SW, a.s.
Březinova 640/3a, 186 00 Praha
Tel.: +420 222 541 896
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.techsys.cz
