Možnosti stabilizace napětí v reálném čase v průmyslové síti

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

V tomto článku bychom rádi upozornili na možnosti odstranění poklesů napětí a mikro-výpadků napětí v průmyslových sítích vznikajících především provozem zařízení s indukčním charakterem odebíraného proudu.

To reprezentuje velkou většinu strojů a zařízení v dnešních průmyslových podnicích. Provoz těchto zařízení nejenže vytváří fázový posun mezi napětím a proudem, ale i výrazné a rychlé poklesy napětí. Většina uživatelů řeší pouze problém zhoršeného účiníku především z důvodu případné pokuty od distributora, a nemá tušení o efektu dynamických poklesů napětí a různých špiček, které připisuje vlivu napájecí distribuční sítě.

Běžná korekce účiníku je dnes prováděna s využitím mikroprocesorem řízeného kontroléru, který vyhodnocuje cos f nebo úhel mezi napětím a proudem. Vyhodnocení bývá většinou v průběhu několika cyklů sítě. Po získání informace o momentálním PF dojde k porovnání s cílovým PF a k připojení bloku kapacitorů, a k opakování tohoto postupu až k dosažení cílového PF. Tento cyklus tak může trvat 1-10 sekund při použití mechanických spínacích prvků. Při použití polovodičových spínačů, podle velikosti potřebné kompenzační kapacity až desítky a více cyklů sítě. Během procesu připojování kapacitorů dochází k vytváření přechodových jevů, a to jak v případě mechanických, tak i elektronických spínačů. Vezmeme-li v úvahu, že například svářecí impulz bodového svářecího stoje trvá od 10 do 26 cyklů frekvence sítě (200 až 430 ms – u některých strojů i méně), jsou systémy této konstrukce naprosto neúčinné z hlediska kompenzace rychlých změn účiníku a tím i redukce nadproudů. Navíc náhodně vznikající přechodové děje při spínání kapacitních bank ovlivňují činnost různých výrobních zařízení a významně zkracují jejich životnost. Dochází i ke zkracování životnosti kompenzačních kondenzátorů v kompenzátoru.
Díky pomalému reakčnímu času běžných kompenzačních systémů, a to se týče jak výše popsaných, tak i nově nabízených takzvaně „rychlých“, které připojují potřebnou kompenzační kapacitu najednou a dosahují tak vyšší reakční rychlosti, stále je čas připojení potřebné kapacity nad 100 ms.
Když přihlédneme k rychlosti svářecích strojů a dalších rychlých technologických zařízení, jako jsou vstřikovací lisy a podobně, a zpoždění připojení kapacitorů pro zabránění přechodovým jevům, je celková reakční doba i momentálně nejrychlejších systémů nedostatečná pro stabilizaci napětí v reálném čase čí snížení úrovně flickeru a nadproudů, a řeší stále jen účiník.

stabilizace napeti 2022 1

Řešení pracující v reálném čase

Systémy pracující v reálném čase používají jednak elektronické spínací bloky, které jsou schopny připojit různé velikosti kapacitních bloků bez vytváření přechodových jevů a přepěťových špiček, a speciální řešení kontroléru, který v reálném čase provádí analýzu impedance v místě připojení a okamžitě připojuje impedanci opačnou.
Obrázek 1 ilustruje rozdíl mezi činností systému s „okamžitým“ připojováním v reálném čase vypočtené kapacity, a klasickým systémem. Přesto, že na trhu je již několik systémů, které využívají spínání bez přechodových jevů, používají stále postupné krokové připojování jednotlivých kapacitních bank, tak jak bylo výše popsáno, a tedy vykazují jednak pomalou reakci, a jednak způsobují „překompenzaci“. Při skončení události, která vyvolala potřebu krokováním kompenzovat účiník neodpojí příslušné banky kapacitorů okamžitě, ale krokují směrem ke snížení velikosti kompenzační kapacity, jak je vidět v levé části obr.1.
Systémy, které jejich výrobci nazývají „rychlými“ sice používají „okamžité“ připojení odpovídající velikosti kapacitorů, ale jejich reakční doba, jak již bylo naznačeno je nedostatečná vzhledem k rychlosti změn proudů a napětí, které se dnes v průmyslu běžné vyskytují. Jejich korekční schopnost na potlačení rychlých dějů je velmi omezená. Vliv na energetickou síť podniku je podobná jako u systémů s krokovým připojováním bank.
Klíčovým kritériem pro tyto aplikace je totiž zpoždění mezi situací na síti – počátkem rychlé změny proudu v síti (například startem svářecího pulzu) - a časem provedení. Tedy celkovým časem od započetí měření přes čas výpočtu, až po připojení celkového potřebného reaktivního výkonu pro kompenzaci.

stabilizace napeti 2022 2
Takovýmto systémem je Equalizer společnosti Elspec. Kapacitory tohoto systému jsou připojovány skutečně v reálném čase (RTRPC). Algoritmus výpočtu a kontrolér EQUALIZERu zajistí, že kompletní elektrické připojení potřebného reaktivního výkonu k síti je provedeno uvnitř poloviny periody sítě (2 – 10ms) při průchodu proudu nulou pro potlačení přechodových jevů. Obrázek 1 jasně ukazuje rozdíl mezi RTRPC systémem s reakčním časem pod polovinu cyklu a standardním elektronickým systémem s krokovým připojováním bank kapacitorů. U systému tzv. „rychlých“ je rozdíl v tom, že sice připojují potřebný reaktivní výkon najednou, ale v čase násobků periody sítě s nutností „čekání“ na odměření úhlu mezi napětím a proudem. Toto potřebné zpoždění je samozřejmě závislé na momentálním stavu při připojování kapacitorů, a může být i několik period. Výsledkem je, že reakční doba takovýchto systémů je sice poněkud rychlejší než u konvenčních řešení, ale stále několikanásobně delší než doba potřebná ke stabilizaci napětí či potlačení špiček proudu při rychlém připojování zátěží.
Jak je dále patrno z jednoduché prezentace situace na obr. 1, síť ošetření systémem Elspec získá navíc mnoho dalších výhod.
Velké a rychlé změny reaktivního výkonu běžně nastávají během rozběhů velkých motorů, svařovacích operací a nesynchronních činností mnoha motorů s častým cyklem zapínání a vypínání.
Řešení Elspec EQUALIZER minimalizuje negativní efekty činnosti těchto zátěží téměř okamžitou kompenzací reaktivního výkonu, eliminaci napěťového flickeru a stabilizací napětí sítě.
Bez-přechodové spínací prvky Elspec vytvářejí z EQUALIZERu ideální zařízení nejen pro velké výrobní závody, ale i pro organizace vysoce citlivé na kvalitu elektrické sítě jako jsou nemocnice, letiště, datová centra a podobně.
Schopnost kompenzace reaktivní energie v reálném čase lze rozšířit o další přínosy použití technologie systému Elspec EQUALIZER jako: řízení napětí, filtrování harmonických, úspora elektrické energie, redukce ztrát, redukce nákladů na údržbu, zvýšení kvality výroby.

stabilizace napeti 2022 3

Poklesy napětí a redukce flikeru

Poklesy napětí jsou minimalizovány díky korekci PF a snížení reaktivního proudu v reálném čase. Následující dva obrázky (obr. 2 a 3) ilustrují napěťový pokles způsobený vnitřní impedancí spotřebiče (například bodového svářecího stroje). Napájecí transformátor představuje induktivní zátěž a posouvá pokles napětí o cca 90°. Svářecí stroj je typicky induktivní zátěž s velmi špatným PF (až 0,2) a posouvá proud přibližně o 70-80°. Tak je směr vektoru poklesu napětí ∆U posunut dvakrát; jednou vlivem vnitřní impedance transformátoru a podruhé vlivem induktivního charakteru proudu zátěže – svářecího stroje. Fázor ∆U je velmi blízko protisměru napětí zdroje Us (napájecí napětí). Kompenzace PF EQUALIZEREm výrazně redukuje proud a posouvá směr poklesu napětí v tomto případě o 70-80°. Jako výsledek je dramatické snížení velikosti poklesu napětí, stabilizace napětí sítě a redukce hlavní příčiny způsobující flicker.
Obrázek 4 ukazuje masivní dopad na síť ovlivněnou svářecím strojem. Na obrázku je vidět zásadní snížení proudu odebíraného ze sítě v době bodového svaru při nasazení systému Equalizer.

Zvýšení výkonu systému a redukce ztrát

Kompenzace reaktivní energie redukuje velikost příslušného zdánlivého výkonu (kVA) a sním spojeného zatěžovacího proudu. Všechny body nad instalovaným EQUALIZERem pak profitují z redukce proudu. To přináší snížení investice do transformátorů, sběrnic v rozvaděčích, kabelů a dalších prvků nesoucích proud, nebo rozšířené využití transformátoru – možnost přidat další zařízení na „odlehčené“ transformátory a elektrickou síť díky uvolnění „kapacity“ transformátoru redukcí jalového výkonu.
Dalším přínosem využití EQUALIZERu a jím získané redukce zatěžovacího proudu protékajícího kabely, transformátory atd. je snížení ztrát, které rostou s druhou mocninou tohoto proudu (I2R). Pokud je EQUALIZER vybaven i filtrací harmonických složek, tak redukuje i ztráty z proudů harmonických.

stabilizace napeti 2022 4

Souhrn

Elspec EQUALIZER jednoznačně nabízí přínosy daleko přesahující konvenční i tzv. „rychlé“ systémy na trhu. Krom redukce jalového výkonu dochází i k významnému zlepšení kvality elektřiny redukcí harmonických a rychlých změn napětí. Zlepšená kvalita elektřiny snižuje poruchovost připojených zařízení a snižuje náklady na údržbu.
Všechny tyto přínosy mohou být zahrnuty do ekonomické analýzy pro rozhodnutí o instalaci zařízení. Díky celosvětovému tlaku na snižování spotřeby elektrické energie, vzrůstajícímu tlaku ze strany distributorů na zpětný vliv na elektrickou síť i dramatickému nárůstu technologií citlivých na kvalitní elektřinu na jedné straně a na nárůstu technologií zhoršujících kvalitu elektřiny na straně druhé je EQUALIZER velmi výkonným řešením s minimálními náklady na jeho vlastní údržbu a spotřebu.
S přihlédnutím ke všem výše naznačeným možnostem úspor jeho nasazením jeho ekonomická návratnost je 6-12 měsíců, samozřejmě v případě jeho smysluplnosti použití v dané situaci.
Další podrobnosti o možnostech systému EQUALIZER získáte od společnosti Blue Panther s.r.o. (www.blue-panther.cz), výhradního zástupce firmy Elspec pro Českou a Slovenskou republiku.

Blue Panther s.r.o.
Mezi Vodami 29, 143 00 Praha
Tel.: +420 241 762 724
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.blue-panther.cz

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl

ElektroPrůmysl.cz, listopad 2022

Číslo je zaměřené na napájecí zařízení, zálohovaní, měření a regulaci odběru elektrické energie.

Nadcházející webináře

Zajímavé odkazy

Monitorovací systémy transformátorů v průmyslu Komplexní řešení pro on-line diagnostiku. Pomoc při optimalizaci údržby a využití strojů. Včasná indikace hrozících poruch.
Decentralizovaná automatizace, žádná řídicí skříň Přejděte do praxe, decentralizujte, modularizujte, kombinujte technologie, jednejte efektivněji ve spotřebě energií, omezujte a zjednodušujte složitost a nacházejte chytrá řešení.
Špičkové nástroje pro odvíjení, protahování a tažení kabelů Profesionální nástroje a pomůcky, které maximálně zefektivní práci a zklidní nervy každého elektromontéra a elektrikáře. Ať se jedná o elektrikářská protahovací pera, odvíječky kabelů a cívek nebo tažení kabelů, vždy máme pořádná esa v rukávu!

Najdete nás na Facebooku