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.
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.
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.
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.
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
