regulacija jalove snage u elektriČnim sustavima

FER-ZESA-I.GašparacFER-ZESA-I.Gašparac PIPPIP 11

REGULACIJA JALOVE SNAGE U REGULACIJA JALOVE SNAGE U ELEKTRIČNIM SUSTAVIMAELEKTRIČNIM SUSTAVIMA


S obzirom da jalova snaga stvara teškoće (gubitke) u S obzirom da jalova snaga stvara teškoće (gubitke) u prijenosu povoljnije ju je proizvesti na mjestu potrebe.prijenosu povoljnije ju je proizvesti na mjestu potrebe.

Oko 30% svih primarnih izvora svjetske energije pretvara Oko 30% svih primarnih izvora svjetske energije pretvara se u električnu a gotovo sve se tada transportira se u električnu a gotovo sve se tada transportira izmjeničnim mrežama 50 ili 60 Hz.izmjeničnim mrežama 50 ili 60 Hz.

Jalovu snagu trebaju gotovo svi el. uređaji i mnogi Jalovu snagu trebaju gotovo svi el. uređaji i mnogi potrošači.potrošači.

Zbog velike važnosti jalove snage razmatrat će se:Zbog velike važnosti jalove snage razmatrat će se: korekcija faktora snagekorekcija faktora snage regulacija i stabilizacija naponaregulacija i stabilizacija napona fazno balansiranje (simetriranje)fazno balansiranje (simetriranje) hharmoniciarmonici


Moderna kompenzacija jalove snage uključujeModerna kompenzacija jalove snage uključuje::

statičke kompenzatorestatičke kompenzatore tiristorski upravljane prigušnicetiristorski upravljane prigušnice tiristorski preklapane kondenzatoretiristorski preklapane kondenzatore zasićene prigušnicezasićene prigušnice serijske kondenzatore i varistoreserijske kondenzatore i varistore sinkrone kompenzatore (sinkroni strojsinkrone kompenzatore (sinkroni stroj) )


Regulacija jalove snage povezana je s pojavom viših Regulacija jalove snage povezana je s pojavom viših

harmonika jer je regulacija i kompenzacija jalove snage harmonika jer je regulacija i kompenzacija jalove snage

usko povezana s teretom koji je i izvor harmonika. usko povezana s teretom koji je i izvor harmonika.

Kompenzacija jalove snage unosi u sustav elemente Kompenzacija jalove snage unosi u sustav elemente

(kondenzatore i prigušnice) koji lako dovedu do (kondenzatore i prigušnice) koji lako dovedu do

problema s rezonancijama viših harmonika, a što problema s rezonancijama viših harmonika, a što

svakako valja izbjeći. svakako valja izbjeći. Zato u praksi valja koristiti i filtere.Zato u praksi valja koristiti i filtere.


ZAHTJEVI ZA KOMPENZACIJOMZAHTJEVI ZA KOMPENZACIJOM

Idealni izmjenični el. sustav u svakoj točki treba imati, bezIdealni izmjenični el. sustav u svakoj točki treba imati, bez obzira na teret:obzira na teret:

konstantni naponkonstantni napon konstantnu frekvencijukonstantnu frekvenciju coscos=1=1 biti bez viših harmonikabiti bez viših harmonika simetričnost (napona i struja - ako je mreža trofazna) simetričnost (napona i struja - ako je mreža trofazna)

U idealnom sustavu, dakle, tereti ne utječu jedan na drugi, U idealnom sustavu, dakle, tereti ne utječu jedan na drugi, niti na promjene parametara mreže.niti na promjene parametara mreže.


Kompenzacija tereta je “upravljanje” jalovom snagom na Kompenzacija tereta je “upravljanje” jalovom snagom na takav način da se osigura kvaliteta napajanjatakav način da se osigura kvaliteta napajanja. Provodi . Provodi se:se:

korekcija faktora snage korekcija faktora snage poboljšanje regulacije napona poboljšanje regulacije napona balansiranje (simetriranje) teretabalansiranje (simetriranje) tereta


IDEALNI KOMPENZATORIDEALNI KOMPENZATOR

korigira coskorigira cos na vrijednost 1 na vrijednost 1 uklanja (ili reducira na prihvatljivu razinu) uklanja (ili reducira na prihvatljivu razinu)

potrebu za regulacijom naponapotrebu za regulacijom napona simetrira fazne struje ili fazne naponesimetrira fazne struje ili fazne napone


PRAKTIČNE POSLJEDICEPRAKTIČNE POSLJEDICE

Treba li nekom teretu vršiti statičku kompenzaciju Treba li nekom teretu vršiti statičku kompenzaciju prvenstveno je ekonomsko pitanje. Odgovor ovisi o: prvenstveno je ekonomsko pitanje. Odgovor ovisi o:

cijeni jalove energije (tarifi), cijeni jalove energije (tarifi), veličini tereta, nekompenziranom cosveličini tereta, nekompenziranom cos. .

Tipično je za industrijske terete da je ekonomično provoditi Tipično je za industrijske terete da je ekonomično provoditi kompenzaciju ako je coskompenzaciju ako je cos manji od 0.8. manji od 0.8.

Tereti koji izazivaju promjene napona kompenziraju se ne Tereti koji izazivaju promjene napona kompenziraju se ne samo zbog cossamo zbog cos nego i zbog regulacije napona. Obično nego i zbog regulacije napona. Obično je mjerodavno stanje napona u spojnoj točki sustava i je mjerodavno stanje napona u spojnoj točki sustava i potrošača (npr. visokonaponska strana GTSa).potrošača (npr. visokonaponska strana GTSa).

Tipični veliki industrijski tereti koji traže kompenzaciju:Tipični veliki industrijski tereti koji traže kompenzaciju: nelinearni tereti (npr. elektrolučne peći, valjački stanovi)nelinearni tereti (npr. elektrolučne peći, valjački stanovi) tereti s velikim promjenama opterećenje ( npr. vrlo veliki motori tereti s velikim promjenama opterećenje ( npr. vrlo veliki motori

koji često staju i kreću)koji često staju i kreću)


Zahtjeve na kompenzaciju određuje teret čije su osobine:

vrsta ciklusa i potreba za radnom i jalovom snagom (usporedi sl.1).

vrsta pogona (DC ili AC, tiristorsko napajanje, napajanje iz transformatora)

učestalost, veličina i brzina promjene jalove snage generiranje harmonika stanje u sustavu u pogledu istovremene potrebe za

jalovom snagom od drugih potrošača.


SPECIFIKACIJA PARAMETARA ZA SPECIFIKACIJA PARAMETARA ZA

KOMPENZATOR JALOVE SNAGEKOMPENZATOR JALOVE SNAGE Maksimalna trajna jalova snaga (potrošnja, odnosno proizvodnja)Maksimalna trajna jalova snaga (potrošnja, odnosno proizvodnja) Vrsta i trajanje preopterećenjaVrsta i trajanje preopterećenja Nazivni napon i granice promjene napona Nazivni napon i granice promjene napona Frekvencija i njena promjenaFrekvencija i njena promjena Zahtjevi na točnost regulacije naponaZahtjevi na točnost regulacije napona Odziv kompenzatora na smetnjuOdziv kompenzatora na smetnju Posebni regulacijski zahtjeviPosebni regulacijski zahtjevi Zaštitni sustav kompenzatora i koordinacija s ostalim zaštitnim Zaštitni sustav kompenzatora i koordinacija s ostalim zaštitnim

sustavima uključujući i ograničenje jalove snage ako je potrebnosustavima uključujući i ograničenje jalove snage ako je potrebno Maksimalna distorzija od harmonika zbog kompenzatora u Maksimalna distorzija od harmonika zbog kompenzatora u

pogonupogonu


Postupci i mjere opreza pri raduPostupci i mjere opreza pri radu Održavanje, rezervni dijelovi, mogućnost proširenja i preprojekti-Održavanje, rezervni dijelovi, mogućnost proširenja i preprojekti-

ranjaranja Okolina: buka, postavljanje (na otvorenom, u zatvorenom) Okolina: buka, postavljanje (na otvorenom, u zatvorenom)

temperatura, vlažnost, vjetar, seizmički faktori, polucija, temperatura, vlažnost, vjetar, seizmički faktori, polucija, rashladni sustav, kondenzatori, veza s trasformatorimarashladni sustav, kondenzatori, veza s trasformatorima

Svojstva pri nesimetričnom naponu napajanja ili nesimetričnom Svojstva pri nesimetričnom naponu napajanja ili nesimetričnom teretuteretu

Zahtjevi za kabliranje, oklapanje, uzemljenjeZahtjevi za kabliranje, oklapanje, uzemljenje Pouzdanost i raspoloživost komponenti.Pouzdanost i raspoloživost komponenti.


OSNOVNA TEORIJA KOMPENZACIJEOSNOVNA TEORIJA KOMPENZACIJE Modeliranje:Modeliranje:

sustav napajanja -Theveninov ekvivalentni krug s sustav napajanja -Theveninov ekvivalentni krug s naponskim izvorom i serijskom impedancijomnaponskim izvorom i serijskom impedancijom

teret - struja, radna snaga, jalova snaga, faktor snage teret - struja, radna snaga, jalova snaga, faktor snage kompenzator - promjenjiva impedancija, ili promjenjivi kompenzator - promjenjiva impedancija, ili promjenjivi

izvor (odn. trošilo) jalove struje, ili izvor (odn. trošilo) izvor (odn. trošilo) jalove struje, ili izvor (odn. trošilo) jalove snagejalove snage

Analiza (rješavanje):Analiza (rješavanje): stacionarna stanja (ili sporo promjenjiva stanja - stacionarna stanja (ili sporo promjenjiva stanja -

veličine se mogu prikazivati fazorima)veličine se mogu prikazivati fazorima) brzo promjenjiva stanja (ne mogu se el. veličine brzo promjenjiva stanja (ne mogu se el. veličine

prikazivati fazorima - posebne metode rješavanja)prikazivati fazorima - posebne metode rješavanja)


FAKTOR SNAGE I NJEGOVA FAKTOR SNAGE I NJEGOVA KOREKCIJAKOREKCIJA

TTereteret admitancije admitancije napajan naponom napajan naponom VV

Struja tereta Struja tereta IIll je: je:

Prividna snaga koja se predaje teretu je

ljB

lG

lY

XRlllll IIBGBG jjVV)j(VI

llllll jQPBVjGVIVS 22*


KOREKCIJA FAKTORA SNAGEKOREKCIJA FAKTORA SNAGE



nekompenzirano kompenzirano



Princip korekcije faktora snage je Princip korekcije faktora snage je kompenziranje jalove snage; to se postiže kompenziranje jalove snage; to se postiže lokalno priključivanjem kompenzatora koji ima lokalno priključivanjem kompenzatora koji ima čisto reaktivnu admitanciju čisto reaktivnu admitanciju -j-jBBll paralelno s paralelno s

teretom. Struja iz energetskog sustava uz teretom. Struja iz energetskog sustava uz kombinaciju tereta i kompenzatora postajekombinaciju tereta i kompenzatora postaje

IIss = = IIll++II = = VV((GGll+j+jBBll) - ) - VV(j(jBBll) = ) = VGVGll = = IRIR



Struja kompenzatora je Struja kompenzatora je

II = =VYVY = -j = -jVVBBll

Prividna snagaPrividna snaga izmijenjena s mrežom jeizmijenjena s mrežom je

SS = = PP +j +jQQ = = V IV I* =j * =j VV22 B Bll

Dakle, PDakle, P = 0 i = 0 i QQ = = V V22 BBll = - = -QQll . .

Kompenzator ne zahtijeva ulaz mehaničke Kompenzator ne zahtijeva ulaz mehaničke snage. Većinom su tereti induktivni pa snage. Većinom su tereti induktivni pa zahtijevaju kapacitivni kompenzator (zahtijevaju kapacitivni kompenzator ( B B

pozitivno, pozitivno, QQ negativno). negativno).



Nazivna struja kompenzatora je Nazivna struja kompenzatora je QQ / V / V što je što je

jednako jalovoj struji tereta pri nazivnom jednako jalovoj struji tereta pri nazivnom naponu.naponu.

Teret može biti djelomično kompenziran Teret može biti djelomično kompenziran

SStupanj kompenzacije je određen ekonomskim tupanj kompenzacije je određen ekonomskim odnosima cijene kompenzatora (koja ovisi o odnosima cijene kompenzatora (koja ovisi o njegovim nazivnim podacima) i cijene reaktivne njegovim nazivnim podacima) i cijene reaktivne snage iz sustava za napajanja snage iz sustava za napajanja krozkroz određeno određeno vrijeme.vrijeme.

Q Ql B Bl



Ovako prikazano kompenzator ima konstantnu Ovako prikazano kompenzator ima konstantnu admitanciju ( ili susceptanciju) i ne može mijenjati admitanciju ( ili susceptanciju) i ne može mijenjati reaktivnu snagu prema zahtjevima tereta. reaktivnu snagu prema zahtjevima tereta.

U praksi je kompenzator baterija kondenzatora (ili U praksi je kompenzator baterija kondenzatora (ili prigušnica) podijeljen u paralelne sekcije koja se svaka prigušnica) podijeljen u paralelne sekcije koja se svaka za sebe posebno uključuje čime se postiže promjena za sebe posebno uključuje čime se postiže promjena reaktivne snage za kompenzaciju u koracima koje traži reaktivne snage za kompenzaciju u koracima koje traži teret. teret.

NekeNeke izvedbe kompenzatora ( izvedbe kompenzatora ( npr.npr. sinkroni kompenzator sinkroni kompenzator ili statički kompenzatori) mogu kontinuirano mijenjati ili statički kompenzatori) mogu kontinuirano mijenjati svoju reaktivnu snagu.svoju reaktivnu snagu.


REGULACIJA (REGULACIJA (PROMJENAPROMJENA)) NAPONA NAPONA Promjena napona se definira kao proporcionalna (ili Promjena napona se definira kao proporcionalna (ili jedinična per-unit) promjena veličine napona zbog jedinična per-unit) promjena veličine napona zbog promjene struje tereta (od praznog hoda do punog tereta). promjene struje tereta (od praznog hoda do punog tereta).

Nastaje zbog pada napona na impedanciji izvora od struje Nastaje zbog pada napona na impedanciji izvora od struje tereta. tereta.

Ako se sustav napajanja prikaže jednofaznim Ako se sustav napajanja prikaže jednofaznim Theveninovim ekvivalentnim krugom prema sl. tada se Theveninovim ekvivalentnim krugom prema sl. tada se promjena napona daje s promjena napona daje s

pri čemu je pri čemu je VV referentni fazor. referentni fazor.E V

V

E V

V


REGULACIJA (REGULACIJA (PROMJENAPROMJENA)) NAPONA NAPONA

Bez kompenzatora promjena napona napajanja Bez kompenzatora promjena napona napajanja zbog struje tereta Izbog struje tereta I ll, prikazana na sl. kao , prikazana na sl. kao V,V, je je

Kako jeKako je

vrijedivrijedi

lS IZVEV

V R jXP jQ

V

R P X Q

Vj

X P R Q

VV j VS S

l l S l S l S l S lR X

( )

V E V Z IS l IP jQ

Vll l


Promjena napona ima komponentu Promjena napona ima komponentu VVRR u fazi s naponom u fazi s naponom VV i i

komponentu komponentu VVXX okomitu na napon okomitu na napon V V kako je prikazano na kako je prikazano na

sl. Jasno je da su i veličina i faza odsl. Jasno je da su i veličina i faza od V V relativno prema relativno prema naponu izvora napajanja naponu izvora napajanja E E funkcija veličine i faze struje funkcija veličine i faze struje tereta, ili drugačije rečeno, tereta, ili drugačije rečeno, promjena napona ovisi i o radnoj i promjena napona ovisi i o radnoj i o reaktivnoj snazi teretao reaktivnoj snazi tereta..

Dodavanjem kompenzatora paralelno s teretom moguće je Dodavanjem kompenzatora paralelno s teretom moguće je načiniti načiniti

tj. promjenu napona nula, što znači održati veličinu napona tj. promjenu napona nula, što znači održati veličinu napona napajanja konstantnom na vrijednosti E i uz prisustvo tereta. napajanja konstantnom na vrijednosti E i uz prisustvo tereta. To je prikazano na sl. za čisto reaktivni kompenzator. To je prikazano na sl. za čisto reaktivni kompenzator. Reaktivna snaga Reaktivna snaga QQll u jednadžbi je zamijenjena sumom u jednadžbi je zamijenjena sumom

QQSS==QQ+Q+Ql l aa Q Q je tako podešena da zakrene fazor je tako podešena da zakrene fazor VV dok dok

se ne postigne |E|=|V|. se ne postigne |E|=|V|.

E V


nekompenziranokompenzirano na konstantni napon ( |E|=|V| )


PRIBLIŽNA FORMULA ZA PRIBLIŽNA FORMULA ZA

PROMJENU NAPONAPROMJENU NAPONA

SSSC SC je prividna snaga kratkog spoja na je prividna snaga kratkog spoja na

sabirnicamasabirnicama

V

V SP QR

scl sc l sc

1cos sin

V

V SP QX

scl sc l sc

1sin cos


Čisti reaktivni kompenzator Čisti reaktivni kompenzator možemože ukloniti promjene napona napajanja ukloniti promjene napona napajanja uzrokovane uzrokovane i od radne i od jalove snagei od radne i od jalove snage tereta.tereta.

Čisti reaktivni kompenzator Čisti reaktivni kompenzator ne možene može u u isto vrijeme održavati napon isto vrijeme održavati napon konstantnim i faktor snage jednak konstantnim i faktor snage jednak jedinicijedinici


ZANEMARENJE OMSKOG ZANEMARENJE OMSKOG OTPORA IZVORAOTPORA IZVORA

Ako je otpor izvora napajanja Ako je otpor izvora napajanja RRSS mnogo manji od mnogo manji od

reaktancije reaktancije XXSS dopušteno je zanemariti promjene dopušteno je zanemariti promjene

napona uzrokovane promjenama radne snage napona uzrokovane promjenama radne snage PPll tako tako

da je promjena napona dana jednadžbomda je promjena napona dana jednadžbom V

V

V

V

Q

S

Q

SR l

scsc

l

sc

sin

To znači, jedinična (per unit) promjena napona jednaka je To znači, jedinična (per unit) promjena napona jednaka je omjeru promjene jalove snage i kratkospojene snage omjeru promjene jalove snage i kratkospojene snage sustava napajanja. Ova se relacija može prikazati grafički sustava napajanja. Ova se relacija može prikazati grafički kao na slkao na sl..


APROKSIMATIVNA KARAKTERISTIKA APROKSIMATIVNA KARAKTERISTIKA NAPON SUSTAVA / REAKTIVNA SNAGANAPON SUSTAVA / REAKTIVNA SNAGA


OSNOVE STATIČKIH KOMPENZATORAOSNOVE STATIČKIH KOMPENZATORAPraktična primjena statičkih kompenzatora u elektroenergetskom Praktična primjena statičkih kompenzatora u elektroenergetskom

sustavusustavu Održavanje napona gotovo na konstantnoj raziniOdržavanje napona gotovo na konstantnoj razini

Uslijed polaganih promjena uvjeta zbog promjene teretaUslijed polaganih promjena uvjeta zbog promjene tereta Korigiranje naponskih promjena zbog neočekivanih događaja Korigiranje naponskih promjena zbog neočekivanih događaja

(propadi, ispadi generatora..)(propadi, ispadi generatora..) Reduciranje naponskih treperenja (flicker) uzrokovanih brzim Reduciranje naponskih treperenja (flicker) uzrokovanih brzim

promjenama tereta (npr. lučne peći)promjenama tereta (npr. lučne peći)

Poboljšavanje stabilnosti sustavaPoboljšavanje stabilnosti sustava OOdržavanje naponadržavanje napona Pomaganje pri poboljšanju prigušenja njihanjaPomaganje pri poboljšanju prigušenja njihanja

Poboljšavanje faktora snagePoboljšavanje faktora snage Korigiranje faznih nesimetrijaKorigiranje faznih nesimetrija


TCR TCR TIRISTORSKI UPRAVLJANA TIRISTORSKI UPRAVLJANA

REAKTANCIJAREAKTANCIJA Upravljanjem vođenja tiristora postiže se Upravljanjem vođenja tiristora postiže se

podesiva (inuduktivna) struja što se očituje kao podesiva (inuduktivna) struja što se očituje kao upravljana reaktancija. Uzimaju se isti kutovi upravljana reaktancija. Uzimaju se isti kutovi paljenja za oba tiristora.paljenja za oba tiristora.

Povećanje kuta paljenja uzrokuje smanjenje Povećanje kuta paljenja uzrokuje smanjenje osnovnog harmonika struje – ekvivalentno je osnovnog harmonika struje – ekvivalentno je povećanju reaktancije prigušnice i smanjuje povećanju reaktancije prigušnice i smanjuje jalovu snagu.jalovu snagu.


Struja ima više harmonike, neparne, ako su kutovi Struja ima više harmonike, neparne, ako su kutovi vođenja oba tiristora isti.vođenja oba tiristora isti.

Trofazni spoj u trokut eliminira više harmonike reda 3. u Trofazni spoj u trokut eliminira više harmonike reda 3. u linijskoj struji. Za eliminiranje 5. i 7. harmonika koristi se i linijskoj struji. Za eliminiranje 5. i 7. harmonika koristi se i 12 pulsni spoj. Koriste se i jednostavni filteri.12 pulsni spoj. Koriste se i jednostavni filteri.


filter trofazni TCR


PRINCIP ZASIĆENE PRIGUŠNICE

regulacija jalove snage u elektriČnim sustavima

Documents