1

UNIVERZA V LJUBLJANI

Fakulteta za elektrotehniko

Andrej Šček univ.dipl.ing. elek.

Kompenzacija jalove (reaktivne) energije

Seminarska naloga

Predmet: Razdelilna in industrijska omrežja

Mentor: prof. dr. Grega Bizjak univ. dipl. Ing. elek.

Ljubljana 2017

2

1. Kazalo

1. Kazalo ....................................................................................................................................................... 2

2. Uvod ........................................................................................................................................................ 4

3. Jalova reaktivna energija ......................................................................................................................... 4

3.1 Jalova energija .................................................................................................................................. 4

3.2 Narava delovne in jalove energije, ter navidezne moči ................................................................... 4

3.3 Delovna in reaktivni komponenti toka ............................................................................................. 5

3.4 Delovna in jalova moč ...................................................................................................................... 6

3.5 Faktor moči ...................................................................................................................................... 6

3.6 Vrednost tan φ ................................................................................................................................. 7

3.7 Faktor moči in cos φ v prisotnosti harmonikov ............................................................................... 7

3.8 Razširjanje jalove energije v omrežju............................................................................................... 8

3.9 Jalova energija in elementi omrežja ................................................................................................ 9

4. Prednosti kompenzacije jalove energije ................................................................................................ 11

4.1 Izogibanje prevelikih računov zaradi porabe jalove energije ........................................................ 11

4.2 Zmanjšanje izgub v prevodnikih na konstanti delovni moči .......................................................... 11

4.3 Povečanje prenosa delovne moči pri konstantem navideznem toku ............................................ 12

4.4 Zmanjšanje padca napetosti .......................................................................................................... 12

5. Odnost med močjo kondenzatorjev in izboljšavo faktorja moči ........................................................... 13

6. Oprema za kompenzacijo jalove energije.............................................................................................. 13

6.1 Kondenzatorji z določeno kapacitivnostjo ..................................................................................... 14

6.2 Samokontrolirani segmentirani kondenzatorji (automatically- controlled stepped capacitors) .. 14

6.3 Načela in prednosti avtomatizirane kompenzacije ........................................................................ 14

6.4 Pravilo za izbiro kondenzatorjev pri nizki napetosti ...................................................................... 15

7. Kam namestiti kondenzatorje v omrežje ............................................................................................... 15

7.1 Globalna kompenzacija .................................................................................................................. 15

7.2 Kompenzacija po odsekih .............................................................................................................. 16

7.3 Invidualna kompenzacija................................................................................................................ 17

7.4 Kako razporedimo kondenzatorje za kompenzacijo jalove energije v distribucijskem omrežju ... 18

3

8. Kompenzacijski kondenzatorji ............................................................................................................... 19

8.1 Standardna zasnova kompenzacijskih kondenzatorskih postaj ..................................................... 19

8.2 Oprema kondenzatorske postaje ................................................................................................... 22

9. Vprašanja z odgovori ............................................................................................................................. 25

9.1 S kakšni napravami kompenziramo jalovo energijo v omrežju? .................................................... 25

9.2 Kaj je faktor delavnosti in kako ga izračunamo. Kaj je tan φ? ....................................................... 25

9.3 Katere so 3 osnovne vrste kompenzacij jalove energije. Nariši shemo in za vsak primer označi

kako se razširja jalova energija po omrežju. .............................................................................................. 25

9.4 Kaj se zgodi z omrežjem, če od njega zahtevamo preveliko količino jalove energije? .................. 26

9.5 Domača naloga............................................................................................................................... 26

10. Viri in literatura .................................................................................................................................. 27

4

2. Uvod

V zadnjih letih je zanimanje za kompenzacijo jalove (reaktivne) energije naraslo, zaradi načina

obračuna porabe jalove električne energije s strani dobaviteljev. Ker predstavlja poraba elektične energije

strošek za industrijo, se tej splača porabo zmanjšati. Delež porabljene energije industrije predstavlja tudi

jalova energija. Cilj je zmanjšati pretok reaktivne moči v proizvodnih in distribucijskih sistemih in s tem

izničiti oziroma zmanjšati strošek, ki nam ga dobavitelj zaračuna za njeno porabo. Oz še več, dobavitelj

električne energije od svojih porabnikov zahteva, da kompenzirajo reaktivno energijo omrežja. Vsak

dobavitelj določi vrednost tan φ, ki jo mora porabnik vzdrževati, če se hoče izogniti plačevanju stroška za

reaktivno energijo.

Za kompenzacijo jalove energije obstaja več rešitev. Ena od njih je kompenzacija na osnovi

kondenzatorjev. To je tudi najpopularnejša kompenzacijska naprava prav zaradi ekonomičnih razlogov.

Kondenzatorji so relativno poceni v primerjavi z npr. aktivnimi filtri ali pa v primerjavi z električnimi

motorji. Iz tega razloga se bom v svoji seminarski nalogi usmeriv v kompenzacijo s pomočjo

kondenzatorjev, duge metode pa le na kratko omenil.

3. Jalova reaktivna energija

3.1 Jalova energija

Pomembno je, da jasno opredelimo jalovo energijo, od kod prihaja in kakšne učinke ima na električno

omrežje

3.2 Narava delovne in jalove energije, ter navidezne moči

Vsak električni sistem (kabel, linija, transformator, motor, razsvetljava, itd), ki uporablja izmenični tok

prinaša v igro dve obliki energije: delovne energije in jalove energije.

- Delovna energija (Wh); to je posledica delovne moči P (W), ki se porablja pretežno na bremenih.

Se popolnoma pretvori v mehanično, termalno ali svetlobno energijo.

- Jalova energija (VARh); ta namagneti magnetna vezja v strojih (transformatorjih in motorjih).

Tudi daljnovodi in kabli jo porabljajo in proizvajajo glede na kako jih obremenimo. Je posledica

jalove moči Q (VAR) bremen.

- Navidezna moč S (VA)

Ta omogoči, da se določi vrednost toka, ki ga absorbira breme

5

3.3 Delovna in reaktivni komponenti toka

Obe energiji (delovna in reaktivna) imata ustrezna tokova

-Delovna komponenta toka (Ia) je v fazi z napetostjo omrežja

-Reaktivna komponenta toka (Ir) je za 90° fazno zamaknjen glede na delovno komponento toka. Ta lahko

ali zaostaja (Induktivno breme) oz prehiteva (kapacitivno breme) delovno komponento toka.

-Navidezni tok (skupni-total) (It) je rezultirjajoči tok, ki teče skozi električno povezavo od izvora do

bremena. Ta tok je fazno zamaknjen za kot φ glede na delovno komponento toka (oz napetosti)

Slika 1 Trikotnik tokov

Ia... delovna komponenta toka

Ir...jalova komponenta toka

It... navidezni tok

Delovni, jalovi in navidezni tok ter fazni premik so povezani preko naslednjih relacij:

V primeru, ko ni harmonikov je cosφ enak faktorju moči.

6

3.4 Delovna in jalova moč

Za tokove in napetosti, ki ne vsebujejo harmonskih komponent velja podoben diagram kot prejšnji;

enostavno pomnožimo vsako komponento toka z napetostjo omrežja.

Za eno-fazno vezje lahko tako definiramo:

Delovno moč : P=U I cos φ (W)

Jalovo moč: Q=U I sin φ (VAR)

Navidezno moč: S= U I (VA)

Slika 2 Trikotnik moči

Velja naslednje razmerje med temi tremi močmi:

3.5 Faktor moči

Faktor moči je definiran z naslednjim razmerjem:

Kjer je P delovna moč in S navidezna moč. V odsotnosti harmonikov, je faktro moči enak cos φ.

Ko pa so prisotni harmoniki, je faktor moči definiran drugače :

Za faktor moči rečemo, da je boljši, tem bolj je blizu vrednosti 1. V nadaljevanju bomo videli, da povečanje

faktorja moči optimisira delovanje električnega omrežja.

7

3.6 Vrednost tan φ

Velikokrat ko govorimo o jalovi moči uporabljamo tan φ namesto cos φ.

V odsotnosti harmonikov, je tan φ definiran kot razmerje jalove in delovne moči:

Dalje lahko cos φ izrazimo iz poznane relacije med navidezno, delovno in jalovno močjo kot:

3.7 Faktor moči in cos φ v prisotnosti harmonikov

Kot smo že zgoraj omenili je v prisotnosti harmonikov faktor moči F definirat drugače:

Velikokrat pišemo cos φ1, da s tem poudarimo, da fazni zamik velja le za osnovno harmonično

komponento.

Namestitev kondenzatorjev omogoča kompenzacijo jalove energije osnovne komponente in posledično se

lahko zelo dobro približamo faktorju moči 1.

Po drugi strani pa s kondenzatorji ni mogoče kompenzirati jalove energije ostalih harmonskih komponent.

Zaradi tega s kondenzatoji ni mogoče dosegati faktorja moči 1, ko so prisotne ostale harmonske

komponente. V takem primeru moramo za doseganje cos φ=1 uporabiti aktivni filter, ki nam izloči ostale

harmonične komponente toka.

8

Potrebno je poudariti, da nam dobavitelji električne energije zaračunajo samo jalovo energijo osnovne

harmonične komponente toka, tako da je dovolj, da izračunamo cos φ1 (in ne F. S tem zadostimo pogojem,

da lahko določimo jalovo moč kompenzacijskih kondenzatorjev, ki jih namestimo v izogib dodatnemu

plačilu jalove energije.

3.8 Razširjanje jalove energije v omrežju

Razširjanje jalove energije bistveno vpliva na izbiro opreme in delovanja omrežja in ima zato ekonomične

posledice. V sliki 3 lahko vidimo, da je za enako delovno moč P pri različnih faktorjih moči, potrebna

različna navidezna moč S:

Slika 3

Enako velja tudi za komponente tokov. Se pravi za enak porabljen delovni tok Ia (pri konstanti napetosti

omrežja), manši kot je faktor moči, večja je poraba navideznega toka I (I 2> I 1) , to je vidno v sliki 4.

Slika 4

Tako razširjanje jalove energije zaradi povečanja navideznega toka povzroči preobremenitve in dodatno

segrevanje transformatorjev in vodnikov, kar posledično povzroči izgube delovne moči.

Posledice razširjanja jalove energije vodijo do predimenzioniranja opreme elektičnih omrežij. Za to, je

smiselno proizvajati jalovo energijo blizu porabnikov.

9

Iz praktičnega vidika se tako kondenzatorji ugrajujejo tako, da dobavljajo jalovo energijo našim

induktivnim porabnikom. S tem dosežemo, da se jalova energija prenaša samo med kondenzatorji in

njenimi porabniki, ne po celotnem omrežju. Takoj postane jasno, da bližje kot so kondenzatorji porabnikom

jalove energije, manjše bojo posledice razširjanja po omrežju.

V izogib prenosu jalove energije po električnem omrežju, se dobavitelji zavarujejo tako, da zaračunajo

jalovo energijo porabniku, če je ta nad določeno mejo; to pa spodbuja porabnike, da jo sami skompenzirajo.

3.9 Jalova energija in elementi omrežja

1. Sinhronski stroji

To so generatorji in sinhronski motorji. Z spreminjanjem vzbujalnega toka spreminjamo jalovo

moč stroja. Za visok vzbujalni tok stroj proizvaja jalovo energijo. Za majhen vzbujalni tok, pa jo

troši.

2. Asihronski stroj

To so motorji in asinhronski generatorji. Vedno trošijo jalovo moč, majša kot je obremenitev

motorja, slabši je cos φ

3. Daljnovodi in vodniki

L in C značaj daljnovodo je tak, da tej elementi trošijo ali proizvajajo jalovo energijo glede na

njihovo obremenitev. Za 3 fazni daljnovod ali kabel velja:

C...kapacitivnost vodnika;

L... induktivnost vodnika;

V... 1 fazna napetost

I... tok ki teče po vodniku

Iz prakse lahko posplošimo:

- Daljnovodi porabljajo jalovo moč

- Vodniki pod srednjo napetostjo proizvajajo jalovo moč pri nizkih obremenitvah in jo porabljajo pri

visokih obremenitvah

- Vodniki pod nizko napetostjo porabljajo jalovo moč

4. Transformatorji

Tranformatorji porabljajo jalovo moč; v glavnem za magnetenje jedra.

5. Tuljave

Porabljajo jalovo moč. Uporabljajo se npr. za stabilizacijo obloka fluorescentnih svetilk in obloka v

industrijskih pečeh.

6. Kondenzatorji

Proizvajajo jalovo moč z veliko učinkovitosjo, za to jih tudi uporabljamo v ta namen

10

7. Ostala bremena

Slika 5 Bremena in pripadujoči faktorji moči

11

4. Prednosti kompenzacije jalove energije

4.1 Izogibanje prevelikih računov zaradi porabe jalove energije

Za velike porabnike, je jalova energija obračunana, ko ta presega določeno vrednost za določen čas.

Pri nas te pogoje določa Akt o določitvi metodologije za obračunavanje omrežnine in metodologije

za določitev omrežnine za elektroenergetska omrežja

Količino zaračunane energije (Wb) lahko izračunamo tako:

Wb= Wr – Wfr

Wb... zaračunana energija

Wr... porabljena jalova energija v časovnem obdobju

Wfr... količina dobavljene jalove energije, ki ni obračunana

4.2 Zmanjšanje izgub v prevodnikih na konstanti delovni moči

Izgube v vodnikih so obratno sorazmerne kvadratu prenesenega toka in padajo čim večji je faktor

moči.

Privzamimo vod po katerem teče navidezna moč S.

Če ga kompenziramo, teče navidezna moč S'.

Tako imamo :

Izrazimo S'/S:

Kadar:

Potem velja:

12

4.3 Povečanje prenosa delovne moči pri konstantem navideznem toku

Namestitev kondenzatorjev na koncu vodnika (ali na sekundarju transformatorja), ki ima breme z

majhnim faktrojem moči, omogoča prenos večje delovne moči za enak navidezni tok po vodniku

(oz na transformatorju).

Privzamimo, da po vodniku (oz transformatorju) teče delovna moč P:

Če kompenziramo tako, da dosežemo cos φ' pri konstatnem navideznem toku I, bomo lahko po

istem vodniku prenašali moč P':

Kjer je:

Da povzamemo, za enak navidezni tok, je delovna moč, ki jo lahko prenesemo po vodniku

proporcionalna cos φ.

4.4 Zmanjšanje padca napetosti

Relativni padec napetosti na 3 faznem vodniku ali transformatorju izrazimo z:

R... upornost vodnika oz transformatorja

X... reaktanca vodnika oz transformatorja

P... delovna moč bremena

Q... jalova moč bremena

Vn... nazivna 1 fazna napetost

Kompenzacija na sponkah bremena zmanjša vrednost Q in tako zmanjša vrednost padca napetosti.

Razlika je opazna kadar je X > R, se pravi pri transformatorjih (X>3R) in vodnikih z velikim

prerezom (ko je prerez vodnika; >240mm^2 za baker; >350 mm^2 za aluminij).

13

5. Odnost med močjo kondenzatorjev in izboljšavo faktorja moči

Poglejmo kako določimo moč jalove energije, ki jo moramo namestiti v omrežje, da dosežemo željen faktor

moči.

Privzamimo, da imamo v omrežju delovno moč P in jalovo moč Q. Želimo izboljšati faktro moči iz cos φ

na cos φ'; oziroma iz tan φ na tan φ'.

To dosežemo tako, da namestimo v omrežje kondenzatorje z jalovo močjo Qc. Dobimo novo moč Q' < Q :

Izrazimo Qc in dobimo:

Za lažjo predstavo si poglejmo primer na sliki 6:

Slika 6

6. Oprema za kompenzacijo jalove energije

Opremo lahko v grobem razdelimo na dve družini produktov:

- Kondenzatorji z določeno kapacitivnostjo

- Samokontrolirani segmentirani kondenzatorji (automatically- controlled stepped capacitors)

14

6.1 Kondenzatorji z določeno kapacitivnostjo

Tej kondenzatorji imajo določeno vrednost kapacitivnosti in zato konstantno moč. Ne ponujano možnosti

prilagajanja obremenitvi. Za to jih najraje namestimo na sponke bremena ali na zbiralke, na katerih je

pretok moči skoraj konstanten.

6.2 Samokontrolirani segmentirani kondenzatorji (automatically- controlled stepped

capacitors)

Take vrste oprema dovoljuje spreminjanje proizvedene jalove moči glede na spremembe njene porabe v

omrežju in tako zagotavlja konstanten faktor moči.

Uporablja se tam, kjer je poraba jalove moči velika glede na nazivno moč transformatorja in se skozi čas

močno spreminja; najpogosteje na:

- sponkah glavne nizko napetostne električne omarice

- na povezavi med razdelilno transformatorsko postajo ter porabniki, ki zahtevajo veliko moč

6.3 Načela in prednosti avtomatizirane kompenzacije

Nameščeni kondenzatorji so razdeljenih v odseke. Varmeter odčituje vrednost faktorja moči in avtomatično

vklaplja oz izklaplja odseke kondenzatorjev glede na obremenitev omrežja in zahtevan faktor moči.

Tokovni transformator mora biti povezan tako kot je prikazano na sliki, da dosežemo pravilno izvedbo.

Slika 7 samokontrolirani segmentirani kondenzatorji

15

Prekompenzacija je skodljiva, saj vzdigne napetost bremenom nad nazivno. Avtomatična kompenzacija

nam omogoči, da se temu izognemo in bremenom zagotavljamo nazivno napetost. Izognemo se tudi

plačevanju jalove energije v času visoke porabe.

6.4 Pravilo za izbiro kondenzatorjev pri nizki napetosti

Če je moč kondenzatorjev manjša od 15% moči transformatorja izberemo kondenzatorje z določeno

kapacitivnostjo.

Če je moč kondenzatorjev večja od 15% moči transformatorja izberemo samokontrolirane segmentirane

kondenzatorje (automatically- controlled stepped capacitors)

7. Kam namestiti kondenzatorje v omrežje

Kompenzacija je lahko globalna, po odsekih ali individualna. V teoriji želimo imeti kompenzacijo takšno,

da proizvaja jalovo energijo točno tam kjer je potrebna in v točno določenih količinah glede povpraševanje.

Tak način bi bil zelo drag, za to iščemo kompromis med tehnično in ekonomično rešitvijo. Oglejmo si 3

nivoje namestitve kondenzatorjev.

7.1 Globalna kompenzacija

Kondenzatorje povežemo na izvor omrežja in tako zagotavlja kompenzacijo celotnega omrežja. Ostanejo v

delovanju celoten čas normalnega delovanja tega omrežja.

Slika 8 globalna kompenzacija

16

Prednosti:

Ker je konstantno v uporabi se nam začetni denarni vložek hitro povrne. Odvisno od okoliščin nam takšna

kompenzacija lahko:

-zmanjša stroške odvečne porabe jalove energije

-zmanjša porabo navidezne moči tako, da jo prilagodi na porabo delovne moči v omrežju

-zveča dostopno delovno moč razdelilne transformatorske postaje

Slabosti:

-jalova energija se razširja po omrežju od nivoja 1 do bremen.

-joulske izgube in padci napetosti na vodnikih, ki se nahajajo »pod« nameščenimi kondenzatorji niso

zmanjšane s takšno kompenzacijo

7.2 Kompenzacija po odsekih

Kondenzatorje namestimo na nivo električne omarice (nivo 2) tako, da dostavljajo jalove energijo na vse

porabnike vezane na to električno omarico. Velik del omrežja ima korist od tega načina vezave, predvsem

vodniki od razdelilne transformatorske postaje do omarice. Uporablja se v primerih, ko imamo odseke z

visoko porabo jalove energije.

Slika 9 kompenzacija po odsekih

Prednosti:

- zmanjšamo stroške odvečne porabe jalove energije

- optimiziramo en del omrežja, saj se jalova komponenta toka ne razširja med nivojem 1 in 2

- zvečamo dostopno delovno moč razdelilne transformatorske postaje in povečamo delovno moč, ki

jo lahko prenesemo po vodnikih »nad« nameščenimi kondenzatorji

17

Slabosti:

- jalova komponenta toka se razširja po omrežju od nivoja 2 do bremen.

- joulske izgube in napetostni padci na vodnikih med nivojem 1 in 2 so zmanjšane vendar ne izničene

- Obstaja možnost prekompenzacije v primeru velikega nihanja obremenitve (to lahko izničimo z

uporabo samokontroliranih segmentiranih kondenzatorjev)

7.3 Invidualna kompenzacija

Pri tem načinu kompenzacije namestimo kondenzatorje direktno na sponke našega induktivnega bremena.

Takšna namestitev se uporablja, ko je moč bremena velika v primerjavi z močjo razdelilnega

transformatorja. Takšna kompenzacija naj bi bila prilagojena vsakemu bremenu posebaj. Dodatna gobalna

kompenzacija je morda potrebna pri takšni vezavi. Ta kompenzacija nudi največ prednosti.

Slika 10 invidualna kompenzacija

Prednosti:

- Zmanjšamo stroške odvečne porabe jalove energije

- zveča dostopno delovno moč razdelilne transformatorske postaje in poveča delovno moč, ki jo

lahko prenesemo po vodnikih »nad« nameščenimi kondenzatorji

- zmanjšamo jouleske izgube in napetostne padce na vodnikih med nivoji 3 in 1

- jalova komponenta toka se ne prenaša po vodnikih med 3 in 1

Slabosti:

Najdražja izvedba in v določenih primerih, ko nimamo dovolj velike moči bremena glede na moč razdelilne

transformatorske postaje ekonomično ne opravičljiva, odveč.

18

7.4 Kako razporedimo kondenzatorje za kompenzacijo jalove energije v distribucijskem

omrežju

Za optimalno zmanjševanje izgub se je danes prijelo tako imenovano pravilo 2/3 za postavitev

kondenzatorjev v omrežju. V preteklosti so odkrili, da je optimalna lokacija za postavitev kondenzatorja

tam, kjer je pretok jalove moči enak polovici nazivne moči kondenzatorja. Iz tega so razvili pravilo 2/3, kar

pomeni da je najboljša postavitev za kondenzatorje na razdalji 2/3 od RTP-ja do porabnika. S tako

postavitvijo dosežemo, da jalovo moč za prvo tretjino voda zagotavlja RTP, za drugi dve tretjini pa

kondenzator.

Slika 11 postavitev kondenzatorjev po načelu 2/3

Pri zgornji postavitvi smo imeli samo en kondenzator. Če pa želimo dodati v omrežje več kondenzatorjev

(n kondenzatorjev), pa so pravilo izboljšali na 2/(2n+1). Razporedimo jih enakomerno: prvega na razdalji

2/(2n+1) od RTP, nato pa vse ostale za isto razdaljo 2/(2n+1) naprej do porabnika. Celotna jalova moč, ki

jo zagotavljajo kondenzatorji je tako 2n/(2n+1) moči, ki jo zahteva omrežje.

Pravilo je dobro za omrežja, kjer imamo na eni strani RTP in enakomerno obremenjen vod. Za omrežja z

neenakomerno porazdelitvijo bremen pa obstaja Grainger/Lee-jeva metoda postavitve kondenzatorjev.

Osnovna ideja je spet, da poiščemo točko v omrežju, kjer je jalova moč omrežja enaka polovici nazivne

moči kondenzatorja. Pri taki postavitvi kondenzator polovico moči zagotavljamo za eno smer voda in drugo

polovico jalove moči za drugo stran voda.

Osnovni koraki postavitve kondenzatorja:

- Izbira velikosti – izberemo standardno velikost kondenzatorja. Če je moč kondenzatorja 2/3 jalove moči

omrežja, rabimo samo en kondenzator. Če pa je moč kondenzatorja 1/6 jalove moči omrežja, pa rabimo 5

kondenzatorjev oz kondenzatorskih blokov.

- Izbira lokacije za prvi kondenzator - začnemo pri porabniku in namestimo kondenzator tam, kjer je

pretok jalove moči po omrežju enak polovici nazivne moči kondenzatorja.

- Postavitve naslednjih kondenzatorjev – nadaljujemo opazovanje po vodu do točke, kjer je spet pretok

jalove moči enak polovici nazivne moči kondenzatorja. Tako nadaljujemo dokler nam ne zmanjka

kondenzatorjev.

19

Ne rabimo izbirati kondenzatorje enakih velikosti. 300 kVAR močen kondenzator lahko postavimo tam kjer

je pretok jalove moči 150 kVAR. 600 kVAR kondenzator tja, kjer je pretok jalove moči 300 kVAR itd.

Če moramo kompenzirati jalovo energijo industrijskih obratov in večjih tovarn, je najbolje kondenzatorje

postaviti kar pri tovarnah.

Na srečo pa izbira kondenzatorja in lokacije le ni tako omejena. Dovolj dobro kompenzacijo dosežemo, če

se optimalni izbiri približamo na nekaj odstotkov.

V sliki 12 so prikazane tipične velikosti kondenzatorjev glede na napetostni nivo omrežja.

Slika 12 tipične velikosti kondenzatorjev

8. Kompenzacijski kondenzatorji

8.1 Standardna zasnova kompenzacijskih kondenzatorskih postaj

Tipični kompenzacijski kondenzatorji so sestavljeni iz naslednjih elementov:

- Priključni element- ta zagotavlja fizično priključitev na omrežje

- Kondenzatorjski segment- sestavljen je iz kondenzatorjev, stikalne naprave in zaščite

kondenzatorjev

- Krmilno vezje- to vezje odčituje faktor delavnosti in se odloča ali bo priključilo kondenzator na

omrežje

- Fizična pregrada- v glavnem za varnost vzdrževalnega osebja. Loči električna vezja, ki so pod

napetostjo pred zunanjimi vplivi in tako preprči vdor tujkov v kondenzatorsko postajo

Električno vezje kondenzatorske postaje lahko razdelimo v dve skupini:

- Glavno tokovno vezje

- Krmilno vezje

Glavno tokovno vezje je odgovorno za prenost električne energije, medtem ko je krmilno vezje odgovorno

za merjenje in odločanje.

Kondenzatorske postaje ločimo na visoko napetostne(>1kV) in nizko napetostne(<1kV).

20

Slika 133 Primer iz kataloga: NN kondenzatorska postaja

21

Slika 144 ena večjih VN kondenzatorskih postaj na svetu

22

8.2 Oprema kondenzatorske postaje

Stikalni elementi in zaščita pred kratkim stikom kondenzatorjev morajo bit primerno dimenzionirani, tako

da lahko zdržijo nazivni tok kondenzatorjev. Pravzaprav morajo zdržati 1.3x nazivnega toka

kondenzatorjev, to pa za to, ker se lahko moč kondenzatorjev spreminja za + - 10% nazivne. Tako lahko tok

doseže višje vrednosti, tudi do 1.3 * 1.1 =1 .43 kratne vrednosti nazivnega toka kondenzatorske enote.

Zaradi tega, morajo biti vsi elementi v kondenzatorski postaji primerno zasnovani za takšne razmere.

Slika 15 najpogostejša oprema NN in VN kondenzatorskih postaj

Da povzamemo; kondenzatorska postaja mora biti načrtovana tako, da je varna za vzdrževalno osebje.

Nazivne vrednosti opreme morajo upoštevati vse prenapetosti in prevelike tokove, ki lahko nastanejo med

preklapljanjem. Razporeditev elementov v ohišju mora biti zasnovana tako, da so posamezni elementi

kondenzatorske postaje lahko dostopni, v primeru če pride do okvare elementa in ga je potrebno zamenjati.

Za konec si poglejmo še en tipičen primer NN kondenzatorske postaje iz katalog proizvajalca ETI.

23

Slika 16 Primer iz kataloga : Elementi NN kondenzatorske postaje

24

Slika 17 Primer iz kataloga : Elementi NN kondenzatorske postaje 2.

25

9. Vprašanja z odgovori

9.1 S kakšni napravami kompenziramo jalovo energijo v omrežju?

Jalovo energijo v omrežju kompenziramo v glavnem z kondenzatorji, saj so tej najcenejši in najbolj

učinkoviti. Lahko pa uporabimo tudi prevzbujene sinhronske generatorje.

9.2 Kaj je faktor delavnosti in kako ga izračunamo. Kaj je tan φ?

Faktor delavnosti (F) je razmerje med delovno in navidezno močjo. V odsotnosti harmonikov je F= cos φ

Za faktor moči rečemo, da je boljši, tem bolj je blizu vrednosti 1.

Tan φ je definiran kot razmerje jalove in delovne moči

Poznamo tudi relacijo :

9.3 Katere so 3 osnovne vrste kompenzacij jalove energije. Nariši shemo in za vsak

primer označi kako se razširja jalova energija po omrežju.

Slika 15 globalna kompenzacija Slika 16 kompenzacija po odsekih Slika 18 invidualna kompenzacija

26

9.4 Kaj se zgodi z omrežjem, če od njega zahtevamo preveliko količino jalove energije?

Tako kot pomankanje delovne moči v omrežju povzroči padec omrežne frekvence napetosti, je pomankanje

jalove energije v omrežju odgovorno za padec celotne napetosti omrežja.

Relativni padec napetosti na 3 faznem vodniku ali transformatorju izrazimo z:

R... upornost vodnika oz transformatorja

X... reaktanca vodnika oz transformatorja

P... delovna moč bremena

Q... jalova moč bremena

Vn... nazivna 1 fazna napetost omrežja

9.5 Domača naloga

Neka industrija troši moč S=84kVA. Povprečni tan φ industrije je 0.75 (cos φ=0.8). Ta industrija želi

izboljšati svoj faktro moči na 0.95, da se bo izognila dodatnim stroškov zaradi porabe jalove energije.

Odločili so se za namestitev kompenzacijskih kondenzatorjev, ki stanejo 20 Eur na kVAR. Industrija ima

podpisano pogodbo z dobaviteljem za 51 Eur na kVA dostavljene moči. Izračunajte čas povrnitve inesticije.

- Najprej izračunamo delovno in jalovo moč, ki jo troši industrija:

P= S * cos φ = 84*0.8 = 67.2 kW

Q= P* tan φ = 67.2 * 0.75 = 50.4 kVAR

- Nato izračunamo kompenzirano navidezno moč S':

S' = P/ cos φ ' = 67.2 / 0.95 = 70.74 kVA

- Izračunamo moč, ki jo nam ne bo treba plačevati dobavitelju:

84 kVA – 70.74 kVA = 13.26 kVA

- Prihranek v enem letu pri izboljšanem obratovanju je tako:

13.26kVA * 51 Eur /kVA =676,26 Eur

- Da dosežemo cos φ'=0.95 (tan φ'= 0.3287) je potrebno namestiti kondenzatorje z močjo Qc:

Qc=P* (tan φ - tan φ' )= 67.2 * (0.75-0.3287) = 28.3 kVAR

- Celotna investicija v kondenzatorje tako stane:

28.3 kVAR* 20Eur/kVAR = 566 Eur

- Čas povrnitve investicije je :

566Eur / 676.26 Eur = 0.84 leta = približno 306 dni

27

10. Viri in literatura

[1] Turan Gönen: Electric Power Distribution System Engineering (Second Eddition);

[2] Abdelhay A. Sallam, Om P. Malik : Electric Distribution Systems

[3] http://electrical-engineering-portal.com/defining-size-and-location-of-capacitor-in-electrical-system-

1#5

[4] http://zet10.ipee.pwr.wroc.pl/record/360/files/ReactiveFW.pdf

[5] http://www.engineering.schneider-

electric.dk/Attachments/ed/guide/07_reactive%20energy%20compensation.pdf

[6] http://electrical-engineering-portal.com/reducing-distribution-line-losses

[7] http://www.oocities.org/siliconvalley/pines/3406/paper1.htm

[8] https://www.fer.unizg.hr/_download/repository/Uredjaji_za_kompenzaciju_jalove_snage.pdf

[9] http://www.eti.si///images/userfiles/sl-SI/documents/products/resitve/ETI_Prostik_SLO.pdf

[10] http://www.energy.siemens.com/nl/pool/hq/power-transmission/high-voltage-

products/capacitors/power-capacitors-capacitor-and-banks_en.pdf