Kompenzacija reaktivne energije

23.04.2018.

Sve što ste hteli da znate o temi: kompenzacija reaktivne energije

Šta je to reaktivna energija (snaga)?

Kompenzacija reaktivne energije je još i relativno poznat pojam. A šta je to u stvari reaktivna energija?

Ovde dajemo kratko objašnjenje, a za detalje pogledajte naš članak: Reaktivna energija (snaga). Reaktivna energija (tj. snaga) je u centru stabilnosti svakog elektroenergetskog sistema. Reaktivna energija je gradivni element uz pomoć koga se uspostavlja i održava elektro-magnetno polje u generatorima i drugim električnim mašinama. Elektromagnetno polje je od suštinske važnosti za proizvodnju, prenos i pretvaranje električne energije u koristan rad. U vašoj fabrici sve električne mašine: transformator, elektro motor, frekventni regulator, indukciona peć, pa čak i neke svetiljke, koriste reaktivnu energiju da bi izvršili konverziju električne energije u koristan rad.

Od raspodele reaktivne energije zavise frekvencija i napon, stabilnost elektroenergetskog sistema, tokovi viših harmonika, položaji rezonantnih tačaka, prelazni procesi kod uključenja motora, transformatora, kablova… Stoga se kontrolom tokova reaktivnih snaga može uticati na stabilnost napona, smanjenje strujnih tranzijenata, smanjenje izobličenja napona i struja, itd…

Suštinsko poznavanje prirode reaktivne energije, tj. svih fizičkih zakonitosti kojima se opisuje međuveza reaktivne snage i svih ostalih elektroenergetskih veličina (aktivne snage, napona, viših harmonika, rezonantnih učestanosti,…) je od nezamenljivog značaja za pronalaženje pouzdanih inženjerskih rešenja. Iskustvo i stručnost su, sa druge strane, od nezamenljivog značaja za uspešnu implementaciju osmišljenih tehničkih rešenja. Avalon Partners poseduje ove obe komponente.

Ovaj post će objasniti šta je to kompenzacija reaktivne energije na jedan jednostavan način, bez previše teorije i formula. Namenjen je ljudima koji nisu inženjeri po struci, a želeli bi da se informišu.

Šta je to kompenzacija reaktivne energije?

Pojednostavljeno govoreći, kompenzacija reaktivne energije predstavlja postupak kojim se smanjuje količina reaktivne energije koja se preuzima iz mreže, dok potrošnja samog pogona ostaje nepromenjena.

Jedna od očiglednih posledica rada postrojenja za kompenzaciju reaktivne energije je smanjenje računa za struju.

U idealnom slučaju, ako se kompenzacija dobro uradi, vaša fabrika neće preuzeti ni jedan kVArh iz mreže, pa će trošak i za reaktivnu i za prekomernu reaktivnu energiju biti jednak nuli. To znači da ste faktor snage popravili na idealnih 1.00. Istovremeno u vašem pogonu potrošači će nastaviti da rade nepromenjenim tempom. Pogledajte naš članak: Sve što ste želeli da znate o računu za struju.

Ugradnja postrojenja kompenzacije reaktivne energije predstavlja višedecenijsku praksu i dobro je poznata u industrijskim krugovima. Štaviše, elektrodistributivna preduzeća zahtevaju da faktor snage vašeg objekta bude relativno visok, između 0.95 i 1.00, što lepo piše u elektroenergetskoj saglasnosti za vaš objekat.

Znači poželjno je, a i tehnički izvodljivo eliminisati celokupne troškove po osnovu reaktivne energije, bez obzira koliko je vaš pogon dinamičan ili nelinearan. Cena reaktivne energije je takva da se brzo isplati svaka investicija u totalnu kompenzaciju reaktivne snage. Pored direktnih ušteda po računu, dobro izvedena kompenzacija reaktivne energije će stabilizovati napon, smanjiti izobličenje napona i struja u mreži i smanjiti gubitke aktivne energije. Avalon Partners je specijalizovan za poslove kompenzacije reaktivne snage. Naši inženjeri vam stoje na raspolaganju za elimiminaciju ovih troškova. Slobodno nas pozovite.

Princip kompenzacije – praktično objašnjenje

Pogledajmo princip kompenzacije reaktivne snage na jednom jednostavnom primeru.

Na šemi vidimo energetski tranformator i njegove izvode koji napajaju različite vrste potrošača. Kada nije prisutna kompenzacija, sva reaktivna energija neophodna za normalan rad potrošača, povlači se iz mreže.

Ukoliko odlučimo da kompenzujemo ove potrošače instaliraćemo postrojenje za kompenzaciju reaktivne energije na niskonaponske sabirnice. Sada se potrebna reaktivna energija crpi iz postrojenja kompenzacije, a količina reaktivne energije koja se mora preuzeti iz mreže se dramatično smanjuje. Pravilno izvedena kompenzacija u potpunosti eliminiše preuzimanje reaktivne energije iz mreže.

Prilikom kompenzacije reaktivne snage, fizički procesi u električnim mašinama (motori, transformatori, kablovi…) ostaju nepromenjeni. Drugim rečima, kompenzacija ne utiče na elektromehaničko pretvaranje energije u mašinama, već samo na količinu reaktivne koja se preuzima iz mreže. Takođe, tok aktivne energije ostaje nepromenjen.

Princip kompenzacije – teorijsko objašnjenje

Gornji slučaj možemo posmatrati i sa teorijske strane – obećavamo neće biti komplikovano. Na donjoj slici sve vidi dijagram snaga pre kompenzacije. Obratite pažnju na aktivnu snagu – P koja je za vaš pogon najbitnija. Ona nosi svu korisnu snagu i gubitke u procesu pretvaranja energije u koristan rad. Zbog velike reaktivne energije koju troše vaši potrošači – Q, ukupna snaga koja se uzima iz mreže – S je relativno visoka. Ovo opterećuje prenosne vodove, transformatore, kablove, povećava padove napona, itd…

Vektorski dijagram ne-kompenzovanog pogona

Kada se izvrši kompenzacija reaktivne energije, lokalno proizvedena reaktivna snaga Qc smanjuje reaktivnu snagu koja se preuzima iz mreže – Q1. Sada je ukupna snaga koja se uzima iz mreže S1 značajno manja nego pre kompenzacije. Za to vreme reaktivna snaga koju koriste potrošači – Q ostaje nepromenjena, kao i aktivna snaga potrošača – P.

Gornji dijagram možete pogledati i u interaktivnom obliku i poigrati se sa vrednostima snage potrošača i snage kompenzacije.

Ovo je bilo pojednostavljeno objašnjenje, koje važi za mreže bez velikih izobličenja. Za detaljnije objašnjenje pogledajte naš članak: viši harmonici

Tipovi postrojenja kompenzacije reaktivne energije

Postoji veliki broj tipova i izvedbi postrojenja kompenzacije reaktivne energije. Ovde ćemo navesti samo one koji se najčešće sreću u praksi, ali time spisak nije ni približno iscrpljen. Pogledajte naše studije slučajeva za šire informisanje o tipovima i efektima kompenzacije.

Fiksna kompenzacija

Postrojenja kompenzacije fiksnog tipa, su postrojenja bez regulacije – stalno su uključena. To znači da kada je fabrika rasterećena, to postrojenje će i dalje generisati svoju nominalnu snagu u mrežu. U praksi se izbegavaju iole veće snage neregulisane kompenzacije. To može imati negativne efekte, čiji intenzitet zavisi od snage koja se injektuje u mrežu: povećanje napona, povećanje izobličenja napona, povećanje flikera, poremećaj u radu zaštitnih relea, itd… Postrojenja neregulisane kompenzacije se pažljivo projektuju da bi se ovi negativni efekti izbegli ili minimizirali.

Regulisana kompenzacija

Regulisana postrojenja kompenzacije reaktivne energije su standardna. Kao što im ime kaže, količina reaktivne energije koja se generiše je upravljiva putem regulatora. Regulator može obavljati i druge zadatke kao što su: stabilizacija napona, izbegavanje rezonantnih tačaka, kompenzacija praznog hoda transformatora, itd…

Kontaktorski ili tiristori

U regulisanim postrojenjima, koraci kompenzacije mogu se uključivati/isključivati sa namenskim kontaktorima za kapacitivne struje, namenskim tiristorima ili čak kombinacijom navedenih prekidačkih elemenata. Uobičajeno je za postrojenja sporije dinamike da se koriste kontaktori. Ovi kontaktori imaju namenski pomoćni sklop za ograničenje struje uključenja kondenzatora. U nekim primenama ovi kontaktori imaju i pomoćne kontakte za brzo pražnjenje kondenzatora i njegovu brzu pripremu za novo uključenje. Uredno pražnjenje kondenzatora je veoma važno za dugačak životni vek ovog elementa.

U pogonima gde je izražena velika dinamika reaktivne snage, koriste se namenski tiristorski prekidači za uključenje/isključenje koraka. Ovi moduli teoretski uključuju/isključuju struju u trenutku prolaska kroz nulu, te skoro da nema tranzijenata. Zbog toga su tiristorski moduli veoma dugotrajni, te toplo preporučujuemo njihovu ugradnju. Postoji veći broj različitih tiristorskih modula na tržištu, koji se razlikuju po brzini reagovanja i tranzijentu kod uključenja. Kao i svuda, cena je često merilo kvaliteta.

Filterska kompenzacija

Često se u praksi postavlja pitanje da li raditi filtersku ili običnu kompenzaciju. Ne možemo odgovoriti na to pitanje bez merenja i analize.

Praksa nam pokazuje da ako u vašem pogonu ima potrošača kao što su frekventni regulatori, jednosmerni motori, indukcione peći, ispravljači/napajanja, itd… velika je verovatnoća da će morati da se ugrađuje filterska kompenzacija. Ovo nije samo pitanje dugotrajnosti postrojenja. Neadekvatna kompenzacija, tj. ugradnja običnih kondenzatora tamo gde bi trebalo ugraditi filtre, dovodi do pojave rezonanse i pojačanja viših harmonika. Izobličen napon jako loše utiče na stabilnost rada ostalih potrošača u pogonu. U najlakšem slučaju dolazi do povećavanja gubitaka, skraćenja životnog veka transformatora i samih kondenzatorskih baterija. Legitimna želja da se smanje troškovi može dovesti do mnogo većih problema, ako se ne izvede stručno. Apsolutno je neophodno izvršiti merenja i inženjersku analizu pre donošenja odluke!

Filterska kompenzacija je danas de-fakto standard u razvijenom svetu, jer skoro da ne postoji pogon bez veće snage osvetljenja, regulisanih pogona i slične opreme. Kada se kaže filterska, misli se na pasivni filter viših harmonika. Postoje i aktivni filtri viših harmonika, ali o tome drugom prilikom. U zavisnosti od rezonantne učestanosti filtra postoji širok spektar filterskih kompenzacija.

Zaštitni filtri

Najčešći tip je tzv. „detuned“ ili zaštitni filter, čija je namena da zaštite kondenzatore od protoka struja viših harmonika. U zavisnosti od reda harmonika od kojeg se štite baterije, zavisi rezonantna učestanost ovakvog filtra. Sa ovakvim tipom postrojenja neće doći do značajnog povećanja izobličenja napona i struja prilikom kompenzacije reaktivne snage. Ukoliko je postojeći nivo harmonika dovoljno nizak, postrojenje kompenzacije sa zaštitnim filtrom je zadovoljavajuće rešenje.

Apsorpcioni filtri

Često se koriste i filteri kojima je rezonantna učestanost podešena tako da može apsorbovati veću ili manju količinu struje viših harmonika. Na taj način kondenzatori su više opterećeni ali je zato kvalitet napona u ostatku pogona značajno bolji. Ukoliko u pogonu postoji povišeni ili visok nivo harmonijskih izobličenja, onda je potrebno ugraditi pasivni filter čija je rezonantna učestanost tako podešena da kontrolisano apsorbuje struje dominantnih harmonika. Na taj način se smanjuje ukupno izobličenje na sabirnicama i ostatak pogona radi u značajno boljim uslovima nego pre kompenzacije.

Da zaključim, oduprite se nagonu da posegnete za jeftinijim rešenjem. Izmerite, analizirajte i tek onda na osnovu stručne, inženjerske preporuke donesite odluku o ugradnji filtera. Isplativost postrojenja kompenzacije reaktivne energije je toliko visoka da nije vredno rizika ići na manje pouzdano rešenje.

Efekti kompenzacije reaktivne energije

Tokovi reaktivnih snaga su u srcu stabilnosti elektroenergetskog sistema, tako da pravilno izvedena kompenzacija reaktivne energije ima višestruke pozitivne efekte.

Smanjenje troškova

Smanjenje računa za struju je očigledan efekat. Stavke reaktivna i prekomerna reaktivna energija bi trebalo da se u potpunosti eliminišu. Cena reaktivne je takva da se apsolutno isplati ići na potpunu kompenzaciju reaktivne snage, tj. do zadatog faktora snage 1.00.

Smanjenje propada napona

Kompenzacija reaktivne energije smanjuje propadi napona usled rada pogona. Time se eliminiše reaktivna komponenta struje koja je u najvećoj meri odgovorna za pad napona. Znači napon će biti primetno stabilniji za sve potrošače. Ovo može značiti razliku između uspešnog i neuspešnog polaska motora, ispada ili stabilnog rada osetljivog potrošača, kvalitetnog ili nekvalitetnog zavara, itd… Ovaj efekat se često previđa, a može biti značajniji od same uštede po osnovu reaktivne.

Rasterećenje transfomatora i kablova

Smanjuje se struja transformatora i dovodnog kabla zbog toga što reaktivna snaga sada ne dolazi iz mreže, već iz lokalno instaliranih kondenzatora. Time se rasterećuje transformator i napojni kabl, što smanjuje gubitke i temperaturu transformatora. Ovaj efekat će smanjiti potrošnju i aktivne energije za iznos tih gubitaka. Koliko je značajan efekat pada temperature transformatora u praksi, verovatno ne treba previše da vam pričam. Ovo rasterećenje otvara priliku za priključenje novih potrošača ili povećanje snage postojećih. Time se odlaže investicija u dodatni ili veći transformator, tj. energetski kabl, što ima svoje prednosti.

Poboljšanje kvaliteta napona

Kod pogona sa velikim prisustvom nelinearnih potrošača dobro izvedena kompenzacija reaktivne energije smanjuje sadržaj viših harmonika i izobličenje napona. To pozitivno utiče na sve potrošače u objektu. Povećava pouzdanost i stabilnost rada, smanjuje gubitke aktivne energije, kao i zagrevanje kablova i transformatora.

Sve napred navedeno je pozitivno za pogon i vlasnika objekta, ali se ostvaruje pod uslovom da se kompenzacija reaktivne energije izvede adekvatno. U praksi često srećemo situacije gde neadekvatna kompenzacija reaktivne energije poveća izobličenje napona, poveća varijacije napona, utiče na povećanje zagrevanja transformatora pa čak i dovede do otkaza mašina, zaustavljanja proizvodnje, pa čak i havarije. Kompenzacija reaktivne snage je dobar sluga ali loš gospodar. Ovakvi primeri samo govore u prilog tome da kompenzaciju treba da izvode firme koje imaju iskustva na ovoj vrsti poslova. Pozovite nas!

Kako se pravilno realizuje projekat kompenzacije reaktivne energije

Neadekvatna kompenzacija može poremetiti mnogo više od jedne stavke na računu za struju. Zato treba biti jako oprezan. Mi smo kompanija specijalizovana za posao kompenzacije i kvaliteta napona. Na osnovu 25-to godišnjeg iskustva, izgradili smo skup postupaka koji garantuju uspešne rezultate projekta kompenzacije reaktivne energije. Radi se o potpuno specijaliziranom, profesionalnom pristupu, u kojem ništa nije prepušteno slučaju. Kako smo jedinstveni po takvom pristupu kompenzaciji, našem načinu rada smo dali i posebno ime: Avalon TOTAL RpoweR postupak. Više detalja na ovom linku.

Optimalno je da krajnji korisnici dobiju rešenje koje je potpuno prilagođeno konkretnom slučaju. Time se maksimiziraju pozitivie efekti, izbegavaju se svi negativni, uz minimum cene koštanja. To je najpovoljniji scenario za krajnjeg korisnika. Da bi to obezbedili radi se u nekoliko važnih koraka:

MERENJE

merenje kompenzacija reaktivne energije Dobro izvršeno merenje, u što boljoj rezoluciji i sa što širim propusnim opsegom merenja je osnova uspešnog projekta kompenzacije. U zavisnosti od dinamike rada i vrste potrošača u pogonu koristiće se odgovarajući analizator. Važno je izmeriti sve reprezentativne radne režime fabrike, zajedno sa svim važnijim elektroenergetskim parametrima. Merenja tipično traju nekoliko radnih dana i važno je da se obuhvate karakteristični radni režimi pogona.

ANALIZA

Na osnovu merenja analizira se ponašanje potrošača, dinamika, položaj rezonantnih tačaka, injekcija viših harmonika, uticaj na ostale potrošače i tek onda se radi na razradi tehničkih rešenja. Rešenja trebaju biti takva da se eliminiše potrošnja reaktivne energije, smanje izobličenja napona i struja, stabilizuju varijacije napona i na kraju smanje ukupni gubici u mreži. Na ovaj način krajnji korisnik smanjuje potrošnju i aktivne i reaktivne energije.

IZRADA TEHNIČKOG REŠENJA KOMPENZACIJE REAKTIVNE ENERGIJE

Tehničko rešenje kompenzacije treba testirati u električnom modelu koji je verna predstava mreže krajnjeg korisnika. Ovo uključuje: energetski transformator, SN vodove, dominantne potrošače, injekciu viših harmonika, itd… Sagledava se uticaj postrojenja kompenzacije reaktivne energije na svaki element sistema. Ovo obuhvata energetski transformator, elektromotore, regulisane pogone, osvetljenje, … Sagledavaju se tokovi viših harmonika u linijskom i neutralnom provdniku, uticaj na gubitke aktivne energije, izobličenje napona i struja, položaje rezonantnih tačaka, i mnogi drugi parametri…

Kriterijumi za prihvatanje nekog rešenja su višestruki: minimizacija potrošnje reaktivne energije na mernom mestu (naravno), nivo smanjenja izobličenja napona na sabirnicama transformatora, stepen smanjenja injekcije struja viših harmonika u distributivnu mrežu, ograničenje padova napona usled rada dinamičkih potrošača u pogonu, itd… Kao što vidite, naš posao je izuzetno zanimljiv i mi sa zadovoljstvom očekujemo i najkomplikovanije zahteve :-). Slobodno nam se javite!

PONUDA sa najboljim ROI

Na osnovu usvojenog tehničkog rešenja, za koje smo sigurni da daje zadovoljavajuće rezultate, radi se ponuda. Takva ponuda je ono što će krajnji kupac videti, kao vrh ledenog brega. Sa druge strane, tako pažljivo izrađeno tehničko rešenje, doneće maksimalne uštede i maksimalno poboljšanje kvaliteta napona za ostale potrošače u mreži. Uostalom naša referenc lista govori sama za sebe.

Na osnovu ponude biće jasni tehnički efekti, vrednost investicije, period ugradnje i period povraćaja investicije. Ostaje nam samo da krenemo sa poslom. Kontaktirajte nas!

Pogledajte i ostale članke iz ove kategorije:

Pogledajte članke iz kategorije Reaktivna energija:

Pogledajte članke iz kategorije Kvalitet napona:

Pogledajte i naše studije slučaja.