Komponente za kompenzaciju reaktivne energije

 Najvažnije komponente za kompenzaciju reaktivne energije

Sinonim za kompenzaciju reaktivne energije su kondenzatorske baterije. Međutim one su samo jedna komponenta za kompenzaciju. Postrojenje za kompenzaciju se sastoji od većeg broja komponenti, čija uloga je veoma važna.

Regulator

Regulator reaktivne snage je mozak postrojenja kompenzacije. Današnji regulatori su dramatično napredovali u odnosu na analogne prethodnike iz 80-ih i 90-ih godina. Pored osnovne funkcije, regulacija uključenja koraka kompenzacije moderni regulatori imaju i čitav niz veoma važnih dodatnih funkcija.

U jednom tipičnom regulatoru sada su implementirane brojne zaštitne funkcije. Regulator nadzire stanje dielektrika u realnom vremenu, temperaturu ormana, stanje rezonanse u mreži, harmonijsko preopterećenje kondenzatora, itd… Postrojenje kompenzacije je, zahvaljujući napretku u tehnologiji izrade regulatora, postalo veoma jednostavno za održavanje i eksploataciju!

Na displeju regulatora sada je moguće pratiti sve relevantne elektroenergetske veličine za jedan pogon. Mnogi regulatori imaju ugrađen RS485 ili TCP-IP port te se jednostavno povezuju sa PC računarom za potrebe udaljenog merenja i nadgledanja stanja. Relativno je jednostavno iz kancelarije pratiti stanje pogona i regulatora: postignuti faktor snage, broj manipulacija kontaktorima, alarmi, poruke o greškama, predikcija razvoja kvara, …

Detaljnije o regulatorima pogledajte u namenskom postu.

Kondenzatori

Energetski kondenzatori koji se koriste za potrebe kompenzacije reaktivne energije pretežno su trofazni, sa dielektrikom od metaliziranog polipropilenskog filma. Punjeni su inertnim gasom i potpuno su ekološki.

Za zahtevnije primene, tj. za duži životni vek opreme, primenjuju se kondenzatori heavy duty tipa, koji imaju robusniju konstrukciju i deblji dielektrik. Ovakvi kondenzatori mogu izdržati povišen sadržaj viših harmonika, veće varijacije napona, kao i više radne temperature.

Interesantna činjenica za kondenzatore je da se ne mogu štititi od preopterećenja osiguračima, kao druga oprema (motori, transformatori,…). Osigurači su tu isključivo kao zaštita od kratkog spoja. Stoga su proizvođači kondenzatora, kao meru zaštite od preopterećenja, razvili nadpritisnu zaštitu kućišta kondenzatora. U slučaju preopterećenja kondenzatora, tj. razvoja toplote i pritiska u kućištu dolazi do nadimanja poklopca kućišta i prekida struje. S obzirom da je ovaj princip zaštite mehaničkog tipa, kvalitet izrade kućišta kondenzatora je od primarnog značaja za pouzdanu i bezbednu eksploataciju. Stoga uvek preporučujemo kondenzatore renomiranih proizvođača.

Filterske prigušnice

Filterske prigušnice su svakako najzanimljiviji deo postrojenja kompenzacije reaktivne energije. Podesnim izborom induktivnosti prigušnice i kapacitivnosti kondenzatora, postrojenje se može koristiti za kompenzaciju reaktivne energije, filtriranje ili čak apsorpciju viših harmonika. Ovde ne postoje striktna pravila i u zavisnosti od konkretnog problema, moguće je igrati se sa induktivnosti i ostvariti širok spektar rezultata. Jedna od retkih komponenti za kompenzaciju koja pruža prostor za kreativnost u inženjerskom poslu.

Ono što je zajedničko svim filterskim prigušnicama je da bi trebalo da imaju nisku radnu temperaturu (ispod 95C), tj. niske gubitke (ispod 3-3.5W/kVAr).  Ovo iz razloga minimizacije operativnih troškova rada postrojenja kompenzacije reaktivne energije. Prigušnice su element koji ima daleko najveće gubitke u postrojenju kompenzacije. Ukoliko izaberete jeftine prigušnice sa visokim gubicima, troškovi rada postrojenja kompenzacije biće visoki. Postrojenje će da troši značajnu količinu aktivne energije na sopstvene gubitke. S obzirom da je aktivna energija mnogo skuplja od reaktivne, jasno je da bi ovakav izbor prigušnica značajno promenio kompletnu računicu perioda isplativosti. Sada je jasnije kako se izbor komponenti za kompenzaciju ne svodi samo na kondenzatore.

Generalno govoreći, mali broj proizvođača obaveštava kupce o stepenu efikasnosti postrojenja kompenzacije reaktivne energije, tj. o aktivnim gubicima u procesu proizvodnje reaktivne energije. Stoga je izbor postrojenja kompenzacije Avalon RpoweR najbolji izbor. Garantujemo minimalne operativne troškove, uz visoku  pouzdanosti i dugotrajnosti.

Prekidački elementi

Kontaktori

Namenski kontaktori za kapacitivne struje su standardni element za manipulaciju sa kondenzatorskim baterijama. Brzine reagovanja su tipično nekoliko desetina sekundi, ne toliko zbog sporosti kontaktora koliko zbog potrebe za pražnjenjem kondenzatora pre novog uključenja.

Kontaktorima se ne može kontrolisati trenutak uključenja. Kontaktori dovode mrežni napon na kondenzator bez obzira kolika je razlika u mrežnom naponu i zaostalom naponu u kondenzatoru. Stoga nepovoljni trenutak uključenja dovodi do velike prelazne struje, tj. struja uključenja kondenzatora može dostići i 100 puta veću vrednost od nominalne struje kondenzatora. Zbog tranzijenta prilikom uključenja kondenzatora, za kompenzaciju reaktivne snage koriste se namenski kontaktori koji ovaj tranzijent prigušuju svojom konstrukcijom.

Zbog svega navedenog životni vek kontaktora za kapacitivne struje je ograničen na oko 100.000 komutacija. Moderni regulatori imaju integrisane brojače uključenja po svakom koraku. Proverite stanje ovih registara u vašem regulatoru.

Tiristori

Tiristori se usvajaju kao preporučeno rešenje u slučajevima značajne dinamike reaktivne snage u pogonu ili tamo gde tranzijent kod uključenja kontaktora pravi probleme u kvalitetu napona. Brzina reagovanja tiristorskog modula je značajno veća od kontaktora. Dalje, tiristorski moduli uključuju/isključuju korak u trenutku kada struja koraka prolazi kroz nulu. Znači ne postoji tranzijent struje prilikom uključenja. Stoga je životni vek tiristorskih prekidača veoma dugačak.

Integralni deo tiristorskog prekidača je zero crossing kartica, koja upravlja dovođenjem upaljačkog signala na gejt tiristora. Ova kartica meri razliku napona na katodi i anodi tiristora, te dozvoljava uključenje u funkciji te razlike. Naprednije zero crossing kartice dozvoljavaju podešavanje nekih od parametara regulacije, što je neophodno kod zahtevnijih aplikacija, kao što je zavarivanje armaturne žice.

Postoji veći broj različitih tipova tiristorskih prekidača. Razlikuju se kako po broju tiristora u sebi (prekidanje u dve ili tri faze) tako i po izdržljivosti na prenapone. Tiristorska regulacija kao posledicu ima pojavu prenapona zbog prekidanja kapacitivnih struja i to je jedna od najvažnijih stvari kod izbora odgovarajućeg prekidača.

U našoj dugogodišnjoj praksi, najveći broj uključenja koji smo videli je oko 4 miliona, što dovoljno govori u prilog kvalitetu ove tehnologije.

Realna brzina reagovanja tiristorskih prekidača

Kod tiristorske regulacije potrebno je malo više pažnje posvetiti realnoj brzini reagovanja. U praksi nije baš sve kao na papiru (u specifikacijama). U praksi proizvođači opreme za kompenzaciju deklarišu brzinu reagovanja tiristorske kompenzacije kao minimalnu brzinu reagovanja regulatora. To nije ispravno. Brzina reagovanja je kompozitna veličina i na nju utiču: realno vreme reagovanja regulatora u uslovima izražene dinamike i čekanje koje unosi zero crossing kartica da bi dozvolila uključenje. Vreme čekanja zavisi od: zaostalog napona u kondenzatoru, brzine pražnjenja kondenzatora i trenutka sledećeg prolaska mrežnog napona kroz nulu. Sve navedeno važi samo za prvu fazu, sve ostale pale se za po 120 stepeni kasnije. Ovo je realnost i mora se uzeti u obzir kod dizajna rešenja.

Brzina reagovanja regulatora

Moderni regulatori sa izlazima za tiristorske prekidače po definiciji deklarišu minimalnu brzinu reagovanja od 20 ms. Ovo je teorijski minimum usled činjenice da se reaktivna snaga definiše na intervalu od jedne periode, tj. 20 ms. U praksi vreme reagovanja regulatora se razlikuje od proizvođača do proizvođača. Svaki algoritam regulacije ima vremenske konstante kojima se definiše prigušenje u kontrolnom algoritmu. Ove konstante usporavaju regulaciju kako ne bi došlo do oscilacija reaktivne snage u radu. Brzina prigušenja zavisi od kvaliteta algoritma datog proizvođača. Svega nekolicina renomiranih proizvođača, prema našem iskustvu, imaju regulatore sa vremenima reagovanja zaista bliskim 20 ms.

Brzina reagovanja tiristorskog modula

Na ovo vreme treba dodati i kašnjenje koje unosi zero-crossing kartica u tiristorskom modulu. Čak i da regulator izda nalog u definisanom roku, impuls za paljenje tiristora će biti prosleđen tek kada zero-crossing kolo to dozvoli. Ovo kolo poredi trenutnu vrednost napona u mreži i vrednost zaostalog napona u kondenzatoru. Zaostali napon može biti i veći od mrežnog napona. Tek kada se ovi naponi izjednače impulsi za paljenje mogu krenuti prema tiristoru. U praksi se često događa da regulator izda nalog, a zero-crossing ne dozvoli uključenje ili ga dozvoli sa zakašnjenjem, jer je zaostali napon u kondenzatoru viši od mrežnog napona. Ovo se događa kod pogona koji imaju učestale i velike promene, kao što je npr. zavarivanje armaturne mreže.

Problemi sa brzinom reagovanja tiristorskih prekidača su već viđeni scenariji, kada se tiristorski prekidači ugrađuju bez previše iskustva, a sa željom da se postignu kratka vremena reagovanja. Univerzalna rešenja ne postoje, uvek je potreban filter znanja i iskustva.  Ako imate zahtevnu primenu, javite se Avalon Partnersu. Naš stručni tim ima rešenje!

Zaštita od preopterećenja i kratkog spoja

Standard za kondenzatorske baterije IEC 60831 predviđa osigurače kao meru zaštite kondenzatora samo od kratkog spoja. Manje je poznata činjenica da se kondenzatori se ne mogu štititi osiguračima od preopterećenja. Stoga se primenjuje čitav niz drugih mera za zaštitu od preopterećenja. Jedna od osnovnih mera je nadpritisna zaštita kućišta kondenzatora. Uvek predlažemo da se dobrim dizajnom kompletnog postrojenja spreči preopterećenje kondenzatora. Nadpritisnu zaštitu treba koristiti samo za potrebe zaštite od grešaka u proizvodnji kondenzatora.

Kućište i raspored komponenti za kompenzaciju unutar postrojenja

Jedan od najvažnijih zadataka kod dizajna postrojenja kompenzacije reaktivne energije je optimizacija hlađenja. Ova optimizacija se postiže pravilnim rasporednom opreme po zapremini ormana i što ravnomernijim strujanjem vazduha po čitavoj širini poprečnog preseka ormana.

U praksi je često da se komponente za kompenzaciju ugrađuju unutar elektroormana imajući u vidu samo što jednostavniji raspored opreme i minimizaciju dužine kablova. Dok takav pristup doprinosi brzini ugradnje i smanjenju troškova, previđa se zahtev za što boljim hlađenjem komponenti. Čak i kada se pravilno izvrši termički proračun postrojenja kompenzacije, smeštaj opreme unutar ormana može biti takav da se neki kondenzatori, ili još gore prigušnice, lošije hlade od drugih. Tada dolazi do formiranja toplih džepova i lokalnog povećanja temperature u ormanu preko dozvoljenih granica. A toplota je dominantni faktor kod skraćenja životnog veka kondenzatora i prigušnica.

Ako imate upit ili tehničko pitanje za nas, slobodno nas kontaktirajte.