Villanyszerelők Lapja

Teljesítménytényező-javítás IV.

2006. május 1. | Polgár Viktor |  3250 | |

Az alábbi tartalom archív, 13 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Teljesítménytényező-javítás IV.

A cikksorozat előző részeiben megismerkedhettünk a teljesítménytényező javításának műszaki és gazdasági előnyeivel, valamint a felharmonikus hatások figyelembevételéhez szükséges alapvető szabályokkal. A technika fejlődésével nap mint nap újabb kihívásoknak kell megfelelni, mindez igaz a teljesítménytényező-javítás terén is. A felmerülő elvárásokat a villamos energiahálózaton üzemelő fogyasztók támasztják.

A meddőteljesítmény-kompenzálás is szoros léptekkel követi a technológiai fejlődést. Ma már sok esetben a hagyományosan alkalmazott 30-40 másodperces időszakonkénti elemzés és kapcsolóképesség nem elégíti ki az elvárásokat, ezért a szokásosan alkalmazott meddőkompenzáló berendezések számára az üzemek fejlődése és bővülése során jelentős műszaki elvárásokat támaszthatnak egyik percről a másikra. A gyorsan (60-80 msec) változó meddőteljesítményt igénylő berendezések, mint például a hegesztő berendezések, liftek, adagolómotorok (keverőüzemekben) üzemelése esetén más megoldáshoz kell folyamodni a fogyasztó által felvett meddőteljesítmény kompenzálására.

Gyors teljesítménytényező-javítás mindennapjainkban

A hagyományos technológiákat alkalmazó berendezések alkalmazása esetén a meddőteljesítmény-változás gyorsasága elegendővé teszi, hogy a vezérlő berendezések 30-60 másodperces átlagolt értékek alapján szabályozzanak. Ez a megoldás tökéletes minden olyan helyen, ahol a technológiai lépések időtartama jelentős, vagy a kompenzálandó berendezések üzemelési időtartama meghaladja a 30 másodpercet.

A közelmúltban egyre több olyan berendezés került beüzemelésre, melynek a működési ideje néhány másodperc, esetleg még kevesebb, de meddőteljesítmény-igénye jelentős.
Elsőre mindenkiben felmerül, hogy a teljesítménytényező-javításban résztvevő automatikák a belső felépítésüknek köszönhetően igen gyorsan reagálnak, ezért lehetőség van akár 1 másodperces reagálási idő megadására is. Mindazonáltal hangsúlyosan figyelembe kell venni, hogy az automatikák képességeivel nem minden esetben van összhangban a berendezés többi alkotóeleme. A legfőbb problémát a kapcsolásra alkalmazott mágneskapcsolók okozhatják, mert az ilyen jellegű kapcsolókészülékeknél ahhoz, hogy az élettartam ne csökkenjen jelentősen az újbóli kapcsolás elvégzéséhez 20-25 másodperces szünetet tartani. Ennek az egyszerű szabálynak a be nem tartása idő előtti meghibásodást okoz. A nagy kapcsolási gyakoriság (ha az adott kondenzátort még a kisülési idő előtt visszakapcsoljuk) a kondenzátorok élettartamát is károsan befolyásolja.

Azoknál a fogyasztóknál, ahol a hagyományos meddőkompenzáló berendezés a kapcsolási idők miatt nem alkalmazható, tirisztoros meddőkompenzáció kerülhet beépítésre. Az ilyen jellegű berendezések újdonsága egy félvezetős (tirisztor) kapcsolókészülék, amelynek segítségével a kondenzátoregységek kapcsolási gyakorisága növelhető. A félvezetős kapcsolókészülékkel szemben támasztott legfőbb követelmény az, hogy a kapacitív áram bekapcsolására és megszakítására alkalmas legyen.

Az alkalmazott tirisztorok általában soros fojtótekerccsel ellátott kondenzátorfokozatokat kapcsolnak. A tiszta teljesítménykondenzátorok kapcsolására alkalmas tirisztorok ára duplája, mint a fojtott fokozatok kapcsolására alkalmas tirisztoroknak. Kijelenthető, hogy azokon a helyeken, ahol félvezetők alkalmazására van szükség, 99 százalék, hogy a felharmonikusokkal szemben támasztott követelmények indokolttá teszik a soros fojtótekercs alkalmazását és a visszakapcsolási idő rövidségét. A gyorskompenzáláshoz nem minden esetben elegendő egy gyorsan működtethető kapcsoló, az érzékelésnek és vezérlésnek is illeszkednie kell a gyorskompenzációhoz.

A kapcsolásokért felelős automatikák a mikroprocesszoroknak köszönhetően msec-os kapcsolási időket tesznek lehetővé, a jelfeldolgozás és a szükséges beavatkozás rövid idő alatt megoldható. A legszűkebb keresztmetszetet ebben az esetben is a kapcsolókészülék (tirisztor). A gyakorlatban használt tirisztoros kondenzátorkapcsolók 40-60 msec-mal képesek kapcsolni, ez jelentős fejlődésnek mondható a 40 másodperchez képest. A visszakapcsoló képesség 20-40 msec körül van. Ha ezeket az adatokat veszszük figyelembe, akkor például egy 8 (160 msec) periódusig tartó meddőteljesítmény-igénnyel járó technikai folyamatot 6 periódus alatt ki lehet kompenzálni.

A tiszta tirisztoros berendezés alkalmazása (annak ellenére, hogy tökéletes megoldást biztosít az esetek 99%-ában) ma még viszonylag költséges, ezért lehetőség van a hagyományos és az újnak számító eljárás kombinációjára is. A felharmonikusokkal terhelt esetekben ennek méretezése és tervezése hálózati méréseket indokol a megfelelő fázisjavítási megoldás eldöntése érdekében. Azokat a fogyasztókat, melyek meddőteljesítmény-változását hagyományos módszerekkel is ki lehet kompenzálni, költségkímélési célból nem érdemes gyorskompenzációval megoldani. A gyors meddőkompenzációt csak azoknál a fogyasztóknál kell kialakítani, ahol a hagyományos megoldások nem felelnek meg a műszaki elvárásoknak.

A félvezetők alkalmazása a gyorsaságon kívül más előnyökkel is jár. Számos olyan felhasználási hely van, ahol a környezeti hatások miatt a hagyományos mágneskapcsolókat nem lehet használni, mert a környezetben szálló por vagy esetleg grafitszálak veszélyt jelentenek a kapcsolókészülékek biztonságos üzemvitelére. A mozgó alkatrészek miatt mindezen problémák elkerülhetetlenek voltak eddig. A félvezetőkben nincsenek mozgó alkatrészek, tehát a félvezetős kapcsolókészülékek alkalmazása megengedhető az eddig problémásnak ítélt helyeken.

Összegzés

A cikksorozat segítségével megismerkedhettünk a fázisjavítás hagyományos és modern formáival, részletesen elemeztük a jelenlegi villamos hálózatok általános állapotát, és megpróbáltunk segítséget nyújtani a helyes fázisjavítási forma kiválasztására.
Cikksorozatunk végén összefoglaljuk a villamos hálózatokon keletkező felharmonikusok által okozott problémák lehetséges megoldásait, szem előtt tartva, hogy minden felmerült problémára csak a megfelelő méréssorozat elvégzése és annak kiértékelése után adhatunk megfelelő választ.

A harmonikusok által okozott problémák csökkentési lehetőségei

Előző cikkünkben ismertettük a harmonikusok keletkezését, összegződését, terjedését, az általuk okozott problémákat és a mérési eljárást. Láttuk, hogy a harmonikusok által okozott problémák sokrétűek, az áramszolgáltatóknak és a fogyasztóknak közös érdeke a harmonikus torzítás értékének csökkentése. Kérdés, ki mit tehet ennek érdekében?

Fogyasztói beavatkozási lehetőségek

Kisfeszültségű fogyasztó esetében a beavatkozási lehetőségek a következők.

  1. A saját belső hálózatának átrendezése és megerősítése. Ez azt jelenti, hogy a csatlakozási ponttól külön hálózatot épít ki a nemlineáris fogyasztók részére, amelynek nullavezetőjét a fázisvezető kétszeres keresztmetszetével tervezi, és egy másik hálózatot indít a csatlakozási ponttól a lineáris fogyasztók számára, amelyet a hagyományos elvek szerint tervezhet. Így a nemlineáris fogyasztók által a belső hálózat impedanciáján okozott feszültségtorzulás nem kerül a lineáris fogyasztók tápfeszültségére, csak a csatlakozási ponttól a táppontig tartó közös szakasz feszültségtorzulását észlelik, ami kb. 30-35%-kal kisebb, mint a teljes feszültségtorzulás lenne.
  2. A zérus sorrendű harmadik harmonikus kiszűrése elválasztó transzformátorral. Földelt csillag/delta transzformátor alkalmazható arra, hogy egy nagyobb fogyasztói egység (pl. irodaház) nemlineáris fogyasztói által termelt harmadik harmonikusokat ne engedje a táphálózat felé (akár 0,4/0,4 kV-os is lehet ez az elválasztás).
  3. Passzív harmonikus szűrés. A passzív szűrő a hangolási frekvenciáján kis impedanciájú, ezért söntöli a táphálózatot a harmonikus áramra nézve, amelyre hangolt. Ez a megoldás csak ott javasolható, ahol biztosítható, hogy a szűrő ne terhelődjön túl az idegen nemlineáris fogyasztók által termelt harmonikus áramtól. Ilyen eset például az, amikor a fogyasztói csoportnak (irodaház, bevásárlóközpont) saját közép/kisfeszültségű betáplálása van. Ekkor a kisfeszültségű oldalon a betáplálási pontra telepíthető passzív szűrő, a körülmények (harmonikus áramok, középfeszültségű oldali harmonikus viszonyok, transzformátor drop, meddőteljesítmény viszonyok) pontos ismeretében.
  4. Aktív harmonikus szűrés. Az aktív harmonikus szűrés lényegében a fogyasztói áram szinuszosítása elektronikus módon. Általában impulzusszélesség- modulált (PWM) inverter a teljesítményelektronikai rész, és mikroprocesszoros automatika állítja elő a szükséges áramot, amely lényegében a torzítás ellentettjét adja hozzá a torzított áramhoz, és így eredőben közel szinuszos áramfelvételt biztosít. Az aktív szűrő alkalmazható ott is, ahol passzív szűrés nem, pl. változó frekvenciájú közbenső harmonikusok szűrésére (ilyen harmonikusai vannak például a változtatható fordulatszámú hajtásoknak (ASD), aszinkron kaszkád hajtásnak stb.). Egyetlen hátrány, hogy jelenleg még nagyon költséges.
  5. Egyik megoldásnál sem lehet elhagyni a nullavezető keresztmetszetének növelését, mivel a szűrés mindig több fogyasztóra vonatkozik, így nem gazdaságos kisteljesítményű egységként szűrni.
  6. Közép- és nagyfeszültségű nemlineáris fogyasztók esetében általában passzív és aktív harmonikus szűrés, ill. ezek kombinációja a lehetséges megoldás.

Áramszolgáltatói beavatkozási lehetőségek

Az áramszolgáltatónak a szabvány szerinti (MSZ EN 50160) minőségű feszültséget kell biztosítania. Tekintettel arra, hogy a torzítást nem az áramszolgáltató hozza létre, az áramszolgáltató feladata az, hogy a megengedett torzítási szintet szétossza a fogyasztók között, kiosztva ezzel a szűrési feladatokat is a fogyasztóknak. Ennek ellenére az áramszolgáltató is beavatkozhat közvetlen módon. A feszültségtorzulás csökkenthető minden feszültségszinten (ha a rezonancia veszélye kizárt) a tápoldal zárlati teljesítményének növelésével vagy harmonikus szűréssel (aktív vagy passzív).

Tisztelt Olvasónk!

Ha időt szakított az előző három szám fázisjavításról szóló cikkeinek elolvasására, megismerhetett minden olyan alapelvet, amely szükséges villamos hálózata megvédésére, az elvek gyakorlati alkalmazásával biztosíthatja saját hálózata MSZ EN 50160 szabványban elírtak szerinti használatát.

FázisjavításMeddő teljesítményTeljesítménytényező


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem

Kapcsolódó