UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Learn more

I understand

Artykuły

Czy każda bateria kondensatorów jest tyle samo warta?

włącz .

Dlaczego nie wszystkie baterie do kompensacji mocy biernej są równie dobre?

Znaczenie odpowiedniego filtra tłumiącego

W tym artykule zobaczymy, w jaki sposób zainstalowanie baterii kondensatorów powoduje zmianę w instalacji elektrycznej. Jest to zmiana, która w przypadku złego wyboru baterii kondensatorów może zdestabilizować system na skutek harmonicznych, powodując poważne problemy w samej baterii kondensatorów i w instalacji, włącznie z przerwami w produkcji i poważnymi stratami ekonomicznymi.

Poniżej postaramy się objaśnić poszczególne częstotliwości strojenia, a także skutki nieprawidłowego wyboru strojenia oraz poradzimy, jak uniknąć tego ryzyka.

Polepszenie wydajności energetycznej za pomocą baterii kondensatorów

Poszukiwanie rozwiązań polepszających wydajność energetyczną oraz zwiększanie taryf za energię elektryczną powodują upowszechnianie kompensacji mocy biernej za pomocą baterii kondensatorów. Jednak podobnie jak w przypadku każdego urządzenia elektrycznego, opisywane baterie mają różny wpływ na instalację, w której są umieszczane. Najważniejszym efektem, oprócz poprawy zużycia energii biernej przez instalację, jest zmiana zachowania w stosunku do harmonicznych występujących w danej sieci elektrycznej. Ta zmiana może spowodować w średniookresowej perspektywie zmniejszenie kompensacji mocy biernej, destabilizację elektryczną w instalacji, a nawet przerwę w produkcji.

Instalacje elektryczne są coraz bardziej złożone, obejmując różne obciążenia indukcyjne, pojemnościowe oraz urządzenia energoelektroniczne. W takich sieciach często występują duże poziomy odkształceń harmonicznych, co spowodowało, że większość producentów automatycznych baterii kondensatorów jednomyślnie wprowadziła w swoich katalogach urządzenia specjalnie zaprojektowane do używania w tych sieciach.

Znaczenie częstotliwości strojenia w bateriach kondensatorów

Jednak brak podobnej jednomyślności w wyborze częstotliwości strojenia, oferowanego jako standardowe zarówno w automatycznych bateriach kondensatorów jak i w stałych zespołach kompensacyjnych zawierających filtry tłumiące (znane również pod nazwą filtrów odstrojonych).

W raczej rzadszym przypadku przewagi harmonicznych 3. rzędu (150 Hz w sieciach 50 Hz), oczywiście powszechnie używa się filtrów tłumiących nastrojonych na 134 Hz (współczynnik przepięć p = 14 %). Tym niemniej, w większości instalacji, gdzie wymagana jest bateria z odpowiednimi filtrami tłumiącymi do harmonicznych 5. rzędu (250 Hz w sieciach 50 Hz) lub wyższych, które są zazwyczaj generowane przez najczęstsze źródła prądów harmonicznych takie jak trójfazowe obciążenia z mostkiem prostowniczym 6-pulsowym na wejściu:(wariatory prędkości lub częstotliwości, prostowniki AC/DC, piekarniki indukcyjne itd.), proponowana różnorodność częstotliwości strojenia jest bardzo duża, generalnie obejmując zakres od 170 do 215 Hz (od p = 8,7% do p = 5,4%).

Pomimo tego, istnieją dwie wartości strojenia, które przeważają: to wartości odpowiadające współczynnikowi przepięć p = 7% (częstotliwość strojenia 189 Hz w sieciach 50 Hz) i p = 5,67% (częstotliwość strojenia 210 Hz w sieciach 50 Hz).

Z powyższego można by łatwo wywnioskować, że wybór wartości p = 7 % lub p = 5,67 % powinien być obojętny, ponieważ obie charakterystyki filtra powinny dawać ten sam efekt po jego podłączeniu do sieci elektrycznej. Jednak wcale nie jest to prawdą.

Filtry tłumiące i ich wpływ na instalacje

Aby przedstawić argumentację w tym komentarzu, przypomnimy zasadę działania filtrów tłumiących. Patrząc na wykres zależności impedancja-częstotliwość układu szeregowego dławik-kondensator, widzimy, że dla p = 7 % (Zielona linia na Rys. 1) układ zapewnia najmniejszą impedancję przy częstotliwości 189 Hz, natomiast dla p = 5,67 % (Czerwona linia na Rys. 1) układ zapewnia najmniejszą impedancję przy częstotliwości 210 Hz. W obu przypadkach, impedancja wzrasta powoli po obu stronach wykresu z tą właściwością, że przy częstotliwościach poniżej 189 Hz impedancja ma charakter pojemnościowy, natomiast przy wyższych częstotliwościach ma charakter indukcyjny. I właśnie ten indukcyjny charakter filtra przy występowaniu częstotliwości harmonicznych 5. lub wyższego rzędu zapobiega zjawisku rezonansu przy którejś ze wspomnianych częstotliwości. Jednocześnie wartość wspomnianej indukcyjności dla różnych częstotliwości harmonicznych stanowi kluczowy parametr działania filtra tłumiącego. Dlatego, na opisywanym wykresie zależności impedancja-częstotliwość na Rys. 1, można wyraźnie zobaczyć różnicę impedancji dla każdego rodzaju strojenia na częstotliwość harmoniczną 250 Hz, która - przypominamy - przeważa wśród harmonicznych napięcia i/lub częstotliwości występujących w sieciach elektrycznych. Dla p = 5,67%, wartość impedancji stanowi praktycznie połowę wartości występującej dla p = 7%.

Fig. 1 Gráfica impedancia-frecuencia de un filtro de rechazo con p = 7 % (189 Hz) y p = 5,67 % (210 Hz)

Rys. 1 Wykres zależności impedancja-częstotliwość filtra tłumiącego dla p = 7% (189 Hz) oraz p = 5,67% (210 Hz)

Jaka jest najważniejsza konsekwencja różnicy impedancji w przypadku obu rodzajów strojeń? Łatwo wywnioskować, że absorpcja prądów harmonicznych występujących w sieci będzie wyższa przy p = 5,67% niż przy p = 7%. Można by to uważać za korzystne dla instalacji, gdyby można było wysnuć wniosek, że wówczas wartość prądu harmonicznego 5. rzędu płynącego powyżej punktu przyłączenia baterii do sieci będzie niższa od prądu płynącego w przypadku baterii o analogicznej mocy dla strojenia przy p = 7 %.Jednak zarówno doświadczenie jak i fakty dotyczące charakteru większości sieci, których zachowanie jest dalekie od zachowania sieci idealnej, powodują, że tego rodzaju podejście w wielu przypadkach nie jest prawidłowe.

Stosowanie biernych filtrów harmonicznych to temat, który zawsze wymaga minimalnej analizy wstępnej, ponieważ ich zachowanie zależy od charakterystyki sieci. Zatem jeśli zamierza się przyrównać w pewnym stopniu użycie filtra nastrojonego na 210 Hz do użycia filtra nastrojonego na około 225 Hz, najczęściej spotykaną częstotliwość filtrów absorpcyjnych dla prądów harmonicznych 5. rzędu w sieciach 50 Hz, należy również uwzględnić wspomniane charakterystyki. A to zdarza się rzadko. Podsumowując, trudniej przewidzieć rzeczywisty pobór prądu harmonicznego przez baterię filtrów typu p = 5,67% niż w przypadku identycznej typu p = 7%, w przypadku gdy obie są zainstalowane w tej samej sieci.

Inne konsekwencje strojenia filtrów

Oprócz tego istnieją inne kwestie, które należy wziąć pod uwagę. Podstawowe znaczenie ma fakt, że jeśli filtr o p = 5,67% będzie charakteryzował się większym poborem prądu harmonicznego, jego elementy - przede wszystkim dławik i kondensator - powinny być odpowiednio zaprojektowane, aby wytrzymywały przeciążenie oraz natężenie i temperaturę, na jakie będą narażone. I tutaj właśnie pojawia się jeden z głównych problemów tych filtrów. W szczególnym przypadku dławików, elementy te, przy mocy równej p = 7%, jeśli tylko ta wartość stanowiła kryterium opracowania dławika, będą posiadały mniejszą wielkość i wagę, co oznacza mniejszy koszt. Ta sama logika dotyczy kondensatorów, w tym sensie, że wartość przepięcia, na które będą narażone te elementy będzie o 25% mniejsza niż w przypadku filtra o mocy p = 7%, może więc wydawać się uzasadnione stosowanie kondensatorów o mniejszym napięciu znamionowym. Ostatecznie, istnieje ryzyko, że bateria będzie musiała wytrzymać większy poziom przeciążenia harmonicznego, posiadając mniej wytrzymałe elementy składowe, co nieuchronnie doprowadzi do szybszego zniszczenia baterii w porównaniu z analogiczną baterią o mocy p = 7%.

Innym ważnym punktem, który należy wziąć pod uwagę, i który w opinii CIRCUTORA jest najbardziej istotny, jest wpływ pojemności kondensatorów na strojenie układu szeregowego dławik-kondensator według wzoru przedstawionego na Rys. 2.

Fig. 2 Fórmula para el cálculo de la frecuencia de resonancia de un circuito serie L-C

Rys. 2 Wzór na obliczenie częstotliwości rezonansowej obwodu szeregowego L-C

Łatwo wywnioskować, że zmniejszenie pojemności kondensatora spowoduje zwiększenie częstotliwości rezonansowej układu. Kondensatory to elementy, które ze względu na warunki użytkowania (napięcie, temperatura, częstość przełączania itd.), a także ze względu na naturalne niszczenie polipropylenu tworzącego dielektryk, tracą swoją pojemność na przestrzeni czasu. Ta sama utrata pojemności w filtrze o p = 5,67% i w filtrze o p = 7% powoduje, że pierwszy zbliży się dużo bardziej do częstotliwości 5. rzędu niż drugi. Jednocześnie, im bardziej się doń zbliża, tym więcej absorbuje prądu harmonicznego, na tym większe przeciążenie jest narażony i - ostatecznie - tym większe zniszczenie w nim wystąpi. Innymi słowy, margines bezpieczeństwa zapewniany przy zjawisku utraty pojemności, jest znacznie większy w filtrze o p = 7%.

Wnioski dotyczące prawidłowego wyboru baterii kondensatorów

Wniosek w tym przypadku jest jasny. To jednoznaczna rekomendacja ze strony CIRCUTORA, aby używać filtrów tłumiących o p = 7 % zamiast o p = 5,67 %, we wszystkich instalacjach, w których konieczne jest ich zastosowanie ze względu na poziom występującego odkształcenia harmonicznego.

Celem tej rekomendacji jest zmniejszyć ewidentne ryzyko, że przedwczesna utrata pojemności kondensatora wywoła poważne problemy spowodowane przetężeniami w baterii kondensatorów. Dzięki temu posiadamy więcej czasu na reakcję poprzez odpowiednie działania z zakresu obsługi, które zawsze są zalecane w przypadku wszystkich urządzeń, a także poprzez działania naprawcze, zanim uszkodzenie będzie nieodwracalne, a zatem o najgorszych skutkach ekonomicznych.

circutor32x32

Kontakt

CIRCUTOR, SA
Vial Sant Jordi s/n, 08232
Viladecavalls (Barcelona) Spain
Tel: (+34) 93 745 29 00
Fax (+34) 93 745 29 14

Wsparcie techniczne

(+34) 93 745 29 19

SAT