1 Měření paralelní kompenzace v zapojení do trojúhelníku a do hvězdy pro symetrické a nesymetrické zátěže

Transkript

1 1 Měření paralelní kompenzace v zapoení do troúhelníku a do hvězdy pro symetrické a nesymetrické zátěže íle úlohy: Trofázová paralelní kompenzace e v praxi honě využívaná. Úloha studenty seznámí s vlivem zapoení kompenzační baterie na kompenzační výkon a se součinností kompenzačního zařízení se symetrickou a nesymetrickou zátěží. 1.1 Zadání Zapote třífázovou R zátěž s měřením a změřte eí parametry. Seznamte se s ovládáním panelových měřících přístroů SM a SM. Ze známých kapacit ednotlivých kompenzačních baterií (3x µf, 3x5 µf, 3x10 µf) vypočtěte eich alový kompenzační výkon. roveďte ak pro zapoení do hvězdy (Y), tak pro zapoení do troúhelníka (D). ro změřenou zátěž navrhněte nevhodněší kompenzační výkon tak, aby celkový účiník odběru byl po kompenzaci co neblíže zadané hodnotě. řipote kompenzační baterie představuící potřebný kompenzační výkon a měřením ověřte správnost návrhu. 1. Teoretický rozbor rotože kromě činné složky proudu prochází elektrizační soustavou také alová složka proudu, musí být každý prvek konstruován na proud zdánlivý, který e vektorovým součetem obou proudů steně tak, ak e tomu i u výkonů. Činný proud, který chceme odebírat ze sítě, e pevně daný konstrukcí zařízení, které použieme. Jalový výkon a emu odpovídaící alový proud však ovlivnit lze a přispěe se tím k tomu, aby celkový zdánlivý proud procházeící od zdroe ke spotřebiči byl menší. Dosáhne se tak menších ztrát na vedení a rozvodná sít nemusí být značně naddimenzovaná pro průchod nekompenzovaného zdánlivého výkonu. Většina spotřebičů připoených k sítí e induktivního charakteru a odebíraí induktivní alový proud. Abychom tento proud v ideálním případě eliminovali, musíme do obvodu zařadit kondenzátor paralelně připoený k zátěži, který má alový proud posunut o 180 proti induktivnímu alovému proudu (Obr. 1.1). Obr Schéma vedení s edním odběrem a paralelní kompenzací a odpovídaící fázorový diagram roud tekoucí do zátěže e ve fázorovém diagramu značen ako I. o připoení paralelního kondenzátoru začne téci kondenzátorem proud I, který po vektorovém součtu s proudem I dává proud I a tento proud e následně odebírán ze sítě. roud I má menší velikost než

2 proud I a tedy méně zatěžue síť, sníží se úbytek napětí a ztráty na napáecí síti. Zmenší se také fázový posuv, a tedy vzroste účiník. Matematicky vyádřeno, proud procházeící vedením se změní takto: I I I (1.1) okud činný výkon zůstane stený, tedy činná složka proudu e stená, změní se fázový posuv z na. oměr alové složky proudu procházeící vedením po kompenzaci I a alové složky proudu procházeící vedením před kompenzací I se nazývá koeficient kompenzace k: I tg k (1.) I tg a celkový proud klesne na hodnotu: cos I I cos (1.3) Úbytek napětí před kompenzací a po kompenzaci e potom (při uvažování ideálního kondenzátoru kompenzace): RI cos I sin RI cos I Zmenšení úbytku napětí e potom: ( I I RI cos I sin RI cos I sin RI ) I cos RI cos I I sin Obdobně snížení ztrát na vedení (celkových třífázových, při uvažování symetrické sítě, zátěže a kompenzace): (1.4) (1.5) cos 3 RI 3RI 3RI 1 (1.6) cos Z ekonomických a provozních důvodů se odběry kompenzuí na účiník přibližně cos = 0,95 (induktivního charakteru). ompenzační zařízení lze připoit do sítě různými způsoby. Z hlediska místa připoení rozlišueme kompenzaci individuální, skupinovou, centrální a kombinovanou. Individuální kompenzace e neednodušší způsob snížení alového výkonu. V případě individuální kompenzace e kompenzační zařízení umístěno v přímo na svorky kompenzovaného zařízení a tak se dosáhne zmenšení protékaícího alového proudu od zdroe až po kompenzovaný spotřebič. Dosáhne se tak nevyšších úspor ztrát, ale využití kompenzace e závislé na provozu kompenzovaného spotřebiče. oužívá se obvykle pro spotřebiče vyšších výkonů, které sou často v provozu. Jako příklad mohou být asynchronní motory, transformátory, kotelny, zářivková svítidla a iné. okud e individuální kompenzace neekonomická používá se skupinová kompenzace, kde e skupina spotřebičů kompenzována edním zařízením. Je to například kompenzace na podružných rozvaděčích v průmyslovém podniku. Skupinovou kompenzaci e nutné navrhovat pro soudobý odebíraný výkon, proto vychází kompenzační výkon menší a e nutné ho regulovat.

3 entrální kompenzační zařízení e umístěno v blízkosti hlavního rozvaděče a protéká ím proud celého kompenzovaného výkonu. Nevýhodou centrálního řešení e to, že alový proud od připoených spotřebičů zůstává stený. S ohledem na obvyklou variaci zátěže musí být kompenzační výkon regulovatelný. rosté kondenzátory sou základním kompenzačním prostředkem. Jeich kompenzační výkon e roven: I f (1.7) kde e napětí na kondenzátoru, f eho frekvence a kapacita kondenzátoru. ompenzátory sou v případě individuální kompenzace třífázových zařízení, nebo u skupinových či centrálních kompenzací realizovány ako třífázové symetrické, zapoené do hvězdy nebo do troúhelníku. Jeich celkový (třífázový) kompenzační výkon e dán sumou kompenzačních výkonů ednotlivých kondenzátorů zapoených na odpovídaící fázové resp. sdružené napětí: 3 i1, i (1.8) Budeme-li uvažovat symetrickou napáecí síť (symetrické napětí), můžeme celkový výkon kompenzační baterie zapoen do hvězdy, kdy budou kondenzátory připoeny na fázové napětí, vypočítat podle vztahu: Y 3 Zapoíme-li stené kondenzátory do troúhelníku, bude mít kompenzační baterie kompenzační výkon: 3 D Y (1.9) (1.10) Zapoením do D tedy získáme 3x věší kompenzační výkon než při zapoení kondenzátorů se stenou kapacitou do Y. Nicméně kondenzátory musí být na sdružené napětí, resp. na odpovídaící proud dimenzovány. V případě odběratelských síti, které sou obecně třífázové, e podstatný tzv. třífázový účiník odběru, ehož okamžitou hodnotu můžeme vypočítat ako podíl součtu fázových činných příkonů a vektorového součtu zdánlivých příkonů: cos S S S S Jestliže připoíme symetrickou kompenzační baterii o výkonu potom bude 3f účiník: cos (1.11) (1.1) 3 F otřebný 3f kompenzační výkon pro zaištění požadovaného účiníku po kompenzaci e tedy:

4 1 cos cos vedený vztah platí ak pro nesymetrické tak pro symetrické zátěže. (1.13) 1.3 Schéma zapoení měřícího pracoviště 1. část. část Obr. 1.. Schéma zapoení pro měřícího pracoviště 1.4 ostup měření 1. Zapote úlohu dle schématu (1. část). Jako zátěž použite přiložené tlumivky dvou typů (s maximálním proudem 1,8 a,15 A) a nastavitelné výkonové rezistory (s maximální odporem 50Ω a proudem 1,6 A) zapoené v každé fázi do série. Rezistory nastavte na maximální hodnotu. Nezapínete napáení silového obvodu!. řipote napáení měřících přístroů a dle přiloženého manuálu e nastavte pro měření potřebných veličin. Následně e připote komunikační linkou k, na kterém spusťte obslužný program ENVIS a dle přiloženého manuálu nakonfigurute program měření okamžitých veličin z měřících přístroů. 3. Vyčkete příchodu cvičícího, který zkontrolue zapoení a zadá parametry a konfiguraci zátěže (na výběr e zapoení zátěže s propoeným či izolovaným uzlem). oté zapněte silový obvod (připote zátěž k napáení) a pomocí měřících přístroů nastavte v každé fázi rezistory tak, aby ste dosáhli zadaných velikostí proudů v ednotlivých fázích. Nepřekračute velikost proudu 1 A! 4. Zapište si hodnoty fázorů napětí a proudů a hodnoty zdánlivých, činných a alových výkonů, včetně účiníků odběru v ednotlivých fázích na měřícím přístroi SM.

5 roveďte export fázorového diagramu z programu ENVIS v daném místě měření (SM). ři práci s programem postupute podle přiloženého manuálu. Následně vypněte napáení silového obvodu. 5. Ze známých kapacit ednotlivých kompenzačních baterií (3x µf, 3x5 µf, 3x10 µf) vypočtěte eich alový kompenzační výkon. roveďte ak pro zapoení do hvězdy (Y), tak pro zapoení do troúhelníka (D). ostupute podle teoretického rozboru. 6. ro změřenou zátěž navrhněte nevhodněší kompenzační výkon tak, aby celkový účiník odběru byl po kompenzaci co neblíže zadané hodnotě. okud není zadáno, berte ako cílovou hodnotu účiníku hodnotu 0.95 induktivní. ostupute podle teoretického rozboru. 7. řipote do obvodu vámi navržené kompenzační baterie (může být vyhovuící edna kompenzační baterie či eich kombinace paralelní práce) a správně e zapote (do Y či D) pro dosažení požadovaného kompenzačního výkonu. ostupute podle schématu. část. 8. Vyčkete příchodu cvičícího, který zkontrolue zapoení. oté zapněte silový obvod (připote zátěž s kompenzací k napáení) a zapište si hodnoty fázorů napětí a proudů a hodnoty zdánlivých, činných a alových výkonů, včetně účiníků odběru v ednotlivých fázích na měřícím přístroi SM. roveďte export fázorového diagramu z programu ENVIS v daném místě měření (SM). Hodnoty při vyhodnocení porovnete s cílovými hodnotami a s hodnotami bez kompenzace. Následně vypněte napáení silového obvodu. 9. Opakute postup v bodech 7 a 8 pro nebližší vyšší a nebližší nižší kompenzační výkon, který ste kombinací kompenzačních baterií a eich zapoením schopni dosáhnout. Shrnutí: V této úloze sme si na základě měření ověřili, princip a variabilitu stupňovité statické paralelní kompenzace pomocí kondenzátorů aplikované nesymetrickou či nesymetrickou zátěž induktivního charakteru.