7. Kompenzace účiníu v průmyslových sítích 7.1 Význam ompenzace účiníu Při stále větší spotřebě eletricé energie vstupují do popředí snahy nalézt způsoby, ja snížit ztráty při přenosu a rozvodu eletricé energie. V průmyslových závodech je nejvýznamnějším způsobem šetření energie ompenzace účiníu. Průmyslová spotřeba zatěžuje síť jalovým odběrem. Nejčastěji používaným spotřebičem v průmyslu je asynchronní motor. K tomu, aby byla v motoru činná složa eletricé energie přeměněna na práci, musí motor ze sítě odebírat i jalovou složu nezbytnou vytvoření magneticého pole v motoru. Přívodní vedení e spotřebiči je pa zatěžováno nejen činnou, ale i jalovou složou proudu. Rozvodná zařízení se musí tedy dimenzovat na hodnotu zdánlivého proudu I. Přenos jalového proudu zvyšuje úbyty napětí a taé činné ztráty v rozvodu, teré jsou úměrné I 2. Vyrobí-li se jalový proud (výon) v blízosti indutivního spotřebiče, sníží se výrazně veliost zdánlivého proudu I v přívodních vedeních (obr. 7.1). Výroba jalové energie v místě nebo v blízosti její spotřeby, jejíž cílem je snížení případně zcela potlačení jalové složy proudu v rozvodných sítích, se nazývá ompenzace účiníu, nebo taé ompenzace jalového výonu. Obr. 7.1 Účine ompenzace účiníu fázorový diagram Činná složa proudu Jalová složa proudu Účiní I č I cos Ij I sin cos I č I P S - 115 -
Kompenzace účiníu se provádí paralelním připojením ompenzačního zařízení e spotřebiči. Ke ompenzaci se používají ondenzátory, synchronní ompenzátory, mezi relativně nová zařízení pa patří ativní filtry. Vliv ompenzace se projevuje jen v části soustavy mezi zdrojem a místem připojení ompenzačního zařízení (obr.7.2), avša účiní spotřebiče zůstává i po ompenzaci nezměněn. G vyompenzovaná část vedení nevyompenzovaná část vedení M zdroj spotřebič Obr. 7.2 Vliv ompenzace Kompenzací účiníu indučních spotřebičů se obecně dosáhne: - dimenzování zařízení na nižší průchozí proudy, z toho vyplývají nižší pořizovací nálady na rozvodná zařízení (např. při účiníu 0,8 jsou pořizovací nálady vyšší zhruba o 10%, při účiníu 0,6 o 45%, při účiníu 0,5 o 71% než při účiníu 1,0) - lepší využití rozvodných zařízení, z toho vyplývá oddálení investic do nových rozvodných zařízení - snížení přenosových ztrát ve vedeních a transformátorech P~ RI 2 - zlepšení napěťových poměrů U~I - zlepšení zratových poměrů v síti (nižší budicí napětí generátoru související s menším požadavem na výrobu jalové energie, má za následe i nižší nárazové a trvalé zratové proudy v síti) - odlehčení generátorů, resp. budičů, teré jsou zdrojem jalové energie. Často lze zlepšit účiní i bez ompenzace provedením těchto opatření: - použití synchronních motorů místo asynchronních (vhodné pro výony motorů 100 W a více s trvalým chodem, buzením motoru lze měnit odebíraný jalový výon ze sítě) - nahrazení málo zatížených motorů motory o menším výonu (potřeba jalového výonu se zvyšuje s rostoucím výonem motoru a je přibližně stejná, ať je motor zatížen úplně, částečně nebo vůbec. Předimenzované motory i transformátory pracují s nízým účiníem) - omezení chodu motorů a transformátorů naprázdno (při chodu naprázdno pracují stroje s nízým účiníem, např. nezatížené transformátory představují téměř čistou jalovou zátěž s účiníem 0,1 až 0,2) - připojení málo zatížených motorů na nižší napětí. - 116 -
7.2 Druhy ompenzace účiníu a její návrh Paralelní ompenzace účiníu ondenzátory se provádí těmito způsoby: 7.2.1 Jednotlivá (individuální) ompenzace Každý spotřebič indučního výonu se opatří vlastním vhodně dimenzovaným ondenzátorem. Norma ČSN 33 3080 uvádí, že se individuální ompenzaci musí dávat přednost. M motor nn M motor vn vybíjecí odpory Obr. 7.3 Připojení ompenzačních ondenzátorů motorům nn a vn Výhody: - odlehčení vedení až e spotřebiči - snížení úbytu napětí na přívodním vedení e spotřebiči - není potřeba automaticé regulace jalového výonu, výon ondenzátorů je navržen podle výonu spotřebiče - jednodušší a provozně spolehlivější než ostatní způsoby ompenzace Nevýhody: - u málo používaných spotřebičů je využití ondenzátorů nízé - nebezpečí přeompenzování u spotřebiče s měnícím se zatížením - vyšší nálady na ompenzaci, zejména při používání spotřebičů s nižším využitím - vzhledem rozptýlenému umístění ondenzátorů je ontrola a údržba ondenzátorů obtížnější - prostorová náročnost Použití: - pro motory nad 5 W s vysoým časovým využitím (pro běžné hodnoty účiníu asynchronních motorů 0,75 až 0,80 se ompenzační výon pohybuje v rozmezí 30 až 40% činného příonu motoru, což zhruba odpovídá jalovému výonu motoru v chodu naprázdno) - 117 -
- z důvodu bezpečnosti nelze použít u jeřábových motorů - u motorů s přepínáním Y-D při rozběhu se ondenzátory připojují až po sepnutí vinutí do D - od individuální ompenzace lze ustoupit při nízé době využití spotřebiče (nižší než 1000h/r) - u transformátorů z důvodu ompenzace indučního výonu naprázdno (ondenzátory se připojují mezi seundární svory a vypínač, u vstupních transformátorů připojených veřejné distribuční síti se ompenzační výon volí podle indučních ztrát naprázdno, u transformátorů s normálními plechy platí tato povinnost od veliosti 50 VA včetně a u transformátorů s orientovanými plechy od veliosti 250 VA včetně, u běžných transformátorů se volí ompenzační výon asi 5% zdánlivého výonu transformátoru). Je-li proud naprázdno menší než 3%, má transformátor orientované plechy. 7.2.2 Supinová ompenzace Kompenzační baterie se připojují na přípojnice supinového rozváděče napájejícího něoli spotřebičů. Veliost baterie je navržena na ompenzaci soudobého odebíraného výonu (ne součtu instalovaného výonu spotřebičů). Baterie je většinou rozdělena na více samostatně ovladatelných supin ondenzátorů, tzv. stupňů. Obr. 7.4 Supinová ompenzace Výhody: - lepší využití instalovaných ondenzátorů oproti individuální ompenzaci - odlehčí se vedení od vstupní rozvodny e supinovému rozváděči - 118 -
Nevýhody: - vedení od supinového rozváděče e spotřebiči není ompenzováno - nutnost opatřit ondenzátory spínacími prvy a jištěním - nutnost řízení veliosti ompenzačního výonu, tj. nutnost automaticé regulace jalového výonu Použití: - nejčastěji v rozvodu nízého napětí - supiny motorů s výonem pod 5 W, s nízým časovým využitím 7.2.3 Ústřední (centrální) ompenzace Induční výon se ompenzuje centrálně pro celý průmyslový závod připojením ondenzátorových baterií na přípojnice vstupní rozvodny nebo hlavního rozváděče. Veliost dodávaného jalového výonu se reguluje automaticy pomocí regulátorů jalového výonu. Obr. 7.5 Centrální ompenzace Výhody: - menší potřebný ompenzační výon Nevýhody: - potřeba rozváděče vybaveného regulační automatiou - rozvod uvnitř závodu je nevyompenzován Použití: - menší průmyslové závody s málo proměnlivým zatížením 7.2.4 Smíšená ompenzace Smíšená ompenzace je nejčastějším řešením ompenzace účiníu v průmyslových závodech. Napřílad v průmyslovém závodě se u velých motorů s trvalým chodem použije individuální ompenzace, u supin malých motorů s ratší dobou chodu se použije supinová ompenzace a v hlavní transformovně se doompenzuje na požadovanou hodnotu účiníu centrální ondenzátorovou baterií. - 119 -
Obecně nelze říci, terý druh ompenzace účiníu je nejvýhodnější. Obvyle se navrhne více alternativ ompenzace a posoudí se nejvýhodnější varianta z technicého i eonomicého hledisa. 7.3 Stanovení potřebného ompenzačního výonu Při návrhu ompenzace se vychází ze středních hodnot výonů a účiníu. Střední výony a účiní se určí z údajů eletroměrů naměřených za určitou dobu: A A č j Ač P P Q cos 2 2 t t A A S U nově budovaných zařízení údaje eletroměrů nejsou dispozici. Veličiny potřebné pro výpočet ompenzačního výonu se určují z instalovaného výonu, soudobosti a účiníu zařízení. Kompenzační výon musí být úměrný spotřebě jalové energie v daném provozu, max. doporučená rezerva výonu je 25 až 30%. Navržená ompenzace obvyle vyhoví při plném zatížení. Při odlehčení strojů je nutné stupeň ompenzace přeontrolovat, aby nedošlo přeompenzování. Dále bude dodržena tato indexová onvence: bez indexu stav před ompenzací, index stav po ompenzaci. Výpočet potřebného ompenzačního výonu se liší podle cíle, terý se ompenzací sleduje: Kompenzace podle požadovaného zlepšení účiníu Známe hodnoty těchto veličin: zdánlivý výon S, činný výon P, účiní cos před ompenzací a účiní cos po ompenzaci. č j Obr. 7.6 Kompenzace podle požadovaného zlepšení účiníu Z digramu je patrné, že požadovaný ompenzační výon se určí jao rozdíl mezi jalovým indučním výonem před ompenzací Q a po ompenzaci Q : Q Q Q P tg P tg P tg tg ). om - 120 - (
Kompenzace podle požadovaného zmenšení zdánlivého výonu Známe tyto veličiny: zdánlivý výon S, činný výon P, účiní cos před ompenzací a zdánlivý výon S po ompenzaci. Fázorový diagram ompenzace podle požadovaného zmenšení zdánlivého výonu je totožný s obr. 7.6. P Činný výon před i po ompenzaci je stejný. Účiní po ompenzaci cos. S Požadovaný ompenzační výon se určí jao rozdíl mezi jalovým indučním výonem před ompenzací Q a po ompenzaci Q : Q Q Q P tg P tg P tg tg ). om ( Kompenzace podle požadovaného zvětšení využití příonu Zdánlivý výon zůstane po ompenzaci stejný, činný výon se zvětší a tím se zlepší využití eletricých zařízení. Známe tyto veličiny: zdánlivý výon S a účiní cos před ompenzací a činný výon další připojované zátěže P p. Zdánlivý výon před i po ompenzaci je stejný. Účiní po připojení další zátěže P P P P p p a po ompenzaci cos. S S Obr. 7.7 Kompenzace podle požadovaného zvětšení využití příonu Požadovaný ompenzační výon se určí jao rozdíl jalového výonu po připojení další neompenzované zátěže (Q+Q p ) a jalového výonu po připojení další zátěže a po ompenzaci Q : Q ( Q Q ) Q ( P tg P tg ) ( P P ) tg om p p Jestliže chceme připojit spotřebiče stejného druhu (účiní spotřebičů cos p je shodný s účiníem stávající zátěže cos ), uvedený vztah se zjednoduší: Q P P ) ( tg tg ) om ( p Podmínou reálnosti ompenzace je, aby P+P p S. - 121 - p p
Dalšími cíli, teré ompenzace jalových výonů sleduje, jsou např. zlepšení napěťových poměrů nebo zmenšení ztrát při přenosu. Stanovení požadovaného ompenzačního výonu pro tyto účely nebudeme podrobněji uvádět. 7.4 Zařízení pro ompenzaci jalového výonu Nejčastěji používaným prostředem e ompenzaci účiníu jsou ondenzátory, resp. ondenzátorové baterie. Ke ompenzaci se používají i jiné prostředy, např. synchronní ompenzátory nebo ativní filtry. 7.4.1 Zařízení využívající ondenzátory Kompenzační rozváděče jsou rozváděče obsahující zařízení pro ompenzaci účiníu: ompenzační ondenzátory nebo baterie ondenzátorů, spínací a jisticí prvy, regulátor jalového výonu a další pomocná zařízení. Jednotlivé ondenzátory či baterie ondenzátorů jsou připojovány nebo odpojovány styači nebo vypínači e ompenzovanému zařízení podle oamžité veliosti jalového výonu. Spínání je řízeno regulátorem jalového výonu. Kompenzační zařízení v sítích s vyšším obsahem energeticého rušení jsou dále doplněna ochrannými, filtračními tlumivami nebo hradicími členy. Kompenzační ondenzátory V ompenzačních zařízeních nn jsou používány 3f ondenzátorové jednoty, jejichž 1f svity jsou zapojeny na sdružené napětí do trojúhelnía. Kondenzátory pro vn jsou provedeny jao 1f nebo jao 3f zapojené do hvězdy (jednotlivé svity jsou připojeny na fázové napětí - nižší napěťové nároy). U ompenzačních ondenzátorů je nutné sledovat jejich hlavní parametry teplotu, napětí, proud. Proud ondenzátoru je přímo úměrný napětí, mitočtu a apacitě. Přetížení ondenzátoru může vzninout buď vyšší hodnotou provozního napětí (např. při umístění v blízosti transformátoru) nebo zvýšeným napětím při výsytu vyšších harmonicých v síti. Veliost proudu ondenzátoru nesmí trvale přeročit 143% In. Z hledisa funce ompenzačního zařízení je nutné ontrolovat, zda proud ondenzátoru nelesá pod In, tj. zda nepolesla apacita ondenzátoru v důsledu poruchy nebo stárnutí. Poud dojde polesu proudu ondenzátoru o více než 20% In, je zapotřebí ondenzátor odpojit a vyměnit. Kontrolní měření se provádí nejméně jednou ročně. Dříve se používaly baterie s papírovým dieletriem. V současné době se používají ondenzátory s polypropylénovou fólií (MKV, MKP), teré mají 3 svity zapojené do trojúhelnía (starší typy 9-12 svitů) a ztráty 0,5 W/VAr (starší typy 4 W/VAr). Při poruše dieletria těchto ondenzátorů dojde samohojení (izolování pošozeného místa) a nedojde odpojení celého svitu, ja se dělo u starších typů ondenzátorů. - 122 -
Určení apacity ompenzačních ondenzátorů: Qom - zapojení do D (nejčastější zapojení): C 2 3 U Qom - zapojení do Y: C 2 U Regulátory jalového výonu Starší ompenzátory jsou ještě vybaveny eletromechanicými regulátory (např. WOR) pracujícími na principu běžných eletroměrů. Modernější eletronicé regulátory (např. RQ, ERQ) jsou v současné době nahrazovány miroprocesorovými regulátory. Většina eletronicých regulátorů neměří jalový výon ani veliost jalového proudu, ale jen časový rozdíl mezi průchody proudu a napětí nulou, tj. fázový posun. V současné době se upouští od tzv. váhového spínání, dy jednotlivé ompenzační stupně bylo možné spínat pouze v řadě za sebou. Kompenzační výon byl rozdělen do jednotlivých stupňů např. v poměrech 1:2:4:8:16, aby bylo možné co nejjemněji porýt vešeré změny jalového výonu. Moderní regulátory používají tzv. ruhové spínání. Kompenzační stupně jsou voleny zhruba stejně velé, popř. první dva stupně, teré jsou nejčastěji spínané, mají poloviční výon. Při ruhovém spínání se zásadně vypíná stupeň nejdéle zapnutý a zapíná se stupeň nejdéle vypnutý. Dochází ta e snížení průměrného počtu spínacích operací a zvýšení životnosti spínacích prvů. Vzhledem častému výsytu energeticého rušení v průmyslových sítích jsou na moderní regulátory jalového výonu ladeny podstatně vyšší nároy na jejich eletromagneticou odolnost než tomu bylo v minulosti. Spínací prvy Pro stupňovitě řízené ompenzátory nn se většinou používají styače, jejichž hlavní ontaty jsou dimenzované na spínání apacitních proudů. Tyto spínače jsou v provedení lasicém nebo s tzv. odporovým spínáním. Většinou se jedná o vzduchové styače nebo vauové styače. U ompenzátorů vn se používají vypínače. Plynule řízené ompenzátory využívají bezontatní polovodičové spínače, teré jsou tvořeny antiparalelním zapojením výonových tyristorů nebo tranzistorů. Doba reace těchto spínačů je velmi nízá (20 ms). Kompenzační zařízení se vysytují v různých provedeních: Individuálně připojené ondenzátory V současné době se používají pouze e ompenzaci jalového výonu naprázdno silových transformátorů, nebo velých motorů na hladině vn (ompenzační výon odpovídá většinou jalovému výonu motoru naprázdno). - 123 -
Kompenzace pomocí nechráněných ondenzátorů není možné použít v průmyslových sítích s vyššími úrovněmi energeticého rušení, zejména se zvýšeným obsahem vyšších harmonicých (instalovaný výon nelineárních spotřebičů přesahuje 10 až 15% celového instalovaného výonu). Stabilně připojené nechráněné ondenzátory odsávají ze sítě vyšší harmonicé proudy, tím se nadměrně zahřívají a jsou potom častým zdrojem poruch. Dále existuje možnost vzniu rezonančních jevů. V současné době se v průmyslových sítích upřednostňují chráněné ondenzátory (ondenzátory doplněné ochrannými tlumivami nebo hradicími členy). Stupňovitě spínané ompenzátory s prostými ondenzátory Tento způsob ompenzace je v současné době nejpoužívanějším v průmyslových sítích nn. Kompenzační výon je rozdělen do stupňů, jejichž připínání je řízeno regulátorem jalového výonu. Připínání dalšího stupně (ondenzátoru) je doprovázeno přechodovým dějem, jehož amplituda a frevence jsou dány počátečním napětím připínaného ondenzátoru, oamžiem sepnutí a impedancí mezi zapnutými a připínaným ondenzátorem. Tato impedance je relativně malá (ráté vodiče či přípojnice mezi jednotlivými stupni) a amplituda nabíjecího proudu je vyšší než 100-násobe jmenovitého proudu ondenzátoru. Čím je impedance obvodu menší, tím má přechodový děj vyšší frevenci a větší počáteční amplitudu. Omezení přechodového děje je možné provést vřazením vhodné impedance do série s připojovaným ondenzátorem. Trvalé připojení indučnosti do obvodu se jeví jao eonomicy i technicy náročné řešení a používá se pouze v případech, dy je nutná eliminace rezonančních jevů (viz. další odstavec). Vhodnějším řešením je použití speciálně onstruovaných styačů, tzv. styačů s odporovým spínáním, teré v první fázi přechodného děje rátodobě vřadí odpor do série s připínaným ondenzátorem. Tyto styače mají dvě sady ontatů: pomocné ontaty připojí do obvodu odpor, terý je obvyle součástí styače, po něolia miliseundách spínají hlavní ontaty, teré přelenou vřazené odpory. Na hladinách vn je tento způsob ompenzace používán zřída, neboť to vyžaduje použití speciálních regulátorů jalového výonu (regulátory používané pro hladiny nn nejsou vhodné) a zajištění správného jištění jednotlivých stupňů (lasicé proudové ochrany, např. AT31X jsou na vyšší harmonicé téměř necitlivé a v případě vzniu rezonance, dy hrozí pošození ondenzátorů, ondenzátory nechrání). Stupňovitě spínané ompenzátory s chráněnými ondenzátory Při použití nechráněných (prostých) ondenzátorů může dojít sériové rezonanci mezi ompenzačním ondenzátorem a reatancí sítě (viz. obr. 7.8). Jestliže rezonanční mitočet tohoto obvodu bude blízý mitočtu něteré vyšší harmonicé vysytující se v síti, může dojít výrazné deformaci průběhu napětí - 124 -
v místě připojení a proudovému i napěťovému přetížení ompenzačních ondenzátorů. Ve většině případů je možné rezonancím zabránit ta, že se ondenzátorům předřadí ochranná tlumiva. Dojde ta přeladění sériového obvodu reatance sítě ondenzátor s tlumivou na jiný mitočet, terý se neshoduje s mitočtem něteré vyšší harmonicé vysytující se v síti. Obr.7.8 Sériové spojení ompenzačního ondenzátoru a ochranné tlumivy Stupeň ompenzátoru je tedy tvořen sériovým spojením ompenzačního ondenzátoru a ochranné tlumivy. Tím vzniá sériový rezonanční LC obvod s výslednou mitočtovou charateristiou (obr. 7.8) a rezonančním mitočtem: 1 rez L C Ochranná tlumiva musí být navržena ta, aby rezonanční mitočet byl s dostatečnou rezervou pod mitočtem nejnižšího řádu vyšší harmonicé vysytující se v síti (obvyle pod 200 Hz). Pro záladní harmonicou (50 Hz) se tento obvod chová jao ondenzátor (obr. 7.8), pro mitočty nad rezonančním mitočtem se obvod chová jao indučnost, terá omezuje odsávání vyšších harmonicých proudů ze sítě a chrání ta ompenzační ondenzátory před proudovým přetěžováním. V těchto ompenzačních zařízeních je nutné používat ondenzátory dimenzované na vyšší jmenovité napětí, neboť vlivem vřazené indučnosti se provozní napětí ompenzačních ondenzátorů zvýší. Osvědčilo se používat v jednom zařízení minimální počet ompenzačních stupňů (2 až 3). Při návrhu rezonančního mitočtu ompenzačního ondenzátoru a ochranné tlumivy je třeba vzít v úvahu i mitočet signálu HDO používaného v dané síti. V případě, že rezonanční mitočet bude blízý mitočtu HDO, bude LC obvod pro mitočet HDO představovat velmi malou impedanci, signál HDO bude ze sítě odsáván, což se projeví většími úbyty signálního napětí v síti a snížením úrovně signálního napětí v místě připojení ompenzačního zařízení. Jestliže ochranné - 125 -
tlumivy nedoážou zabránit odsávání signálu HDO v dostatečné míře, je možné ompenzační zařízení doplnit hradicími členy (obr. 7.9). Hradicí člen je tvořen paralelním obvodem vyladěným na frevenci HDO. Pro tuto frevenci představuje velou impedanci a odsávání signálu HDO ondenzátorem je omezeno. Hradicí členy se používají i u ompenzačních zařízení s prostými (nechráněnými) ondenzátory. Podrobněji o tomto problému pojednává podniová norma energetiy PNE 33 3430-6. Obr. 7.9. Bloování ompenzačních ondenzátorů a) bloovací tlumiva b) hradící člen c) hradící člen s transformátorovou vazbou Stupňovitě spínané ompenzátory s ompenzačními filtry Vhodným navržením jednotlivých prvů sériových LC obvodů lze sestavit nejen ompenzační stupně chráněné před nebezpečným proudovým přetěžováním vyššími harmonicými, ale i stupně, jejichž rezonanční mitočet bude shodný s mitočtem něteré vysytující se vyšší harmonicé a tudíž budou úroveň této harmonicé v průmyslové síti snižovat. LC obvod ompenzuje účiní a částečně taé filtruje vyšší harmonicé, proto se tato zařízení označují pojmem ompenzační filtry. Používají se především v průmyslových sítích vn (např. pánvové oblouové LF pece, induční pece) a tam, de by se použitím ochranných tlumive nedosáhlo přípustné míry zreslení napětí vyššími harmonicými. Jednotlivé sériové LC obvody (stupně) jsou naladěny na vyšší harmonicé vysytující se ve spetru proudu ompenzovaného spotřebiče, např. 5., 7., 11. atd. Při spínání stupňů se musí stritně dodržovat pořadí jednotlivých stupňů (ompenzační filtr naladěný na nejnižší mitočet musí být odpínán jao poslední a připínán jao první). V případě, že nejprve bude připojen filtr naladěný na harmonicou nejvyššího řádu, bude tento filtr pro harmonicé proudy nižších řádů, teré ještě nejsou připojením dalších filtrů eliminovány, apacitní reatancí (obr. 7.8) a může dojít nežádoucí paralelní rezonanci s reatancí napájecí sítě. Tato rezonance může mít za následe zvýraznění něteré harmonicé složy napětí, což způsobí výraznou deformaci napětí v místě připojení spotřebiče a zvýšení rušení ostatních spotřebičů. - 126 -
Stupňovitě spínané ompenzátory s bezontatními spínači Klasicý spínací prve styač je v tomto případě nahrazen bezontatním polovodičovým spínacím prvem. Bezontatní spínání je možné využívat v ompenzačních zařízeních s chráněnými i nechráněných stupni. Masovějšímu nasazení těchto zařízení brání jejich cena odvozená od relativně technicy náročného eletronicého vybavení, teré by mělo zajistit spínání poud možno bez přechodných jevů. Plynule řízené ompenzační filtry V současné době patří mezi technicy nejdoonalejší ompenzační prostředy. Tvoří je něoli trvale připojených ompenzačních filtrů (sériový LC obvod naladěný na něterou vyšší harmonicou), nimž je připojen tzv. deompenzační člen realizovaný řízenou tlumivou. Veliost ompenzačního výonu filtrů nelze měnit zvyšováním nebo snižováním apacity ondenzátoru, neboť by došlo rozladění LC obvodu. Výsledný ompenzační výon je regulován pomocí fázově řízeného spínače napětí, na terý je připojena deompenzační tlumiva. Pomocí tlumivy lze ompenzační výon filtrů pouze snížit. deompenzační člen filtry spotřebič L 5 L 7 L 13 C 5 C 7 C 13 Obr. 7.10 Plynule řízené ompenzační filtry Toto zařízení, označované taé jao filtračně ompenzační zařízení, umožňuje nejen dynamicou ompenzaci jalového výonu, filtraci vyšších harmonicých, ale taé symetrizaci odběru a eliminaci fliru, způsobeného rychlými změnami činného i jalového odběru. Používá se pro ompenzaci eletricých svářecích zařízení. - 127 -
7.4.2 Rotační synchronní ompenzátory Synchronní ompenzátor je synchronní motor pracující bez mechanicého zatížení. Změnou jeho buzení je možné v dostatečném rozpětí měnit spotřebu či dodávu jalové energie. V přebuzeném stavu představuje synchronní motor zdroj induční jalové energie. Synchronní ompenzátory jsou především používány v přenosových a rozvodných sítích vn a vvn jao prostřede pro ompenzaci jalových výonů, regulaci napětí a udržení stability sítě. Do sítě jsou zapojovány prostřednictvím transformátoru se třemi vinutími. Oproti ondenzátorům se u synchronních ompenzátorů při polesu napětí zvyšuje odebíraný apacitní jalový výon, tím se zmenšuje úbyte napětí v síti a napětí se udržuje. V rozsáhlejších průmyslových sítích rotační ompenzátory plní funci centrální ompenzace na hlavní vstupní rozvodně. Jmenovité napětí synchronních ompenzátorů je obvyle 6 V a rozvodnám o vyšším napětí jsou připojovány přes transformátor. Jmenovité výony synchronních ompenzátorů používaných v průmyslových závodech jsou v rozmezí 5 až 15 MVAr. S ohledem na jejich dobu reace jsou vhodné e ompenzaci průmyslových sítí, jejichž odběr jalového výonu je víceméně stabilní nebo se mění bez dynamicých rázů. V ostatních případech může docházet e rátodobému nedoompenzování nebo přeompenzování, čímž se může ještě více zvýšit úroveň olísání napětí. Synchronní ompenzátory nepotlačují ani nezvýrazňují harmonicé zreslení napětí, nejsou ani zdrojem ani filtrem vyšších harmonicých. Z těchto důvodů nejsou vhodné pro ompenzaci eletricých oblouových pecí, regulovaných pohonů apod. S ohledem na provozní nálady jsou postupně v průmyslových sítích nahrazovány staticými ompenzačními prostředy. 7.4.3 Ativní filtry Ativní filtry jsou v poslední době nejčastěji disutovaným technicým prostředem pro zajištění ompatibility ve výonových systémech. Kromě ompenzace jalového výonu plní i jiné funce, např. odstranění olísání napětí, potlačení zreslení napětí vyššími harmonicými, potlačení vyšších harmonicých v síti, symetrizaci napětí. Princip a druhy zapojení ativních filtrů jsou podrobněji rozebrány v ap. 8. Ativní filtry se začínají teprve prosazovat a v současné době jsou používané především v rozvodech nn. Pro hladiny vn jsou ativní filtry ve stadiu prototypových zařízení. Problémem jsou nízé hodnoty napětí (cca 3 až 5 V), terým odolají současné výonové polovodičové součásty. Ativní filtry jao rychlé ompenzátory účiníu jsou projetovány pro výony řádově až stovy VA. Špatně navržené či provozované ompenzační zařízení může způsobit dodatečné olísání napětí, napřílad soustavným připínáním a odpínáním - 128 -
ompenzačních stupňů. V případě použití nevhodných spínacích prvů bývá ompenzační zařízení významným zdrojem impulsního rušení v celé průmyslové síti. Velmi závažným problémem je taé vzni rezonancí. Stav, dy se dostane do paralelní rezonance indutivní reatance napájecího transformátoru s apacitní reatancí ompenzačního zařízení, je v průmyslových sítích velice častým jevem. Obvyle má za následe soustavné přetěžování zařízení a zreslení napájecího napětí pro ostatní spotřebiče. Stupňovitě regulované ompenzační zařízení může v případě nevhodného použití, např. pro ompenzaci spotřebičů s rychlými změnami odebíraného jalového výonu, způsobit svým provozem podstatně vyšší olísání napětí, než způsobuje sám ompenzovaný spotřebič. Kýžený efet, snížení přenosových ztrát, se nedostaví, neboť odběr bude soustavně přeompenzovaný nebo nedoompenzovaný. Vhodně navržený a provozovaný ompenzátor může ve velé míře eliminovat negativní zpětné působení spotřebičů na napájecí síť (vyšší harmonicé, olísání napětí, nesymetrie). 7.5 Požadavy na ompenzaci jalového výonu u odběratelů Odběratelé (s výjimou odběrů pro domácnosti) musí ze záona provést taová opatření, aby odebírali eletricou energii z veřejné rozvodné soustavy s hodnotou účiníu 0,95 až 1,0 indutivního charateru, poud ve smlouvě dodavatele s odběratelem nebylo dohodnuto jina. Dodavatel neodpovídá za valitu dodávané eletricé energie odpovídající doporučeným technicým normám, poud odběratel odebírá eletricou energii s účiníem jiným než stanoveným záonem nebo dohodnutým s dodavatelem. Dodavatel (distribuční energeticá společnost) se může dyoliv měřením přesvědčit o dodržení předepsaného účiníu. Organizace provozující závodní eletrárnu se synchronními generátory je povinna v denní době dodávat do veřejné sítě eletricou energii s hodnotou účiníu 0,9, není-li smlouvou mezi organizací a distribuční společností určeno jina. Obecně platí, že odběratel nesmí dodávat jalovou energii do veřejné sítě dodavatele bez jeho souhlasu. Výjimy lze dohodnout smluvně s dodavatelem. Ceny eletricé energie jsou stanoveny pro odběry při účiníu 0,95 až 1,0 indutivního charateru. Ja již bylo uvedeno, výjimečně může dodavatel povolit i účiní jiný. Poud tato závazná hodnota účiníu nebude ze strany odběratele dodržena (nižší hodnota účiníu nebo účiní apacitního charateru), zaplatí odběratel dodavateli cenovou přirážu za ohrožení provozu soustavy a zvýšení ztrát v rozvodné síti. Tato cenová přiráža může přesáhnout i hodnotu 100% sazby za odebranou, resp. dodanou VArh. - 129 -