Eksperci odpowiadają na pytania Czytelników

Eksperci odpowiadają na pytania Czytelników

Eksperci odpowiadają na pytania Czytelników

Pytanie:

PYTANIE:Częstym tematem w mojej pracy jest kompensacja mocy biernej. Niestety, poza nielicznymi publikacjami i zdawkowymi zaleceniami z norm dla kondensatorów, nie znalazłem dokładniejszych wytycznych, których należy przestrzegać podczas wykonywania pomiarów.

Odpowiedź:

ODPOWIEDŹ: Po przeprowadzeniu montażu i instalacji dobranego układu kompensacji mocy biernej należy dokonać jego sprawdzenia. Niewątpliwie niezbędne jest wykonanie przede wszystkim pomiarów rezystancji izolacji przewodów/kabli zasilających oraz skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.

W kwestii samego układu kompensacji mocy biernej należy w pierwszej kolejności postępować zgodnie z wytycznymi producenta zawartymi w dokumentacji techniczno-ruchowej (w skrócie DTR). W wielu przypadkach zawiera ona także wymagane do wypełnienia wzory protokołów. Przy czym, wytyczne w tym zakresie obejmują zarówno oględziny, jak i pomiary. Niekiedy można spotkać się z zapisami, że wspomnianych pomiarów należy dokonać za pomocą przenośnego analizatora sieci – rejestrując między innymi wartości napięcia zasilającego, prądów w poszczególnych fazach i mocy biernej każdej z załączanych sekcji. Otrzymane wyniki należy następnie porównać z danymi znamionowymi. Często zalecane jest wspomaganie się przy tym także kamerą termowizyjną, szczególnie wtedy, gdy rozwiązanie wyposażone jest w dławiki odstrojne lub jest to układ kompensacji mocy biernej pojemnościowej (tzw. automatycznie regulowana bateria dławików). Producenci podają także czasookresy wykonywania zalecanych przeglądów i kontroli.

W wielu publikacjach branżowych można znaleźć powtarzające się informacje, że badania i po-miary eksploatacyjne baterii kondensatorów do kompensacji mocy biernej powinny obejmować kolejno: pomiary napięcia zasilającego, pomiary prądów w poszczególnych fazach, sprawdzenie ciągłości obwodów rozładowania, pomiary rezystancji izolacji między izolowanymi biegunami a obudową oraz pojemności każdego z kondensatorów. Niekiedy nie ma przy tym wzmianki o konieczności dokonywania oględzin, zaleceń, by okresowo sprawdzać wysokość rachunków za energię elektryczną, wskazania układu pomiarowo-rozliczeniowego i regulatora mocy biernej. Natomiast najczęściej pojawiającym się czasookresem wykonywania wspomnianych badań i pomiarów jest pięć lat.

W normie PN-E 04700:1998 Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych, rozdział 6.7 został poświęcony właśnie układom kompensacji mocy biernej w sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia, przy czym należy podkreślić, że głównie „klasycznym” bateriom kondensatorów (rozwiązaniom niewyposażonym w dławiki odstrojne itp.). Wspomniany rozdział zawiera 10 podpunktów nazwanych kolejno: powierzchnie rezystorów rozładowujących, rezystancje rezystorów, ciągłość obwodów rozładowania, rezystancja izolacji, rezystancja izolacji obwodów, pojemność, różnica wartości skutecznych prądów fazowych baterii kondensatorów, prąd ustalony baterii kondensatorów, przeciążenie kondensatorów, prąd udarowy.

Wytyczne zawarte w tym dokumencie w zasadzie dość dokładnie pokrywają się z tym, co możemy spotkać w wielu publikacjach branżowych, które jednak wprost do niego nie odsyłają. W praktyce bardzo ważną kwestią są często bagatelizowane oględziny. Dla przykładu, układy kompensacji mocy biernej (niezależnie czy indukcyjnej, czy pojemnościowej) nierzadko posiadają wymuszoną wentylację (wbudowane wentylatory) – w związku z tym, od czasu do czasu, warto przyjrzeć się zarówno kratkom oraz filtrom, jak i wnętrzu szafy. Z kolei współczesne regulatory mocy biernej coraz częściej wyposażane są w intuicyjne wyświetlacze ciekłokrystaliczne, dzięki czemu z ich poziomu można otrzymać szereg przydatnych informacji, na przykład o poszczególnych elementach eksploatowanego układu kompensacji mocy biernej (w tym historię zdarzeń). Te zaawansowane sterowniki posiadają często zaimplementowane algorytmy, które mogą dodatkowo optymalizować, a także zabezpieczać pracę całego rozwiązania.

Warto pamiętać o tym, że występują różne konfiguracje podłączenia kondensatorów, ich obudowy nie zawsze wykonane są z aluminium, a wartość napięcia zasilającego zmienia się w sposób ciągły, w zależności od warunków eksploatacyjnych i obciążenia sieci elektroenergetycznej (co ma oczywiście wpływ na wypadkową wartość mocy biernej). Ponadto, ze względu na odkształcenia harmoniczne coraz częściej stosuje się wspomniane dławiki odstrojne, a nierzadko w obiektach (głównie biurowych) przeważają odbiorniki energii elektrycznej o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym (w takim przypadku kondensatory w ogóle nie znajdują zastosowania).

 

Nawet właściwie dobrany, zamontowany i zainstalowany układ kompensacji mocy biernej nie powinien pozostawać bez nadzoru i opieki. Należy okresowo sprawdzać wysokość rachunków za energię elektryczną, wskazania układu pomiarowo-rozliczeniowego, regulatora mocy biernej oraz przeprowadzać przeglądy i kontrole.

Podsumowując, przeglądy i kontrole układu kompensacji mocy biernej należy wykonywać nie rzadziej niż w terminach określonych w dokumentacji techniczno-ruchowej (DTR), przy czym w przypadku braku takiej informacji na przykład raz na rok. Każdorazowo warto zwrócić uwagę na stan zabezpieczenia głównego, połączeń oraz przewodów/kabli roboczych i ochronnych, aparatury zabezpieczeniowej, aparatury łączeniowej, dławików (jeśli występują), kondensatorów (jeśli występują), regulatora mocy biernej, a także wszystkich wentylatorów. Należy zweryfikować w praktyce poprawność działania aparatury łączeniowej (tj. styczników lub łączników tyrystorowych) oraz regulatora mocy biernej, a także wentylatorów. Konieczna jest również kontrola poszczególnych wielkości. Na przykład za pomocą przenośnego analizatora sieci należy zmierzyć wartość napięcia zasilającego, prądów w poszczególnych fazach i mocy biernej kolejno załączanych sekcji, a następnie porównać zarejestrowane dane z ich wartościami znamionowymi określonymi przez producenta. Dzięki zastosowaniu wspomnianego przenośnego analizatora sieci możliwe jest otrzymanie nie tylko wartości danej wielkości, ale przede wszystkim obserwacja przebiegu jej zmian podczas załączania, pracy ustalonej i wyłączania poszczególnych sekcji. Nawet w przypadku gdy rezultat przeprowadzonego przeglądu i kontroli będzie pozytywny to nie oznacza, że o układzie kompensacji mocy biernej można już (na jakiś czas) całkowicie zapomnieć.

Zalecana jest okresowa kontrola wskazań zarówno samego regulatora mocy biernej, jak i układu pomiarowo-rozliczeniowego, najlepiej nie rzadziej niż jednokrotnie pomiędzy otrzymaniem kolejnych rachunków za energię elektryczną. Bardzo przydatnym narzędziem okazuje się prosty arkusz obliczeniowy przygotowany na przykład w programie Excel. Wpisując dane z odpowiednich rejestrów licznika (może to być np. 1.8.0 – energia czynna, 5.8.0 – energia bierna indukcyjna, 8.8.0 – energia bierna pojemnościowa), można śledzić poprawność działania zastosowanego układu kompensacji mocy biernej. Kontrolować w ten sposób, czy wartość współczynnika tgϕ jest utrzymywana poniżej poziomu 0,4 oraz czy aby nie zwiększa się wartość naliczanej energii biernej pojemnościowej.

Kompensacja mocy biernej

Układ kompensacji mocy biernej stosowany jest przede wszystkim ze względu na chęć obniżenia wysokości rachunków za energię elektryczną – wyeliminowania kar z tytułu ponadumownego poboru energii biernej indukcyjnej lub wprowadzania do sieci elektroenergetycznej mocy biernej pojemnościowej. Ponadto rozporządzenie ministra gospodarki z 4 maja 2007 r.  w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. z 2007 r. nr 93, poz. 623) warunkuje utrzymanie parametrów napięcia zasilającego w dopuszczalnych granicach jedynie w przypadku gdy odbiorca końcowy pobiera z sieci elektroenergetycznej moc czynną nie większą od mocy umownej, przy współczynniku tgφ nie większym niż 0,4. Przy czym, moc umowna to moc czynna będąca zwykle wartością maksymalną ze średnich wartości tej mocy w okresie 15 minut. Natomiast współczynnik tgφ definiuje się jako stosunek naliczonej energii biernej do energii czynnej w danym okresie rozliczeniowym. W związku z powyższym, należy zapewnić, że maksymalny poziom naliczonej energii biernej nie będzie większy niż 0,4 wartości naliczonej energii czynnej. Czyli w uproszczeniu wartość pobieranej mocy biernej nie może przekraczać 40% wartości pobieranej mocy czynnej.

Układ kompensacji mocy biernej podzielony jest zwykle na kilka sekcji. Procesem ich załączania i wyłączania kieruje zaawansowany sterownik, tzw. regulator mocy biernej. Pojedyncza sekcja składa się z odpowiednio dobranego kondensatora lub kondensatora wraz z dławikiem ostrojnym (w przypadku kompensacji mocy biernej indukcyjnej) lub samego dławika (w przypadku kompensacji mocy biernej pojemnościowej), elementu zabezpieczeniowego (rozłącznika bezpiecznikowego z odpowiednią wkładką lub wyłącznika) oraz elementu wykonawczego (dedykowanego stycznika lub łącznika tyrystorowego). Wartość mocy biernej kolejnych sekcji stanowi najczęściej wielokrotność wartości mocy biernej sekcji pierwszej. Regulator śledzi zapotrzebowanie na moc bierną w miejscu podłączenia układu i załącza niezbędną liczbę sekcji. W ten sposób moc bierna indukcyjna pobierana przez odbiorniki energii elektrycznej o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym kompensowana jest mocą bierną pojemnościową podłączonych kondensatorów lub moc bierna pojemnościowa pobierana przez odbiorniki energii elektrycznej o charakterze rezystancyjno-pojemnościowym kompensowana jest mocą bierną indukcyjną podłączonych dławików. Rozwiązanie ma na ogół zwartą konstrukcję monoblokową lub modułową.

 

 

Przydatne publikacje:

    1. PN-EN 50160:2010 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych rozporządzenie ministra gospodarki z 4 maja 2007 roku w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz.U. z 2007 r. nr 93, poz. 623).
  • PN-HD 60364-6:2016-07 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 6: Sprawdzanie.
  • PN-E 04700:1998 Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych. Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych.
  •  PN-EN 61921:2005 Kondensatory energetyczne. Baterie kondensatorów niskiego napięcia do poprawy współczynnika mocy.
  • PN-EN 61439-1:2011Rozdzielnice i sterownice niskonapięciowe. Część 1: Postanowienia ogólne.
  • PN-EN 60831-1:2014Kondensatory samoregulujące do równoległej kompensacji mocy biernej w sieciach elektroenergetycznych prądu przemiennego o napięciu znamionowym 1000 V włącznie. Część 1: Wymagania ogólne. Wykonanie, badania i ocena. Wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Wytyczne instalowania i użytkowania.
  • „Harmoniczne. Przyczyny powstawania i skutki działania. 3.1”, D. Chapman, Jakość zasilania – poradnik.
  •    „Kondensatory w środowisku o dużej zawartości harmonicznych. 3.1.2”, S. Fassbinder, Jakość zasilania – poradnik.
  •    „Jakość energii elektrycznej. Część 4 – Wyższe harmoniczne napięć i prądów”, prof. dr hab. inż. Z. Hanzelka, Twelve Electric.
  •  „Jakość energii elektrycznej. Część 6 – Proces łączenia baterii kondensatorów”, prof. dr hab. inż. Z. Hanzelka, Twelve Electric.
  •   „Podręcznik instalacji elektrycznych. Układy zabezpieczeń, sterowania i elektryczne” Przewodnik techniczny – wydanie szóste 2010, ABB.
  •  „Guide for the Design and Production of LV Power Factor Correction Cubicles”, Schneider Electric 2011.   „Jakość energii elektrycznej w odniesieniu do norm, rozporządzeń i wymagań aplikacji” W. Suliga, Instalacje elektryczne w praktyce, Aktualizacja 75, 2016.
  •   „Układy kompensacji mocy biernej w sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia” W. Suliga, Instalacje elektryczne w praktyce, Aktualizacja 82, 2016.
  •   „Pomiary jakości energii elektrycznej za pomocą przenośnego analizatora sieci” W. Suliga,
  •   Instalacje elektryczne w praktyce, Aktualizacja 90, 2017.
  •   „Kompensacja mocy biernej transformatorów – uwagi i spostrzeżenia” W. Suliga, Instalacje elektryczne w praktyce, Aktualizacja 95, 2017.   „Monitorowanie zużycia energii elektrycznej, parametrów zasilania i obciążenia budynku” W. Suliga, Instalacje elektryczne w praktyce, Aktualizacja 96, 2017.
  •   „Przykład doboru układu kompensacji mocy biernej indukcyjnej” W. Suliga, Instalacje elektryczne w praktyce, Aktualizacja 101, 2018.
  •   „Przykład doboru układu kompensacji mocy biernej pojemnościowej” W. Suliga, Instalacje elektryczne w praktyce, Aktualizacja 102, 2018.
Autor: mgr inż. Wiktor Suliga Absolwent Elektrotechniki na Politechnice Śląskiej w Gliwicach, studiów podyplomowych „Facility Management – zarządzanie budynkiem” oraz „Zarządzania projektami w przedsiębiorstwie” Autor publikacji na temat zabezpieczenia zasilania w energię elektryczną, posiadacz certyfikatu specjalisty w dziedzinie jakości energii elektrycznej pierwszego poziomu (Power Quality Expert 1st Level). Obecnie związany z ORKANUM – ENERGIA Sp. z o.o.
Słowa kluczowe:
kompensacja mocy biernej