Układy kompensacji mocy biernej oraz filtry

Niski współczynnik mocy biernej oraz wzrost harmonicznych bardzo negatywnie wpływają na sieć elektroenergetyczną. Generując takie zakłócenia odbiorca energii narażony jest na kary finansowe, dlatego producenci i dostawcy urządzeń energetycznych poszukują rozwiązań, by zminimalizować oba niekorzystne zjawiska i ograniczyć do minimum ryzyko płacenia kar przez użytkowników urządzeń elektrycznych.

Większość urządzeń prądu przemiennego podczas swojej normalnej pracy pobiera z sieci elektroenergetycznej energię czynną i energię bierną. Odbiór energii biernej indukcyjnej w połączeniu z dużą ilością takich urządzeń może powodować istotne obniżenie wartości współczynnika mocy cosφ. Zwiększa to straty wytwarzania i przesyłu energii, zmniejsza przepustowość układu przesyłowego oraz powoduje spadki napięć w sieci. System elektroenergetyczny nie może pracować ekonomicznie przy niskim współczynniku mocy, dlatego niezbędne jest stosowanie specjalnych rozwiązań – np. baterii kondensatorów – do kompensacji mocy biernej. Zwiększają one współczynnik mocy cosφ do wymaganych wartości.

Znaczącym problemem dla sieci energetycznej jest również wzrost harmonicznych. Jeśli ich poziom w instalacji jest zbyt wysoki, to powoduje znaczne zwiększenie strat systemowych, a także przeciążenia – włącznie z zadziałaniem zainstalowanych zabezpieczeń. Prowadzi to do zakłóceń działania, a może nawet powodować wyłączenie całej sieci energetycznej. Przyczyną tego zjawiska są odbiorniki o nieliniowej charakterystyce, takie jak falowniki, konwertery, prostowniki czy coraz powszechniej stosowane źródła światła oparte o technologię LED. W ostatnich latach urządzeń tego typu jest instalowanych coraz więcej. Jednym ze stosowanych środków zapobiegania niekorzystnym zjawiskom wyższych harmonicznych są filtry składające się z dławika oraz baterii kondensatorów.

Najkrócej mówiąc niski poziom współczynnika mocy oraz wysoki poziom harmonicznych oznacza niższą wydajność systemu zasilania oraz potencjalne straty w produkcji, spowodowane brakiem zasilania. Jednak oprócz czysto technicznej strony niepożądanych zjawisk związanych z mocą bierną i wyższymi harmonicznymi uwzględnić jeszcze należy aspekt ekonomiczny. Firmy energetyczne na całym świecie stosują kary finansowe dla odbiorców nie stosujących się do zasad opisanych w „kodach sieci”, odnośnie generowania poziomu wyższych harmonicznych lub przekraczania dopuszczalnego poziomu współczynnika mocy. Dodatkowo należy podkreślić, że bardzo często potrzeba kompensacji mocy biernej jest ściśle powiązana z koniecznością tłumienia wyższych harmonicznych. Przykładem mogą być farmy wiatrowe, gdzie mamy do czynienia z dużą liczbą odbiorników o nieliniowej charakterystyce oraz pobierających moc bierną indukcyjną.

Widać więc wyraźnie, że baterie kondensatorów, jako część układu do kompensacji mocy biernej bądź składnik filtrów wyższych harmonicznych, są istotnym elementem systemu elektroenergetycznego. Dlatego firma ABB stworzyła wiele produktów pomagających zapobiegać tym niekorzystnym zjawiskom związanym z rozwojem sieci elektroenergetycznej. Takimi rozwiązaniami są między innymi baterie kondensatorów typu EMPAC oraz ABBACUS.

Baterie kondensatorów w metalowej obudowie typu EMPAC

EMPAC to zmontowana i przetestowana fabrycznie, jednostopniowa bateria kondensatorów w metalowej obudowie, stosowana do kompensacji mocy biernej na napięcia od 1 kV do 36 kV. Bateria EMPAC przystosowana jest do pracy zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz budynków. Standardowo składa się z kondensatorów jednofazowych w konfiguracji podwójnej gwiazdy, przekładnika prądowego do zabezpieczania przed asymetrią, uziemnika oraz dławików rozruchowych. Dodatkowo bateria EMPAC może być wyposażona w wyłącznik w izolacji gazu SF6 oraz przekładniki do ochrony przetężeniowej.

Parametry techniczne:

Napięcie znamionowe	Od 1 kV do 36 kV
Moc maksymalna	10,6 Mvar przy 24 kV, 16 Mvar przy 36 kV
Konfiguracja kondensatorów	Podwójna gwiazda/pojedyncza gwiazda (na życzenie)
Stopień ochrony IP	IP 23/44
Częstotliwość	50 Hz/60 Hz
Lokalizacja	Wykonanie wnętrzowe lub napowietrzne
Prąd zwarcia	40 kA przez 1 s

Baterie kondensatorów w metalowej obudowie typu ABBACUS

ABBACUS to zmontowany i przetestowany fabrycznie układ kompensacji o budowie modułowej, złożony z wielostopniowych, przełączalnych stopni kondensatorowych, który realizuje automatyczną kompensację do zadanego poziomu współczynnika mocy. Bateria kondensatorów ABBACUS występuje w wielu wersjach i jest dostosowana do pracy na napięcia od 1 kV do 36 kV. Może być instalowana zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz budynków.

 

Moduł wejściowy baterii ABBACUS składa się z szafy sterowniczej oraz części wysokonapięciowej, która w zależności od wybranej opcji może zawierać:

• odłącznik,
• wyłącznik,
• uziemnik,
• przekładniki napięciowe,
• przekładniki prądowe,
• ograniczniki przepięć.

Do modułu wejściowego podłączone są moduły stanowiące kolejne stopnie kompensacji, które w zależności od wybranej opcji mogą zawierać:

• kondensatory,
• dławiki rozruchowe lub dławiki rozstrajające,
• bezpieczniki,
• styczniki,
• przekładniki prądowe,
• przekładniki napięciowe,
• wyłączniki.

Parametry techniczne:

Napięcie znamionowe	Od 1 kV do 36 kV
Moc maksymalna	20 Mvar
Konfiguracja baterii	Przełączalna, jedno lub wielostopniowa
Stopień ochrony IP	Do IP55
Częstotliwość	50 Hz / 60 Hz
Lokalizacja	Wykonanie wnętrzowe lub napowietrzne
Prąd zwarcia	50 kA przez 1 s

ABB