A 2015. LVII-es energiahatékonysági törvényben meghatározott

auditori és energetikai szakreferens vizsga felkészítő anyaga

2017.

II. Szakmai Alap- és szakismeretek12. Villamos rendszerek,

motorok, hajtásokHunyadi Sándor

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások• 12.1. Hálózati csatlakozások, közép- és kisfeszültségű

hálózatok, energiatakarékos transzformátorok. • 12.2. Villamos motorok (egyenáramú, aszinkron

szinkron motorok), veszteségei, hatásfoka, energiatakarékos motorok.

• 12.3. Villamos hajtások általános felépítése (villamos motor, tengelykapcsoló, hajtómű, szíj- és lánchajtás).

• 12.4. Villamos hajtások üzemeltetésének energetikai kérdései (teljesítménytényező, fázisjavítás, szabályozás – fojtás, megkerülő ág, fordulatszám változtatás), frekvenciaváltók, áraminverter, feszültséginverter.

• 12.5. Módszerek a villamos energia hatékony felhasználásra.

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.1. Hálózati csatlakozások, közép- és kisfeszültségű hálózatok, Csatlakozási módok:

NAF – Nagyfeszültségű (35-120 kV)

NAF/KÖF

KÖF - Középfeszültségű (10-35 kV)

KÖF/KIFProfilos (KÖF/KIF I.)Idősoros (KÖF/KIF III.)

KIF - Kisfeszültség (0,4 kV) Profilos (KIF I.)Vezérelt (KIF II.)Idősoros (KIF III.)

Részletesen: 15/2016. (XII. 20.) MEKH rendelet és 10/2016. (XI. 14.) MEKH rendelet (2017. január 1-től hatályos) a villamos energia rendszerhasználati díjakról és alkalmazásuk szabályairól

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.1. Hálózati csatlakozások, közép- és kisfeszültségű hálózatok, energiatakarékos transzformátorok (?)

Csatlakozási módok: Ind. meddő X%NAF – Nagyfeszültségű (35-120 kV)

(cos fi 0,928) 40%

NAF/KÖF

KÖF - Középfeszültségű (10-35 kV) (cos fi 0,958) 30%

KÖF/KIF

KIF - Kisfeszültség (0,4 kV) (cos fi 0,970) 25%

Részletesen: 15/2016. (XII. 20.) MEKH rendelet és 10/2016. (XI. 14.) MEKH rendelet (2017. január 1-től hatályos) a villamos energia rendszerhasználati díjakról és alkalmazásuk szabályairól

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.1. Hálózati csatlakozások, közép- és kisfeszültségű hálózatok, energiatakarékos transzformátorok

Transzformátorok veszteségei:

• Vasveszteség (közel állandó)

• Rézveszteség (terheléssel arányos)

A hatásfok a szekunder terhelőáram nagyságától és a szekunder terhelés cos fi értékétől függ.

Transzformátorok hatásfoka igen magas (közel 99%), részterhelésen csökken az értéke.

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.1. Hálózati csatlakozások, közép- és kisfeszültségű hálózatok, energiatakarékos transzformátorok

Transzformátor veszteségre példák (~1%):

630 kVA száraz tr. vesztesége: 1,1- 7 kW

1000 kVA száraz tr. vesztesége: 1,5- 9 kW

2500 kVA száraz tr. vesztesége: 3,1-19 kW (!)

Transzformátorok felépítése:

https://www.cee.siemens.com/web/hu/hu/diviziok/stk/Pages/Term%C3%A9kek.aspx

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok

Szinkron motorok nagyobb gépek igen jó hatásfoka, de kényesebb üzemeltetés: erőművi használat, teljesítmény elektronikával való kombinálás

• Önállóan indulni nem képes.

• Ha „kiesik” a szinkronizmusból, zárlati állapotba kerül.

• Lengésekre hajlamos.

• Gerjesztőáramot független áramforrás biztosítja ⇒meddőt képes szolgáltatni.

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok

Aszinkron motorok

(n1-n)/n1= s , szlip

ahol n1 az állórész, n a forgórész fordulatszáma

Ha s=1, akkor a gép áll, ha s=0, akkor 3000 ford./perc

p=1 (1 póluspár) esetén:

n1= f1/p = 50 Hz/1 = 50 ford./s = 50*60=3000 ford./perc

Ha szlip=2%, n= n1(1-s)=3000(1-0,02)=2940ford/perc

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok (egyenáramú, aszinkron szinkron motorok), veszteségei, hatásfoka, energiatakarékos motorokEnergiatakarékos motorokSzinkron Reluktancia motor (SynRM)• Alacsony veszteségű, nagy energiahatékonyságú• Aszinkron motorként indul, majd szinkronba ugrik• Egy próbaüzem során a SynRM motor és hajtás 75

százalékkal, 23 kilowattról (kW) 6 kW-ra mérsékelte a szivattyú energia-felvételét. Ez mindent egybevetve éves szinten mintegy 140.000 kilowattóra (kWh) megtakarítást eredményezett. (ABB)

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok (egyenáramú, aszinkron szinkron motorok), veszteségei, hatásfoka, energiatakarékos motorok

Energiatakarékos motorok

• Állandó mágnesű szinkron motorokElőny: jobb cos fi, hatásfok, kisebb méret

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok (egyenáramú, aszinkron szinkron motorok), veszteségei, hatásfoka, energiatakarékos motorok

Mi az az EU MEPS?

2011.06.16-tól az európai piacon értékesített motorok hatásfokának minimum IE2-s szabványnak kell megfelelnie . Ez alábbi motorokra vonatkozik:

0,75 - 375 kW, 2-6 pólusú motorok, 1000 V-ig 50 Hz-enfolyamatos üzemre képes motorokIEC 60034-2-1:2007 szabvány szerinti hatásfok mérés

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok

Veszteségei: (Felépítésükből adódóan)

• Vasveszteség (álló- és forgórészben)

• Rézveszteség (álló- és forgórészben)

• Légrés veszteség (álló- és forgórész között)

• Mechanikai veszteség: csapágyazás, hűtő ventillátor

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok (egyenáramú, aszinkron szinkron motorok), veszteségei, hatásfoka, energiatakarékos motorok

Mikor lépett életbe?

• 1. ütem 2011.06.16

• Minimum IE2-s szabványnak megfelelő motorok

• 2. ütem 2015.01.01

• A 7,5 - 375kW teljesítményű motoroknak meg kell felelni a IE3 hatásfok osztálynakvagy az IE2 hatásfok osztálynak, ha frekvenciaváltó van rákötve.

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok (egyenáramú, aszinkron szinkron motorok), veszteségei, hatásfoka, energiatakarékos motorok

Mikor lépett életbe?

• 3. ütem 2017.01.01

• A 0,75 - 375kW teljesítményű motoroknak meg kell felelni a IE3 hatásfok osztálynak(vagy az IE2 hatásfok osztálynak, ha frekvenciaváltóval üzemelnek)

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok (egyenáramú, aszinkron szinkron motorok), veszteségei, hatásfoka, energiatakarékos motorok

Milyen motorokra nem vonatkozik a szabvány?• Folyadékhűtéses motorok

• A motor egy termékbe van integrálva

• Az 1000m (tengerszinttől számítva) felett működő motorok

• A 40°C-nál magasabb vagy a -15°C-nál alacsonyabb környezeti hőmérsékleten működő motorok

• Füstelszívó motorok 400°C-nál magasabb környezeti hőmérsékleten működve

• Fékes motorok

• Robbanásveszélyes környezetben működő motorok

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.2. Villamos motorok hatásfoka, energiatakarékos motorok

Mennyi idő alatt térül meg?Napi 7 órás üzemet és évi 250 munkanapot feltételezve a megtérülés átlagban 4 év, míg folyamatos éves üzem esetén fél év.

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.3. Villamos hajtások általános felépítése (villamos motor, tengelykapcsoló, hajtómű, szíj- és lánchajtás)

Csigahajtóművek / VF-W típus

Homlokkerekes hajtóművek / C típus

Kúpkerekes hajtóművek / A típus

Lapos hajtóművek / F típus

Párhuzamos tengelyű hajtóművek / HDP típus

Bolygókerekes hajtóművek / 300-as típus

Precíziós bolygóművek / μ család

Kúpkerekes szöghajtóművek / HDO típus

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.4. Villamos hajtások üzemeltetésének energetikai kérdései (teljesítménytényező, fázisjavítás, szabályozás – fojtás, megkerülő ág, fordulatszám változtatás), frekvenciaváltók, áraminverter, feszültséginverter

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások– állandó nyomaték igényű hajtások

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások– változó nyomaték igényű hajtások

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások– frekvenciaváltó használata

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.5. Módszerek a villamos energia hatékony felhasználásraVillamos energia fogyasztás: E=P*t , kWh

P – felvett hatásos teljesítmény

Egyidejű teljesítmény csökkentése:részleges lekapcsolás, reteszelés, egyidejűség eltolása, csillag-delta kapcsolás, stb.AUTOMATIZÁLÁS vagy TECHNOLÓGIA

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.5. Módszerek a villamos energia hatékony felhasználásraVillamos energia fogyasztás: E=P*t , kWh

t – a P teljesítmény igénybevételének időtartama

Időtartam csökkentés: bekapcsolás vezérlés, időablak tiltás, fényérzékelés, szakaszolhatóság kiépítése, stb.AUTOMATIZÁLÁS vagy FOGYASZTÓI MAGATARTÁS Valós, hatásos energiafogyasztás csökkenés

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások12.5. Módszerek a villamos energia hatékony felhasználásraVillamos energia költség csökkentés:Beruházás igényes lehet:

• Megújuló (alternatív) energia• Energiahordozó váltás• Energia diverzifikáció, kedvezőbb energia mix• Fázisjavító berendezés telepítése

Beruházás mentesen:• Vásárlási ár csökkentése• Kedvezőbb árszabás választása• Lekötött negyedórás teljesítmény csökkentése• Tartalék betáplálás szükségességének felülvizsgálata• Fázisjavító berendezés beszabályozása

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtásokÉkszíj hajtások célja:

• Fordulatszám módosítás több tárcsaáttétel lehetséges, de a legkisebbet az ékszíj melegedése miatt szabvány határozza meg, a legnagyobbat a szíj megengedett sebessége

• Nyomaték átvitele

Ékszíjhajtás veszteségei:• Szlip (érintkező felületek súrlódása miatti hőfejlődés)

• Hiszterézis (ékszíj alakváltozás miatti hőfejlődés)

II. 12. Villamosenergia rendszerek, motorok, hajtások- IRODALOMJEGYZÉK

• [1] Büki Gergely: Energiarendszerek jellemzői és auditálásuk - Energetikai szakkönyvek, 2013 MMK kiadás

• [2] Leonardo Power Quality Initiative – Magyar Rézpiaci Központ : Rugalmas energiaellátás –A villamos-energia ellátás biztonságának növelése tartalék energia ellátással kiadvány 2003

• [3] Bihari Péter: Erőművek – BME jegyzet Budapest 2002