NAČINI KOMPENZACIJE REAKTIVNE ENERGIJE

Predmetni profesor : Dr Željko Despotović

VISOKA ŠKOLA ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA STRUKOVNIH STUDIJA-VIŠER, BEOGRADSTUDIJSKI PROGRAM: NOVE ENERGETSKE TEHNOLOGIJESPECIALISTIČKE STUDIJEPREDMET: SPECIJALNE ELEKTRIČNE INSTALACIJE

UVOD:POJAM REAKTIVNE ENERGIJE

A-A’: NEKORISTAN PUT ŠTO SE TIČE PUTNIKA

Primer iz svakodnevnog života. Šta je za putnika koji treba da stigne izmesta A u mesto B, korisna a šta nekorisna (reaktivna) energija??

REAKTIVNA ELEKTRIČNA ENERGIJA

Reaktivna energija (ili u zapadnoj varijanti: jalova, što plastičnije opisuje njen karakter), sa stanovišta fizike je onaj deo ukupne isporučene električne energije koji se troši na uspostavljanje i održavanje magnetnog polja u električnim mašinama. Iz prethodne tvrdnje sledi da su najveći potrošači reaktivne energije elektromotori i transformatori. Ostali potrošači reaktivne energije (elektrolučne i indukcionepeći, elektrovučna postrojenja, fluorescentna rasveta….)Svoje ime reaktivna energija je dobila zbog činjenice da njena potrošnja ne doprinosi aktivnoj odnosno korisnoj snazi, ali bez potrošnje reaktivne energije električna mašina ne bi ni mogla da radi. Strogo govoreći reaktivna energija je mnogo širi pojam i javlja se i kod potrošača kao što su: frekventni regulatori, soft starteri, jednosmerni pogoni, ispravljači, itd.

PROIZVOĐAČI / POTROŠAČI REAKTIVNE ENERGIJE-Sinhroni generatori-Sinhroni kompenzatori-Nadzemni vodovi i kablovi (usled postojanja otočnihkapacitivnosti!!!)-Kondenzatorske baterije-Prigušnice

POTROŠAČI REAKTIVNE ENERGIJE

-Asinhroni motori-Transformatori-Elektrolučne peći-Indukcione peći-Elektrovučne podstanice-Rasveta (fluorescentna)

POTROŠAČI REAKTIVNE ENERGIJE

asinhroni motori transformatori

indukcione pećielektrolučne peći

fluorescentna rasveta

ASINHRONI MOTORI

Ekvivalentna šema po fazisvedena na statorsku stranu(ustaljeni režim)

Reaktivna snaga u praznom hodu: s≈0, (Rr/s)→∞

Vn

(25-35% od Pn)

Reaktivna snaga u režimu opterećenja: (Rr/s)<< Xr+Xm

Ulazna impedansa: Zul = Rs+jXs+jXm ((Rr/s)+jXr)→ Xmot ≈ Xs+(XmXr)

(pri nominalnom opterećemju 30-50% od Pn)

TRANSFORMATORI

Prazan hod: (1-3% od Sn)

Opterećenje:

(10-15% od Sn)

ELEKTROLUČNE PEĆIVN NAPAJANJE

1-naponski merni transformator2-strujni merni transformator3-VN prekidač (ručno ili automatsko UKLJ./USKLJ.)4-reaktansa (smanjenje struja KS i stabilizacija luka)5- VN transformator6-NN strujni merni transformator7-NN merni transformator8-Indukcioni mešač (mešanje tečnog metala u raznim pravcima)

RASTAVLJAČ

INDUKCIONE PEĆI

Faktor snage tipično: 0.6-0.8

ELEKTROVUČNE PODSTANICE

TRANSFORMATOR U Scottovoj SPREZI

PRETVARAČ TROFAZNOG SISTEMA NAPAJANJA U DVOFAZNI (ili JEDNOFAZNI)

U sistemu napajanja elektrovučnihvozila električnom energijom postoje:

•visokonaponski nadzemni vodovi110kV (trofazni, dvofazni jednostruki i dvostruki) za priključak EVP-a naelektroprivredni sistem,

•elektrovučne podstanice kod nas(EVP)-TS 110/25kV, 2x7,5MVA, ukupneinstalisane snage 300MVA u 20 postrojenja,

FLUORESCENTNA RASVETA

• Prigušnice se prave za standardne vrednosti i svaka sijalica ili svetiljka ima svoju prigušnicu.

• Zbog prisustva prigušnice (balasta)faktor snage je tipično 0.6

-Dug radni vek (oko 10 000 sati) ivisok svetlosni učinak (i do 100 lm/W).

-Fluocevi rade na principu električnog

pražnjenja.

-Električnim probojem izmeđuelektroda na krajevima staklene cevi, proizvodi se jedva vidljivo UV zračenje.

-Vidljiva svetlost nastaje tek kada UV

zračenje osvetli fosforni sloj koji je

nanesen po unutrašnjosti staklenecevi.

-Za start i rad, sve fluocevi koriste

predspojne uređaje. Staklena cev sadrži nekoliko miligrama žive i inertni gas, tipično argon. Na krajevima cevi su žarne elektrode, priključene na AC napon.

• Elektroni koji protiču kroz cev će se sudarati sa atomima žive i tako pobuditi elektrone.

• Kad se elektron vrati na originalni energetski nivo, oslobodiće foton.

• Tipično za živu je UV svetlost od 253 nm(65%) i 185 nm (oko 15%).

FAKTORI SNAGE ZA NEKE KARAKTERISTIČNE POTROŠAČE

Potrošač Faktor snageElektromotor 0.85-0.93Fluorescentne cevi 0.50-0.90Ispravljači 0.70-0.90Indukcione peći 0.60-0.80Prese za plastiku 0.70-0.90

PROIZVOĐAČI / POTROŠAČI REAKTIVNE ENERGIJE

-Sinhroni generatori-Sinhroni kompenzatori-Nadzemni vodovi i kablovi (usled postojanja otočnihkapacitivnosti!!!)-Kondenzatorske baterije-Prigušnice

SINHRONI GENERATORIPOGONSKA KARTA SINHRONE MAŠINE (P,Q)=0

E E

P

P

Sn

Promena PROIZVODNJE/POTROŠNJE reaktivne snage: uz konstantnu pobudui napon generatora , Q se može povećati samo ako je P<Pn i cosφ < cosφn(NIJE EKONOMIČNO)Sa porastom napona na sabirnicama generatora pri P=Pn i I=In, cosφ se mora smanjiti, odnosno dolazi do povećanja Q, i obrnuto sa smanjenjem napona , cosφ se mora povećati, odnosno dolazi do smanjenja Q

SINHRONI KOMPENZATORI-Sinhroni kompenzator je sinhrona mašina koja može proizvoditi ali i trošiti reaktivnu snagu (energiju)-Razlikujemo dva režima rada: induktivni i kapacitivni

podpobuđeni režim rada nadpobuđeni režim rada

POZITIVAN REGULACIONI EFEKAT: sa smanjenjem napona u mreži proizvodi se više reaktivne snage i obrnuto

PRIMENA JE EKONOMIČNA ZA VEĆE SNAGE (centralna kompenzacija)

DIMENZIONISANJE SINHRONOG KOMPENZATORA

MAX induktivna struja (za E=0):

MAX kapacitivna struja (teoretski za E=∞):

Ova struja je ipak ograničena zagrevanjem namotaja sinhrone mašine pa jerealan odnos induktivne i kapacitivne struje:

PREDNOSTI: jednostavna i kontinualana regulacija, može proizvoditi i trošitireaktivnu snagu, pozitivan regulacioni efekat (sa smanjenjem napona u mrežiproizvodi se više reaktivne snage i obrnuto)

NEDOSTACI: manja pouzdanost u pogonu zbog rotacionih delova i pomoćnihuređaja, veći gubici aktivne snage Pγ ≈ 2-5% od Qn, problemi sinhronizacije i ispadi usled neadekvatne sinhronizacije

NADZEMNI VODOVI I KABLOVINadzemni vodovi i kablovi su sistemi sa RASPODELJENIM PARAMETRIMANadzemni vodovi kablovi su opisani odgovarajućim parametrimakoji zavise od tipa voda (vazdušni ili kablovski), materijala od kojih je sačinjen vod, geometrije voda i sl.Parametri voda nisu konstante u pravom smislu reči, već mogu biti promenljivi u zavisnosti od temperature, vlažnosti, pritiska ...Parametri voda se daju po jedinici dužine

r (Ω/km) - podužna otpornostl (H/km) - podužna induktivnost g (S/km) - podužna provodnostc (F/km) - podužna kapacitivnost

Parametri r i g su “tople konstante” (kod kojih je dominantan Džulov toplotni efekat)Parametri l i c su “hladne konstante”. Parametri se obično daju za direktni sistem jer vod kao pasivna mreža ima jednake direktnu i inverznu komponentu podužnih impedansiTrofazni elektroenergetski vodi se može predstaviti MONOFAZNO ako je simetričan (sve tri faze imaju identične električne karakteristike, struje i naponi pomereni za 120°-tzv. pogonska simetričnost)

ODVODNOSTI U VODOVIMA i KABLOVIMA

ODVODNOST=podužna odvodnost x dužinaG = g· LB=ωC·L (kapacitivna odvodnost)

Ukupnu odvodnost na vodu možemo prikazati kao G=G1+G2, G1=Go+GdGo- odvodnost usled strujnog provođenja izolacije (obrnuto proporcionalnaotporu izolacije; r izol ≈20-30MΩ/km,f); go≈0.05μS/km, fazi, bo ≈50 go

Otpornost izolacije je funkcija napona, vremenskih uslova, stanja izolacionepovršine, njene zaprljanosti….Gd-odvodnost usled gubitaka u dielektrikuG2-odvodnost usled korone

Prelazni režimi: dominiraju l i cUstaljeni režim: dominiraju r i g

-ODVODNOST se može definisatii kao odnos gubitaka po jedinici dužine vodai kvadrata faznog napona-Struje odvoda teku između samih provodnika i između provodnika i “zemlje”, a najčešće po površini izolatora ako su zaprljani ili ovlaženi. Kod nadzemnih vodovapri kiši i kada su zaprljani izolatori odvodnosti rastu i do 100puta.-Kod nadzemnih vodova g=0.1uS/km,f dok je kod kablova g=0.05ωC ≈3uS/km,f

ODVODNOST USLED KORONE•Kada jačina električnog polja na površini provodnika prekorači električnučvrstoću vazduha (20-30kV/cm) dolazi do električnog pražnjenja u bliziniprovodnika, a koje je praćeno:

-povećanim gubicima snage i energije-emisije EM talasa-pucketanje vazduha (audio efekti)-generisanje ozona-smetnje RTV talasa

•Vazduh je uvek malo jonizovan oko provodnika dalekovoda•Radi većeg rastojanja između provodnika vazdušnih vodova retko dolazi do korone (čak i ako se napon digne dovoljno visoko), ali vrlo često dolazi do tzv.tinjavog pražnjenja.

KORONA SE MANIFESTUJE VIZUELNO KAO LJUBIČASTI VENAC KOJI SVETLUCA OKO PROVODNIKA. Čuje se pucketanje i oseća prisustvo ozona.U slučaju naizmeničnog napona to traje dok je napon oko MAX vrednosti.Tako da se tinjavo pražnjenje ciklično ponavlja u ritmu sinusoide i proizvodiEM talase koji prave smetnje RTV prijemnicima Ozon koji nastaje uz površinuprovodnika ubrzava koroziju.

ZANIMLJIVO JE DA KORONA APSORBUJE ATMOSFERSKE PRENAPONE!!!

KORONA ABSORBUJE ATMOSFERSKE PRENAPONE!!

korona

IDEALNI VODIDEALNI VOD je vod kod koga se zanemaruju “vrući” parametri (r,g) a dominiraju “hladni” parametri (l,c)Idealni vodovi su bitni za kvalitativno shvatanje nekih pojava u prenosu VN vodovi (kod kojih je izolacija relativno dobra) se mogu približno smatrati idealnim

Za f=50Hz, ωo=2π·50=314rad/s, βo≈1mrad/kmSVAKIH 100km faza kod idealnog voda se poveća za 6°

IDEALNI VOD U PRAZNOM HODU-FERANTIJEV EFEKAT

Ako je vod dužine L=500km napon na kraju voda je veći za oko 15% od napona na početku voda. Ovo povišenje napona se naziva Ferantijev efekat na vodu. Povećanje napona na kraju voda jesrazmerno dužini voda. Za vodove do 400km Ferantijev efekat ne predstavlja opasnost.Za svaki nominalni napon VN vodova se propisuje MAX dozvoljeni naponu datoj mreži (izolacioni nivo)

Vn(kV) 10 35 110 220 400 700

Vmax(kV) 12 38.5 123 242 420 735

NA RAČUN ČEGA NASTAJE POVIŠENJE NAPONA NA KRAJU VODA KOJI JE U PRAZNOM HODU?

Povišenje napona na kraju voda u praznom hodu, nastaje na račun proizvedene kapacitivne snage.Suština Ferantijevog efekta je sumarno dejstvo skupa l-c kola koja su kaskadno povezana

Idealnim vodom u praznom hodu se ne prenosi aktivna snaga. Reaktivna snagakoju vod uzima od izvora je ustvari negativna (formula gore) što ustvari znači da vod vraća reaktivnu snagu u izvor (grupa G-T). Zato se i kaže da je Ferantijevefekat pojava koja nastaje na račun proizvedene kapacitivne snage u svakom od “elementarnih” l-c kola kaskadno povezanih.

ŠTA SE DEŠAVA PRIKLJUČENJEM bloka G-T na VOD U PRAZNOM HODU?

Generator+Transformator

Prilikom priključenja bloka G-T na vod u praznom hodu došlo bi do rezonancije. Ustvari pored rasipne induktivnosti transformatora Xt, značajan uticaj u kolu imainduktivnost magnećenja Xm koja je nelinearna funkcija struje. U tom slučaju dolazido tzv. paralelne FEROREZONANCE i stvaranja prenaponskih talasa na vodu. Izovih razloga blok G-T nebi smeo biti priključen na vod u praznom hodu.

Paralelna ferorezonanca

Otvoreni vod je u principu kapacitet (za vodove dužine do 1500km) tj. kapacitivno opterećenje generatora E.U praznom hodu voda dolazi do stalne razmene energijeizmeđu podužnih kapacitivnosti i podužnih induktivnosti voda, odnosno do pretvaranja električne energije u kondenzatorima (~U²) u magnetnu energijuinduktivnosti voda (~I²).

Otočna provodnost jωB(recipročna vrednostkapacitivne impedanse)je različita za kablovei nadzemne vodove

TIPIČNO: Za nadzemni vod220kV, L=200kmB=3.61μS/km/fazi

Otočne kapacitivnostisu generatori reaktivneenergije Qv1 i Qv2

Qv1 Qv2

“Π” ekvivalentna šema voda

KONDENZATORSKE BATERIJE

P2, Q2

opterećenje

Uticaj kondenzatorske baterije na regulaciju napona:

-pri V1=const povećanje P i(ili ) Q dovodi do smanjenja napona V2

-pri povećanju reaktivne snage opterećenja da bi bio V2=const potrebna je baterija određene vrednosti koja će generisati reaktivnu snagu Qc

-pri povećanju aktivne snage opterećenja da bi bio V2=const , važi sličan zaključak kao u prethodnom slučaju

POVEĆANJE REAKTIVNE SNAGE OPTEREĆENJA

uslov V2=const

P2, Q2

opterećenje

FAZORSKI DIJAGRAM

KONDENZATOR (KONDENZATORSKABATERIJA) IMA ULOGU SMANJENJA UGLA SNAGE, ODNOSNO POPRAVKUFAKTORA SNAGE

POVEĆANJE AKTIVNE SNAGE OPTEREĆENJA

P2, Q2

opterećenje

PAD NAPONA:

V1=(R+jX)·I + V2

S2=V2·I* => I=S2*/V2

V2=V2

S2 = P2 + jQ2

S*2 = P2 - jQ2

aktivna komponenta pada napona

•Početno stanje

•Novo stanje sa većom aktivnom snagom i za V2=const

•Snaga kondenzatorske baterije

ZAKLJUČAK

P2, Q2

opterećenje

•Početno stanje

•Novo stanje sa većom aktivnom snagom i za V2=const

•Snaga kondenzatorske baterije

•PRENOSNIM VODOM SE PRENOSI VEĆA AKTIVNA ALI MANJA REAKTIVNASNAGA

•Za veći odnos X/R uz istu promenu ΔP potrebna je manja snaga Qc!!!!!!•KOMPENZACIJA NA VISOKONAPONSKOJ STRANI IMA VIŠE EFEKTA!!!!

IZBOR MESTA UGRADNJE KONDENZATORSKE BATERIJE

Na NN strani

Na VN strani

SPREGE POVEZIVANJA KONDENZATORSKIH BATERIJA

Y Δ

U prethodnim primerima smo videli da su pojmoviaktivne i reaktivne energije usko povezani sa aktivnomi reaktivnom snagom

Proračun kompenzatora reaktivne energije se ustvari svodi naproračune tokova i prenosa aktivnih i reaktivnih snaga.

Kompleksna prividna snaga S=P+jQ koja je kompleksni zbiraktivne i reaktivne snage utiče na struju koja se prenosivodovima i stoga utiče na dimenzionisanje vodova i utrošakbakra (aluminijuma)

REAKTIVNA ENERGIJA-problemiI) PRIMER: TIPIČAN cosφ=0.8 za ASINHRONE MOTORE, MOTOR SNAGE npr.10kW,

svakog sata utroši 10kWh aktivne energije i 7.5kVArh reaktivne energije, 10kW se pretvori u rad, dok se 7.5kVAr se utroši da bi se izvršila magnetizacija polova motora (krajnji potrošač nema nikakvu direktnu korist od ove energije a mora je plati!!!!!!)

II) REAKTIVNA ENERGIJA MORA DA SE TRANSPORTUJE OD MESTA PROIZVODNJE (GENERATOR-TRANSFORMATOR-VOD-POTROŠAČ) I ZAUZIMA KAPACITET KABLA (Za pomenuti motor od 10kW struja koja potiče od aktivne energije iznosi oko 25A, a od reaktivne energije oko 19A, tako da ukupno kroz napojni vod protiče oko 45A i doprinosi povećanju otpornih gubitaka u vodu i njegovo grejanje). Posledice zagrevanja voda (kabla) su veći pad napona koji raste sa njegovom dužinom.

Potreban presek provodnika ako je potrošač u potpunostikompenzovan - cosφ=1

Prisustvo reaktivne komponente (crvena boja) je zauzela oko 40% potrebnog kapaciteta- cosφ=0.8

KOMPENZACIJA REAKTIVNE ENERGIJE

•Pod kompenzacijom reaktivne energije podrazumeva se instalacija opreme koja generiše reaktivnu energiju na mestu montaže i time kompenzuje potrošnju reaktivne energije u pogonu. •Ovim se drastično smanjuje količina preuzete reaktivne energije iz mreže, a time i računi za utrošenu reaktivnu energiju. •Troškovi za reaktivnu energiju tipično čine oko 15 % ukupnog računa za električnu energiju. •Kompenzacijom reaktivne snage ova kompletna stavka bi trebalo da bude skoro potpuno eliminisana. •Cene opreme za kompenzaciju su takve da se ova investicija isplati u roku od 6 meseci do 2 godine.

PRIMER:

Obračun energije kod EDB preduzeća se svodi na:

-potrošnju aktivne energije (kWh)-potrošnju reaktivne energije (kVAr)

Ako potrošnja reaktivne energije prekorači besplatnu količinu od 50% aktivneenergije, tada se mora platiti prekoračenje utrošene reaktivne energije.

Tipične vrednostu potrošnje :

-potrošnja aktivne energije 9200 kWh/mesečno-potrošnja reaktivne energije 11200 kVArh/mesečno-besplatna količina reaktivne energije 4800 kVArh/mesečno-reaktivna energija za naplatu 6600 kVArh/mesečno

Napojni vod od izvora do prijemnika je opterećen aktivnom i reaktivnom strujomAko želimo da rasteretimo napojni vod i izvore na početkuvoda (transformatore i generatore) potrebno je u neposrednojblizini prijemnika ugraditi kompenzatore odnosno izvorereaktivne struje, koja je potebna prijemnicima (elektromotori, transformatori, prigušnice,…)Kompenzacija se najčešće vrši pomoću kondenzatorskihbaterija koje se nazivaju statički kompenzatori ili pomoćuspecijalnih električnih mašina koje se nazivaju obrtnikompenzatori (najčešće sinhroni kompenzatori)

OPTEREĆENJE VODA ODNOSNO IZVORA

•U slučaju (1) vod odnosno izvor su opterećeni aktivnom snagom P i reaktivnomsnagom Q•U slučaju (2) vod odnosno izvor su opterećeni aktivnom snagom•Prividna snaga S veća kod nekompenzovanog prijemnika a manja kodkompenzovanog•Pošto se vodom prenosi prividna snaga to će u slučaju (2) izvršene kompenzacijevod biti manje opterećen, a samim tim i potreban presek provodnika voda će biti

manji (ovim se postiže ušteda u izgradnji napojnog voda)•Slučaj (2) je tzv. TOTALNA KOMPENZACIJA i ona ima teoretski karakter•Kako izgleda stvarna (praktična) kompenzacija koja se zahteva od EDB

(1) (2)

PRIKAZ STVARNOG OPTEREĆENJA VODA

Elektrodistribucija (EDB) običnone zahteva totalnu kompenzaciju.Razlozi??

Q1-reaktivna snaga koju prijemnikdobija od izvora

Q2- reaktivna snaga koju prijemnikdobija od kompenzatora

P-aktivna snaga koju koristiprijemnik

Kompenzacija koja se uslovljava od EDBradi racionalnog opterećenja napojnihvodova i mreža najčešće zahteva da faktorsnage nakon kompenzacije bude u opsegu0.92-0.95

ZAŠTO JE POTREBNO IZVRŠITI KOMPENZACIJU REAKTIVNE ENERGIJE? ?

DOBIT ZA POTROŠAČA: Potrošači koji u svom računu imaju stavku za reaktivnu energiju imaju direktnu finansijsku dobit (nakon izvršene kompenzacije reaktivneenergije iz računa se eliminiše stavka koja se odnosi na reaktivnu energiju ili se značajno umanjuje). Uloženi novac za kompenzaciju reaktivne energije se vraća u periodu eksploatacije višestruko (od 10-15) puta.

DOBIT ZA EES: Kompenzacijom reaktivne energije se smanjuje ukupna struja umreži za vrednost reaktivne struje, smanjuje se opterećenje transformatora, povećava se stabilnost elektroenergetskog sistema (EES), sigurnost snabdevanja potrošača i na kraju smanjenje tehničkih gubitaka aktivne energije u celom EES-u.

POVEĆANJE EFIKASNOSTI NAPOJNE MREŽE

FAZORSKI DIJAGRAM OPTEREĆENJA

PRORAČUN REAKTIVNE SNAGE KOMPENZACIJE MOŽE IZVRŠITI IPREKO TABLIČNIH VREDNOSTI OBIČNO SE U TABELI DAJE VREDNOST KOEFICIJENTA k= tgφ1- tgφ2 = tgφuredjaja- tgφželjeno

Qb= P·(tgφ1- tgφ2) =k ·P Koeficijent k se određuje zavisno od odnosa kompenzacije snage sa faktora snage uređaja cosφ1

na željeni faktor snage cosφ2TABELA

AKO KAO PODATAK O MOTORU IMAMO SNAGU NA VRATILU ONDA MOŽEMO PRIBLIŽNO NAĆI STEPEN ISKORIŠĆENJA I NJEGOVFAKTOR SNAGE, η i COS φ NA OSNOVU NIHOVIH ZAVISNOSTI OD SNAGE MOTORA ( ZA BROJ OBRTAJA nn ≈1480 ob/min

Vrednosti , η i COS φ u funkciji snage motora

Podaci za elektromotore prema“Siemens Electrical Engineering Handbook”

Asinhroni motori za n=1500 ob/min η cosφ

KONSTRUKCIJA SNAGA (kW) % -

sa kliznimprstenovima

11-100 86-93 0.79-0.87

100-500 93-95 0.87-0.91

kratko spojeni(kavezni)

ispod 1do 11do 132do 400

53-7474-8888-9595-97

0.67-0.780.81-0.850.86-0.880.88-0.89

BATERIJE KONDENZATORA SE IZRAĐUJU U NAJČEŠĆE TIPSKIMJEDINICAMA KOJE SU DATE U NIZU:2.5 – 5 – 10 – 12.5 – 25 -50 -75 kVAr……

Stoga se u zavisnosti od pogona koji se kompenzuje i ovih vrednosti iz nizavrši konačan izbor baterija kondenzatora za kompenzaciju

Tako na primer ako je zahtevana vrednost snage kompenzacije na primer Qb=182kVAr za kompenzaciju je potrebno uzeti tipizirane vrednostikondenzatorskih baterija u kombinaciji:

Qb=2x50 + 4x25= 200kVAr

Nakon ovoga je potrebno izvršiti dve provere da slučajno ne dolazi do prekompenzacije i do pojave paralelne rezonancije!!!!!

1.Uslov da ne dolazi do pojave prekompenzacije je da reaktivna snagaprijemnika Qp ≥ Qb

2.Uslov da ne dolazi do pojave rezonancije Qb (kVAr) < 0.35·Pm(kW)/η

ZBOG ČEGA DOLAZI DO POJAVE PARALELNE REZONACIJE???

UKOLIKO JE KOMPENZACIJA PREVELIKA MOŽE DOĆI DO POJAVE PARALELNE ANTIREZONANCE, ODNOSNO DO POVEĆANJA NAPONA NA MESTU PRIJEMNIKA. OVO POVEĆENJE NAPONA JE OPASNO KAKO ZA PRIJEMNIK TAKO I ZA KONDENZATORSKU BATERIJU

slučaj se svodina vod u praznom hodu!!!!

TIPIČAN ISKUSTVENI PRIMER ZA ELEKTROMOTOR KAO POTROŠAČ:

-DA BI SE SPREČILO POVEĆENJE NAPONA USLED PARALELNE ANTI REZONANCE NAZIVNA SNAGA KONDENZATORSKE BATERIJE NE SME DA PREĐE 90% PRIVIDNE SNAGE KOJU POTROŠAČ (ELEKTROMOTOR) UZIMA U PRAZNOM HODU.

-OVAJ USLOV JE EKVIVALENTAN PRAKTIČNOM USLOVU

DA NAZIVNA SNAGA KONDENZATORSKE BATERIJE U (kVAr) NE SME DA PREĐE VIŠE OD 35% NOMINALNE ELEKTRIČNE SNAGE U (kW) ZA TRAJNO OPTEREĆENJE:

Qb (kVAr) < 0.35·Pm(kW)/η

TIPOVI KOMPENZACIJE REAKTIVNE SNAGE (ENERGIJE)

Da bi se postigla što racionalnijakompenzacija reaktivne snage(energije) primenjuju se tri vrste kompenzacije:

POJEDINAČNAGRUPNA CENTRALNA

POJEDINAČNA KOMPENZACIJA se koristi kod uređaja kao što suelektromotori i transformatori uz uslov da je:

-opterećenje stalno (relativno velika srednjapotrošnja)-faktor snage približno stalan-relativno dugo trajanje uključenosti potrošača

PREDNOSTI:-kondenzatori za kompenzaciju se ugrađuju neposredno na priključkepotrošača-zaštitni i prekidački elementi su zajednički za bateriju i potrošač

PRIMENA OVE KOMPENZACIJE SE OSTVARUJE KOD ASINHRONIH MOTORAKOJI IMAJU PRIBLIŽNO STALNO OPTEREĆENJE (pumpe, ventilatori, kompresori,razni mlinovi)

ZA OVAJ TIP KOMPENZACIJE PORED PRIKAZANE METODOLOGIJE PRORAČUNA MOŽE SE KORISTITI I ISKUSTVENI IZRAZ:

NIJE DOZVOLJENA POJEDINAČNA KOMPENZACIJA ELEKTROMOTORA KOJI POGONE TRANSPORTNE MAŠINE, KRANOVE, DIZALICE... i sl., JER POSTOJI OPASNOST DA NAKON NJIHOVOG ISKLJUČENJA, DOĐE DO NASTAVKA NJIHOVOG RADA USLED AKUMULIRANE ENERGIJE U KONDENZATORIMA ZA KOMPENZACIJU!!!!!!

ŠTA JE SA POJEDINAČNOM KOMPENZACIJOM TRANSFORMATORA?

-Pojedinačna kompenzacija kod transformatora se primenjuje u zavisnostiod primarnog napona (podaci u tabeli za transformatore 100-1000kVA)

Prividnasnaga Sn

(kVA)

Naponkratkog spoja

(%)

REAKTIVNA SNAGA (kVAr) SNAGA KONDENZATORA

Qc(kVAr)

U praznomhodu Qo(kVAr)

Kodopterećenja

Qtr(kVAr)100 4 3.5 7.5 7.5160 4 5.0 11.4 12.5250 4 7.0 17.0 15.0400 4 10.0 26.0 25.0500 4 12.0 32.0 30.0630 4 14.5 40.0 40.0800 6 17.0 49.0 50.0

1000 6 20.0 80.0 75.0

-NE TREBA UZIMATI VEĆE VREDNOSTI KONDENZATORA ZA KOMPENZACIJU TRANSFORMATORA JER MOŽE DA SE JAVI NAPONSKA REZONANCA IZMEĐU INDUKTIVNOSTI TRANSFORMATORA I KAPACITIVNOSTI KONDENZATORA -KAO POSLEDICA OVOGA MOŽE SE POJAVITI POVEĆAN NAPON NAROČITO KADA JE TRANSFORMATOR MALO OPTEREĆEN; OVU KOMPENZACIJU TREBA PRIMENJIVATI KOD TRANSFORMATORA KOJI SU NEPREKIDNO OPTEREĆENI BAR sa 50% SNAGE.

POJEDINAČNA KOMPENZACIJA ELEKTROMOTORA SA DIREKTNIMUPUŠTANJEM I PREKO PREBACIVAČA “ZVEZDA-TROUGAO”

K1, K2-sprega “zvezda”K1,K3-sprega “trougao”

Kada treba uključitikondenzatorsku bateriju C1?

Direktno upuštanje:Uključenjem motorase uključuje istovremenoi baterija kondenzatora

Kod grupne kompenzacije kompenzuju se više induktivnih potrošača kojisu istovremeno u radu.

Kompenzaciju možemo izvršiti s jednom kondenzatorskom baterijom ilikompenzacionim uređajem.

Ovaj način kompenzacije je posebno pogodan za grupe manjih motora.

Obično se kod takvih potrošaća potrošnja reaktivne energija menja, takoda kompenzacioni uređaj podelimo na više manjih.

Ako se potrošači pojedinačno uključuju, tada mora i kondenzatorsadržati sklopni uređaj (kondenzatorski kontaktor), koj se uključuje samoonda kad su svi potrošači u pogonu (da ne bi došlo do neželjeneprekompenzacije) ili se instalira regulacioni uređaj za kompenzaciju.

Za pravilno dimezionisanje kondenzatorskih jedinica potreban je dnevniradni dijagram (induktivnih potrošača).

Kod grupne kompenzacije reaktivna energija i gubitci smanjuju se samourazdelnim vodovima, a ne u vodovime između razdelnika i potrošača.

GRUPNA KOMPENZACIJA

CENTRALNA KOMPENZACIJAPogoni sa promenjlivim potrebama reaktivne energije ne dopuštaju fiksnu kompenzaciju, obzirom da može doći do neekonomične potkompenzacije ili opasne prekompenzacije. Potrebna snaga kondenzatora mora se dakle prilagoditi promenjlivim potrebama reaktivneenergije. U ovom slučaju primenjuje se centralna kompenzacija. Centralnokompenzaciono postrojenje priključuje se neposredno na glavne sabirnice za ceo pogon.

Za centralnu kompenzaciju koriste se regulacione jedinice reaktivne energije, koje su direkno priključenesklopnom postrojenju, razdelniku ili podrazdelniku. Regulacione kompenzacijske jedinice sadrže : kondenzatore, kondenzatorske kontaktore i regulator reaktivne energije, koji na mestu napajanja merireaktivnu energiju. Kod odstupanja izmerene i zadate vrednosti faktora snage (cosφk - cosφl = ± Δ cosφ) on prema potrebi uključuje ili isključuje kondenzatore stepenasto.

Upotrebom centralne kompenzacije sa automatskom regulacijom postiže se visok stepen faktorasnage (cosφ ≥ 0.95 - 0.99), a ujedno nije potrebna stručna osoba koja bi pratila promene reaktivneenergije i uključivala ili isključivala pojedine jedinice.

STEPENASTI REGULATORI REAKTIVNE ENERGIJE (centralna kompenzacija)

struja

napon

μC regulator

MREŽA

OPTEREĆENJE

P,Q

KONDENZATORSKI KONTAKTORI

•Kondenzatorski kontaktori uključuju i isključuju kondenzatorske baterije koje imaju male induktivnosti i male gubitke

•PRIGUŠNI OTPORI se uključuju neposredno pre uključenja kondenzatorskih baterija, da bi se smanjile struje uključenja ispod 70·In.

•OSIGURAČI za kondezatorske baterije su vrednosti 1.6·In....2.5·In

Prilikom uključvanja i isiključivanja kondenzatorskih baterijapod opterećenjem, dolazi do kratkotajnih strujnihpreopterećenja reda veličine struje kratkog spoja.

Kada se kondenzator uključi na AC sistem, nastaje rezonantno strujno kolo koje je u većoj ili manjoj meriprigušeno.

Kod uključenja kondenzatora koji se nalazi u kompenzacionom uređaju sa već uključenim (nabijenim) kondenzatorima, tranzijentna struja uključenja je do 200 puta veća od nominalne struje.

Velike vrednosti struje uključenja mogu dovesti do topljenjaglavnih kontakata kontaktora, a štetne su i za kondenzatore.

Vrednost struje uključenja zavisi od vrste kompenzacije

Vreme

Vršna vrednost struje uključenja može iznositi i do 30 puta od nominalne strujeKondenzatora. Trajanje ovog pika struje je 1-2ms, frekventni opseg 3-15kHz.

Višestepenikondenzatorski uređaj

Vreme

Vršne vrednosti struja uključenja mogu dostići vrednosti i do 200 putaveće od nominalne struje kondenzatora. Njihovo trajanje je 1-2ms, frekventni opseg 5-15kHz.

U automatskim kompenzaciionimpostrojenjima potrebno je koristitikontaktore koji prigušuju vršne vrednostistruja uključenja.

Redukcijom struje uključenja se pored pomenutog izbegavaju tranzijenti i naponski padovi. U kondenzatorskimkontaktorima se koriste pomoćnipredkontakti funkcijom ograničavanja struje uključenja (ustvari struje kratkofgspoja).

Na svakom predkontaktu na red je spojenotpornik za ograničenje struje uključenja(struje punjenja ) kondenzatora. Predkontakti se zatvaraju pre glavnihkontakata, a otvaraju se kad su ovisigurno zatvoreni.

Ovo svojstvo kondenzatorskih kontaktora garantuje njihovu ouzdanost i funkcionalnost tokom njihovog vekatrajanja.

KONDENZATORSKI KONTAKTORI SAPREDKONTAKTIMA

Dijagram struje uključenja kondenzatora od 12.5 kVAr (In=18A; Un=400V)razmera: struja 250A /c, vreme 0.5ms /c

Efikasnost delovanja kondenzatorskih kontaktora pri uključenjukondenzatora, sa prikazom struja uključenja kondenzatora bezpredkontakata (I) i sa predkontaktima (II).

(I) (II)

TIPIČNE ŠEME PRIKLJUČENJAKONTAKTORA KOJI SE KORISTE ZA UKLJUČENJEBATERIJA KONDENZATORA

ŠEMA UKLJUČENJA KOJA ŠTEDI JEDAN PAR SNAŽNIH OTPORNIKA

•Prilikom uključenja i isključenjakondenzatorskih baterija pod opterećenjem, dolazi do kratkotrajnihstrujnih preopterećenja, reda strujakratkog spoja. •Zbog toga, radi zaštite osoblja i instalacije, potrebno je za kompenzacijukoristiti kontaktore namenjene u tu svrhu.•Upotrebom standardnih kontaktora dovodi se u opasnost osoblje ikompletna instalacija!!!!!

Kontaktori za upravljanje kondenzatorskim baterijamaLC1-D•K kontaktori (SCHNEIDER) su posebno napravljeni za upravljanjekondenzatorskim baterijama. Opremljeni su kontaktnim blokom koji omogućavaprolazak struje pri zatvaranju i otpornicimaza prigušenje struje uključenja.

ZAŠTITA KONDENZATORSKIH BATERIJA

Sigurnost osobljaNije moguće ručno upravljanje kontaktorima. Kontaktori su opremljeni zaštitnim poklopcima radi zaštite od direktnog dodira.

Sigurnost instalacijeOtpornici za ograničenje struje se isključuju nakon uključenja glavnihpolova. Čak i ako su glavni polovi neispravni, struja kroz otpornikviše neće teći i time ce sprečiti njegovo pregorevanje.

Jednostavna ugradnja i dug vek trajanjaLC1-D•K kontaktori su fabricki pripremljeni za korišcenje i nezahtevaju ugradnju prigušnica za ograničenje struje uključenja.Vek trajanja je višestruko duži od standardnih kontaktora (300,000 radnih ciklusa na 400 V).

Ako kondenzatorski kontaktori ne mogu biti korišćeni, tada se morajuugraditi prigušnice za ograničenje struje uključenja.

Pri korišćenju prigušnica mogu se koristiti standradni LC1D kontaktorijer induktivnost prigušnice ograničava struju uključenja.

ZAŠTITA KONDENZATORSKE BATERIJE PREKIDAČEMZa tipove baterijaClassic i Harmony(proizvodnje Schneider)

ZAŠTITA KONENZATORSKE BATERIJE OSIGURAČEM

ZAŠTITA JEDNOG STEPENA KONDENZATORSKE BATERIJE OSIGURAČEM

TIRISTORSKI KOMPENZATORIUmesto kontaktora se mogu koristiti tiristorski prekidači sa antiparalelnom vezom tiristoraTiristori tada rada u režimu nulte sklopkeUključuju se pri nultom naponuPostrojenje za kompenzaciju sadrži pored tiristora, prigušnicu i kondenzator

Struja kondenzatora je data relacijom:

ic

napon na kondenzatoru u trenutku t=0+

rezonantna učestanost

fazni ugao pri kojem se uključuje kondenzator

POSMATRAJMO JEDNU FAZU TROFAZNOG TIRISTORSKOGPREKIDAČKOG KAPACTIVNOG KOLA (Thyristor Switched Capacitor Circuit - TSC circuit)

ANALIZU SPROVODIMO ZA JEDNOFAZNO KOLO

-Kolo radi u on-off režimu -Ustvari razlikujemo tri karakterističnarežima rada kola

TSC

USTALJENI REŽIM – tiristorska sklopka SW1-SW2 uključena

-Naponi na L i C su u kontra fazi-Struja u kolu je ograničena ukupnom impedansom X-Rezonantna učestanost je fr = 150-250Hz-Izbor prigušnice je kompromis između njene veličine i zahtevaza zaštitom tiristorske grupe prilikom uključenja kondenzatora - Uključenje kondenzatora direktno je blisko KRATKOM SPOJU

TSC

-TSC isključenje se ostvaruje pri nultoj struji tiristora -Kondenzator se prazni sporo tako da naponna tiristorima dostiže dvostruku vrednost mrežnog napona

TSC-isključenje

TSC-uključenje

Ukoliko je ovo ostvareno imamo tzv. “mekano uključenje”(soft turn on).

Šta se dešava trenutak uključenja nije sinhronizovan sa ovim naponima??

Optimalno vreme uključenja se postiže u trenutku kada je kondenzator napunjen na normalnu vršnu vrednost i PRI MINIMALNOJ (skoro nultoj) vrednosti napona na tiristorima

Uključenje u neadekvatnom trenutku (pri maksimalnoj vrednosti napona na tiristorima) dovodi do neželjenih tranzijenata u naponu kondenzatora i što je još nepovoljnije u struji

Tranzijent napona na C sadrži osnovnu komponentu 50Hz na koju se superpornirakomponenta učestanosti jednaka rezonantnoj fr

TSC uključenje pod neregularnim uslovima

ZBOG VIŠESTRUKO VEĆIH VREDNOSTI NAPONA OD MREŽNIH NA TIRISTORSKOJ GRUPI ČESTO SE KORISTI PREKIDAČ PRILAGOĐEN ZA VISOKONAPONSKI RAD. ON SE SASTOJI OD REDNE VEZE VIŠEANTIPARALELNIH GRUPA TIRISTORA

PRETHODNO POMENUTE FUNKCIJE “MEKANOG” TSC UKLJUČENJA I ISKLJUČENJA SE MOGU OSTVARITI SA JEDNIM TIRISTOROM I JEDNOM DIODOM

STEPENASTO UKLJUČENJE KONDENZATORA SA TIRISTORSKO DIODNIM PREKIDAČKIM ELEMENTOM

-Ovim načinom stepenaste regulacije postiže se kontinualna regulacija ukupne kapacitivne struje iCT

-Obezbeđeno je “mekano” punjenje kondenzatora energijom zahvaljujući upotrebiBURST-ON regulacije (sada sprega “dioda-tiristor” radi kao nulta sklopka sličnokao u slučaju antiparalelne veze tiristora)

TALASNI OBLICI STRUJA POJEDINIH STEPENI

Kako izgleda ukupna struja koju troši postrojenje?

REZULTANTNA STRUJAKOMPENZACIONOG POSTROJENJA SE POSTEPENO USPOSTAVLJA-MEKANI “SOFT” START

TIRISTORSKI KONTINUALNI REGULATORI REAKTIVNE ENERGIJE (Thyristor Controlled Reactor-TCR )

•U slučaju da su dnevne promene induktivne komponente struje velike, paralelno opterećenju se može priključiti fiksna baterija kondenzatora dovoljno velike kapacitivnosti, tako da se potrošač zajedno sa baterijom kondenzatora prema mreži ponaša kao otporno-kapacitivno opterećenje.

•Zatim se paralelno sa baterijom kondenzatora vezuje induktivno opterećen fazni regulator pomoću koga se faktor snage podešava na maksimalnu vrednost.

• Prednost tiristorske regulacije je što se njome može postići kontinualna kompenzacija reaktivne energije

OSNOVA KOMPENZATORA: TIRISTORSKI FAZNI REGULATOR SA INDUKTIVNIM OPTEREĆENJEM

∫ ⋅⋅⋅⋅=t

L dttUL

tiωα

ω/

sin21)(

)cos(cos21)cos(21sin21 xUL

xUL

dxxUL

i xx

L −⋅=−⋅=⋅⋅⋅⋅= ∫ αωωω α

α

)cos(cos21)( tUL

tiL ωαω

−⋅⋅= αωαπ ≥≥− t2

παπ ≤≤2/

osnovni harmonik struje - i1

IZRAČUNAVANJE EFEKTIVNE VREDNOSTI STRUJE PRVOG HARMONIKA

[ ] xdxxLUxdxxiA coscoscos24cos)(1 2

01 ⋅−⋅=⋅= ∫∫ α

ωππ

π

α

π

Amplituda osnovnog harmonika struje ⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ +−⋅−=

πα

πα

ω 22sin122

1 LUA

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +−⋅==

πα

πα

ω 22sin12

21

1 LUA

I

Efektivna vrednost struje prvog harmonika

TIRISTORSKI FAZNI REGULATOR KAO KOMPENZATOR REAKTIVNE ENERGIJE: struja k-tog

harmonika

struja k-tog harmonika (uz uslov da je k>1)

Ik

SW1 SW2α=90° α>90° α ≈ 180°

∫=π

π

2

0

cos)(1 kxdxxiAk

AMLITUDE STRUJA VIŠIH HARMONIKA

)1(sincoscossin24

2 −⋅⋅⋅−⋅

⋅−=kk

kkkLUAk

ααααπω

Sadržaj harmonika u struji kod monofaznog tiristorskog regulatora sa induktivnim opterećenjem

Neželjena harmonijska izobličenja potiču uglavnom od trećeg harmonika koji ima maksimalnu vrednost za

0120=α

LU

LUAA MAX ωπω

2138.04

3233 ⋅=⋅==

LU

LUAI MAX

ωπω⋅=⋅== 138.0

43

23

3

EFEKTIVNA VREDNOST STRUJE TREĆEG HARMONIKA

uz uslov k>1

Šta je sa petim harmonikom?

Za ugao upravljanja0120=α

11 0.3900

2MAXA UI

Lω= = ⋅

55 0.007

2MAXA UI

Lω= = ⋅

efektivne vrednosti harmonika su:

33 0.1380

2MAXA UI

Lω= = ⋅

DOMINANTNI HARMONICI

Praktično se peti harmonik može zanemariti!!!

Ovakav način regulacije reaktivne snage, zbog nelinearnosti faznog ragulatora, unosi više harmonike struje u mrežu. Ako su uglovi provođenja oba tiristora u antiparalelnoj vezi jednaki (što je po pravilu ispunjeno), tadase u mrežu unose samo neparni harmonici struje.

U protivnom, u mrežu se unose i parni harmonici, ali i jednosmerna komponenta struje.

Na red sa kondenzatorima se stoga dodaju prigušnice male induktivnosti čija je primarna funkcija da zajednosa kondenzatorima čine filtar kojim se iz mrežne struje delom eliminišu viši harmonici.

Bateriju kondenzatora C moguće je podeliti na nekoliko baterija koje se prekidačima uključujuu kolo, a čije prigušnice L su odabrane tako da iz mrežne struje eliminišu recimo peti i sedmi harmonik!!!Treći harmonik struje faznog regulatora se zatvara unutar trougla faznog regulatora i nema ga u mrežnoj struji!!!!!

•Promenom ugla paljenja tiristora menja se efektivna vrednost osnovnogharmonika struje kroz prigušnicu (ekvivalentno efektu promenljiveinduktivnosti).• Baterija kondenzatora generišekonstantnu reaktivnu snagu (pristalnom naponu). •Reaktivna snaga koja se injektira u mrežu jednaka je razlici snaga kojuproizvede kondenzatorska baterija i snage koju uzima tiristorski kontrolisana prigušnica.

3th

TCR

Y

YU ovom slučaju za eliminaciju 5 i 7 harmonika nisu potrebni nikakvi pasivni filtri kao u prethodnom slučaju.

Ovi harmonici se eliminišu korišćenjem faznog pomeraja uvođenjem transformatorske sprege i 12-pulsnog tiristorskog pretvarača kao na slici.

Treći harmonik je eliminisan prigušnicama u sprezi “trougao”

12- pulsna kombinacija za ukljanjanje 5 i 7 hramonika

TIRISTORSKI KONTROLISANI REAKTOR (TCR)kao ekvivalent PROMENLJIVOJ PRIGUŠNICI

Ako se posmatra osnovni harmonik struje, uočava se da se fazni tiristorski regulator sa čisto induktivnim opterećenjem ponaša prema mreži, kao prigušnica promenljive induktivnosti. Promenom faznog ugla u opsegu α παπ ≤≤2/induktivnost prigušnice se može podešavati u opsegu :

+∞≤≤ LLMINUKUPNA TROFAZNA SNAGA KOMPENZATORA je jednaka:

παπ ≤≤2/⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +−⋅⋅===

πα

πα

ω 22sin1633 2

11 llf UL

IUIUQ

gde je za spregu tiristorskog regulatora u „trougao“ lf UU =

tj. efektivne vrednosti faznog i linijskog napona su jednake i iznose 380V(400V)

+∞≤≤ LLMIN

-KARAKTERISTIKA napon V-reaktivna snaga Q za fazno kontrolisani kompenzator reaktivne energije -Fiksna baterija kondenzatora -Generisana reaktivna snaga je kompenzovana sa tiristorskim faznim regulatorom-Pri nominalnom naponu V-Q karakteristika je linearna ali je ograničena snagom kondenzatora, odnosno prigušnice-Ispod ovih ograničenja V-Q karakteristika je nelinearna (ovo je glavna mana ovihVAR kompenzatora)

V-Q karakteristika tiristorski kontrolisane prigušnice u kombinaciji sa kondenzatorom

TIRISTORSKI KOMPENZATOR SA PROŠIRENIM OPSEGOM UGLA PALJENJA

U slučaju ove konfiguracije faznog regulatora ugao paljenja tiristora se može menjati u punom opsegu:

πα ≤≤0Stoga je ova konfiguracija povoljnija u odnosu na konfiguraciju sa antiparalelnom vezom tiristora kod koje je opseg regulacije bio u intervalu:

παπ ≤≤2/Efektivna vrednost struje osnovnog harmonika je ista kao i kod faznog regulatora sa antiparalelnom vezom tiristora:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +−⋅==

πα

πα

ω 22sin12

21

1 LUA

I πα ≤≤0

KOMBINACIJA TIRISTORSKOG SERIJSKOG KOMPENZATORA I TIRISTORSKI KONTROLISANE PRIGUŠNICE (STEPLESS kontrola)

linija opterećenja

struja

napon

TSCThyristor Switched Capacitors

TCR

Thyristor Controlled Reactor

1.........N

-Kombinacija stepenaste regulacije(ostvarene TSC konfiguracijom) i kontinualne regulacije (ostvareneTCR konfiguracijom).-Ako je potrebno da se vrši apsorpcija

reaktivne snage, baterija kondenzatora je isključena i kompletnu ulogu prijema reaktivne snage ima tiristorski kontrolisana prigušnica, odnosno TCR.

-Koordinacijom kontrole između prigušnice i kondenzatorskih stepeni moguće je dobiti kontinualnu STEPLESS kontrolu

-Ovi statički kompenzatori se karakterišu:

a) kontinualnom kontrolom, praktično bez tranzijenata

b) niskim generisanjem harmonika (pošto je reaktivna snaga kontrolisanog reaktora relativno mala

c) Velikom fleksibilnošću rada i kontrole

GLAVNI NEDOSTATAK-relativno visoka cena u odnosu na TSC i TCR pojedinačno

TSC i TCR kontrola (kombinacija)

linija opterećenja

struja

napon

V-I karakteristika kombinovanog TCR –TSC kompenzatora

TIRISTORSKI KONTROLISANI SERIJSKI KOMPENZATORI TCS ( Thyristor Controlled Series) kompenzatori

-Ovi kompenzatori su jako korisni kada je potrebno uvesti i povećati prigušenja kod međupovezivanja velikih sistema (velikih interkonekcija)-Nima se prevazilazi efekat Subsinhrone Rezonace (SSR)-SSR je fenomen koji se odnosi na interakciju između velike termičke jedinice (termobloka) i redno kompenzovanog transmisionog sistema.-Dva su koncepeta TCS sistema (prvi koncept pruža elektromehaničkoprigušenje između velikih električnih sistema promenom reaktansi za interkonekcija, odnosno TCS će obezbediti promenljivu kapacitivnu reaktansu; drugi koncept menja svoju prividnu impedansu za subsnhrone frekvencije

PREKIDAČKI VAR KOMPENZATORI •U NOVIJE VREME ZNAČAJAN NAPREDAK U PRIMENI NALAZE PREKIDAČKI PRETVARAČI ZA KOMPENZACIJU REAKTIVNE ENERGIJE.

•CILJ JE GENERISATI ILI APSORBOVATI REAKTIVNU SNAGU (ENERGIJU) BEZ UPOTREBE VELIKE(GLOMAZNE) I “ZAHTEVNE” BATERIJE KONDENZATORA

•OVIM SE ZNAČAJNO SMANJUJU TROŠKOVI NA PASIVNE KOMPONENTE (GLOMAZNE I SKUPE)

•CENE ELEKTRONIKE, ODNOSNO ENERGETSKIH PRETVARAČA SU U KONSTANTNOM PADU

•NEKOLIKO PRISTUPA OVIM PREKIDAČKIM PRETVARAČIMA SE IZDVAJA NA TEHNOLOŠKOM TRŽIŠTU.

•STANDARDNI NAČINI KOMPENZACIJE REAKTIVNE ENERGIJE PODRAZUMEVAJU KORIŠĆENJE DVE OSNOVNE TOPOLOGIJE VAR KOMPENZATORA, KOJE SU BAZIRANE NA PREKIDAČKIM PRETVARAČIMA:

-TOPOLOGIJA sa STRUJNIM PREKIDAČKIM PRETVARAČIMA-TOPOLOGIJA sa NAPONSKIM PREKIDAČKIM PRETVARAČIMA

VAR kompenzator baziran na strujnom pretvaraču

Io

Vo

Strujni pretvaračulazni kapacitivni deo (fiksni kapacitet)

-prekidački regulisana prigušnica-Lo je dimenzionisana tako da se cela grana ponaša kao strujni ponor

Lo

Io

VAR kompenzator baziran na naponskom pretvaraču

i

Naponski pretvarač

ulazni induktivni deo(fiksna induktivnost)

-prekidački regulisan napon na Co-Co je dimenzionisan tako da se cela grana ponaša kao naponski izvor

+Co

Vc

PRETHODNO POMENUTI KOMPENZATORI PRIPADAJU KLASItzv. “SAMOKOMUTUJUĆIH” (Self Commutated) PRETVARAČA

NJIMA JE MOGUĆE OBEZBEDITI :

-stabilizacijU prenosnog sistema

-poboljšanje naponske regulacije

-popravku faktora snage

-korekcijU i kompenzacija debalansa opterećenja

-mogu se koristiti između ostalog kao šant i serijski kompenzatori

VAR kompenzator sa ugrađenim naponskim pretvaračem- podizačemnapona (boost)

KONTROLA REAKTIVNEENERGIJE SE OSTVARUJEPODEŠAVANJEM AMPLITUDEOSNOVNE KOMPONENTE IZLAZNOG NAPONA VMOD

KAKO IZGLEDAJUTALSNI OBLICI NAPONA VMOD?

NAPON VMOD JE DOBIJENPWM ALGORITMOM!!!

Kontrola faznog pomeraja izmeđuVCOMP i VMOD

TALASNI OBLICI IZLAZNOG NAPONA KOMPENZATORA ZA RAZLIČITEVREDNOSTI MODULACIONOG INDEKSA (amplitude napona osnovne komponente)

(I)

(II)

Slučaj I – Kada je VMOD>VCOMP prekidački VAR kompenzator generiše reaktivnu energiju(ekvivalentan je bateriji kondenzatora)

Slučaj II – Kada je VMOD<VCOMP prekidački VAR kompenzator absorbuje reaktivnuEnergiju (ekvivalentan je prigušnici)

DAKLE PRINCIP RADA JE SLIČAN SINHRONOJ MAŠINI, ODNOSNO PRETHODNO POMENUTOM SINHRONOM KOMPENZATORUKOMPENZACIONA STRUJA ĆE PREDNJAČITI ILI KASNITI ZAVISNO OD ODNOSAVMOD i VCOMP

Amplituda izlaznog napona kompenzatora (VMOD) će biti kontrolisanapromenom modulacionog indeksa ili promenom amplitude DC naponaVD.

Brz odziv je dobijen promenom modulacionog indeksa.

DC napon pretvarača se menja podešavanjem u malim iznosimaaktivne snage apsorbovane od strane pretvarača

Xs - reaktansa sprežne prigušnice Lsδ- fazni ugao između VMOD i VD.

JEDAN OD GLAVNIH PROBLEMA KOJI OGRANIČAVAJU PRIMENU PRETHODNO OPISANIH PRETVARAČA U VISOKONAPONSKIM SISTEMIMA JE OGRANIČAVAJUĆI KAPACITET POLUPROVODNIČKIH PREKIDAČA (IGBT iliIGCT) KOJI SU RASPOLOŽIVI NA TRŽIŠTU!!!!

REALNI POLUPROVODNIČKI PREKIDAČI SU DIMENZIONISANI ZA STRUJE OD NEKOLIKO HILJADA AMPERA I ZA NAPONE 6-10kV.

OVO NIJE DOVOLJNO ZA VISOKONAPONSKE APLIKACIJE!!!!!!

OVAJ PROBLEM MOŽE BITI REŠEN SOFISTICIRANIM TOPOLOGIJAMA PRETVARAČA , OD KOJIH JE NAJPOZNATIJA VIŠENIVOISKA (MULTILEVEL) TOPOLOGIJA.

P,Q

KONTROLA

OPTEREĆENJEMREŽA

- MULTILEVEL INVERTOR- 3 NIVOA-Neutral Point Clamped (NPC)-Three level NPC inverter

U poređenju sa tiristorskim kompenzatorima, prekidački VAR kompenzatori imaju niz prednosti:

-Mogu proizvoditi aktivnu i reaktivnu snagu

-Redukovana je mogućnost da se pojavi rezonanca

-Obzirom da imaju brz odziv, reaktivna snaga će biti kontrolisanakontinualno i sa relativno velikom brzinom

-Visokofrekventna modulacija rezultuje niskim harmonicima napojnestruje

-Ovim se redukuje veličina komponenata filtera

-Dinamičke performanse usled varijacija u mrežnom naponu, su značajno poboljšane

V-I karakteristika kod prekidačkog VARkompenzatora (prekidački izvor)

V-I karakteristika kod tiristorskog VARkompenzatora

POREDJENJE V/I KARAKTERISTIKA kompenzatora:

ZAKLJUČAK

-U predavanju su dati osnovni principi kompenzacije reaktivne snage i energije-Razmotrena su opterećenja koji su potrošači reaktivne energije,kao i potrošači koji mogu biti i generatori reaktivne energije-Objašnjeni su efekti reaktivne energije na vodovima-Razmotren je Ferantijev efekat (povišenje napona voda u praznom hodu)-Obrađeni su stepenasti regulatori reaktivne snage i problemiu vezi sa njima-Detaljno su predstavljeni tiristorski regulatori u kolima zakompenzaciju reaktivne snage-Izloženi su osnovni principi prekidačkih VAR kompenzatora -Dati osnovni pojmovi o najsavremenijim VAR kompenzatorimabaziranim na MULTILEVEL invertori

LITERATURA

Z.Radaković, М. Јovanović, Specijalne električne instalacije niskog napona, Акаdemska misao, Beograd, 2008.

A.Stošić, Projektovanje i izvođenje električnih instalacija, Građevinskaknjiga, II izdanje 2008.

Westerman-Elektrotehnički priručnik, Građevinska knjiga, 2003

J.Dixon, L.Moran, J.Rodriguez, R.Domke, “Reactive Power Compensation Technologies, State-of-the-Art Review”,http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=1545768&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D1545768

PREPORUKE ZA KOMPENZACIJU REAKTIVNE SNAGE-Schneider-ENELVA

http://www.enelva.rs/schneider/4-Razvodni%20ormani%20i%20sistemi/2-Kompenzacija.pdf

HVALA NA PAŽNJI!!!!

•PITANJA?•DILEME ????

Maj 2013