REGULACIJA JALOVE SNAGE U ELEKTRIČNIM SUSTAVIMA

1. REGULACIJA JALOVE SNAGE U ELEKTRIČNIM SUSTAVIMA PIP

2. S obzirom da jalova snaga stvara teškoće (gubitke) u prijenosu povoljnije ju je proizvesti na mjestu potrebe. • Oko 30% svih primarnih izvora svjetske energije pretvara se u električnu a gotovo sve se tada transportira izmjeničnim mrežama 50 ili 60 Hz. • Jalovu snagu trebaju gotovo svi el. uređaji i mnogi potrošači. • Zbog velike važnosti jalove snage razmatrat će se: • korekcija faktora snage • regulacija i stabilizacija napona • fazno balansiranje (simetriranje) • harmonici PIP

3. Moderna kompenzacija jalove snage uključuje: • statičke kompenzatore • tiristorski upravljane prigušnice • tiristorski preklapane kondenzatore • zasićene prigušnice • serijske kondenzatore i varistore • sinkrone kompenzatore (sinkroni stroj) PIP

4. Regulacija jalove snage povezana je s pojavom viših harmonika jer je regulacija i kompenzacija jalove snage usko povezana s teretom koji je i izvor harmonika. Kompenzacija jalove snage unosi u sustav elemente (kondenzatore i prigušnice) koji lako dovedu do problema s rezonancijama viših harmonika, a što svakako valja izbjeći. Zato u praksi valja koristiti i filtere. PIP

5. ZAHTJEVI ZA KOMPENZACIJOM Idealni izmjenični el. sustav u svakoj točki treba imati, bezobzira na teret: • konstantni napon • konstantnu frekvenciju • cos=1 • biti bez viših harmonika • simetričnost (napona i struja - ako je mreža trofazna) U idealnom sustavu, dakle, tereti ne utječu jedan na drugi, niti na promjene parametara mreže. PIP

6. Kompenzacija tereta je “upravljanje” jalovom snagom na takav način da se osigura kvaliteta napajanja. Provodi se: • korekcija faktora snage • poboljšanje regulacije napona • balansiranje (simetriranje) tereta PIP

7. IDEALNI KOMPENZATOR • korigira cos na vrijednost 1 • uklanja (ili reducira na prihvatljivu razinu) potrebu za regulacijom napona • simetrira fazne struje ili fazne napone PIP

8. PRAKTIČNE POSLJEDICE Treba li nekom teretu vršiti statičku kompenzaciju prvenstveno je ekonomsko pitanje. Odgovor ovisi o: • cijeni jalove energije (tarifi), • veličini tereta, nekompenziranom cos. Tipično je za industrijske terete da je ekonomično provoditi kompenzaciju ako je cos manji od 0.8. Tereti koji izazivaju promjene napona kompenziraju se ne samo zbog cos nego i zbog regulacije napona. Obično je mjerodavno stanje napona u spojnoj točki sustava i potrošača (npr. visokonaponska strana GTSa). Tipični veliki industrijski tereti koji traže kompenzaciju: • nelinearni tereti (npr. elektrolučne peći, valjački stanovi) • tereti s velikim promjenama opterećenje ( npr. vrlo veliki motori koji često staju i kreću) PIP

9. Zahtjeve na kompenzaciju određuje teret čije su osobine: • vrsta ciklusa i potreba za radnom i jalovom snagom (usporedi sl.1). • vrsta pogona (DC ili AC, tiristorsko napajanje, napajanje iz transformatora) • učestalost, veličina i brzina promjene jalove snage • generiranje harmonika • stanje u sustavu u pogledu istovremene potrebe za jalovom snagom od drugih potrošača. PIP

10. SPECIFIKACIJA PARAMETARA ZA KOMPENZATOR JALOVE SNAGE • Maksimalna trajna jalova snaga (potrošnja, odnosno proizvodnja) • Vrsta i trajanje preopterećenja • Nazivni napon i granice promjene napona • Frekvencija i njena promjena • Zahtjevi na točnost regulacije napona • Odziv kompenzatora na smetnju • Posebni regulacijski zahtjevi • Zaštitni sustav kompenzatora i koordinacija s ostalim zaštitnim sustavima uključujući i ograničenje jalove snage ako je potrebno • Maksimalna distorzija od harmonika zbog kompenzatora u pogonu PIP

11. Postupci i mjere opreza pri radu • Održavanje, rezervni dijelovi, mogućnost proširenja i preprojekti-ranja • Okolina: buka, postavljanje (na otvorenom, u zatvorenom) temperatura, vlažnost, vjetar, seizmički faktori, polucija, rashladni sustav, kondenzatori, veza s trasformatorima • Svojstva pri nesimetričnom naponu napajanja ili nesimetričnom teretu • Zahtjevi za kabliranje, oklapanje, uzemljenje • Pouzdanost i raspoloživost komponenti. PIP

12. OSNOVNA TEORIJA KOMPENZACIJE Modeliranje: • sustav napajanja -Theveninov ekvivalentni krug s naponskim izvorom i serijskom impedancijom • teret - struja, radna snaga, jalova snaga, faktor snage • kompenzator - promjenjiva impedancija, ili promjenjivi izvor (odn. trošilo) jalove struje, ili izvor (odn. trošilo) jalove snage Analiza (rješavanje): • stacionarna stanja (ili sporo promjenjiva stanja - veličine se mogu prikazivati fazorima) • brzo promjenjiva stanja (ne mogu se el. veličine prikazivati fazorima - posebne metode rješavanja) PIP

13. FAKTOR SNAGE I NJEGOVA KOREKCIJA Teretadmitancije napajan naponom V Struja tereta Ilje: Prividna snaga koja se predaje teretu je PIP

14. KOREKCIJA FAKTORA SNAGE PIP

15. KOREKCIJA FAKTORA SNAGE nekompenzirano kompenzirano PIP

16. KOREKCIJA FAKTORA SNAGE Princip korekcije faktora snage je kompenziranje jalove snage; to se postiže lokalno priključivanjem kompenzatora koji ima čisto reaktivnu admitanciju -jBlparalelno s teretom. Struja iz energetskog sustava uz kombinaciju tereta i kompenzatora postaje Is= Il+Ig= V(Gl+jBl) - V(jBl) = VGl= IR PIP

17. KOREKCIJA FAKTORA SNAGE Struja kompenzatora je Ig =VYg = -jVBl Prividna snagaizmijenjena s mrežom je Sg= Pg +jQg = V Ig* =j V2 Bl Dakle, Pg = 0 i Qg = V2Bl = -Ql . Kompenzator ne zahtijeva ulaz mehaničke snage. Većinom su tereti induktivni pa zahtijevaju kapacitivni kompenzator ( Bg pozitivno, Qg negativno). PIP

18. KOREKCIJA FAKTORA SNAGE Nazivna struja kompenzatora je Qg / V što je jednako jalovoj struji tereta pri nazivnom naponu. Teret može biti djelomično kompenziran Stupanj kompenzacije je određen ekonomskim odnosima cijene kompenzatora (koja ovisi o njegovim nazivnim podacima) i cijene reaktivne snage iz sustava za napajanja kroz određeno vrijeme. PIP

19. KOREKCIJA FAKTORA SNAGE Ovako prikazano kompenzator ima konstantnu admitanciju ( ili susceptanciju) i ne može mijenjati reaktivnu snagu prema zahtjevima tereta. U praksi je kompenzator baterija kondenzatora (ili prigušnica) podijeljen u paralelne sekcije koja se svaka za sebe posebno uključuje čime se postiže promjena reaktivne snage za kompenzaciju u koracima koje traži teret. Neke izvedbe kompenzatora ( npr. sinkroni kompenzator ili statički kompenzatori) mogu kontinuirano mijenjati svoju reaktivnu snagu. PIP

20. REGULACIJA (PROMJENA) NAPONA Promjena napona se definira kao proporcionalna (ili jedinična per-unit) promjena veličine napona zbog promjene struje tereta (od praznog hoda do punog tereta). Nastaje zbog pada napona na impedanciji izvora od struje tereta. Ako se sustav napajanja prikaže jednofaznim Theveninovim ekvivalentnim krugom prema sl. tada se promjena napona daje s pri čemu je V referentni fazor. PIP

21. REGULACIJA (PROMJENA) NAPONA Bez kompenzatora promjena napona napajanja zbog struje tereta Il, prikazana na sl. kao V, je Kako je vrijedi PIP

22. Promjena napona ima komponentu VR u fazi s naponom V i komponentu VX okomitu na napon V kako je prikazano na sl. Jasno je da su i veličina i faza od V relativno prema naponu izvora napajanja E funkcija veličine i faze struje tereta, ili drugačije rečeno, promjena napona ovisi i o radnoj i o reaktivnoj snazi tereta. Dodavanjem kompenzatora paralelno s teretom moguće je načiniti tj. promjenu napona nula, što znači održati veličinu napona napajanja konstantnom na vrijednosti E i uz prisustvo tereta. To je prikazano na sl. za čisto reaktivni kompenzator. Reaktivna snaga Qlu jednadžbi je zamijenjena sumom QS=Qg+Ql a Qgje tako podešena da zakrene fazor V dok se ne postigne |E|=|V|. PIP

23. PIP

24. nekompenzirano kompenzirano na konstantni napon ( |E|=|V|) PIP

25. PRIBLIŽNA FORMULA ZA PROMJENU NAPONA SSC je prividna snaga kratkog spoja na sabirnicama PIP

26. Čisti reaktivni kompenzator može ukloniti promjene napona napajanja uzrokovane i od radne i od jalove snage tereta. Čisti reaktivni kompenzator ne može u isto vrijeme održavati napon konstantnim i faktor snage jednak jedinici PIP

27. ZANEMARENJE OMSKOG OTPORA IZVORA Ako je otpor izvora napajanja RS mnogo manji od reaktancije XS dopušteno je zanemariti promjene napona uzrokovane promjenama radne snage Pltako da je promjena napona dana jednadžbom To znači, jedinična (per unit) promjena napona jednaka je omjeru promjene jalove snage i kratkospojene snage sustava napajanja. Ova se relacija može prikazati grafički kao na sl. PIP

28. APROKSIMATIVNA KARAKTERISTIKA NAPON SUSTAVA / REAKTIVNA SNAGA PIP

29. OSNOVE STATIČKIH KOMPENZATORA Praktična primjena statičkih kompenzatora u elektroenergetskom sustavu • Održavanje napona gotovo na konstantnoj razini • Uslijed polaganih promjena uvjeta zbog promjene tereta • Korigiranje naponskih promjena zbog neočekivanih događaja (propadi, ispadi generatora..) • Reduciranje naponskih treperenja (flicker) uzrokovanih brzim promjenama tereta (npr. lučne peći) • Poboljšavanje stabilnosti sustava • Održavanje napona • Pomaganje pri poboljšanju prigušenja njihanja • Poboljšavanje faktora snage • Korigiranje faznih nesimetrija PIP

30. TCR TIRISTORSKI UPRAVLJANA REAKTANCIJA • Upravljanjem vođenja tiristora postiže se podesiva (inuduktivna) struja što se očituje kao upravljana reaktancija. Uzimaju se isti kutovi paljenja za oba tiristora. • Povećanje kuta paljenja uzrokuje smanjenje osnovnog harmonika struje – ekvivalentno je povećanju reaktancije prigušnice i smanjuje jalovu snagu. PIP

31. Struja ima više harmonike, neparne, ako su kutovi vođenja oba tiristora isti. • Trofazni spoj u trokut eliminira više harmonike reda 3. u linijskoj struji. Za eliminiranje 5. i 7. harmonika koristi se i 12 pulsni spoj. Koriste se i jednostavni filteri. PIP

32. PIP

33. PIP

34. filter trofazni TCR PIP

35. PIP

36. PRINCIP ZASIĆENE PRIGUŠNICE PIP