De ce trebuie imbunatatit factorul de putere?

De ce trebuie imbunatatit factorul de putere?

1. Reducerea costului energiei electrice

Managementul bun in consumul energiei reactive aduce importante avantaje economice. Tarifele aplicate in mod curent in Europa incurajeaza beneficiarii sa micsoreze consumul de energie reactiva.

Instalarea condensatoarelor de compensare a factorului de putere la consumatori, permite reducerea valorii facturilor la electricitate prin mentinerea consumului de putere reactiva sub o anumita valoare, agreata prin contractul cu autoritatea energetica.

La un astfel de tip de tarif, energia reactiva se plateste conform criteriului lui tgj

La consumator, distribuitorul de energie livreaza energie reactiva gratis, pana:

q            la nivelul de 40% din energia activa (tgj = 0,4) pentru un interval de 16 ore pe zi (de la 6 la 22) in timpul perioadelor cele mai solicitate (adesea iarna);

q            fara limita cand solicitarile sunt mici iarna si in timpul primaverii si verii.

Pe durata perioadelor de limitare, consumul de energie reactiva care depaseste 40% din energia activa este platit lunar la cursul curent.

Astfel, cantitatea de energie reactiva de plata in aceste perioade va fi:

kvarh (de platit) = kWh (tgj

energie activa consumata in perioada de limitare

kWh·tgj - energia reactiva totala in perioada de limitare

0,4·kWh - energia reactiva livrata gratis in perioada de limitare

tgj T cosj T pentru a nu plati energie reactiva este suficient ca in perioadele de limitare, cosj sa nu scada sub 0,93.

Consumatorul trebuie sa faca o analiza si sa puna in balanta costul achizitionarii, instalarii si functionarii condensatoarelor de imbunatatire a factorului de putere, aparatura de cuplare si control automat, impreuna cu consumul suplimentar de kWh (pierderi in dielectricul condensatoarelor) si reducerile de plati datorita imbunatatirii factorului de putere.

Corectia factorului de putere este o problema de optimizare.

2. Optimizari tehnice / economice

Imbunatatirea    factorului de putere permite:

folosirea unor transformatoare, aparate de comutatie, cabluri cu parametrii mai redusi

reducerea pierderilor de putere

reducerea pierderilor de tensiune in instalatie

Reducerea sectiunii cablurilor

Reducerea pierderilor in cabluri

Reducerea curentului cu 10%, duce la scaderea pierderilor cu circa 20%, pierderile fiind proportionale cu patratul curentului.

Reducerea pierderilor de tensiune

Condensatoarele de imbunatatire a factorului de putere reduc sau chiar anuleaza curentul reactiv inductiv in conductorii din amonte, astfel se reduc sau se elimina pierderile de tensiune.

Crestera de putere disponibila

Cand cosj creste la o sarcina alimentata de la un transformator, curentul prin transformator scade si astfel se permite adaosul unor sarcini noi.

Cum se imbunatateste factorul de putere?

1. Principii teoretice

O sarcina inductiva cu cosj mic face sa apara in generator si in instalatiile de transport/distributie un curent reactiv inductiv (defazat cu 90⁰ in urma tensiunii), care produce pierderi de putere si de tensiune.

Daca se adauga sarcinii o baterie de condensatoare in paralel, curentul reactiv capacitiv (defazat cu 90⁰ inaintea tensiunii) al acesteia circula pe acelasi traseu ca si cel inductiv, dar fiind in opozitie de faza se pot anula reciproc.

Cand I_C = I_L, nu mai exista curent reactiv in circuitul din amonte de condensator.

In cazul b) bateria de condensatoare alimenteaza sarcina cu curent reactiv.

In cazul c) se vede ca la compensare totala sarcina apare ca si pur rezistiv, deci cu cosj

Principiul compensarii partiale a puterii reactive, de la valoarea Q la Q^I, folosind o baterie de condensatoare de putere Q_C, este prezentata in figura, unde puterea aparenta devine S^I fata de valoarea initiala S.

Exemplu

Un motor consuma P = 100kW la cosj = 0,75 (tgj = 0,88). Pentru a mari factorul de putere la cosj^I = 0,93 (tgj^I = 0,4) este necesara o baterie de condensatoare cu puterea reactiva

Q_C = 100(0,88 - 0,4) = 48kvar

3. Cu ce echipament se imbunatateste factorul de putere?

Compensarea la joasa tensiune se face cu

q            capacitati de valoare fixa

q            echipament prevazut cu reglare automata sau baterie de condensatoare, care permite ajustarea continua in concordanta cu cerintele impuse de modificarea sarcinii.

Condensatoare cu valoare fixa

Solutia foloseste unul sau mai multe condensatoare pentru a obtine un anumit grad de compensare.

Comanda poate fi:

manuala: prin intreruptor de putere sau prin separator de sarcina

conectare directa printr-un echipament electric si comutat odata cu acesta.

Condensatoarele cu valoare fixa sunt montate:

la bornele receptoarelor inductive (motoare, transformatoare);

la barele de distributie, de la care se alimenteaza motoare mici sau consumatori inductivi si pentru care compensarea individuala ar fi prea costisitoare;

in cazurile in care nivelul sarcinii este in general constant.

Baterii de condensatoare automate - prevede controlul automat al compensarii, mentinand factorul de putere intre anumite limite.

Se monteaza acolo unde se produc variatii mari de puteri active si/sau reactive, ca de exemplu:

la barele tabloului general de distributie

la bornele unui cablu de alimentare, pentru sarcina mare.

Principiul controlului automat al compensarii

Bateria de condensatoare este impartita in sectiuni, fiecare comanda de un contactor. Inchiderea    unui contactor pune sectiunea respectiva in paralel cu altele deja conectate si capacitatea bateriei poate fi modificata in trepte.

Releul monitorizeaza factorul de putere al circuitului respectiv si este reglat sa inchida si sa deschida contactoarele necesare pentru a mentine o valoare constanta a factorului de putere ( in limitele impuse de capacitatea fiecarei trepte de compensare).

Transformatorul de curent pentru releul de monitorizare se plaseaza pe una din fazele cablului de intrare. Se poate evita, cu o compensare adecvata, posibilitatea de producere a supratensiunilor la curent redus. Supratensiunea cauzata de supracompensare depinde partial de valoarea impedantei sursei.

Regula - cand valoarea puterii reactive a condensatoarelor este mai mica sau egala cu 15% din valoarea puterii transformatorului de alimentare se recomanda o compensare cu valoare fixa. Peste 15% se recomanda condensatoare    cu control automat.

4. Locul de instalare al condensatoarelor de imbunatatire

Dispunerea condenstoarelor de joasa tensiune constituie modalitatea de compensare, care poate fi:

compensare globala (plasarea condensatoarelor intr-un singur punct pentru intreaga instalatie)

compensare partiala (sectiune cu sectiune)

compensare locala ( la fiecare echipament in parte)

o combinatie a ultimelor doua.

Ideal: compensare la locul de consum in acord cu valorile instantanee de putere.

In practica: alegerea compensarii este functie de factori tehnici si economici.

3.4.1. Compensare globala (centralizata) - se poate aplica cand sarcina este continua si stabila

Bateria de condensatoare este conectata la barele tabloului principal de distributie de joasa tensiune a instalatiei si ramane in functiune pe durata regimului normal.

Compensare globala

Avantaje:

reduce penalitatile de depasire a consumului de energie reactiva

reduce cererea de putere aparenta, pe care se bazeaza functionarea sarcinilor permanente

reduce incarcarea transformatorului, care poate prelua sarcini mai mari, daca este nevoie.

Dezavantaje:

curentul reactiv continua sa circule in toate coloanele si circuitele care pleaca din tabloul principal de joasa tensiune;

din acest motiv, dimensionarea si pierderile de putere din coloane nu este imbunatatita prin compensare globala.

2 Compensare partiala (descentralizata)

Este recomandata cand instalatia este extinsa si in cazul in care evolutia sarcinii in timp difera in diferite parti ale instalatiei. Bateria de condensatoare se conecteaza la barele de distributie ale fiecarui distribuitor local, ca in figura de mai jos:

Compensare descentralizata

De aceasta compensare beneficiaza coloanele care alimenteaza, din TP al PT, tablourile de distributie locale, unde se iau masuri de compensare.

curent

Avantaje:

reduce penalitatile pentru depasirea consumului contractat de energie reactiva;

reduce cererea de putere aparenta pe care se bazeaza functionarea sarcinilor permanente;

reduce incarcarea transformatorului, care poate prelua sarcini mai mari, daca este necesar;

se pot reduce dimensiunile coloanelor pentru distributia locala sau se pot alimenta sarcini suplimentare;

se reduc pierderile pe coloane dintre TP si tablourile de distributie locale.

Dezavantaje:

curentul reactiv continua sa existe in toate coloanele si circuitele din aval de locul de compensare;

nu se pot imbunatati dimensiunile acestor coloane si nici diminua pierderile din ele;

la modificari mari de sarcina exista riscul de supracompensare si in consecinta de supratensiune, cu problemele aferente

3. Compensare individuala

Se recomanda cand puterea motorului este semnificativa in comparatie cu puterea intregii instalatii.

Condensatoarele se conecteaza direct la bornele masinii si au puterea reactiva 25% din puterea activa a motorului. Se recomanda si o compensare complementara in apropiere de transformator.

Compensare individuala

Avantaje:

reduce penalitatile datorate unui consum excesiv de putere reactiva;

reduce puterea aparenta ceruta;

reduce dimensiunile circuitelor si pierderile pe acestea;

nu mai exista curenti reactivi semnificativi in instalatie.