ΒΡΕΙΤΕ ΜΑΣ ΣΤΟ FACΕBOOK (Ηλεκτρολογικές Ενημερώσεις) ΚΑΙ ΚΑΝΤΕ LIKE

Τρίτη, 6 Οκτωβρίου 2015

ΤΡΟΠΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ

Σε άλλη ανάρτηση είχαμε πει για το τι είναι ο συντελεστής ισχύος και γενικά για τη ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ
Τώρα θα δούμε για τους τρόπους βελτίωσης του συντελεστή ισχύος

ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Το Υπουργείο Ανάπτυξης στα πλαίσια υλοποίησης μιας ολοκληρωμένης εθνικής ενεργειακής πολιτικής, δημοσίευσε  πόρισμα (Μάρτιος 2005) επιστημονικής επιτροπής που αναφέρεται στον «περιορισμό της αέργου ισχύος» από κλιματιστικά μηχανήματα και άλλες μηχανές.

Η αυξημένη ζήτηση αέργου ισχύος, αποδεδειγμένα πλέον, αποτελεί έναν από τους παράγοντες που συνετέλεσαν στο μπλακ άουτ της 12ης Ιουλίου, 2004. Για την άμεση αντιμετώπιση πιθανής ενεργειακής κρίσης το  καλοκαίρι, ξεκίνησε μια άμεση, συντονισμένη και φιλόδοξη προσπάθεια με κύριο άξονα τη μείωση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας κατά την περίοδο της μέγιστης ζήτησης (μήνες Ιούλιος και Αύγουστος).


Τα δημόσια κτίρια των περιφερειών Αττικής, Στερεάς Ελλάδας και Πελοποννήσου με την Αρ. Δ5/ΗΛ/Β/Φ1.α/9021/17-5-2005, απόφαση των Υπουργών Εσωτερικών, Δημόσιας Διοίκησης και Αποκέντρωσης, Οικονομίας και Οικονομικών και Ανάπτυξης, που δημοσιεύτηκε στο ΦΕΚ 689/Β/23-5-05, αποτελούν πιλοτικό πρόγραμμα άμεσης επέμβασης και μια αξιέπαινη προσπάθεια συντονισμένης συνεργασίας των φορέων του δημοσίου για την επίλυση ενός προβλήματος που αφορά όλους μας.

Η άμεση απαίτηση εξοικονόμησης ενέργειας αφορά, σύμφωνα με την ανωτέρω ΚΥΑ, τις ηλεκτροβόρες εγκαταστάσεις του δημοσίου που εμφανίζουν συντελεστή αέργου ισχύος σε χαμηλά επίπεδα (κάτω του 0,95) με την προσθήκη πυκνωτών αντιστάθμισης μέχρι την 30 Ιουνίου 2005.


Κέρδη στις Εγκαταστάσεις

Τα οφειλή που προκύπτουν από την βελτίωση του συντελεστή ισχύος μίας εγκατάστασης αφορούν σε διάφορα τμήματα της. Η μείωση των απωλειών, για ίση μεταφερόμενη ισχύ, εξαρτάται από τον συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης. Για παράδειγμα, για αρχικό συντελεστή ισχύος συνφ1 = 0,65 διορθωμένο σε τελικό συνφ2=0,90 πετυχαίνουμε σημαντική μείωση των ωμικών απωλειών της εγκατάστασης κατά 48%. Τα κέρδη στις ωμικές απώλειες εξαρτώνται από το σημείο σύνδεσης των πυκνωτών που θα τοποθετηθούν για τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος.
Δηλαδή εάν τοποθετήσουμε τους πυκνωτές στην πλευρά Μέσης Τάσης του Υποσταθμού δεν θα αποκομίσουμε κανένα κέρδος. Εάν πάλι εγκαταστήσουμε τους πυκνωτές αμέσως μετά το Γενικό Διακόπτη Χαμηλής Τάσης του μετασχηματιστή, το κέρδος θα αφορά μόνο στις ωμικές απώλειες στο μετασχηματιστή. Το κέρδος, όμως, αυτό μπορεί να είναι σημαντικό στην περίπτωση που ο μετασχηματιστής φορτίζεται κοντά στην ονομαστική του ισχύ.


Επιπλέον, η διόρθωση του συνημίτονου μιας βιομηχανικής εγκατάστασης μειώνει την πτώση τάσεως στους μετασχηματιστές και στις εναέριες γραμμές ή τα καλώδια που βρίσκονται εγκατεστημένα πριν από το σημείο σύνδεσης των πυκνωτών. Επειδή στους μετασχηματιστές ισχύος η τιμή της επαγωγικής αντίστασης είναι πολύ μεγαλύτερη από την τιμή της ωμικής (περισσότερο από 3 φορές) είναι φανερό ότι η πτώση τάσεως στους μετασχηματιστές είναι σημαντική και εξαρτάται από την τιμή της έντασης, η οποία με τη σειρά της, για ίση μεταφερομένη ισχύ, είναι συνάρτηση του συντελεστή ισχύος.
 Όσον αφορά στα καλώδια μεταφοράς ισχύος πρέπει να έχουμε υπόψη μας ότι η πτώση τάσεως δεν είναι τόσο σημαντική όσο στους μετασχηματιστές, καθώς η επαγωγική πτώση τάσεως σε αυτά δεν είναι τόσο μεγάλη, επειδή η επαγωγική αντίσταση είναι μικρότερη από την ωμική.


Όμως η μεταφορά άεργου ισχύος, όταν αυτά λειτουργούν με πολύ χαμηλό συνημίτονο, μπορεί να είναι ικανή να υπερφορτίσει τα καλώδια και να δημιουργήσει σοβαρά προβλήματα πτώσης τάσεως και σε αυτά. Η διόρθωση του συνημίτονου, εάν γίνει κοντά στους κινητήρες, αποφορτίζει τα καλώδια τροφοδοσίας ελαττώνοντας την πτώση τάσεως.
Αποτέλεσμα αυτών των διαθρωτικών κινήσεων βελτίωσης του συντελεστή ισχύος μιας εγκατάστασης, είναι η αύξηση της δυναμικότητας των ηλεκτρομηχανολογικών εγκαταστάσεων, καθώς μειώνονται τα φορτία των μετασχηματιστών ισχύος και των καλωδίων μεταφοράς. Μετά από την διόρθωση του συνημιτόνου οι μετασχηματιστές, για ίση μεταφερόμενη φαινόμενη ισχύ, αποδίδουν μεγαλύτερη ενεργό ισχύ. Θεωρητικά, συνεπώς, ένας μετασχηματιστής που τροφοδοτεί καθαρά επαγωγικά φορτία, θα μπορούσε να φορτιστεί στο ονομαστικό του φορτίο με μηδενική μεταφερόμενη ενεργό ισχύ.


 Συνεπώς, η βελτίωση του συντελεστή ισχύος μπορεί να αποτρέψει την επένδυση κεφαλαίου σε μεγαλύτερους μετασχηματιστές, καθώς για ίδια ενεργό ισχύ επαρκούν μικρότεροι. Επιπλέον, οι απώλειες περιορίζονται σημαντικά με αποτέλεσμα να προκύπτει πιο οικονομική λειτουργία της εγκατάστασης και καλύτερη αξιοποίησή της. Παράλληλα, οι μειώσεις αυτές στην εγκατάσταση εξασφαλίζουν χαμηλότερες χρεώσεις καθώς περιορίζονται τα περιττά φορτία με τα οποία η επιχείρηση επιβαρύνεται.

 Οικονομικά Οφέλη 

Προκειμένου οι Ηλεκτρικές Εταιρείες να τιμολογήσουν τους καταναλωτές, χρειάζεται να γνωρίζουν την ενεργή και άεργη ισχύ που αυτοί καταναλώνουν, αλλά επίσης και τα χρονικά πλαίσια μέσα στα οποία αυτή η κατανάλωση πραγματοποιείται. Εάν οι καταναλωτές απορροφούν αυξημένη άεργο ισχύ, επιβαρύνονται με «κυρώσεις» στην τιμολόγηση. Ένας άλλος παράγοντας που τιμολογείται επίσης με αυστηρότητα από τις Ηλεκτρικές Εταιρείες είναι η Μέγιστη Ζήτηση (Αιχμή) της ενέργειας που ο πελάτης καταναλώνει σε χρονική περίοδο μέτρησης ενός μηνός. Η Μέγιστη Ζήτηση καταγράφεται από τους Μεγιστοδείκτες  κάθε 15 λεπτά, ειδικά όργανα μέτρησης, που τοποθετούνται μαζί με τους μετρητές ενέργειας.

 




Με την προσθήκη πυκνωτών συνδεδεμένων παράλληλα προς το φορτίο επιτυγχάνεται η βελτίωση του συντελεστή ισχύος επαγωγικού φορτίου. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται αντιστάθμιση άεργους ισχύος. Με την τοποθέτηση των πυκνωτών αντιστάθμισης, οι οποίοι είναι πηγές άεργης ισχύος, ένα μέρος της άεργης ισχύος που καταναλώνει το επαγωγικό φορτίο παράγεται τοπικά από τους πυκνωτές και προσφέρεται στο φορτίο, ενώ το υπόλοιπο ποσό άεργης ισχύος του φορτίου παρέχεται από το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Το αποτέλεσμα είναι η αύξηση (βελτίωση) του συντελεστή ισχύος του επαγωγικού καταναλωτή, αφού τώρα το δίκτυο παρέχει στο φορτίο μόνο ένα τμήμα από το συνολικό ποσό άεργης ισχύος που χρειάζεται.

 Μέθοδοι αντιστάθµισης

 Η άεργη ισχύς ενός καταναλωτή µπορεί να αντισταθµιστεί µε διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα µε τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των καταναλώσεων. Έτσι έχουµε τις παρακάτω περιπτώσεις:

Τοπική αντιστάθµιση. Γίνεται τοπικά και ξεχωριστά για κάθε κινητήρα στο σηµείο της τροφοδοσίας του. Η αντιστάθµιση αυτή ενεργοποιείται όταν λειτουργεί ο κινητήρας. Εφαρµόζεται κυρίως σε περιπτώσεις µικρών κινητήρων.

 
Οµαδική αντιστάθµιση. Εφαρµόζεται σε οµάδες όµοιων καταναλωτών, π.χ. πολλοί κινητήρες σε ένα τµήµα της παραγωγής.

Γενική αντιστάθµιση. Είναι η πιο συνηθισµένη µορφή αντιστάθµισης και εφαρµόζεται στην είσοδο της εγκατάστασης, στον υποσταθµό του καταναλωτή, είτε στη µέση τάση πριν τον µετασχηµατιστή, είτε στη χαµηλή τάση. Στην πρώτη περίπτωση αντισταθµίζονται και οι απώλειες του µετασχηµατιστή. Καθώς το φορτίο είναι µεταβαλλόµενο, η γενική αντιστάθµιση γίνεται µε χρήση συστοιχιών πυκνωτών που συνδέονται και αποσυνδέονται αυτόµατα.

Η διόρθωση του συντελεστή ισχύος με χρήση κεντρική αντιστάθμισης αποτελεί την τον πιο οικονομικό τρόπο εγκατάστασης, συγκριτικά με τους άλλους δύο, καθώς απαιτεί την πιο χαμηλή ισχύ πυκνωτών. Αν όμως στην εγκατάσταση, υπάρχουν τμήματα με μεγάλα φορτία που απέχουν από τους Ζυγούς Χαμηλής Τάσεως του υποσταθμού, τότε είναι προτιμότερο να υιοθετηθεί ομαδική αντιστάθμιση, ενώ στην περίπτωση αυξημένης ισχύος των επιμέρους φορτίων και με διάρκεια λειτουργίας σε όλο το 24ωρο, τότε ενδείκνυται τοπική αντιστάθμιση.

 Οι πυκνωτές που χρησιµοποιούνται για αντιστάθµιση απαιτούν ειδικούς διακόπτες και παραµένουν φορτισµένοι µετά την απόζευξή τους. Άρα απαιτείται ειδική διάταξη εκφόρτισης των πυκνωτών. 








Αυτόματοι Ρυθμιστές Άεργου Ισχύος

Προκειμένου να ικανοποιούνται οι μεταβολές ζήτησης της χωρητικής ισχύος μιας εγκατάστασης κεντρικής συστοιχίας πυκνωτών, απαιτείται η τοποθέτηση παράλληλα αυτόματων (ρελέ) για την εξασφάλιση της δυνατότητας ζεύξης και απόζευξης των ομάδων πυκνωτών. Οι παραπάνω χειρισμοί πραγματοποιούνται αυτόματα από μία ειδική ηλεκτρονική συσκευή το ρυθμιστή άεργου ισχύος. Ο ρυθμιστής άεργου ισχύος τοποθετείται σε εγκαταστάσεις για τον έλεγχο και την διόρθωση του συντελεστή ισχύος. Ο ρυθμιστής, με εισόδους τάση και ένταση, μετρά το συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης, τον συγκρίνει με την τιμή που έχει ρυθμιστεί και δίνει εντολές ζεύξης ή απόζευξης βαθμίδων πυκνωτών.




Οι σύγχρονοι ρυθμιστές άεργου ισχύος έχουν τη δυνατότητα ρύθμισης έως και 12 βαθμίδων. Ρυθμίζουν, επίσης, τον χρόνο από 1sec – 20min μεταξύ των διαδοχικών βαθμίδων ώστε να επιτρέπεται η έγκαιρη εκφόρτιση των πυκνωτών μέσω των αντιστάσεων εκφόρτισης. Είναι επίσης εφοδιασμένοι με ηλεκτρονόμο έλλειψης τάσεως που αποσυνδέει όλους τους πυκνωτές σε περίπτωση διακοπής. Φέρουν ειδικές ενδεικτικές λυχνίες μέσω των οποίων επισημαίνεται ο αριθμός των ομάδων των πυκνωτών που βρίσκονται σε λειτουργία καθώς και ψηφιακή ένδειξη (LED) της τιμής του συνημίτονου της εγκατάστασης. Επιτρέπουν ακόμα, αν απαιτηθεί, την χειροκίνητη ρύθμιση της λειτουργίας του συγκροτήματος. Επιπλέον, επιτρέπουν την αποθήκευση των μέγιστων τιμών των παραμέτρων, παράλληλα με την παρακολούθηση μεμονωμένων τιμών ισχύος πυκνωτών. Τέλος, Φέρουν ειδική ένδειξη σφάλματος.



Κλάση θερμοκρασίας των πυκνωτών

Οι πυκνωτές είναι χωρισμένοι σε θερμικές κατηγορίες. Κάθε κατηγορία
αντιπροσωπεύεται από ένα αριθμό και ένα γράμμα. (π.χ. -25/D).
Ο αριθμός αντιπροσωπεύει την χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένας πυκνωτής μπορεί να λειτουργήσει. Το άνω όριο καθορίζεται από το γράμμα βάσει του ακόλουθου πίνακα.



Ο χρόνος ζωής ενός πυκνωτή είναι άµεσα συνδεδεµένος µε την θερµοκρασία. Ο απαραίτητος αερισµός και ψύξη θα πρέπει να διασφαλίζονται έτσι ώστε να µην παρατηρείται υπέρβαση της µέγιστης θερµοκρασία λειτουργίας.
 Κατά την κατασκευή των συστηµάτων αντιστάθµισης θα πρέπει οι πυκνωτές να µην τοποθετούνται κοντά σε πηγές θερµότητας όπως πηνία και µπάρες χαλκού, ενώ προτείνεται να τοποθετούνται απευθείας πάνω από τα ρελέ.

Προστασία 

Οι πυκνωτές Ισχύος προστατεύονται έναντι βραχυκυκλωµάτων µε ασφάλειες ή θερµοµαγνητικούς διακόπτες. „ Η επιλογή των ασφαλειών πρέπει να γίνεται 1,6 µε 1,8 φορές το ονοµαστικό ρεύµα του πυκνωτή.

 Το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα υπερφόρτισης σύμφωνα με το Standard
IEC 831 είναι 1,3 * ΙR


Ρελέ για την µεταγωγή  των πυκνωτών 


 „ Τα µεταγωγικά ρελέ που ενεργοποιούν και απενεργοποιούν µονάδες ρύθµισης άεργου ισχύος πρέπει να είναι κατασκευασµένα για υψηλά ρεύµατα εκκίνησης. „ Τα ρελέ θα πρέπει να διαθέτουν «ειδικές» αντιστάσεις που συνδέονται µέσω προπορευµένων βοηθητικών επαφών πριν την σύνδεση των κυρίων επαφών και την γεφύρωση των «ειδικών» αντιστάσεων. Με αυτό τον τρόπο το ρεύµα εκκίνησης µειώνεται σε µη κρίσιµη τιµή.

Πηνία Εκφόρτισης

􀂄 Οι πυκνωτές ισχύος πρέπει να αποφορτιστούν μέχρι μια μη κρίσιμη τιμή σε χρονικό διάστημα μικρότερο από αυτό του χρόνου εκκίνησης του ρυθμιστή άεργου ισχύος.
􀂄 Για το σκοπό αυτό πρέπει να χρησιμοποιούνται πηνία αποφόρτισης, τα
οποία διαθέτουν μικρή ωμική αντίσταση, επιτυγχάνοντας έτσι πολύ μικρό χρόνο αποφόρτισης – αυξάνοντας την διαθεσιμότητα του πυκνωτή – αλλά και μεγάλη DC αντίσταση που σημαίνει ότι οι απώλειες που εμφανίζονται σε κατάσταση λειτουργίας είναι αμελητέες.

Πλεονεκτήματα από τη βελτίωση της άεργου ισχύος.

Η βελτίωση της του συντελεστή ισχύος (με στόχο την επίτευξη συν(φ) > 0.95), παρέχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα στο δίκτυο μεταφοράς και διανομής:

Μείωση του ρεύματος που ρέει στους αγωγούς του συστήματος παραγωγής- διανομής της ΔΕΗ και τη σημαντική μείωση απωλειών ισχύος στα δίκτυα Μεταφοράς και Διανομής.

Μείωση της Χρεωστέας Μέγιστης Ζήτησης (ΧΜΖ) που εμφανίζεται σε κάποια από τα βιομηχανικά τιμολόγια πελατών μέσης τάσεως της ΔΕΗ (π.χ. Β2Β), με αποτέλεσμα μικρότερους μηνιαίους λογαριασμούς.


Μείωση των απωλειών ισχύος στο καλώδιο παροχής (από το μετρητή της ΔΕΗ μιας εγκατάστασης μέχρι τη συστοιχία των πυκνωτών) λόγω της μείωσης του απορροφούμενου ρεύματος.

Προσοχή στις αρνητικές επιπτώσεις από τη χρήση πυκνωτών

Οι πυκνωτές που χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση του συντελεστού ισχύος όμως, είναι δυνατόν να δημιουργήσουν και αρνητικές επιδράσεις που σχετίζονται με αυτό που ονομάζουμε «ποιότητα ισχύος» και τελικά μπορεί να οδηγήσουν σε αύξηση του κόστους χρήσης μιας εγκατάστασης αν δεν βρεθεί τρόπος να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικά.

 
Τέτοιες αρνητικές επιδράσεις είναι:

Αύξηση του ποσοστού των αρμονικών στο δίκτυο με συνέπεια αύξηση των απωλειών γενικά.

Αύξηση της ανισορροπίας των τάσεων στις τρείς φάσεις  με αποτέλεσμα την αύξηση των απωλειών σε κινητήρες και τη μείωση της διάρκειας ζωής τους.


Δημιουργία αιχμών υπερτάσεως στους χρόνους μεταγωγής των πυκνωτών στις αυτόματες συστοιχίες με πιθανότητα καταστροφής ή δυσλειτουργίας ευαίσθητου εξοπλισμού.

Στραγγαλιστικά πηνία για διόρθωση συντελεστή ισχύος σε δίκτυα που παρουσιάζουν υψηλά ποσοστά μόλυνσης


Tα στραγγαλιστικά πηνία είναι τριφασικά πηνία, των οποίων ο ρόλος είναι να αποτρέπουν την ενίσχυση των αρμονικών και να προστατεύουν τα διάφορα μέρη της εγκατάστασης.
H επιλογή στραγγαλιστικών πηνίων θα πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τους πυκνωτές που έχουν εγκατασταθεί.