Kompensacja mocy biernej
82
UPS obwody wejściowe zawierają kondensatory, których zadaniem
jest ograniczenie (filtracja) wyższych harmonicznych. Urządzenia te
ze względu na swoje przeznaczenie są przyłączone do sieci i pracują
w sposób ciągły, co sprawia, że nawet nieduża moc – na poziomie
2–3 kVAr, generowana przez zasilacze, w ciągu miesiąca (ok. 720 h)
spowoduje oddanie do sieci ponad 2000 kVArh. Przy średniej
stawce 0,5 zł/1 kVArh koszt przekompensowania będzie wynosić
1000 zł miesięcznie.
W przypadku braku innych odbiorów indukcyjnych, które mogłyby
„skonsumować” nadmiar energii pojemnościowej na tego typu
obiektach, należy stosować urządzenia kompensacyjne w postaci
baterii dławików indukcyjnych. W zależności od zmienności obcią-
żenia mocą bierną wykorzystuje się układy statyczne (dławiki przy-
łączane na stałe bez regulacji – fot. 1) oraz z automatyczną regula-
cją (baterie dławików wielostopniowe sterowane regulatorem mocy
biernej – fot. 2).
Na rys. 1. zostały przestawione przebiegi mocy czynnej i biernej
zasilania hali magazynowej, w której standardowe oświetlenie
zostało wymienione na LED-owe. Po modernizacji instalacji
odbiorca zaczął ponosić opłaty z tytułu energii biernej pojemnoś-
ciowej (moc oddawana ok. 11,5 kVAr). Zastosowanie baterii dławi-
ków z automatyczną regulacją typu BDA 12,5/2,5 kVAr pozwoliło na
całkowitą eliminację dodatkowych kosztów. Okres zwrotu inwestycji
wyniósł 4 miesiące.
Na rys. 2. pokazano przebieg pracy baterii kondensatorów z pomia-
rem 1-fazowym, przyłączanej do obwodów administracyjnych wie-
lorodzinnego budynku mieszkalnego. Odbiory 1-fazowe: oświet-
lenie garaży i klatek, wentylacja. W tym przypadku widać bardzo
dużą asymetrię obciążenia: moc czynna od 3 do 8 kW, moc bierna
od 0 do 10 kVAr. Na fazie A, gdzie zainstalowano przekładnik prą-
dowy do sterowania baterii kondensatorów, pobór mocy biernej
wynosi 10 kVAr, na fazie B – 1 kVAr, a faza C ma charakter pojem-
nościowy. Regulator mocy biernej, odnosząc się pomiarowo do
fazy A, łączy do pracy stopnie kondensatorów w celu uzyskania
zadanego tg
j
, niestety pozostałe fazy są przekompensowane, co
skutkuje oddawaniem do sieci OSD 10 kVAr.
W przypadku sieci, w której występują asymetrie obciążenia, należy
stosować regulatory z trójfazowym pomiarem prądu, uśredniające
wypadkową wartość i kierunek przepływu mocy biernej (jak układy
licznikowe). Takie rozwiązanie wymaga użycia odpowiedniego regu-
latora oraz przeznaczonych do współpracy z nim trzech przekładni-
ków prądowych, jednak w większości przypadków pozwala na całko-
witą eliminację opłaty za energię bierną.
W przypadku dużych asymetrii oraz układów pomiarowych, gdzie
każdą fazę nalicza się osobno, skutecznym sposobem skompenso-
wania mocy biernej jest zastosowanie baterii złożonej z trzech nie-
zależnych modułów jednofazowych, pracujących niezależnie na każ-
dej fazie (fot. 3). Użyte jednofazowe łączniki tyrystorowe umożliwiają
łączenie kondensatorów jednofazowych w każdej fazie. Procesem
dodawania lub odejmowania poszczególnych kondensatorów sterują
trzy indywidualne moduły sterowniczo-pomiarowe, odpowiadające
za swoją fazę (czas włączenia i wyłączenia wynosi dwie sekundy).
Dzięki łącznikom tyrystorowym szybkość reakcji baterii jest natych-
miastowa, a ponowne łączenie kondensatorów nie wymaga ich roz-
ładowania, co powoduje, że bateria jest cały czas gotowa do pracy.
Takie rozwiązanie doskonale sprawdza się na obiektach z bardzo
dużą dynamiką (liczoną w sekundach) zmienności obciążenia.
Na obiektach, gdzie zmienność obciążenia nie jest tak szybka i wystę-
pują odbiory mieszane (jedno- i trójfazowe), można użyć baterii kon-
densatorów MIX, zbudowanych zarówno z kondensatorów jedno-, jak
i trójfazowych. Na rys. 3 (obszar A) został pokazany układ połączeń
regulatora mocy biernej w omawianej aplikacji. Dokonuje on pomiaru
prądu w trzech fazach i w zależności od ich obciążenia wysterowuje
kondensatory jednofazowe. W przypadku nałożenia się pracy odbior-
ników jednofazowych w poszczególnych fazach bądź urządzenia trój-
fazowego, regulator wykorzysta kondensator trójfazowy. Dzięki takim
rozwiązaniom można budować baterie o większej mocy (do kilkuset
kVAr) przeznaczone dla obiektów, w których obciążenie jest asyme-
tryczne. Przy jednostkach jednofazowych istnieje ograniczenie mocy
poszczególnych członów ze względu na prąd roboczy, jaki występuje
przy napięciu 230 V oraz elementy łączeniowe (brak na rynku styczni-
ków jednofazowych do łączenia kondensatorów).
Fot. 1. Statyczna bateria dławików BDI
Fot. 2. Automatyczna bateria dławików typu BDA
fot. M. Iwanicki (3)
Fot. 3. Bateria kondensatorów z modułami jednofazowymi
