ΜΗΝΙΑΙΟ ΤΕΧΝΙΚΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ - ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΟΣΟ ΤΟ ΦΩΣ ΣΤΟ ΣΚΟΤΑΔΙ

ΠΙΝΑΚΕΣ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΔΙΟΡΘΩΣΗΣ ΣΥΝΗΜΙΤΟΝΟΥ

Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις όπου λειτουργούν μηχανήματα με επαγωγική συμπεριφορά, η κατανάλωση αέργου ισχύος αυξάνεται και ο συντελεστής ισχύος μειώνεται, με αποτέλεσμα να καλείται ο πάροχος να παράξει άεργο ισχύ. Γι’ αυτό, σε βιομηχανικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται συστήματα αντιστάθμισης ισχύος (cosφ) για βελτίωση του συντελεστή ισχύος και αύξηση του συνημίτονου της εγκατάστασης, μέσω συστημάτων που φέρουν πυκνωτές ή πηνία.

 

Γράφει η κυρία Μαρία Καπαρέλη, MSc Mechanical Engineer της εταιρείας Creli.

 

Ως «πραγματική» ή «ενεργός ισχύς» ορίζεται η ισχύς που καταναλώνεται για τη λειτουργία των καταναλώσεων μιας εγκατάστασης. Συμβολίζεται με το γράμμα P και μετριέται σε W.

Η άεργος ισχύς εμφανίζεται μόνο στα εναλλασσόμενα ρεύματα και μόνο όταν η τάση και το ρεύμα της εγκατάστασης δεν βρίσκονται σε φάση. Δηλαδή όταν υπάρχουν στην εγκατάσταση ισχυρά επαγωγικά φορτία όπως κινητήρες, μετασχηματιστές κλπ. ή χωρητικά στοιχεία. Όταν η άεργος ισχύς είναι μεγαλύτερη από 0. η τάση προηγείται του ρεύματος κατά γωνία φ και τότε το κύκλωμα έχει επαγωγική συμπεριφορά. Στην περίπτωση που η άεργος ισχύς είναι μικρότερη του 0, το κύκλωμα έχει χωρητική συμπεριφορά και η τάση έπεται του ρεύματος κατά γωνία φ. Η άεργος ισχύς συμβολίζεται με το γράμμα Q και μετριέται σε kVAr.

Η συνολική ισχύς ονομάζεται «φαινόμενος ισχύς» και αποτελείται από την ενεργό και από την άεργο ισχύ. Συμβολίζεται με το γράμμα S και μετριέται σε VA.

Ο συντελεστής ισχύος (cosφ), όπως φαίνεται στο σχετικό σχήμα, αναφέρεται στο συνημίτονο της γωνίας που σχηματίζεται από τη φαινόμενη ισχύ της ηλεκτρικής εγκατάστασης με την ενεργό ισχύ, όπως αυτή προκύπτει μετά και από τις απώλειες της άεργου ισχύος. Στην πραγματικότητα ο συντελεστής ισχύος εκφράζει το βαθμό κατανάλωσης αέργου ισχύος της εγκατάστασης και ισούται με το λόγο της ενεργού προς την φαινόμενη ισχύ.

Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις όπου λειτουργούν αρκετές καταναλώσεις με επαγωγική συμπεριφορά, η κατανάλωση αέργου ισχύος αυξάνεται και ο συντελεστής ισχύος μειώνεται. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι ο πάροχος καλείται να παράξει άεργο ισχύ για τον βιομηχανικό καταναλωτή. Γι’ αυτό και στα βιομηχανικά τιμολόγια των παρόχων ηλεκτρικού ρεύματος, εκτός από τις kWh και τα kVAr της αέργου ισχύος υπολογίζεται το cosφ του εκάστοτε καταναλωτή. Όσο πιο μικρό είναι το cosφ, τόσο περισσότερο χρεώνεται ο λογαριασμός του καταναλωτή.

Τα συστήματα αντιστάθμισης ισχύος (cosφ) που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις έχουν στόχο την αύξηση του συνημίτονου της εγκατάστασης, δηλαδή τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος. Στην πραγματικότητα, αυτό που κάνουν –μέσω των πυκνωτών που περιλαμβάνουν– είναι να παράγουν την άεργο ισχύ που καταναλώνεται από τα επαγωγικά φορτία της εγκατάστασης, με αποτέλεσμα να μειώνεται η άεργος ισχύς που παράγει ο πάροχος γι’ αυτό το σκοπό, και κατ’ επέκταση να μειώνονται οι λογαριασμοί χρέωσης.

Πρακτικά, «καλές» τιμές του συντελεστή ισχύος που προσεγγίζουν τη μονάδα (1), σημαίνουν καλύτερη αξιοποίηση της ισχύος του δικτύου, με αποτέλεσμα να προκύπτουν:

- Χαμηλότερες χρεώσεις στα τιμολόγια παρόχων ηλεκτρικής ενέργειας.

- Βελτιωμένη σταθερότητα της τάσης.

- Λιγότερες απώλειες σε αγωγούς και καλώδια.

- Μείωση ενεργειακών αναγκών.

- Αύξηση του χρόνου ζωής των συσκευών.

 

Αρχή λειτουργίας συστημάτων αντιστάθμισης

 

Τα συστήματα αντιστάθμισης αποτρέπουν τις υπέρογκες χρεώσεις των παρόχων ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να προκύψουν σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Η διόρθωση του συντελεστή ισχύος (cosφ) επιτυγχάνεται με την προσθήκη συστημάτων αντιστάθμισης αέργου ισχύος που φέρουν συστοιχίες πυκνωτών (για τη συνηθέστερη περίπτωση που έχουμε επαγωγικά φορτία) ή πηνία (στις ελάχιστες περιπτώσεις που έχουμε χωρητικά φορτία).

Η κατασκευή, ο τρόπος σύνδεσης και η τοποθέτηση του συστήματος αντιστάθμισης στην εκάστοτε ηλεκτρική εγκατάσταση προϋποθέτουν να ληφθούν υπόψη μια σειρά παραμέτρων πλέον των τεχνικών χαρακτηριστικών της εγκατάστασης (συνολική ισχύς, τάση λειτουργίας, συνολικός συντελεστής ισχύος (cosφ) δικτύου) όπως είναι η ασφάλεια, η αξιοπιστία και το κόστος κατασκευής του πίνακα αντιστάθμισης. Γι’ αυτό οι καταναλωτές πρέπει να προσέχουν να επιλέγουν πιστοποιημένους κατασκευαστές ηλεκτρικών πινάκων και να ζητούν τα πιστοποιητικά εναρμόνισης των προϊόντων με τις οδηγίες της Ευρωπαϊκής Ένωσης.

Πρακτικά, η διόρθωση του συνημίτονου και η βελτίωση του συντελεστή ισχύος (cosφ) επιτυγχάνονται με διατάξεις τοποθέτησης πυκνωτών παράλληλα προς το φορτίο, και είναι γνωστές και ως διαδικασία αντιστάθμισης που μειώνει την απαιτουμένη άεργο ισχύ, με αποτέλεσμα τα δίκτυα να μεταφέρουν μεγαλύτερη πραγματική ισχύ, με την ίδια διατομή αγωγών.

Η διόρθωση του συντελεστή ισχύος (cosφ) με κεντρική αντιστάθμιση είναι η πλέον διαδεδομένη και οικονομικότερη.

Η κεντρική αντιστάθμιση επιτυγχάνει τη βελτίωση του συντελεστή ισχύος (cosφ) ολόκληρης της εγκατάστασης μέσω οργάνων παρακολούθησης και προγραμματισμού, τα οποία είναι γνωστά και ως όργανα πυκνωτών που θέτουν σε λειτουργία τον απαραίτητο αριθμό πυκνωτών, ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη τιμή συντελεστή ισχύος (cosφ).

 

Ηλεκτρικοί πίνακες αντιστάθμισης

Οι ηλεκτρικοί πίνακες αντιστάθμισης ή διόρθωσης συνημιτόνου παράγουν την άεργο ισχύ που καταναλώνουν οι ηλεκτρικοί κινητήρες και άλλα επαγωγικά φορτία με εφάπαξ κόστος, και μάλιστα με πολύ χαμηλότερο κόστος από αυτό που θα χρέωνε ο πάροχος ηλεκτρικής ενέργειας.

Κάθε πίνακας κεντρικής αντιστάθμισης περιλαμβάνει τις ακόλουθες βασικές επιμέρους συσκευές :

- Όργανο πυκνωτών.

- Πυκνωτές.

- Ρελέ ισχύος και ασφάλειες (καμπύλης λειτουργίας D ή Κ).

- Συστήματα φίλτρων αρμονικών (σε δίκτυα με αυξημένες αρμονικές).

Το όργανο πυκνωτών ελέγχει και εξασφαλίζει το βέλτιστο συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης, ενώ είναι ο ελεγκτής που διαχειρίζεται τη συστοιχία πυκνωτών. Είναι ψηφιακό και φέρει οθόνη ένδειξης των μεγεθών της εγκατάστασης όπως V, Ι, Q, P, S, cosφ ακόμα και αρμονικών, ενώ μπορεί να φέρει και θύρα RS232, καθώς και λογισμικό για περαιτέρω παρακολούθηση - καταγραφή τους. Τα όργανα πυκνωτών που διατίθενται στο εμπόριο μπορούν να ελέγξουν συστοιχίες πυκνωτών συνήθως έως 6 ή έως 12 βαθμίδων πυκνωτών.

Οι πυκνωτές τοποθετούνται σε βαθμίδες και τίθενται σε ζεύξη και απόζευξη ανάλογα με τις ανάγκες της αντιστάθμισης. Το μέγεθός τους μετριέται σε kVar και τα μεγέθη τους επιλέγονται έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στη διαφορετικότητα της ισχύος της εγκατάστασης, όπως αυτή μπορεί να διαμορφωθεί ανάλογα με το ποιες και πόσες επιμέρους καταναλώσεις βρίσκονται σε λειτουργία. Φέρουν αντιστάσεις που χρησιμεύουν στη γρηγορότερη εκφόρτισή τους κατά την απόζευξη τους ενώ παλαιότερα γι’ αυτό τον σκοπό συνηθιζόταν να τοποθετούνται πηνία εκφόρτισης.

Τα ρελέ ισχύος χρησιμοποιούνται για τη ζεύξη των πυκνωτών με την παροχή τροφοδοσίας της ηλεκτρικής εγκατάστασης και ελέγχονται μέσα από τις εντολές του οργάνου πυκνωτών. Το μέγεθός τους καθορίζεται από την ισχύ των πυκνωτών που χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένη τάση λειτουργίας.

Τα συστήματα φίλτρων αρμονικών χρησιμοποιούνται σε δίκτυα με αυξημένες αρμονικές, εφόσον υπάρχει γνώση του ύψους των αρμονικών κατόπιν μέτρησής τους με εξειδικευμένα όργανα. Αφού γίνει η μέτρηση των αρμονικών του δικτύου, πραγματοποιείται ειδική μελέτη και επιλέγονται τα κατάλληλα συστήματα φίλτρων αρμονικών.

 

Βήματα σχεδιασμού πινάκων αντιστάθμισης:

1. Από το λογαριασμό χρέωσης του παρόχου ηλεκτρικής ενέργειας προσδιορίζεται το υπάρχον cosφ.

2. Υπολογίζεται η συνολική απαίτηση σε kVAr των πυκνωτών που πρέπει να εγκατασταθούν ώστε να βελτιωθεί το υπάρχον cosφ, μέσω πινάκων προσδιορισμού αέργου ισχύος (είναι διαθέσιμοι και στους καταλόγους των εταιρειών εμπορίας προϊόντων αντιστάθμισης). Από τους πίνακες αυτούς προκύπτει η σταθερά με την οποία πρέπει να πολλαπλασιαστεί η ενεργός ισχύς, ώστε να υπολογιστούν τα συνολικά kVAr των πυκνωτών ανάλογα με το cosφ που θέλουμε να επιτύχουμε. Απαιτούνται διαφορετικά KVAr πυκνωτών για να προκύψει π.χ. cosφ 0,92 από ό,τι για να προκύψει cosφ 0,98.

3. Σχεδιάζονται οι βαθμίδες των πυκνωτών και επιλέγεται το μέγεθός του κάθε πυκνωτή σε kVAr ανάλογα με τις καταναλώσεις της εγκατάστασης που κατά περιόδους τίθενται σε λειτουργία.

4. Συνυπολογίζεται το κόστος κατασκευής και τοποθέτησης του πίνακα αντιστάθμισης με την εξοικονόμηση ενέργειας που μπορεί να επιτευχθεί, και λαμβάνεται η αντίστοιχη απόφαση κατασκευής ή μη του πίνακα.

 

Στους πίνακες αντιστάθμισης, σε περίπτωση βλάβης, κακής λειτουργίας ή λανθασμένης ρύθμισης των στοιχείων του πίνακα, το σύστημα παύει να εξυπηρετεί το σκοπό για τον οποίο έχει κατασκευαστεί, ήτοι τη διόρθωση του συντελεστή ισχύος (cosφ). Συνεπώς η παρακολούθηση, ο τακτικός έλεγχος και η αποκατάσταση βλαβών στον πίνακα κρίνονται απαραίτητα στοιχεία, ώστε να επιτυγχάνεται η εξοικονόμηση. 

 

 

ΤΕΧΝΙΚΑ

ΥΠΟΣΤΑΘΜΟΙ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ

Οι πίνακες μέσης τάσης αποτελούν αναπόσπαστο μέρος κάθε υποσταθμού μέσης τάσης και διασφαλίζουν τη σωστή διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μετασχηματιστές ισχύος, κινητήρες μέσης τάσης και εσωτερικά...

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ TN-C ΚΑΙ TN-S

Η γείωση αποτελεί ένα σημαντικό τμήμα μιας σωστής και αξιόπιστης εσωτερικής ηλεκτρικής εγκατάστασης (Ε.Η.Ε.), που εάν δεν έχει σχεδιαστεί, κατασκευαστεί και εγκατασταθεί σωστά, μπορεί να επιφέρει τραγ...

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΕΙΩΣΕΩΝ TN-C VS TN-S

Η γείωση αποτελεί πολύ σημαντικό τμήμα μιας σωστής και αξιόπιστης εσωτερικής ηλεκτρικής εγκατάστασης, και εάν δεν έχει σχεδιαστεί, κατασκευαστεί και εγκατασταθεί σωστά, μπορεί να επιφέρει τραγικές συν...

Κλείσιμο [X]