Korekcja współczynnika mocy to praktyka dodawania pojemności do systemu elektrycznego zakładu w celu zrównoważenia mocy biernej pobieranej przez silniki i inne obciążenia indukcyjne, tak aby zakład pobierał od zakładu energetycznego bliżej rzeczywistej, użytecznej mocy zamiast płacić za moc, której nie wykorzystuje produktywnie. Uważaj jednak przy przemiennikach częstotliwości, źle dobrana korekcja może stworzyć problem rezonansu harmonicznego gorszy niż ten, od którego zaczynałeś.
Współczynnik mocy (PF) to stosunek mocy czynnej (kW), mocy wykonującej rzeczywistą pracę, do mocy pozornej (kVA), całkowitej mocy, którą zakład energetyczny musi wygenerować i dostarczyć, by zasilić to obciążenie. PF = kW / kVA. Wartość PF równa 1,0 (jednostkowa) oznacza, że cała dostarczona moc wykonuje użyteczną pracę.
PF = 0,75 oznacza, że zakład energetyczny dostarcza około jednej trzeciej więcej prądu, niż obciążenie faktycznie przekształca w pracę, a ten dodatkowy prąd musi płynąć tymi samymi przewodami, transformatorami i aparaturą łączeniową co prąd użyteczny.
Przepaść między kW a kVA wypełniana jest przez moc bierną, mierzona w kVAR, która oscyluje tam i z powrotem między źródłem a obciążeniem bez bycia konsumowaną. Nie jest ona „marnowana” w znaczeniu zamieniania się w ciepło w obciążeniu, ale zajmuje zdolność przesyłową wszędzie w górę sieci względem tego obciążenia.
Silniki indukcyjne, główni pracownicy większości zakładów, są z natury indukcyjne: potrzebują prądu magnetyzującego do wytworzenia wirującego pola magnetycznego w stojanie, zanim będą mogły wytworzyć moment obrotowy. Ten prąd magnetyzujący jest opóźniony względem napięcia o blisko 90 stopni i nic nie wnosi do pracy czynnej, ale nadal pojawia się jako prąd, który musi dostarczyć zakład energetyczny.
Wielkość tego efektu zależy mocno od obciążenia:
Dlatego zakłady z wieloma przerywanymi lub przewymiarowanymi obciążeniami silnikowymi, typowe dla obiektów, które nigdy nie dostosowały urządzeń do rzeczywistego zapotrzebowania, zwykle notują najgorszy współczynnik mocy w skali całego zakładu.
Niski współczynnik mocy kosztuje zakład pieniędzy na dwa odrębne sposoby.
Po pierwsze, kary ze strony zakładu energetycznego. Wiele zakładów energetycznych mierzy kVAR lub oblicza rozliczeniowy współczynnik mocy i dolicza dopłatę, albo rozlicza na podstawie zapotrzebowania w kVA zamiast kW, gdy współczynnik mocy spadnie poniżej umownego progu.
Progi różnią się w zależności od operatora i taryfy, zwykle gdzieś w zakresie 0,85, 0,95, więc dokładną wartość i strukturę kar trzeba sprawdzić w taryfie własnego dostawcy. Operatorzy robią to, ponieważ klienci o niskim PF zmuszają ich do dobierania mocy generacji, przesyłu i dystrybucji do kVA, które nigdy nie zamieniają się na rozliczalne kWh.
Po drugie, marnowana wewnętrzna pojemność. Prąd bierny wciąż płynie przez twoje własne transformatory, magistrale, wyłączniki i kable. Ten prąd powoduje rzeczywiste straty cieplne I²R w tym sprzęcie i zużywa dopuszczalną obciążalność prądową, która mogłaby służyć dodatkowym obciążeniom.
Zakład pracujący przy złym współczynniku mocy może stwierdzić, że potrzebuje modernizacji transformatora lub zasilania, by dodać nową linię produkcyjną, gdy rzeczywisty problem polega na tym, że duża część istniejącej pojemności jest zajęta przez krążącą moc bierną zamiast dostarczać użyteczne kW. Korekcja współczynnika mocy uwalnia tę rezerwę bez ingerencji w przyłącze.
Ponieważ obciążenia indukcyjne pobierają prąd bierny opóźniony, naprawą jest dostarczenie lokalnie równego i przeciwnego prądu biernego przewodzącego, co kondensatory robią naturalnie. Bank kondensatorów prawidłowo dobrany kompensuje magnetyzujące kVAR silników, tak że prąd widziany przez zakład energetyczny wygląda znacznie bliżej prądu faktycznie przekształcanego w pracę. Wymagana wielkość kondensatora w kVAR to rzeczywiste obciążenie zakładu w kW pomnożone przez różnicę między tangensem bieżącego kąta współczynnika mocy a tangensem kąta docelowego współczynnika mocy.
W praktyce korekcja stosowana jest w kilku powszechnych architekturach:
Nadmierna korekcja to realne ryzyko: przesunięcie współczynnika mocy na wartość przewodzącą może spowodować podniesienie napięcia i własne kary, dlatego banki zwykle są stopniowane i celowane na PF tuż poniżej jedności, a nie dokładnie 1,0.
| Stan | Typowy współczynnik mocy (opóźniony) | Praktyczne implikacje |
|---|---|---|
| Silnik indukcyjny przy pełnym obciążeniu | ~0,85 do 0,90 | Zwykle potrzebna umiarkowana korekcja |
| Silnik indukcyjny przy małym/częściowym obciążeniu | ~0,2 do 0,5 | Duże obciążenie bierne w stosunku do wykonywanej pracy |
| Cały zakład z mieszanymi, dobrze obciążonymi silnikami | ~0,80 do 0,90 (niekorygowany) | Często blisko lub poniżej progu kar operatora |
| Docelowa wartość dla zakładu po korekcji | ~0,95 do 0,98 | Poniżej jedności, aby uniknąć kar za PF przewodzący |
Przemienniki częstotliwości (VFD) są powszechne we współczesnych zakładach, ponieważ oszczędzają energię na pompach, wentylatorach i przenośnikach, dopasowując prędkość silnika do obciążenia, temat omawiany szerzej razem z doborem częstotliwości nośnej przemiennika (VFD) .
Ale VFD są obciążeniami nieliniowymi: ich prostownikowy przód pobiera prąd impulsowy, a nie gładką sinusoidę, wprowadzając prądy harmoniczne (5., 7., 11., 13. i wyższe) do systemu elektrycznego zakładu. To część tego samego zagadnienia jakości zasilania omówionego w jakości zasilania w przemyśle .
Oto pułapka: impedancja banku kondensatorów spada wraz ze wzrostem częstotliwości, podczas gdy impedancja źródła zakładu (transformatory, magistrale) rośnie wraz z częstotliwością. Dla pewnej częstotliwości obie mogą się stać równe i przeciwne, warunek zwany rezonansie równoległym. Jeśli częstotliwość rezonansowa wypadnie blisko harmonicznej, które VFD już generują (zwykle 5.
lub 7.), bank kondensatorów i indukcyjność systemu wzmocnią ten prąd harmoniczny zamiast go pochłonąć. Skutkiem może być silne zniekształcenie napięcia, przegrzewanie się lub uszkodzenie kondensatorów, nieuzasadnione zadziałania bezpieczników i obciążenie sprzętu współdzielącego tę szynę.
Norma IEEE Std 519 określa referencyjne limity, do których projektują operatorzy i inżynierowie w punkcie wspólnego przyłączenia, obejmując zarówno zniekształcenie napięcia (THDv), jak i zniekształcenie prądu (THDi); dokładne procentowe limity zależą od klasy napięcia systemu i stosunku dostępnego prądu zwarciowego do prądu obciążenia, więc należy je pobrać z samej normy lub z kwalifikowanego badania jakości zasilania, zamiast przybliżać. Praktyczny wniosek dla każdego zakładu dodającego kondensatory tam, gdzie są VFD:
To samo naprężenie elektryczne objawia się także mechanicznie. Silniki pracujące na zniekształconym zasilaniu lub przy niezbilansowanym napięciu grzeją się bardziej i szybciej zużywają izolację, dlatego badanie rezystancji izolacji i weryfikacja klas izolacji silników względem rzeczywistych warunków pracy warto są ponowić za każdym razem, gdy zakład wprowadza istotną zmianę w obciążeniach elektrycznych.
Korekcja współczynnika mocy to naprawa po stronie elektrycznej, ale mieści się w szerszym obrazie niezawodności i zużycia energii: dobranie silników do rzeczywistego zapotrzebowania, naprawa luźnych pasów i zużytych łożysk, które powodują nieefektywną pracę napędów, oraz wykrywanie usterek elektrycznych zanim doprowadzą do przestojów.
Fabrico odczytuje stan maszyn i OEE bezpośrednio z linii za pomocą widzenia komputerowego, które wychwytuje to, czego same czujniki nie widzą, i automatycznie kieruje zlecenie serwisowe w chwili wykrycia straty, wszystko na infrastrukturze zbudowanej w UE z lokalizacją danych w UE oraz certyfikatami ISO 27001, ISO 20000-1 i ISO 9001.
Zarezerwuj demo Fabrico , aby zobaczyć, jak to zamyka pętlę między anomalią elektryczną a działaniem utrzymania ruchu.
Większość operatorów chce widzieć 0,90 lub więcej, a wiele zakładów celuje w 0,95, 0,98, aby mieć margines przeciwko karom. Dokładna jedność (1,0) jest zwykle unikana, ponieważ przesunięcie PF na wartość przewodzącą może stworzyć własne problemy, w tym podniesienie napięcia.
Zmniejsza zapotrzebowanie w kVA i związane z tym straty I²R w twoich przewodach i transformatorach, uwalniając pojemność, ale nie zmniejsza rzeczywistego zużycia energii (kWh) na obciążeniu, ponieważ moc bierna nie jest przekształcana w pracę. Oszczędności wynikają głównie z unikniętych kar i uwolnionej pojemności, a nie z tego, że silniki same zużywają mniej mocy czynnej.
Każdy VFD z standardowym prostownikiem diodowym lub tyrystorowym wprowadza pewien prąd harmoniczny. Ryzyko dla kondensatorów nie wynika jedynie z obecności VFD, lecz z tego, czy częstotliwość rezonansowa banku kondensatorów przypadkiem nie wypadnie blisko harmonicznej generowanej przez VFD na tej samej szynie. Badanie harmonicznych identyfikuje to ryzyko przed montażem sprzętu.
Stosuje się oba podejścia. Korekcja centralna przy wejściu zasilania jest prostsza w zarządzaniu i tańsza na kVAR, ale korekcja na poziomie silnika zmniejsza przepływ prądu biernego przez wewnętrzne magistrale zakładu, co może mieć znaczenie, jeśli przepustowość kabli lub transformatora jest napięta. Właściwy wybór zależy od tego, gdzie faktycznie leży ograniczenie pojemności.
Zaloguj
Blog
