Charakterystyka działania

Kondensatory mocy

Kondensatory firmy FRAKO serii LKT nie zawierają związków PCB. Posiadają dielektryk samoregenerujący się. Jeśli w wyniku przeciążenia lub przepięcia dochodzi do przebicia, wówczas zwój ulega samoczynnej regeneracji. Dodatkowo, jako dodatkowy środek bezpieczeństwa, każdy kondensator posiada niezawodnie działający wewnętrzny bezpiecznik, który reaguje na wzrost ciśnienia wewnątrz obudowy.

Trzy główne aspekty istotne dla prawidłowej pracy kondensatorów mocy w sieciach energetycznych:

  • wysoka obciążalność,
  • wysoka oczekiwana długość eksploatacji oraz
  • wysokie bezpieczeństwo w przypadku przeciążenia

Kondensatory mocy są komponentami o bardzo wysokiej gęstości mocy. Obecnie w 1l objętości zawiera się około 16 kVar mocy biernej! Osiąga się to dzięki bardzo niskiemu współczynnikowi strat i wysokiemu wykorzystaniu dielektryka. W celu osiągnięcia długiej żywotności, częściowe wyładowania (wyładowania elektryczne wewnątrz dielektryka) muszą być tłumione.

Obciążalność prądowa

W sieciach obciążonych wyższymi harmonicznymi, należy liczyć się przy wystąpieniu rezonansu z przepięciami i przede wszystkim z dużym obciążeniem prądowym.

Jeżeli np. w sieci występuje 11. harmoniczna przy 8% napięcia znamionowego sieci, wartość skuteczna napięcia sieciowego wzrasta tylko o około 0,3%, ale prąd w kondensatorach odpowiada już 1,33-krotności jego prądu znamionowego. Dlatego też wysoka obciążalność prądowa jest parametrem ważniejszym od obciążalności napięciowej.

Przy napięciu sieciowym 400V, firma FRAKO używa wyłącznie kondensatorów mocy o napięciu znamionowym co najmniej 440V. Ich dopuszczalna obciążalność prądowa wynosi

  • do 2,2-krotności prądu znamionowego w sposób ciągły oraz
  • do 300-krotności prądu znamionowego przy krótkotrwałych skokach prądu.

Obciążalność napięciowa

Kondensatory mocy firmy FRAKO wytrzymują przepięcia zgodnie z EN 60831-1 i -2 oraz IEC 831-1 i -2 wg tabeli:

Napięcie znam. 300V 400V 440V 480V 525V 615V
8 h dziennie 330V 440V 484V 528V 578V 677V
30 min dziennie 345V 460V 506V 552V 604V 707V
5 min dziennie 360V 480V 528V 576V 630V 738V
1 min dziennie 390V 520V 572V 624V 683V 800V

Żywotność

Przepięcia, podwyższona temperatura i składowe harmoniczne skracają oczekiwany okres użytkowania. Tylko przestrzeganie najsurowszych wymagań przy produkcji i jakości użytych materiałów zapobiega pogorszeniu współczynnika strat, a tym samym zmniejszeniu wytrzymałości dielektrycznej i obciążalności prądowej. Ciągłe próby napięciowe w bardzo trudnych warunkach testowych (1,5-krotność napięcia znamionowego, temperatura otoczenia 60°C, wysokie obciążenie wyższymi harmonicznymi) są stale przeprowadzane przy użyciu kondensatorów z bieżącej produkcji: Strata pojemności jest znacznie poniżej 1%, wskaźnik awaryjności jest znikomy, a współczynniki strat pozostają stabilne na bardzo niskim poziomie.

Szacowaną żywotność naszych kondensatorów mocy LKT oceniamy na 100.000 do 170.000 godzin pracy w zależności od typoszeregu.

Bezpieczeństwo po zakończeniu okresu użytkowania

Oczywiście uwzględnia to również fakt, że w przypadku przeciążenia kondensatora i po upływie przewidywanej jego żywotności, nie ma zagrożenia dla systemów i obsługi. Takie bezpieczeństwo mogą zapewnić jedynie nowoczesne kondensatory mocy z odłącznikiem, który:

  • reaguje na wzrost ciśnienia wewnątrz obudowy kondensatora
  • odłącza kondensator od sieci elektrycznej
  • zapobiega zniszczeniu obudowy

Ze względu na wysoką gęstość mocy nowoczesnych kondensatorów, firma FRAKO wykorzystuje najbardziej złożony i efektywny odłącznik automatyczny, kołnierzową pokrywę membranową.

Aluminiowa obudowa i pokrywa są razem zawalcowane i klejone elastycznym materiałem uszczelniającym. Kołnierzowa pokrywa membranowa bezpiecznie utrzymuje część łączącą w prawidłowym położeniu podczas normalnej pracy. Przy nadciśnieniu ok. 3 barów wewnątrz kondensatora pokrywa wybrzusza się na zewnątrz i osiąga skok około 10mm znacznie poniżej zakresu ciśnienia krytycznego! W większości przypadków przewody przyłączeniowe są odłączane od sieci w sposób bezpieczny i bez zapłonu wstecznego przy skoku już ok. 5mm. Funkcja ta jest monitorowana w firmie FRAKO w testach typu i regularnych testach losowych. Warunki badania są określone w normie EN 60831-2.

Kondensatory mocy firmy FRAKO oferują zatem wysokie bezpieczeństwo w przypadku przeciążenia i po zakończeniu okresu użytkowania!

Rys. 23: Rysunek przedstawia funkcję bezpiecznika nadciśnieniowego na kondensatorze mocy firmy FRAKO.

Regulator mocy biernej

Sterowane mikroprocesorowo regulatory mocy biernej EMR 1100, EMR 1100 S i RM 9606 firmy FRAKO rozwiązują złożone zadania, które wykraczają daleko poza czystą kontrolę mocy biernej do wstępnie wybranego wstępnie docelowego cos phi. Innowacyjna charakterystyka sterowania rozwiązuje wszystkie wymagania nowoczesnych sieci przemysłowych i sprawia, że sterowniki te mają uniwersalne zastosowanie.

Należy podkreślić wysoką dokładność i czułość, nawet w sieciach z wyższymi harmonicznymi, jak również kontrolę ciągłego lub sporadycznego sprzężenia zwrotnego w sieciach z własną generacją energii.

Wszystkie elementy systemu kompensacji są precyzyjnie obsługiwane przez te sterowniki i zabezpieczone przed przeciążeniem. Wydłuża to znacznie żywotność systemu.

Rys. 24 Regulator mocy biernej EMR 1100

Szczegółowa charakterystyka:

■ Precyzyjny pomiar cos φ nawet w sieciach o wysokich harmonicznych od 0,02A do 5A w obwodzie pomiarowym

Poprzez dokładny pomiar współczynnika mocy składowej podstawowej, nawet przy bardzo małych prądach pomiarowych, można regulować cos φ bardzo precyzyjnie

■ Zachowanie żądanej wartości cos φ jako wartości minimalnej przy jednoczesnym uniknięciu przekompensowania przy niskim obciążeniu

Tą przeciwstawną cechę regulacji uzyskuje się dzięki opatentowanej charakterystyce sterowania. Zapewnia to kompensację wybranego współczynnika mocy przy normalnym obciążeniu sieciowym oraz uniknięcie często problematycznego przekompensowania w warunkach niskiego obciążenia.

■ Pomiar i monitorowanie wyższych harmonicznych w sieciach niskiego napięcia

(5., 7., 11. i 13. harmoniczna). Dzięki temu monitorowaniu operator będzie stale poinformowany o jakości sieci i w odpowiednim czasie otrzyma powiadomienia o przekroczeniu wartości granicznych. Umożliwia to podjęcie odpowiednich środków na wczesnym etapie w celu przeciwdziałania pojawiającym się zakłóceniom w funkcjonowaniu sieci i zakłóceniom w funkcjonowaniu konsumentów/odbiorców.

■ Rozłączenie przy przekroczeniu mocy umownej w układach bezdławikowych

Funkcja ta służy jako zabezpieczenie przeciążeniowe dla bezdławikowych systemów kompensacji i chroni cały układ elektryczny przed rezonansem. Wyłączenie następuje, gdy ustawiona wartość graniczna zostanie przekroczona przez okres dłuższy niż 75 sekund. Rozłączenie działa zatem szybciej niż wkładka bezpiecznikowa, która dzięki wysokiej obciążalności prądowej kondensatorów może zapewnić jedynie zabezpieczenie przeciwzwarciowe.

■ Czas opóźnienia regulacji w funkcji zapotrzebowania na moc

Silne zmiany obciążenia są kompensowane szybko, niskie zmiany obciążenia są kompensowane wolniej. Zapewnia to, że tylko całkowicie rozładowane baterie kondensatorów (poszczególne stopnie) są podłączone do sieci. Celowe, odpowiednie dołączanie zapotrzebowania na moc przy możliwie najniższych operacjach przełączania – Sterowanie obwodem dla wszystkich równoważnych stopni.

➔ Taka kombinowana regulacja prowadzi do możliwie jak najmniejszej liczby operacji przełączania, a co za tym idzie do pracy z niskim zużyciem i dłuższej żywotności komponentów kompensacyjnych.

➔ Jednocześnie unika się krytycznych konstelacji sieciowych poprzez – w przeciwieństwie do klasycznej metody krokowej – szybkie i konkretne dostosowanie mocy kondensatora do zapotrzebowania w przypadku dużych zmian obciążenia.

➔ W przypadku regulacji w celu zmniejszenia obciążenia, zapobiega się przekompensowaniu transformatorów niedociążonych.

➔ W sieciach z wyższymi harmonicznymi, „zasysanie wyższych harmonicznych” przez układ filtracyjny jest zagwarantowane w możliwie najkrótszym czasie. To zaś zapobiega przekroczeniu dopuszczalnego poziomu harmonicznych przy dużych zmianach obciążenia przetwornicy mocy.

■ Zadziałanie przy napięciu zerowym i prądzie zerowym.

Ten obwód bezpieczeństwa odłącza system kompensacji od sieci w przypadku przerwy w obwodzie pomiaru napięcia lub prądu. Zapobiega to np.: natychmiastowemu przełączeniu systemu na nieobciążony transformator z całą mocą po krótkotrwałej przerwie w dostawie napięcia. Po przywróceniu napięcia regulator ponownie włącza stopnie kondensatora zgodnie z zapotrzebowaniem mocy.

■ Regulacja mocy biernej z równoległym wytwarzaniem energii elektrycznej w sieci własnej z zasilaniem rezerwowym w energię czynną.

W tym celu regulatory są wyposażone w czterokwadrantowy moduł pomiarowy. Dodatkowo można ustawić różne charakterystyki sterowania i zasilania rezerwowego w energię czynną. Gwarantuje to brak przekompensowania przy pobieraniu mocy i brak prądu biernego przy zasilaniu rezerwowym. Tylko ta kombinowana cecha regulacji zapewnia, że podczas dłuższego zasilania rezerwowego nie powstają koszty mocy biernej.

■ Stałe stopnie dla kompensacji niezależnej od obciążenia.

Można zdefiniować stopnie, które nie są zintegrowane z procesem sterowania, ale pozostają włączone na stałe tak długo, jak długo jest zasilany regulator. Wszystkie funkcje bezpieczeństwa, takie jak zadziałanie przy zerowym napięciu i zerowym prądzie, jak również przy przeciążeniu, są skuteczne dla zaprogramowanych stałych stopni.

■ Dwa oddzielne programy regulacji, przełączane za pomocą zewnętrznego styku.

Dwa programy sterujące mogą być obsługiwane z różnymi ustawieniami cos φ i można je zaprogramować z różnymi charakterystykami sterowania. Spełnia to wymagania zakładów energetycznych, np. w zakresie większych kompensacji w ciągu dnia i niższych kompensacji w nocy.

Uruchomienie i obsługa

■ Automatyczna adaptacja do sieci i urządzenia kompensowanego.

Upraszcza to znacznie uruchomienie, ponieważ jest ono wykonywane przez sam regulator. To od instalatora zależy, w którym zewnętrznym przewodzie zamontowany jest przekładnik prądowy i z jaką biegunowością przekładnik jest podłączony do regulatora mocy biernej. Układ faz i kierunek przepływu prądu są określane przez regulator podczas procesu kalibracji. Jednocześnie mierzona jest moc podłączonych stopni kondensatora, a nieużywane styki sterujące regulatora są wyłączone.

W przypadku wystąpienia błędów instalacyjnych regulator dostarcza szczegółowych informacji o tym, czego brakuje do poprawnego działania.

Jeśli moc systemu kompensacji zostanie zwiększona, należy powtórzyć procedurę pomiarową tak, aby nowo dodane stopnie kondensatora były natychmiast zintegrowane z procesem sterowania. Jeśli tak się nie stanie, regulator rozpoznaje to sam po kilku dniach i automatycznie integruje odpowiednie stopnie.

I odwrotnie, jeśli wykryje uszkodzony stopień podczas pracy wyciąga je z procesu regulacji i zaznacza.

■ Informacje i komunikaty.

Wszystkie zmierzone wartości przez regulator mogą być wyświetlane na wyświetlaczu. Podczas eksploatacji wyświetlacz pokazuje rzeczywisty cos φ w miejscu zainstalowania przekładnika. Wyświetlacz można przełączyć na następujące wartości pomiarowe:

➔ prąd pozorny, czynny i bierny mierzonego przewodu zewnętrznego

➔ względny poziom wyższych harmonicznych 5-, 7-, 11- i 13-tej harmonicznej, w odniesieniu do przyłożonego napięcia pomiarowego

➔ na wyświetlaczu można wyświetlić maksymalne przekroczone wartości graniczne prądu, wyższych harmonicznych i cos φ.

■ Zliczanie i wyświetlanie cykli przełączania każdego styku sterującego i komunikat, jeżeli osiągnięta została określona wartość graniczna.

Przy przełączaniu obciążeń pojemnościowych styczniki narażone są na duże obciążenia. Odbijane styki przełączające prowadzą do wysokich prądów ładowania w kondensatorach i dużego zużycia styku przełączającego. Terminowa wymiana styczników może znacznie wydłużyć żywotność systemu kompensacyjnego. Regulator mocy biernej sygnalizuje optymalny czas na wymianę stycznika i w ten sposób ogranicza koszty. W celu konserwacji zapobiegawczej operator może wywołać liczbę cykli przełączania zgromadzonych do tej pory dla każdego etapu na wyświetlaczu.

Rys. 25 Metoda sterowania klasycznym regulatorem mocy biernej metodą krokową

 

Rys. 26 Metody sterowania nowoczesnymi regulatorami mocy biernej FRAKO RM 9606, EMR 1100 S i EMR 1100

 

Odczyty, komunikaty i alarmy Komunikat Odczyt Styk alarmowy
Rzeczywiste cos φ Odczyt Wyświetlacz
Prąd pozorny, czynny, prąd bierny (wartość rzeczywista) Odczyt Wyświetlacz
Składowe harmoniczne
(5.,7.,11.,13.harmoniczna)
Odczyt Wyświetlacz
Składowe harmoniczne
(5.,7.,11.,13.Harmoniczne)
Alarm Wyświetlacz / LED zwierny
Przeciążenie (regulowane)
od 1,05 IN do 3,0 IN)
Alarm Wyświetlacz / LED zwierny
Rzeczywiste cos φ poza ch-yką regulacji z wyświetlaniem brakującej mocy kondensatora Alarm Wyświetlacz / LED zwierny (wyłączalny)
Liczba cykli przełączania na styk sterujący Odczyt Wyświetlacz
Przekroczone ilości graniczne cykli przełączania Alarm Wyświetlacz / LED zwierny
Brak napięcia pomiarowego Alarm Wyświetlacz zwierny
Brak prądu pomiarowego Komunikat Wyświetlacz
Regulator nie rejestruje przy żadnym kontakcie sterującym mocy kondensatora Alarm Wyświetlacz zwierny
Aktywacja
Stopnie kondensatorów Odczyt LED
Brak napięcia roboczego zwierny