Fázisjavítás. Tartalomjegyzék:

Átírás

1 Fázisjavítás Tartalomjegyzék: Fázisjavítás (teljesítménytényező javítás):... 2 Fázisjavítás fogalmának meghatározása:... 2 Fázisjavítás szükségessége:... 3 Tarifális szempontok... 5 Fázisjavítás módjai:... 7 Egyedi kompenzáció... 7 Transzformátorok egyedi kompenzációja... 9 Aszinkron motorok egyedi kompenzációja Csoportos kompenzáció Központi kompenzáció Vegyes kompenzáció Fázisjavítás elemei: Kondenzátorok Automatikák Mágneskapcsolók Tirisztoros kapcsolók Torlófojtók Fázisjavítás kiépítés szükségességének meghatározása Becsléssel Számítással Megfelelő fázisjavító berendezés kiválasztása: A berendezés meddő teljesítménye A berendezés fokozat kiosztása (automatizáltság, maximális fokozatszám, megfelelő finomságú szabályzás) Fázisjavítás hálózatra kapcsolódásának feltételei: Erősáramú csatlakoztatás (vezeték, biztosító, leágazás) Vezérlési módok (áramváltó helyének, áttételének kiválasztása) Középfeszültségű fázisjavításról röviden Meglévő berendezések felújítása, karbantartása Aktív harmonikus szűrőkről röviden

2 Fázisjavítás (teljesítménytényező javítás): Fázisjavításnak a szakzsargon nevezi a teljesítménytényező javítást. A fázisjavítás rövidebb ugyan, de nem fedi a valóságot, talán a fázisszög vagy fázistényező javítás rövidített formájaként keletkezhetett. Szintén szakzsargonban használt szó a kompenzálás, ami a meddőenergia kompenzálás rövidített formájaként jelenhetett meg. A továbbiakban a jobb érthetőség kedvéért a teljesítménytényező javítás fogalomra a fázisjavítás, a meddőenergia kompenzálás fogalomra a kompenzálás kifejezést használjuk. Meg kell említsük még a fázistényező kifejezést, ami a meddő és a hatásos teljesítmény összevetése, és amelyet a szögfüggvény cosinusával jellemezünk (cos φ), de ez csak az alapharmonikus frekvenciára vonatkozik. A teljesítménytényező igazi (elméleti) értelemben ezzel szemben figyelembe veszi a hálózaton jelentkező felharmonikus torzítást is, így pontosabb eredményt ad a meddőenergiára vonatkozóan, mint a fázistényező. A gyakorlatban azonban a kis felharmonikus szennyezettséggel rendelkező hálózatokon szinte mindegy, melyiket használjuk, erősebb szennyezettség esetén jelentkezhet nagyobb eltérés. Az induktív meddőenergiát fogyasztott, a kapacitív meddőenergiát termelt meddőenergiának is nevezik, mert a mágneses erőteret használó fogyasztók működésükhöz meddőenergia is szükséges ( fogyasztanak ), a kondenzátorok pedig a kapacitív meddőenergiát állítják elő ( termelik ). Mindkettő passzív elem, a meddő energia egy perióduson belül oda-vissza áramlik. Fázisjavítás fogalmának meghatározása: A váltakozó áramú gépek működéséhez mágneses mező fenntartása szükséges, ami induktív meddőteljesítményt igényel. Ezt az induktív meddőteljesítmény-igényt kompenzálja a többnyire kondenzátorokkal a fogyasztás helyszínén előállított kapacitív meddőteljesítmény. Amennyiben ez a két meddőteljesítmény minden időpillanatban megegyezik egymással, akkor a kompenzáció csatlakozási helyéig nem kell a meddőteljesítmény előállításához szükséges meddőáram -ot szállítani, így ezen a szakaszon a meddő teljesítmény nem terheli a hálózatot. A kompenzáció csatlakozási pontja és a meddőfogyasztó közötti vezetékszakaszon azonban a meddőáram változatlan marad, így célszerű a fázisjavítást az induktív meddőenergia-igény keletkezési pontjához minél közelebb telepíteni. Ez viszont azzal jár, hogy a kompenzációhoz szükséges kondenzátor-mennyiség meghatározásánál nem lehet a meddőigény egyidejűségét figyelembe venni, így a teljes kompenzációhoz lényegesen több kondenzátorra van szükség. Természetesen a gazdasági-műszaki előnyök és hátrányok általában kompromisszumos megoldást eredményeznek. 2

3 Fázisjavítás szükségessége: A nem megfelelő kompenzálásnak az a következménye, hogy ugyanazon hatásos teljesítmény átviteléhez nagyobb áramra van szükség, s ez az áram feleslegesen köt le egy részt a villamosenergia termelő és az elosztórendszer átvivő képességéből, másrészt az energia rendszerben az áram négyzetével arányos többlet veszteséget okoz. (P=I 2 R) A fázisjavítás hatását az átviteli szakasz áram terhelésére az alábbi ábra szemlélteti: Fázisjavítás nélkül: φ = 45 ; cos φ = 0,7 Áramszolgáltatói elosztó hálózat Hatásos áram (I h) Induktív meddő áram (I m) Fogyasztó Fázisjavítással: φ = 18 ; cos φ = 0,95 Áramszolgáltatói elosztó hálózat Hatásos áram (I h) Induktív meddő áram (I m) Fogyasztó Kapacitív meddő áram Kondenzátor (fázisjavítás) 1. ábra: Teljesítménytényező javítás hatása az áram viszonyokra Az áramokat vektoriálisan ábrázolva láthatjuk, hogy az eredő áram hatásos (Ih) és meddő (Im) összetevője egymásra merőlegesek, így a Pitagorasz tétel szerint az eredő (látszólagos) áram négyzete: IE 2 = Ih 2 + Im 2 Az egyenlet mindkét oldalát beszorozva a hálózatot leegyszerűsítve jelképező R ellenállással kapjuk: IE 2 R = Ih 2 R + Im 2 R, így a hálózat teljes soros vesztesége olyan módon jelentkezik, mintha a hatásos és a meddő áram vesztesége külön-külön jelentkezne a hálózat ellenállásán. Ez a meddőáram okozta veszteség a hatásos áram okozta veszteségeken felül tovább melegíti azokat a vezetékeket, transzformátorokat és egyéb készülékeket, amelyeken a kompenzálatlan áram átfolyik. 3

4 2. ábra: Áram viszonyok és fázisszög vektoriális ábrázolása A fázisjavítás kiépítésének elsődleges céljaként ezért ösztönzik a fogyasztókat arra, hogy kompenzáljanak, mert ezzel az elosztói hálózatot is tehermentesítik a meddő áramok okozta veszteségektől. Természetesen egy nagyobb kiterjedésű fogyasztói hálózaton belül is jelentkeznek ezek a veszteségek, melyeket megfelelő kompenzálás kiépítésével minimális értéken lehet, és érdemes tartani. A fázisjavítás kiépítésének másik célja a hálózaton jelentkező feszültségesések megfelelő értéken tartása, mert az előzőekben leírt veszteségek hatására a hálózat távolabbi pontjain a soros ellenállásokon létrejövő veszteségek miatt jelentős feszültség-csökkenés jelentkezhet. A feszültségesés ugyanis (némi elhanyagolással): Ih 2 R + Im 2 X (ahol X a hálózat soros induktivitásából eredő reaktanciája). Ezért a meddőszállítás jelentős feszültségesést okoz a hálózat minden olyan szakaszán, amelynek számottevő induktivitása van (transzformátorok, szabadvezetékek). A harmadik (de igen lényeges) cél az, hogy növeljék a meglévő hálózat hatásos energia átviteli képességét. A hálózat átviteli elemeinek (pl.: kábelek, transzformátorok) meddőenergiától való mentesítése ugyanis azok további hatásos teljesítménnyel történő terhelhetőségét is jelenti. Gondoljunk arra, hogy a transzformátorok (látszólagos) átviteli teljesítményét is kva-ben adják meg, ami két részből tevődik össze: a hatásos és a meddő terhelésből. A kábelek terhelhetőségének ugyancsak a rajta áthaladó látszólagos áram nagysága szab határt, ami szintén a hatásos és a meddő áram eredőjeként jelentkezik. Mindkét esetben ez egyik részt (hatásos) csak a másik (meddő) rovására vagy előnyére lehet változtatni! 4

5 A látszólagos (S), hatásos (P) és meddő (Q) teljesítmény vektoriális összefüggése hasonlóan azok áramához szintén a Pitagorasz tétel alapján: S 2 = P 2 + Q 2 3. ábra: Teljesítmény viszonyok és fázisszög vektoriális ábrázolása A meddőteljesítmény-igény felmerülésének helyén a kompenzáló teljesítmény előállításának kielégítő forrása lehet forgógép is (túlgerjesztett szinkrongép). Ez a megoldás akkor javasolható, ha már egyébként is üzemelő szinkron forgógépünk van, és azzal elő tudjuk állítani a kompenzáláshoz szükséges meddő energiát. Ez ugyan pillanatnyilag kisebb befektetést igényel, de a folyamatos forgógépes meddőenergia előállítás vesztesége többszöröse a fázisjavító kondenzátoros megoldásnak. A fázisjavító kondenzátor alkalmazása, szinte minden esetben kisebb beruházást, nagyobb üzembiztonságot és gazdaságosabb üzemvitelt tesz lehetővé. Telepítése, szükség esetén áthelyezése is egyszerűbb, ezért lényegesen elterjedtebb módszer a fázisjavító kondenzátorok alkalmazása. (Ezt nevezzük a forgógépes meddőtermeléssel szemben statikus fázisjavításnak) Tarifális szempontok Napjainkban a fázisjavító berendezéseket tarifális szempontból olyan módon célszerű megtervezni és kivitelezni, hogy a hálózatból felvett hatásos és a meddőenergia százalékos aránya havi átlagban biztonsággal ne haladja meg a jelenleg érvényben lévő rendeletben meghatározott határértékeket. A hatásos és a meddőenergia mennyiségének összevetése az elszámolási fogyasztásmérő havonta leolvasott adatai alapján, és nem a pillanatnyi, vagy óránkénti értékek szerint történik! Ez az elszámolási mód nem veszi figyelembe a technikai meddőenergia mérleget, ami az energiaveszteség minimalizálása szempontjából kívánatos volna. 5

6 A fázisjavítás nem megfelelő működése esetén fizetendő meddőenergia díjat így a havi mért energia értékek alapján állapítják meg, ami bizonyos szabadságot ad a szabályzás terén. A rendeletben leírtak szerint a meddőenergia díját két esetben kell megfizetnie a fogyasztónak: 1. Az induktív meddőenergia (kvarh) és a hatásos felvett energia (kwh) százalékos határértékeinek túllépése esetén (egyszerűen megnézzük, hogy az induktív fogyasztás mennyi százaléka az összes hatásos fogyasztásnak, ha ez a határérték alatt marad, akkor díjmentes, ha magasabb, akkor díjköteles, de csak a határértéket meghaladó kvarh mennyiség lesz beszorozva az induktív meddőenergia díjjal) 2. A kapacitív meddőenergia (kvarh) hálózatba történő visszatáplálása esetén (ezt az esetet nevezzük túlkompenzálásnak) minden egyes kapacitív kvarh-t be kell szorozni a meddőenergia díjjal, itt nincs százalékos határértéken belüli díjmentes mennyiség. A fenti feltételek szerint a gyakorlatban megoldható, hogy annak ellenére, hogy az induktív meddőenergia százalékos értéke rövidebb időszakban (pl. egy hét alatt) nagyobb, mint a rendeletben meghatározott érték, ne kelljen meddőenergia díjat fizetni. Ez úgy lehetséges, hogy a havi elszámolási időszakból hátralévő időben, minél kisebb induktív meddőfogyasztást engedünk meg (automatikus üzemben a cél cos φ minél közelebb legyen az 1-hez). A havi elszámolási perióduson belül így egy határértéket meghaladó és egy igen kis induktív meddőfogyasztással járó időszak követi egymást, aminek eredője az elszámoláskor egy határértéken belül maradó meddőfogyasztást eredményezhet. Vigyázni kell azonban arra, hogy túlkompenzálást ne okozzunk, mert annak minden egységéért fizetni kell, így természetszerűleg az induktív meddőenergia mérleg előzőekben leírt korrigálása nem alkalmazható a kapacitív meddőenergia esetében. A meddőenergia egységárak függetlenek attól, hogy azt induktív vagy kapacitív jellegű, de a határértékeket meghaladó meddőenergia után számítják fel (azonos egységárú mindkettő.) Az alábbi táblázat tartalmazza azokat az egységárakat, amelyeket az előző feltételek teljesülése esetén fizetni kell: Csatlakozási feszültségszint Határérték (% és cos fi)* Meddő energia díj (Ft/kvarh) +ÁFA** Nagyfeszültségen 40% - 0,928 2,17 Középfeszültségen 30% - 0,958 2,62 Kisfeszültségen 25% - 0,970 3,62 *4/2013. (X. 16.) MEKH rendelet a villamos energia rendszerhasználati díjakról és alkalmazásuk szabályairól, a), b), c) ** Villamos energia rendszerhasználati díjak január 1-től 6

7 A fázisjavítás kialakításakor kívánatos figyelembe venni az energiaszolgáltatók azon követelményeit, miszerint a kompenzálás nem okozhat káros visszahatást a hálózatukra. Ez lényegében azt jelenti, hogy a körvezérlési frekvenciákat ne söntölje, és ne emelje a hálózaton már meglévő felharmonikus feszültségek szintjét. (A közcélú elosztóhálózatok szolgáltatott villamosenergia feszültségjellemzőinek paraméterei részletesen megtalálhatók az MSZ EN számú szabványban.) Fázisjavítás módjai: A fázisjavítás legfontosabb feladata legyen az egyedi, csoportos, központos, vagy ezek kombinációja, hogy biztosítsa az adott fogyasztási hely optimális teljesítménytényező javítását, amely a meddő-energiadíj mentes villamosenergia számlában, és a hálózat veszteségeinek csökkenésében mutatkozik meg. A kompenzálás célja így lehet tarifálisgazdasági megfelelés (meddőenergia pótdíjfizetés elkerülése), vagy energiagazdálkodási (veszteség csökkentés, hálózat tehermentesítése a meddőenergiától). A kompenzálás különböző feszültségszinteken történhet attól függően, hol csatlakoznak a hálózatra az induktív meddőenergia fogyasztó berendezések. A fázisjavítás mindegyik módjának megvannak az előnyei és hátrányai, így gyakran több módszer kombinációjaként áll elő az optimális, fogyasztóra szabott meddőenergia gazdálkodási rendszer. Egyedi kompenzáció Egyedi kompenzálásnak azt a megoldást nevezik, amelynél minden meddőfogyasztóhoz külön fázisjavító kondenzátort telepítenek. Ezt a kompenzálási módot olyan villamos fogyasztóknál célszerű alkalmazni, melyeknek meddőenergia felvétele az adott fogyasztókészülék üzemeltetési ideje alatt közel állandó. Az ilyen jellegű berendezések két legfontosabb típusát a transzformátorok és az aszinkron motorok (pl.: szivattyúk) képviselik. Ebben az esetben a kondenzátor csak egyetlen fogyasztó meddő igényét fedezi, és a fogyasztóval egy egységet alkot, transzformátornál annak szekunder, motornál annak hálózati kapcsára kötve. Motor esetén figyelemmel kell lenni a motorvédelem beállítására, amelyet a kompenzálás során csökkent látszólagos áramhoz kell beállítani! 7

8 Mindkét fogyasztó típus egyedi kompenzálásának megvalósítása látható az alábbi ábrán: Az egyedi kompenzálás előnyei: 4. ábra: Egyedi kompenzáció A meddőenergia kompenzálása ott történik, ahol az igény fellép, így a meddőenergia szállítása igen rövid úton történik, s ez által a tápláló vezetéken létrejövő veszteség a legkisebb. Megfelelő kényszer kapcsolattal biztosítható, hogy a kompenzálás vezérlését maga a fogyasztó végezze. Műszakilag egyszerű, esetenként a legolcsóbb megoldás. Az egyedi kompenzálás hátrányai: Nagyobb összteljesítményt kell beépíteni, mint a központos kompenzálásnál. A kondenzátorok telepítési költségei (miután ezek egyenként történnek) nagyobbak lehetnek, mint a központos kompenzálásnál. A karbantartás költségesebb, végrehajtása szigorú következetességet követel. A meghibásodások észlelése nehezebb. Változó meddőigénynél a túlkompenzálás lehetősége fennáll. A különféle meddőteljesítmény igényű fogyasztókhoz más és más értékű kondenzátor telepítése szükséges, ami megnehezíti a tipizálást. Tervezése nagyobb körültekintést és helyismeretet igényelhet. 8

9 Transzformátorok egyedi kompenzációja Egy transzformátor meddőfogyasztása Q TRÜ párhuzamos) meddő teljesítményből és terhelési, két részből áll össze: üresjárási Q S Q P (azaz (azaz soros) meddő teljesítményből: Q TRÜ = Q P + Q S Az üresjárási meddőfogyasztás a terheléstől függetlenül mindaddig jelentkezik, amíg a transzformátor be van kapcsolva, ezért szokás fix teljesítményű, állandóan a transzformátor kapcsaira kötött kondenzátort alkalmazni. A kondenzátoregység szekunder oldalra történő csatlakoztatása után a teljesítménytényező a transzformátor mindkét oldalán közel azonos értékű lesz, azaz a transzformátor saját meddőteljesítményének bizonyos hányadától a tápláló - primer oldali - hálózatot tehermentesítjük. A fix csatlakozási mód előnye, hogy a kondenzátorokat nem kell ellátni külön kisütő berendezéssel, mert megfelelő csatlakoztatás esetén a transzformátor hálózatról történő lekapcsolása után a kondenzátorok a transzformátor szekunder tekercsein át kisülnek. Az 5. ábra megfelelően szemlélteti, hogy az előre kiválasztott kondenzátort vagy kondenzátorokat a biztosító betétek közbeiktatásával közvetlenül a transzformátor szekunder kapcsaira kötjük. 5. ábra: Transzformátor egyedi kompenzáció 9

10 Aszinkron motorok egyedi kompenzációja Az aszinkron motor elvben forgó transzformátornak is tekinthető, csak annyi különbséggel, hogy a villamos mennyiséget mechanikai mennyiséggé alakítja át. A motorkapcsokra kötött kondenzátorral a hálózatot mentesítjük a motor saját meddő teljesítményének bizonyos hányadától. Ez a kapcsolást a 6. ábra mutatja. A kompenzáció a motor villamos jellemzőire semmilyen hatással nincs, a hatás csak a táphálózatban jelentkezik. A kondenzátor védelmét ebben az esetben a motorvédelem biztosítja. Vigyázni kell azonban arra, hogy a motor látszólagos árama a fázisjavítás alkalmazása miatt lecsökken, így a motorvédelmet ennek megfelelően át kell állítani, esetleg a biztosító betét áramértékét csökkenteni! 6. ábra: Aszinkron-motor egyedi kompenzáció Legnagyobb előnye ennek a fajta kompenzációnak, hogy ez a leghatásosabb a feszültségesések és az energiaveszteségek kompenzációjának szempontjából, mert az egész elosztó hálózatot mentesíti a meddő áramoktól. Az aszinkron motorok egyedi kompenzációja során két esettel találkozhatunk: Az első esetben üzemszerűen merev kapcsolat van, azaz ha a kondenzátor állandó kapcsolatban van a kompenzálandó berendezéssel. Ilyen esetben túlkompenzálás nem következhet be, mivel a kondenzátor a motor kikapcsolásakor a motorral együtt kapcsolódik le a hálózatról. Kisütő berendezések alkalmazására nincs szükség, mert ezt a funkciót a hálózatról lekapacsolt motor állórész tekercselése elvégzi. Hátránya, hogy felgerjedés következhet be a rendszerben, ezért tilos ezt a fajta kompenzációt olyan motorokhoz alkalmazni, amelyek mechanikai oldalról való hajtásával számolni lehet (például: emelőmotorokhoz, felvonókhoz). Az egyedi kompenzációnak a mértékét a többi motor esetén is az határozza meg, hogy a motor a rákapcsolt kondenzátortól semmilyen körülmények között ne gerjedjen fel. Ez a 10

11 feltétel úgy elégíthető ki, hogy az aszinkron motor párhuzamos meddőigényét ( ) itt csak 90%-ban kompenzáljuk, míg a soros meddőigényét ( ) az egyedi kompenzáció méretezésénél egyáltalán nem vesszük figyelembe. Q S Q P Q 0, 9 C Q P A második esetben üzemszerűen bontható a kapcsolat, azaz ha a kondenzátor külön kapcsoló készüléken keresztül van összekapcsolva a motorral. Ezzel a fajta megoldással elkerülhető a felgerjedés veszélye, ezért itt a motor üresjárási (párhuzamos) meddő teljesítménye és terhelési (soros) meddő teljesítménye teljes mértékben kompenzálható, azonban kisütő berendezések alkalmazására és a kapcsoló készülék működtetésének kiépítésére ebben az esetben szükség van. Csoportos kompenzáció Előfordul, hogy az egyedi kompenzáció a kompenzálandó motorok kis kihasználási óraszáma miatt nem gazdaságos, ugyanakkor a központi elosztó berendezés és az egyes üzemrészek egymástól távol vannak. Amennyiben az egyes üzemrészekhez vezető tápkábelek áramterhelhetőségük közelében vannak kihasználva és esetleg emiatt, de akár ettől függetlenül a feszültségesés meghaladja a megengedett határértéket, a csoportos kompenzáció mindenképpen indokolt A csoportos kompenzáció gazdaságosságának elbírálásánál figyelembe kell venni a központi kapcsoló berendezéstől az elosztóig terjedő kábelhosszt, valamint azt a körülményt, hogy milyen mértékben van lehetőség a csoportos kompenzáló berendezésben felszerelt kondenzátorok rendszeres ellenőrzésére. A kompenzáció e módjánál célszerű a kondenzátorokat a kompenzálandó üzemrész(ek) főkapcsolójával egyidejűleg be-és kikapcsolni. Csoportos kompenzációt alkalmaznak esetenként olyan helyeken is, ahol nagy mennyiségű, korábbi kiépítésű egyedi kompenzálású fogyasztó üzemel és valamilyen okból az egyedi kompenzáció mértéke csökkent (pl. fénycső esetében a korábbi PCB impregnálású kondenzátorokat kiszerelték) újabb egyedi kompenzálást nem építenek be. Ebben az esetben a fázisjavító kondenzátorokat egy-egy csoport, azaz több fogyasztó berendezés együttes meddő fogyasztásának kompenzálására építjük be. Ez a megoldás lehetővé teszi az egyedi kompenzálásoknál használt kondenzátorok összességénél kisebb kompenzáló teljesítmény beépítését abban az esetben, ha a csoport fogyasztói nem egyszerre, hanem felváltva üzemelnek. Ebben az esetben elegendő csak az egyidejűleg maximálisan üzemelő egyedi fogyasztók meddőigényének figyelembe vételével meghatározni a szükséges kondenzátor nagyságot. 11

12 Csoportos kompenzáció elméleti megvalósítása látható az alábbi ábrán: (7. ábra) 7. ábra: Csoportos kompenzáció Ennek a fajta kompenzációs módnak az előnye, hogy a hálózat a kompenzált fogyasztó csoportig mentesül a meddőszállítástól, de ebből következik, hogy a belső hálózaton a csoportos kompenzáció csatlakozási pontjától a fogyasztó csoportig a hálózat még szállít induktív meddőenergiát. (A motor bekötő kábelei tehát nem mentesülnek a meddőáram szállítástól!) A csoportos kompenzáció lehet fixen beépített kondenzátor is, ekkor a motorok üzeme mellett jelentkező minimális meddőteljesítményre kell méretezni, de az optimális veszteség csökkentés érdekében ellátható vezérlő automatikával is. (A fenti ábrában pl. ha mindkét fogyasztói csoportban az egyforma meddőigényű motorokból csak két-két motor jár egyszerre, úgy mindkét kondenzátor értéke azonos lehet.) Az egyedi fogyasztóktól külön telepített kondenzátorok ebben az esetben természetesen külön védettséget növelő szerelvényeket vagy szekrényt, valamint kapcsoló-, biztosító-, és kisütő elemeket igényelnek. Központi kompenzáció Központos kompenzációnak nevezzük a fázisjavításnak azt a módját, amelynél az egész üzem meddőteljesítményének teljes egészét vagy nagyobb részét úgy kompenzáljuk, hogy a kondenzátorokat az üzem központi elosztó berendezésének fő gyűjtősínjére kapcsoljuk rá. A fázisjavításnak ezt a módját akkor alkalmazzuk, ha az üzemben működő gépek technológiai viszonyai lényegesen eltérnek egymástól, az együttjárási tényező kicsi és a terhelés tág határok között ingadozik. Így pl. a központos kompenzációt általában sok kis fogyasztóval rendelkező és üzemrészenként is erősen változó terhelések esetén alkalmazzuk. 12

13 Központos kompenzációnál az egyes üzemrészeknek eltérő együttjárási és kihasználási tényezője eredményeként adódik a viszonylagosan legkisebb kondenzátor teljesítmény. A fázisjavítás e módjánál viszont a villamos berendezések a betápláló hálózat felől nézve csak a gyűjtősínig, a kondenzátorok beépítési helyéig mentesülnek a meddőáramtól. A belső hálózatot, azaz elosztóvezetékeket, valamint az elosztóktól a fogyasztóig terjedő bekötővezetékeket már a hatásos és meddőáramok eredője veszi igénybe. (lásd: 1. ábra) A központi kompenzáció esetében tehát az egész elosztórendszerhez tartozó meddő teljesítménynek nagyobb részét úgy kompenzáljuk, hogy a több csoportra osztott kondenzátorokat közbeiktatott kondenzátorkapcsolókkal egy közös rendszerré fogjuk össze, és ezt egy automatika segítségével a főelosztó gyűjtősínjére csatlakoztatjuk. Központos kompenzáció korszerű megoldása önműködő kondenzátorvezérlés (automatika) nélkül ma már elképzelhetetlen (8. ábra) 8. ábra: Központi kompenzáció Előnye, hogy ennél a kompenzációs módnál szükséges a legkisebb beépített kondenzátor összteljesítmény, ebből adódóan ez a legjobban kihasznált fázisjavító berendezés. Koncentrált elhelyezése miatt a karbantartás és üzemének felügyelete a legegyszerűbb. Vegyes kompenzáció Az előbb bemutatott kompenzációs módozatok egyszerre történő alkalmazása is lehetséges, amit a gazdasági és műszaki előnyök összegzése alapján lehet megfelelő módon kiválasztani. Az optimális teljesítménytényező javító rendszer felépítése fogyasztónként egyedi, legfeljebb hasonló fogyasztói technológiák alapján lehet tipizálni, vagy kisebb fogyasztók esetén ugyanazon megoldást alkalmazni. A gazdaságosság határáig törekedni kell a fázisjavító kondenzátoroknak az induktív meddőenergiát fogyasztó berendezésekhez viszonyítva a minél közelebb történő beépítésére. 13

14 Nagyobb fogyasztók esetében ezért általában a vegyes kompenzáció a legelterjedtebb, felépítését a 9. ábra szemlélteti. 7. ábra: Vegyes kompenzáció 14

15 Fázisjavítás elemei: Kondenzátorok A fázisjavítás céljára szolgáló kondenzátorok mind váltakozó áramú (AC) kondenzátorok. Ezen belül lehetnek egyfázisú és háromfázisú kivitelűek, ez utóbbiakban a három egyfázisú egység kapcsolása a kondenzátor testen belül történhet csillag vagy delta kötésben. A kondenzátor testben lévő, egy fázisra kapcsolt kondenzátor elemek lehetnek folyamatosan tekercselt fóliák az adott kapacitás értékkel, vagy több, kisebb elem, amelyek párhuzamosan kapcsolódnak. Párhuzamos kapcsolásnál általában az elemi tekercsek egyedileg, külön biztosító szállal védettek, a folyamatosan tekercselt fóliák pedig általában egy, a kondenzátor áramát önmagán átvezető szakadó szállal rendelkeznek. Meghibásodás esetén az elemi tekercsek (biztosítóbetéthez hasonló módon működve) automatikusan leválasztódnak a hálózatról, így a kondenzátor egység kapacitása műszeres ellenőrzés nélkül észlelhetetlenül csökkenhet. A folyamatosan tekercselt kondenzátoroknál is van hasonló jelenség, ahol úgynevezett öngyógyuló fóliát használnak, ami azt jelenti, hogy hiba esetén a fólia úgy ég ki a kondenzátoron belül, hogy csak a hibahely igen kis környezetében ég el a rövidzár következtében a fólia. Így a kondenzátor kapacitása is csak igen kis mértékben csökken. Természetesen sok hiba esetén a kapacitáscsökkenés itt is jelentős lehet. A szakadó szállal ellátott kondenzátorok hálózatról történő leválasztódása úgy valósul meg, hogy a kondenzátor hengeres fala a keletkező gázok hatására megnyúlik, és a függőleges, mindkét végénél rögzített szakadó szálat elszakítja. Mivel a kondenzátor árama ezen keresztül folyik, így a kondenzátor leválasztódik a hálózatról. A kondenzátoregységek elé kapcsolt lomha biztosítóbetét nem minden esetben tudja ezt a jelenséget követni, így elképzelhető, hogy az nem olvad ki. Ez az elemi kondenzátorokat tartalmazó, vagy az öngyógyuló kondenzátorok esetében is előfordulhat, ezért nem elégséges csak a kondenzátoregységek elé kapcsolt biztosítóbetétek épségét ellenőrizni. Legmegfelelőbb megoldás a kondenzátor üzemi áramának mérése. A leggyakoribb fázisjavító kondenzátorok a háromfázisú delta kapcsolású egységek. Régebben a kondenzátorok belsejében lévő feltekercselt fegyverzet szigetelése (impregnálása) adalékokkal kezelt ásványi olajjal történt, amely egyes estekben veszélyes hulladékká teszi a tönkrement kondenzátor egységet (PCB-t tartalmazó kondenzátorok). Ezek kezelésére külön környezetvédelmi előírások vonatkoznak (KÖM 2003/5.), és megfelelő gondossággal kell eljárni a hibás kondenzátorok ártalmatlanítása során, melyet erre jogosult cégek végeznek térítés ellenében. Ma már a tisztán növényi olaj impregnálás vagy a gáz töltés jellemző a korszerű kondenzátorokra, ezek mind környezetkímélő anyagokat tartalmaznak. A régi kondenzátorok általában szögletes kivitelben készültek, az újak többsége hengeres, de háromszög alakú és téglatest formájú is létezik. A kondenzátorok kiválasztásánál a névleges kapacitás mellett elsősorban a megfelelő feszültség szintre és a frekvenciára kell ügyelni, mert mindezek meghatározzák a kondenzátor meddőteljesítményét.. 15

16 A kondenzátoroknak a hálózatról történő egyszerű lekapcsolása után azokon hosszú ideig feszültség maradna vissza. Az ettől való mentesítésére külső kisütő ellenállások szolgálnak. Ezek feladata a kondenzátorok kapocsfeszültségének adott időn belüli olyan szintre csökkentése, hogy azok érintése esetén veszélyes áramütés ne jöhessen létre. (Vigyázat! Ha a kisütés nem tart megfelelő ideig, a már kisütött kondenzátor is veszélyes mértékben újra töltődhet!) A kisütő ellenállások a kondenzátor tekercseivel párhuzamosan, általában fixen vannak kötve, ami ugyan növeli az üzem közbeni veszteségeket, de mértékük nem jelentős. Ezeken a kisütő ellenállásokon keresztül történik a hálózatról történő leválást követően a kondenzátorban még maradt energia hővé alakítása, kisütése. A kondenzátor-fokozatok gyors kapcsolásánál alkalmaznak speciális kisütő szerkezeteket is, amelyek igen rövid idő alatt felemésztik a kondenzátorban lekapcsolás után maradt energiát, így újból hálózatra kapcsolhatók. (A tirisztoros kapcsolóknál a bekapcsolás időpontjában működő feszültség-azonosság figyelése miatt nincs akadálya a kondenzátorok gyors kapcsolgatásának.) Egyes kondenzátorok belső kisütő ellenállással vannak ellátva, amelyek rajzjelét az esetleges belső biztosító rajzjelével együtt ebben az esetben a kondenzátor test külső felületén megtaláljuk A kondenzátort a feszültség-, vagy frekvencianövekedés (és az ez által létrejövő reaktancia csökkenés) által okozott túlterhelés tönkre teheti, mert mindkettő hatására, többletáramot vesz fel a hálózatból. Általában a kondenzátorok túláram védelméet lomha biztosítóbetétekkel oldják meg a bekapcsolási áramlökések tűrése miatt. Tipp: A szakadó szállal rendelkező hibás kondenzátorok általában megismerhetők kondenzátor testük deformálódásáról, azaz hengeres testük kismértékű megnyúlásáról, vagy felső záró lapjuk megemelkedéséről! Automatikák Az automatikák igen sokféle kivitelben készülnek, de alapvető feladatuk a hálózat induktív meddő teljesítményének megfelelő kondenzátor mennyiség hálózatra kapcsolása, illetve a túl sok kondenzátor okozta kapacitív terhelés esetén azok lekapcsolása a hálózatról. Mindegyik automatika rendelkezik ún. cél cos φ beállítási lehetőséggel, ez határozza meg, hogy a hálózaton milyen teljesítménytényező értéket kívánunk tartani. (Általában ez az érték induktív 0,98 körüli) Az automatikák használatos kivitelei három, hat és tizenkét kapcsoló kimenettel készülnek, ettől több általában nem szükséges. A kimenetek lehetnek relés és félvezetős kivitelűek, és mindegyik kimenet egy-egy mágneskapcsolót vagy tirisztoros kapcsoló egységet működtet, amely a kondenzátorok hálózatra kapcsolását végzi. Léteznek vegyes kimenetű automatikák is, ahol egy készüléken belül vannak relés és félvezetős kimenetek is, ezek azonban csak speciális szabályozási feladatok megoldásához szükségesek. Az automatikák a hálózati viszonyokat onnan tudják, hogy a feszültség és áram bemeneteik segítségével ki tudják számolni az aktuális teljesítménytényező és a meddőteljesítmény értéket. Ez utóbbi fontosabb, mint a régi automatikák esetében használt, csak cos φ értékének mérése, mert hiába alacsony értékű egy hálózat cos fi-je, ha ez nem jár olyan hatásos teljesítmény felvétellel, hogy az igényelt meddő teljesítmény 16

17 mértéke elérje az automatika által bekapcsolható legkisebb kondenzátor teljesítményét. Például egy kompenzálatlan fénycsöves világítás teljesítménytényezője igen kis értékű lehet, de ha áramfelvétele is kicsi, akkor az automatika nem kapcsolja be az első, pl. 10 kvar-os fokozatot csak azért, mert a cos φ alacsony, hanem kiszámolja a meddőteljesítmény igényt, és ha ez jóval kisebb, mint a 10 kvar, akkor nem lépteti be az első fokozatot sem. Természetesen ez a szabályozási módszer nem csak az első fokozat esetében, hanem minden egyes kapcsolási fokozat működtetése esetén igaz. Ezzel jelentősen lecsökken a fokozatok kapcsolási száma, ami nem csak a mágneskapcsolók, hanem a kondenzátorok élettartamát is növeli. Ha ez az eset áll fenn, akkor az automatika kijelzője szélsőségesen alacsony cos fi értéket is mutathat anélkül, hogy kondenzátor bekapcsolási parancsot adna! Az automatikák számára általában egy áram bemenet elegendő, amelyet a kompenzálandó rész (fő betáplálás, vagy leágazás) egyik fázisában elhelyezett áramváltó 5A-es szekunder kapcsaival (k, l kapocs) kötik össze. Üzem közben az áramváltó szekunder kapcsait minden esetben rövidre kell zárni, ami természetesen történhet az automatika áram bemenetén keresztül, vagy speciális áramváltó sorkapocs segítségével is. (Pl.: karbantartás, vagy automatika csere időtartamára) Az automatika számára az egy fázisban elhelyezett áramváltó jele azért elegendő, mert többnyire szimmetrikus terhelést feltételezünk a kompenzálandó hálózaton, illetve, a végrehajtás azaz a kondenzátorok hálózatra kapcsolódása is szimmetrikusan történik. Léteznek olyan kivételes automatikák amelyek mindhárom fázisban három áramváltó segítségével mérik a hálózat áramát, és ezeket átlagolva végzik a szabályzást. Az automatikák másik részének nem szükséges a két vonali feszültség bemenet, mert egy áram és egy fázis feszültség segítségével is működnek, azaz egyfázisú hálózatokon is használhatók, természetesen ebben az esetben egyfázisú kondenzátorok alkalmazása mellett. Tipp: A korszerű automatikák programozása menü rendszerben történik, és nem bonyolultabb, mint egy mobil telefon beállítása, de vannak tanulni képes, pár alap adat megadása után önparaméterező automatikák is. Mágneskapcsolók Korábban nem lehetett hozzáférni csak az egyszerű, hagyományos mágneskapcsolókhoz, de ezeket elsősorban induktív vagy ohmos terhelés kapcsolására fejlesztették ki, és nem rendelkeztek ellenállásos segédhíddal. Alkalmazásuk szükségszerű volt, de ma már kijelenthetjük, hogy ezek a mágneskapcsolók kondenzátorok kapcsolására nem alkalmasak, mert a kapcsoláskor keletkező ívek miatt érintkezőik igen gyorsan tönkremennek. Ma már kifejezetten kondenzátorok kapcsolására kifejlesztett mágneskapcsolókat használhatunk, melyek legfőbb jellemzője az ellenállásos segédhíd. Ez azt jelenti, hogy a főérintkezőkkel párhuzamosan fázisonként egy-egy ellenállást, vagy annak megfelelő ellenállás huzalt kötnek be. Bekapcsoláskor a segédérintkezőkön keresztül a kondenzátor igen rövid ideig ezen az ellenállásos segédhídon keresztül töltődik, így nem teljesen töltetlen állapotban (amikor, rövidzár-szerűen viselkedik) kapcsolódik a hálózatra a mágneskapcsoló fő érintkezőjén keresztül. Ez egyrészt a 17

18 kondenzátor élettartamát hosszabbítja meg, másrészt a bekapcsolási áramlökéseket csökkenti, amelyek így nem zavarják a hálózaton lévő egyéb fogyasztókat. Sok mágneskapcsoló esetében kikapcsoláskor az előző folyamat fordítva is lejátszódik, azaz a főérintkező bontása után igen rövid ideig az ellenállásos segédhíd még vezet, így a főérintkező ívmentesen tud bontani. A speciális kondenzátor-mágneskapcsolók ma már kb kapcsolási ciklust bírnak. Az egyedi kondenzátorok bekapcsolási áramlökései általában nem okoznak a hálózaton lévő egyéb fogyasztók számára üzemviteli problémát. Sokkal rosszabb a helyzet akkor, amikor egy vagy több, villamos szempontból közeli csatlakozású és már üzemelő kondenzátorhoz kapcsolunk hozzá egy újabb kondenzátor fokozatot. Ilyenkor az éppen bekapcsolt kondenzátor rövidzár -szerű viselkedése miatt a már üzemelő kondenzátor(ok)-ban tárolt energia ezen keresztül szeretne kisülni. A bekapcsolási áramlökéseket a speciális kondenzátor mágneskapcsolók alkalmazása mellett áramkorlátozó fojtó tekercsekkel lehet csillapítani. A bekapcsolási áramlökés hozzákapcsolás esetén egyenesen arányos a feszültséggel, és az üzemelő valamint a hozzákapcsolt kondenzátor nagyságával, de fordítottan arányos a két kondenzátor csoport közötti induktivitás értékével. Tipp: A mágneskapcsolók ellenállásos segédhídját karbantartáskor érdemes megmérni, mert elhasználódásuk esetén külön is lehet őket cserélni! Tirisztoros kapcsolók A kondenzátorok legkíméletesebb hálózatra kapcsolása a tirisztoros kapcsoló készülékekkel oldható meg. Azért ez a legjobb megoldás, mert minden egyes fázisban akkor kapcsolódik be a kondenzátor, amikor abban a fázisban feszültség nulla átmenet van. Ezzel elkerülhető a bekapcsolási áramlökés mind a kondenzátor, mind a hálózat felé. Mivel a fázisjavító kondenzátorok egyfázisú elemei általában delta kapcsolásban vannak a háromfázisú hálózatra kötve, így már két fázis lekapcsolása is megszünteti a kondenzátoron átfolyó áramot. (A kondenzátor egy kivezetése hiába marad a hálózat egy fázisán, nincs hová folyjék az áram!) Ez a megoldás elsősorban költségtakarékossági okból terjedt el, mert ilyenkor elegendő két tirisztor alkalmazása is egy kapcsoló elemen belül. Igen nagy hátránya viszont ennek a megoldásnak az, hogy a harmadik fázis feszültsége a kondenzátor egyik kapcsán mindig rajta van, amikor a berendezés fő áramköre feszültség alatt van. Karbantartás, vagy javítás esetén a kondenzátor hálózatról történő nem teljes leválasztódása miatt kiemelt figyelmet kell fordítani a feszültség mentesítésre! Tipp: A tirisztoros kapcsolók védelmére nem alkalmas a hagyományos lomha biztosítóbetét, hanem speciális félvezető-védő biztosítóbetétet kell alkalmazni! 18

19 Torlófojtók A torlófojtókat a kondenzátorok védelmére használják felharmónikusokkal szennyezett hálózaton, és a mágneskapcsoló és a kondenzátor kapcsai közé sorosan kapcsolódnak. Általában egy vastesten helyezkedik el a három független tekercs (összesen hat kivezetéssel), melynek terhelhetőségét a soros kapcsolás miatt a kondenzátor üzemi árama határozza meg. A torlófojtó és a kondenzátor alkotta soros LC kör a rezonancia frekvenciája alatt kapacitív, fölötte induktív jelleget mutat. Ennek a kialakításnak az a célja, hogy a hálózat szokásos 50 Hz-es frekvenciáján a kapacitív jelleg miatt a meddőenergia kompenzálás megvalósul, de magasabb frekvenciákon nem alakul ki káros rezonancia veszély. (A rezonancia frekvencia fölött már mint induktivitás viselkedik a torlófojtós kondenzátor egység) A torlófojtós berendezések legfőbb műszaki paramétere a p -vel jelölt fojtási tényező, ami függ a berendezésbe épített kondenzátorok kapacitásától és torlófojtók induktivitásától. Általában háromféle fojtási (vagy más néven csillapítási) tényezővel rendelkező torlófojtós berendezést használnak: az 5,67 %-ost, a 7 %-ost, és a 14 %-ost, e két utóbbi a leggyakoribb. Ezek soros rezonancia frekvenciája ebben a sorrendben a következő: 5,67 % Hz, 7 % Hz, 14% - 133,6 Hz Tipp: A torlófojtós berendezések sem viselnek el akármekkora felharmonikus szintet, de a torlófojtók adatlapjain általában megtaláljuk a határértékeket. Nagy felharmonikus szint esetén nem torlófojtós berendezés, hanem szűrő használata a megfelelő megoldás! Fázisjavítás kiépítés szükségességének meghatározása Becsléssel A szükséges kompenzáló berendezés meddő teljesítményét több tényezőből becsülhetjük, amelyek egyébként a számítás alapjául szolgálnának. 1. Megbecsüljük a várható maximális hatásos teljesítményt. Ehhez összeadhatjuk az összes fogyasztó hatásos teljesítményét és egy együttjárási tényező segítségével meghatározzuk az egyidejűleg fellépő maximális teljesítményt. Az együttjárási tényező értéke maximum egy, de általában kisebb egynél, így biztosan kisebb értéket kapunk a maximális teljesítményre, mint a beépített teljesítményre. 2. A várható hatásos energia fogyasztás felső értékét a becsült maximális teljesítmény és a várható üzemidő szorzataként kapjuk. Az üzemidőt legfőképpen a várható műszakszámból határozhatjuk meg, azaz egy, kettő, vagy három műszakos üzemet veszünk figyelembe, műszakonként nyolc órával, és a munkanapok szorzatával. 3. A fogyasztó jellegéből adódóan számolhatunk egy várható természetes teljesítménytényezővel, ami általában 0,7 és 0,9 közötti szám. A kisebb értékeket 19

20 használjuk a sok motorikus és induktív jellegű fogyasztók esetén, a nagyobb értékeket pedig az ohmos terhelésű, vagy kis induktív terhelést jelentő készülékeket (UPS, frekvenciaváltó) üzemeltető fogyasztóknál. 4. A várható meddőenergia fogyasztást a becsült maximális teljesítmény, a teljesítménytényezőből számított tangens φ és a várható üzemidő szorzataként határozhatjuk meg. A fázisjavító berendezés szükséges meddő teljesítményét pedig az üzemidő nélküli szorzat adja meg. 20

21 Számítással A fogyasztási adatok ismeretében konkrét adatokkal számolhatunk, amelyekhez hozzájuthatunk a fogyasztó elszámolási mérőjéből, annak internetes eléréséből, a számla adataiból, vagy hálózati mérésekből. Minden esetben ismernünk kell azonban a hatásos és meddő fogyasztást, valamint az előforduló maximális, vagy átlagos hatásos teljesítményt. Tételezzük fel, hogy egy fogyasztónál az alábbi adatokat mértük vagy becsültük az előző pont alapján: 1. A legnagyobb hatásos teljesítmény a mérés időtartama alatt: 310 kw 2. A mérés időtartalma alatt felhasznált hatásos energia (Hatásos fogyasztás) : kwh 3. A mérés időtartalma alatt felhasznált meddőenergia (Induktív meddő fogyasztás) : kvarh Ezekből az adatokból először kiszámolhatjuk a szög tangensét: (Becslés esetén a természetes teljesítménytényező értéke a fogyasztó jellegéből adódik) tgφ1 = kvarh/kwh = / = 1,14 Kiszámoljuk továbbá az elérendő (cél) cosφ = 0,97 szögértékét: 14,07 Majd ennek vesszük a tangensét, amely: tgφ2 = 0,25 A szükséges kompenzáló teljesítmény a fentiek alapján: 310 kw (tgφ1 tgφ2) = 310 kw (1,14 0,25) = 310 kw 0,89 = 275,9 kvar Ez lehet maximális, vagy átlagos érték is, attól függően, hogy melyik hatásos teljesítmény értékkel számoltunk, de célszerű kb. 10 % tartalék meddő teljesítményt ráhagyni a kondenzátorok értékcsökkenése és egy tartalék fokozat elérhetősége miatt. Így a fenti számítás eredményeképpen ebben az esetben egy 300 kvar-os berendezés javasolható. 21

22 Megfelelő fázisjavító berendezés kiválasztása: A berendezés meddő teljesítménye Általában a kiszámított meddőteljesítményt a többféle fázisjavítási mód (pl: egyedi, csoportos, központos) egyikeként vagy azok valamelyik kombinációjában célszerű beépíteni. Azt, hogy melyik módozatot választjuk, az összes mérési eredmény figyelembe-vételével az egyes fogyasztók jellege és üzemen belüli elhelyezkedése határozza meg. Tipp: tarifális szempontból megfelelő lehet a központi kompenzálás kiépítése is, de a belső hálózatveszteség a fázisjavító berendezés csatlakoztatási pontjától a fogyasztó készülékig ettől még megmarad! A berendezés fokozat kiosztása (automatizáltság, maximális fokozatszám, megfelelő finomságú szabályzás) A fázisjavításra (teljesítménytényező javításra) alkalmazott kondenzátorok egységteljesítményét egyedi kompenzálás esetében a fogyasztó meddő teljesítménye határozza meg. Itt ugyanis nincs fokozatlépcsőzés, hanem az egyedi fogyasztó hálózatra kapcsolásakor egyidejűleg feszültség alá kerülő kondenzátor végzi a fázisjavítást. Csoportos, vagy központi kompenzálás esetén a fogyasztás jellege határozza meg az alkalmazandó legkisebb kondenzátor egységteljesítményét. Meg kell vizsgálni azt, hogy milyen gyorsan és milyen mértékben változik a meddőteljesítmény igény. Gyors, kis mértékű változáskor finom szabályzás szükséges. A legkisebb kondenzátor meddő teljesítménye általában a fázisjavító berendezés teljes meddő teljesítményének kb. 10%-a. Ennél kisebb egységteljesítmény (finomabb szabályzás) ritkán szükséges, legfeljebb az 500 kvar-t meghaladó berendezéseknél és olyan fogyasztóknál, ahol kisebb induktív meddőterhelésű időszakok is előfordulhatnak. Tipp: nem szükséges minden kondenzátor fokozatot kis egységteljesítményűre választani, mert a korszerű automatikák megfelelően tudják kombinálni az eltérő egységteljesítményű fokozatokat. 22

23 Fázisjavítás hálózatra kapcsolódásának feltételei: Erősáramú csatlakoztatás (vezeték, biztosító, leágazás) Amint azt már korábban olvashattuk, a kondenzátorok túlterhelés védelmét lomha biztosítóbetéttel megoldhatjuk. A biztosítóbetéteket a kondenzátorok hálózatra csatlakoztatási pontjain helyezzük el mindhárom fázisban. A biztosítóbetétek névleges árama legalább a kondenzátorok kvar értékének 1,8-2-szorosa legyen. Az elektronikus védelemmel rendelkező megszakítók használata általában nem szükséges. A fázisjavító berendezések bekötésénél figyelembe kell venni, hogy a hálózaton jelentkező felharmonikusok, vagy a feszültségemelkedés következtében többletáramok jöhetnek létre. Emiatt, illetve a berendezések esetenként nagy kihasználási óraszáma miatt a csatlakozó vezetékeket és kábeleket a kondenzátorok névleges áramának 1,5-szeresére kell méretezni, figyelembe véve a környezeti hőmérsékletet, illetve a kábel nyomvonalát is. (kábeltálca, földben, stb.) A terhelhetőséget befolyásoló egyéb tényezők a könyv egy másik fejezetében részletesen megtalálhatók. Vezérlési módok (áramváltó helyének, áttételének kiválasztása) A fázisjavító automatika terheléskövető működéséhez feltétlenül szükséges egy vezérlő áramváltó szekunder jelének bekötése az automatika megfelelő (k, l, jelzésű) kapcsaira. A bekötésnél csak arra kell vigyázni, hogy a megfelelő szekunder amperitású áramváltót a megfelelő áram bemenetű automatikához használjuk. Kisfeszültségen általában 5A-es, középfeszültségen általában 1A-es szekunder áramú áramváltót építenek be. A beépítés helye mindig a kompenzálandó hálózatrésztől függ. Az áramváltón át kell haladjon a kompenzálandó fogyasztó árama. Így az áramváltót nem csak a főbetáplálásba, hanem alelosztók, vagy fogyasztó csoportok leágazásába is be lehet építeni. A hálózat betáplálási pontja felől nézve a hálózatot, mindig az áramváltó mögötti rész lesz érzékelve. Ugyanez fordítva igaz a fázisjavító berendezés erősáramú csatlakozási pontjára, azaz a betáplálás felől nézve csak a csatlakozás pont előtti hálózatrész lesz kompenzálva. A fázisjavítás hatása csak ezen a szakaszon érvényesül, a mögöttes részen minden áram és cos φ érték változatlan marad! A megfelelő ponton beépített áramváltó áttételének megválasztásakor figyelembe kell venni a beépítési pont maximális áramterhelhetőségét. Ez általában könnyen meghatározható a többi beépített alkatrész áramterhelhetőségének megvizsgálása után. Nagyobb gondot jelenthet az áramváltó áttétele és az automatika érzékenységének viszonya, mert a szokásos fázisjavító automatikák alsó áramérzékelési küszöbe 50 ma. Ez azt jelenti, hogy ennél kisebb áramváltozást az automatika nem képes érzékelni. Visszafelé számolva, egy 1000/5 áttételű áramváltó szekunder oldalán jelentkező 50 ma a 200-as áttétel miatt a primer oldalon 200 0,05 A = 10 A áram változás hatására jelentkezik. A kondenzátor szokásos áramfelvétele a 400 V-on jelentkező névleges meddőteljesítményének, azaz a kvar értékének közel másfélszerese (pontosan 1,44-szerese), így 10 A/1,44 hányadosból közel 7 kvar a lehető legkisebb alkalmazott kondenzátoregység. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az áramváltó primer 23

24 áramerősségének 10 %-át választhatjuk nyugodtan a legkisebb kondenzátor fokozat kvar értékének. (Ez példánkban az 1000/5 áttételű áramváltó 1000 A-es primer áramterhelhetőségét nézve 10 kvar-ra, egy 2500 A-es áramváltó esetén pedig 25 kvar-ra adódik.) Középfeszültségű fázisjavításról röviden Középfeszültségű kompenzálást általában ott építenek ki, ahol több középfeszültségű fogyasztó készülék van (pl.: nagyteljesítményű középfeszültségű motor hajtások), azaz az induktív meddőteljesítmény nem kisfeszültségű oldalon jelentkezik. A középfeszültségű kondenzátorok általában egyfázisúak, mert így kialakítható olyan védelmi rendszer, amivel érzékelhető a kondenzátorok belső meghibásodása és kapacitás csökkenése. Ettől függetlenül természetesen háromfázisú középfeszültségű kondenzátorokat is gyártanak, amelyek elsősorban motorok egyedi kompenzálására szolgálnak. Mindkét esetben a kisfeszültségen használatos kondenzátor teljesítményekhez viszonyítva nagy egységteljesítmények fordulnak elő, nem ritka az 500 kvar-os kondenzátor, de gyártanak 800 kvar-ost is egy kondenzátor házba építve. Az egyfázisú kondenzátorokat általában csillag kapcsolásba kötik, mert így a vonali feszültség helyett csak fázisfeszültségre kell a névleges feszültségüket választani. A kettős csillag kapcsolás esetén a két, nem földelt, hanem lebegő csillagpont közé kerül a védelmi relé. Működési elve azon alapszik, hogy a kettős csillag kapcsolás teljes szimmetriája esetén (a csillag ágait alkotó kondenzátorok azonos értéke esetén) a két csillagpont között nem mérhető feszültség. Amennyiben ez a szimmetria valamelyik kondenzátor kapacitás csökkenése miatt felborul, úgy a védelmi relé a csillagpontok közötti feszültség megjelenés hatására megszólal. A védelmi relé érzékenysége a kondenzátorok kapacitásának gyártási szórása miatt változtatható. Természetesen más módszerek is léteznek a középfeszültségű kondenzátorok védelmére (nem csak a csillag kapcsolásúakra), de ezekkel terjedelmi okokból nem foglalkozunk. A háromfázisú középfeszültségű kondenzátorok általában belső biztosítóval rendelkeznek, de ez gyártónként változik, van, ahol külön kell kérni ezt a típust. Középfeszültségű fázisjavító berendezéseket ritkán szerelnek automatikával, mert a kondenzátorok kapcsolása miatti nagy áramtranzienseket a kapcsoló készülékeket nagyon igénybe veszik. Legjobbak erre a vákuum megszakítók, amelyek viszont igen magas árúak. 24

25 Meglévő berendezések felújítása, karbantartása A korábban igen elterjedten használt olaj impregnálású kondenzátoregységek nagy része csak 2010-ig voltak hálózaton tarthatók. (KÖM 2003/5. rendelet) Ennek oka az, hogy az olajban egy PCB rövidítésű, környezetre veszélyes anyagot is használtak az olaj tulajdonságaink javítására, melynek használatát szeretnék megszüntetni. Egy meglévő berendezés felújításakor így ezt a szempontot kell legelőször megvizsgálni még akkor is, ha egyébként a berendezés megfelelően üzemel. Amennyiben korszerűsíteni szeretnénk fázisjavító berendezésünket, úgy az alkatrészek cseréjét az alábbi sorrendben érdemes elvégezni (eltekintve a fenti esettől): Automatika Mágneskapcsolók Kondenzátorok Azért szükséges az automatika cseréje elsősorban, mert a hibás mágneskapcsolók és kondenzátorok az új típusú automatikákat nem tudják becsapni, vagyis az automatika felismeri a fokozat kapcsolás eredménytelenségét, és hibás fokozatként eltárolja azt. Így csak a működőképes, és valamilyen egységteljesítményt képviselő fokozatok maradnak a szabályzási folyamatban. A mágneskapcsolókat érdemes cserélni ellenállásos segédhidas kialakításúakra, hogy a kondenzátorok élettartamát növeljék, illetve a hálózatra kapcsolás káros következményeit csökkentsék (Lásd előző fejezetek). Érdemes ellenőrizni a kondenzátorok kisütő ellenállásainak állapotát, ugyanis szakadt ellenállások esetén nem csökken megfelelő időn belül a kondenzátorban lekapcsolás után maradt feszültség. Ennek hatása nem csak balesetveszélyességében rejlik, hanem a fokozat újra hálózatra történő kapcsolásakor a kondenzátorra és a hálózatra káros bekapcsolási feszültség csúcsok alakulhatnak ki. Karbantartás során a biztosítóbetétek állapotának ellenőrzése legyen a legelső feladat, mert már itt sok meghibásodásra utaló jelenséget felfedezhetünk. Következő lépésben a kondenzátor egységek áramfelvételét célszerű megmérni, ez fázisonként a kondenzátor kvar értékének kb. a másfélszerese normál esetben. (50Hz-es hálózaton pontosan: 1,44-szerese). Az automatika működő képtelensége esetén ellenőrizzük a vezérlő feszültségek és az áramváltó jel meglétét. Tipp: Műszer hiányában az áramváltó szekunder oldali vezetékének egyszerű összeérintésekor látható szikrázás is mutathatja a vezérlő áram meglétét. Aktív harmonikus szűrőkről röviden Az aktív harmonikus szűrőket lehet fázisjavítás céljára is használni, a vezérlő automatikájuk beállításának függvényében. Érdekességük, hogy nem csak kapacitív, 25