30. sz. laboratóriumi gyakorlat. A fázistényező javítása, automatikus fogyasztói meddőteljesítmény kompenzáció

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "30. sz. laboratóriumi gyakorlat. A fázistényező javítása, automatikus fogyasztói meddőteljesítmény kompenzáció"

Zsolt Balog
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 30. sz. laboratóriumi gyakorlat A fázistényező javítása, automatikus fogyasztói meddőteljesítmény kompenzáció 1. Elméleti alapok A váltakozó-áramú villamos készülékek döntő többsége elektromágneses elven működik (motorok, transzformátorok). A működésükhöz szükséges mágneses teret, váltakozó-áramról lévén szó, a hálózatból felvett meddőteljesítmény segítségével lehet létrehozni, ill. fenntartani. Ezt a meddőteljesítményt a wattos teljesítményhez hasonlóan az energiaszolgáltató erőművek, generátorok állítják elő, és a vezetékrendszer segítségével juttatják el a fogyasztókhoz. A szállított meddőteljesítmény és a hálózat feszültsége meghatározza az ún. meddőáram értékét. Ez az áram a wattos terhelés áramához vektorosan hozzáadva adja az áramot. Az áram természetszerűen nagyobb, mint a wattos áram, így a vezetéken keletkező feszültségesések és veszteségek nagyobbak lesznek a meddőáram mentes hálózat feszültségeséséhez, veszteségéhez képest. Különösen nagyok lesznek ezek, ha a meddőáram nagy és a meddőteljesítményt messziről kell a fogyasztóhoz szállítani. Egy meddőteljesítménnyel erősen terhelt vezeték kapcsolási vázlatát és vektorábráját az 1. ábra tünteti fel. A vezeték impedanciája Z H = RH + jx H ohm legyen. A vektorábrában feltüntettük a tápponti (U T ), a fogyasztói (U F ) feszültségeket, valamint a feszültségeséseket is. Látható, hogy a meddőáram növekedésével a feszültségesés komponensek rohamosan nőnek. Látható a vektorábrából az is, hogy a vezetéket terhelő áram (I F ) a wattos áramnál lényegesen nagyobb, értéke: I 2 I 2 F = I w + m vagy I I w F = cosϕ Melegedés szempontjából a vezetéket az I F áram terheli és köztudott, hogy minden vezető keresztmetszethez meg van adva a legnagyobb terhelőáram értéke, tehát a wattos áramhoz járuló meddőárammal elérhetjük a vezető terhelőáramának felső értékét. Ennek az lesz a következménye, hogy a vezetéken sem wattos, sem meddő többlet teljesítményt szállítani nem lehet. Nem foglalkozunk vele, de hasonló problémák merülnek fel a meddőteljesítményt szolgáltató generátoroknál is. Az elmondottakból következik, hogy a fogyasztók működéséhez nélkülözhetetlen mágnesező áram az energia-szolgáltatás rendszerében nem kívánatos jelenség. A probléma megoldása az, hogy a meddőteljesítményt nem a generátorokkal állíttatjuk elő,

2 hanem azt közvetlenül a fogyasztónál. Így elmarad a szállítással járó többlet feszültségesés és veszteség. A meddőteljesítmény előállítására a túlgerjesztett szinkrongépek és a kondenzátorok alkalmasak. Mi itt most csak a kondenzátoros megoldással fogunk foglalkozni. Kapcsoljunk egy kondenzátort az 1. ábrán lévő vázlatban a fogyasztóval párhuzamosan (2. ábra). A kör vektorábráját az áramokra megrajzolva azt látjuk, hogy a vezeték árama (I F ) lecsökkent I F értékűre, mégpedig úgy, hogy a meddőkomponens értéke I m = I m - I c értékre csökkent, a wattos komponens értéke pedig nem változott, I w = I w. További kondenzátorokat bekapcsolva elérhető, hogy a meddőáram nulla értékűvé válik. (Ez a teljes kompenzálás esete.) Ekkor a vezetéket már csak a wattos terhelés árama terheli, amely lényegesen kisebb lehet, mint az eredeti áram. A kondenzátor hatására a vezetéken folyó áram abszolút értéke lecsökkent, ezzel egyszerre két hatást lehetett elérni: 1/ kisebb lett a feszültségesés, 2/ a vezetékre további fogyasztók kapcsolhatók. A meddőenergiát a túlméretezések elkerülése, ill. a veszteségek csökkentése érdekében célszerű a fogyasztó közelében előállítani. Ezzel a meddőáram szállításából eredő járulékos veszteségek részben, vagy teljes mértékben elkerülhetők. 1. ábra

3 2. ábra Alapvetően a kompenzációval az alábbi eredmények érhetők el: 1. állandó hatásos teljesítmény esetén a hálózati veszteségek csökkentése; 2. állandó látszólagos teljesítmény esetén a fogyasztónál a hálózat túlterhelése nélküli fogyasztói bővítés. A kompenzáció lehet egyedi, csoportos és központi. A csoportos- és központi kompenzáció alkalmazása esetén, ha a fogyasztók ki-be kapcsolása nagy teljesítmény-tényezőváltozást okoz, akkor a kondenzátorok összteljesítményét is automatikusan változtatni kell a túl-kompenzáció elkerülése céljából. A kapacitív elemek a hálózat soros induktív elemeivel rezonanciába kerülnek. A rezonancia jelensége akkor veszélyes, ha a hálózat feszültség-felharmonikusokat is tartalmaz és rezonancia esetén a felharmonikus áramok a kondenzátorok túlmelegedését okozhatják. Ezért a felharmonikus áramok csökkentése érdekében a soros rezgőkör rezonanciáját úgy kell elhangolni, hogy a felharmonikus áramok okozta melegedés elfogadható érték alatt maradjon Mérési feladatok 1. Egy meghatározott terhelhetőségű vezetékmodellre ohmos és induktív fogyasztókat párhuzamosan kell kapcsolni. A szükséges kondenzátort teljesítmény meghatározása céljából mérni kell a feszültséget, áramerősséget és a teljesítménytényezőt. Ezután vektorábra és számítás segítségével meg kell állapítani, hogy a rendelkezésre álló kondenzátorok bekapcsolásával a teljesítménytényező milyen értékű lesz. Ezt méréssel is ellenőrizzük. 2. A 3. ábra szerint hanggenerátor segítségével méréssel határozzuk meg a kompenzálás után a soros rezonancia-frekvenciát. A mérés idejére a wattos fogyasztókat iktassuk ki. A rezonancia-frekvenciát számítással is ellenőrizzük.

4 3. ábra 3. Automatikus meddőkompenzálás mérése A FAK-u típusú automatikus fázisjavító kapcsoló működési elve a 4. ábra alapján követhető: 4. ábra A fázisjavító érzékelője szimmetrikus kimenetű fázis-érzékeny jelátalakító rendszer. A terhelőáram változását S áram-stabilizátor állandó értéken tartja. Így a szabályozás csak a teljesítménytényezőtől függ. A hálózati feszültséggel arányos feszültség a T leválasztó transzformátorón keresztül jut a B jelátalakító bemenetére. Ha a teljesítménytényező az érzéketlenségi sáv alsó határát eléri, akkor az E kapcsolóüzemű erősítő indítja az F késleltető egységet. Amennyiben a cosϕ érték a késleltetési idő után is a beállított sáv alatt marad, akkor a K kapcsolóegység a mágnes-kapcsoló számára vezérlést ad és annyi kondenzátortelepet kapcsol be, amennyi a szabályozási eltérést megszünteti. A teljesítménytényező növekedése esetén a D kikapcsoló-erősítő üzemel és az F késleltető-egységen, valamint a K kapcsolóegységen keresztül működteti a mágnes-kapcsolókat.

5 Egyéb adatok: Érzékelés: R fázisáram S-T vonali feszültség Kapcsolási késleltetés: 0-3 perc Referencia érték: cos ϕ = 1,0-0,9 (ind). U n = 380 V I n = 5 A Egy négyfokozatú automatika 16 kapcsolási variációt képes megvalósítani. A készülék bekötési rajza: 5. ábra A mérés során változtatni kell az induktív fogyasztók számát és vizsgálni az önműködő fázisjavító működését. Ezzel kapcsolatosan állapítsuk meg az optimális késleltetési idő beállítását az alábbi összefüggés figyelembevételével: T T 2. A mérés menete 0 Q L dt k c Q c dt 1. Fázistényező javításának mérése a) Megmérjük a kör feszültségeit és áramait, majd felrajzoljuk a vektorábrát. (1. ábra)

6 6. ábra Ezután kiszámítjuk a cosϕ F értékét cos ϕ P F F = U F I összefüggéssel, kiszámítjuk I w=i F cosϕ F és I m =I F sinϕ F értékeit. F Felrajzoljuk léptékhelyesen U F értékét, ennek kezdőpontjából U T értékének megfelelő kört rajzolunk, majd U F végpontjából U értékének megfelelő sugárról másik körívet rajzolunk. A két körív metszéspontja kijelöli U T és U irányait. Ezután berajzoljuk az áramok vektorait is. b) Bekapcsolunk néhány kondenzátort és újból megmérjük az előbbi mennyiségeket és a vektorábrába berajzoljuk. c) Annyi kondenzátort kapcsolunk be, hogy a teljes kompenzáció jöjjön létre. Rajzoljuk fel ennek az esetnek is a vektorábráját. d) Állapítsuk meg a teljes kompenzáció esetén a vereték terhelhetőségének határtat, figyelembe véve, mennyi wattos terhelést lehet még a vezetékre kapcsolni. e) Csökkentetik a wattos terhelést és kapcsoljunk be még kondenzátort, az ún. túlkompenzált állapotot hozva létre. Rajzoljunk vektorábrát egy ilyen esetre is. 3. Az 1,2 rész 2. pontjában leírt feladatok méréséhez egy 5 W-os hanggenerátort kb 500 Ω-os ellenállás sorba kötésével kapcsoljunk a hálózatról leválasztott kompenzált fogyasztókra. A frekvencia változtatásával állapítsuk meg a rezonancia-frekvencia értékét. 4. A 7. ábrának megfelelően, összekapcsolt készülékeknél az induktív fogyasztók KI-BE kapcsolásához készítsünk menetrendet, és ezt vessük egybe az önműködő szabályozó követési menetrendjével.

7 5. A jegyzőkönyv tartalmazza: - a kapcsolási rajzokat - a teljesítménytényező értékeit kompenzálás előtt és után, a vektorábrát és a számításokat - a rezonancia frekvencia számított és mért értékeit - a menetrendeket az értékeléssel. 6. A méréshez szükséges műszerek és eszközök: 1 db torold transzformátor 1 db hanggenerátor 1 db oszcilloszkóp 3 db ampermérő (0-5 A) 1 db wattmérő 1,25-2,5 A 300 V 1 db voltmérő (0-15 V) 2 db cos ϕ mérő 1 db FAK-U 8 tip. kond. automatika 5 db VMK tip. mágnes-kapcsoló 8 db kézi működtetésű kapcsoló 3 db csomóponti elem 1 db vezeték modell

8 7. ábra 7. Ajánlott irodalom: 1. Pálfi László: Villamosenergia-gazdálkodás; MK Komlósy - Morva: Energiagazdálkodás; Főiskolai jegyzet 3. Kádár Aba szerk.: Erősáramú zsebkönyv; MK Dr. Puhr - Szeles - Turán: A fázisjavítás gyakorlata; MK 1976

Hasonló dokumentumok

21. laboratóriumi gyakorlat. Rövid távvezeték állandósult üzemi viszonyainak vizsgálata váltakozóáramú

21. laboratóriumi gyakorlat. Rövid távvezeték állandósult üzemi viszonyainak vizsgálata váltakozóáramú 1. laboratóriumi gyakorlat Rövid távvezeték állandósult üzemi viszonyainak vizsgálata váltakozóáramú kismintán 1 Elvi alapok Távvezetékek villamos számításához, üzemi viszonyainak vizsgálatához a következő