BATERII KONDENSATORÓW W ŒRODOWISKU PRZEMYS£OWYM

* Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydzia³ Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki

Krzysztof PÊDZISZ^*

ANALIZA POMIAROWA I OCENA WARUNKÓW PRACY

BATERII KONDENSATORÓW W ŒRODOWISKU PRZEMYS£OWYM

STRESZCZENIE

Wzrastaj¹cy stopieñ z³o¿onoœci i nowoczesnoœci rozwi¹zañ technicznych, dziêki którym roœnie wydajnoœæ procesów produkcyjnych, wymaga stosowania coraz wy¿szej klasy komputerów, urz¹dzeñ automatyki i energoelektroniki przemys³owej. Powoduje to, ¿e konsekwencje bezpoœrednie i poœrednie spowodowane zaburzeniami w zasilaniu od- biorników energii elektrycznej staj¹ siê coraz bardziej dotkliwe finansowo. W dobie nieustannych wzrostów cen paliw kopalnych i bêd¹cych ich pochodn¹ cen energii, sta³a bateria kondensatorów do kompensacji zmiennej mocy biernej jest obecnie rozwi¹zaniem nieakceptowanym. Koniecznym minimum wydaj¹ siê prze³¹czalne baterie kondensatorów, automatycznie zmieniaj¹ce wartoœæ mocy biernej w œlad za zmianami stanu kompensowanych od- biorników. Baterie kondensatorów, stosowane do kompensacji mocy biernej sk³adowej podstawowej, s¹ podstaw¹ ekonomicznej pracy systemów zawieraj¹cych odbiorniki rezystancyjno-indukcyjne. Poniewa¿ obecnie podobnie czê- sto spotykane s¹ odbiorniki nieliniowe, na skutek zaburzeñ elektromagnetycznych, pojawiaj¹ siê nowe rodzaje ry- zyka, zarówno wewn¹trz, jak i w otoczeniu baterii. W artykule omówiono i poddano ocenie zaburzenia napiêcia zasilaj¹cego, maj¹ce wp³yw na warunki pracy automatycznych baterii kondensatorów, zainstalowanych w stacji transformatorowo-rozdzielczej zak³adu przemys³owego, a w konsekwencji na ich eksploatacjê i ¿ywotnoœæ.

S³owa kluczowe: bateria kondensatorów, kompensacja mocy biernej, jakoœæ energii

CAPACITOR BANKS MEASURING ANALYSIS AND OPERATING CONDITION ASSESSMENT IN INDUSTRIAL ENVIRONMENT

The increasing degree of complexity and modern technical solutions, which have contributed to the growth of pro- duction processes, demand ever increasing higher level computers, automatic systems and power electronics. This means that the effects of direct and indirect disturbances in the electrical energy supply to technological devices are causing severe financial consequences. In an age of increasing fossil fuel prices and derived from this, the increasing cost of energy, the static capacitor banks are no longer an acceptable solution for reactive power com- pensation and power factor correction. The absolute minimum requirements are automatic capacitor banks, auto- matically changing the value of reactive power, tracing the changes of the condition of compensated receivers.

Capacitor banks are the basis of the economical and efficient operation systems. Since currently, many systems have non-linear receivers, due to electromagnetic disturbances there are now new hazards surrounding capacitor banks both internally and externally. This paper reviews and presents the findings of voltage disturbances ana- lysis that has an effect on the operation condition of automatic capacitor banks, installed at industrial plant sub- station, and the consequences on their exploitation and life-time.

Keywords: capacitor banks, power compensation, power quality

1.

Problem prawid³owej kompensacji mocy biernej w zak³a- dach przemys³owych jest jednym z podstawowych zagad- nieñ, z jakim musz¹ siê zmagaæ s³u¿by eksploatacyjne.

Skrupulatne rozliczanie przez dostawców ponadumownego poboru energii biernej oraz znacz¹ce podwy¿ki cen energii sprawi³y, ¿e kompensacja mocy biernej jest podstaw¹ eko- nomicznej pracy systemów zawieraj¹cych odbiorniki rezy- stancyjno-indukcyjne i stanowi wa¿ny element gospodarki energetycznej przedsiêbiorstw.

Optymalizacja kosztów poprzez m.in. unikanie op³at karnych, to nie jedyny powód, dla którego nale¿y posiadaæ sprawny uk³ad kompensacji. Utrzymanie zadanego wspó³- czynnika mocy tgϕ w przedziale 0,2÷0,4, kompensacja mocy biernej sk³adowej podstawowej, przyczyniaj¹ siê do

wzrostu przesy³anej mocy czynnej (redukcji strat przesy³u mocy czynnej) oraz pozwalaj¹ w pe³ni wykorzystaæ przepu- stowoœæ transformatorów i elektroenergetycznych kabli za- silaj¹cych.

Poniewa¿ obecnie podobnie czêsto spotykane s¹ odbior- niki nieliniowe, pojawiaj¹ siê nowe rodzaje ryzyka, zarów- no wewn¹trz, jak i w otoczeniu baterii kondensatorów [1]:

– przeci¹¿enie kondensatorów,

– rezonans równoleg³y pojemnoœci z bliskimi (w sensie elektrycznym) indukcyjnoœciami, zagra¿aj¹cy zarówno samej instalacji kompensacyjnej, jak i aparaturze roz- dzielczej w miejscu zainstalowania baterii,

– wzrost poziomu zaburzeñ wy¿szych harmonicznych powy¿ej wartoœci normatywnych,

– wzrost napiêcia na szynach zbiorczych i zadzia³anie za- bezpieczeñ nadnapiêciowych.

W elektroenergetycznych sieciach zasilaj¹cych z zawar- toœci¹ wy¿szych harmonicznych, szczególnie w œrodowi- sku przemys³owym, nie jest mo¿liwa prawid³owa korekcja wspó³czynnika mocy za pomoc¹ konwencjonalnych baterii kondensatorów. Na skutek zaburzeñ elektromagnetycz- nych, jakimi s¹ wy¿sze harmoniczne, mog¹ powstaæ rezo- nanse miêdzy indukcyjnoœci¹ sieci (³¹cznie z wtórnym uzwojeniem transformatora zasilaj¹cego) a pojemnoœci¹ za³¹czonych stopni kondensatorowych. W rezultacie nastê- puje wzrost amplitudy harmonicznej, szczególnie kiedy jej czêstotliwoœæ odpowiada czêstotliwoœci utworzonego uk³a- du rezonansowego, powoduj¹c uszkodzenia kondensato- rów oraz innych uk³adów elektronicznych pracuj¹cych w tej sieci. W tej sytuacji poprawa wspó³czynnika mocy powinna odbywaæ siê za pomoc¹ automatycznych baterii kondensatorowych z d³awikami blokuj¹cymi. Ka¿dy sto- pieñ takiej baterii sk³ada siê z jednostkowego kondensatora i d³awika blokuj¹cego, tworz¹cych z sob¹ szeregowy ob- wód rezonansowy odstrojony od najni¿szej wystêpuj¹cej harmonicznej. Tak dobrany stopieñ posiada charakter po- jemnoœciowy przy czêstotliwoœci podstawowej, zapewnia- j¹c prawid³ow¹ korekcjê wspó³czynnika mocy, natomiast przy czêstotliwoœciach wy¿szych od w³asnej czêstotliwoœci rezonansowej, stopieñ posiada charakter indukcyjny.

Zagadnienie jakoœci energii elektrycznej oraz zwi¹zane z nim wymagania dotycz¹ce m.in. dopuszczalnych pozio- mów odkszta³ceñ napiêæ i pr¹dów, wahañ wartoœci napiêcia i jego czêstotliwoœci, zapadów oraz impulsów napiêcia, ge-

nerowanych podczas normalnej pracy lub wywo³anych przyczynami losowymi, coraz czêœciej postrzegane s¹ przez odbiorców energii elektrycznej jako wa¿ny element maj¹cy wp³yw na niezawodnoœæ pracy zak³adowego systemu elek- troenergetycznego oraz stabilnoœæ i ci¹g³oœæ procesu pro- dukcyjnego.

2.

Czu³oœæ urz¹dzeñ technologicznych na jakoœæ zasilaj¹cej je energii elektrycznej wzrasta wraz z zaawansowaniem i skom- plikowaniem technologii. Wp³yw parametrów energii elek- trycznej na produktywnoœæ i zyskownoœæ odbiorców prze- mys³owych jest tak du¿y i zró¿nicowany jak ró¿norodnoœæ wykorzystywanych technologii i urz¹dzeñ.

Do najczêœciej wystêpuj¹cych zaburzeñ elektromagne- tycznych w œrodowisku przemys³owym mo¿na zaliczyæ: za- pady napiêcia, krótkie przerwy w zasilaniu, harmoniczne napiêcia oraz odkszta³cenia napiêcia (rys. 1). Parametry ta- kie, jak: miejsce wyst¹pienia, wielkoœæ i czas trwania zak³ó- cenia, a tak¿e rodzaj zdarzenia i podatnoœæ odbiorów na jego wyst¹pienie w sposób znacz¹cy wp³ywaj¹ na jakoœæ energii elektrycznej w obiekcie przemys³owym. W niektórych przy- padkach do³o¿enie pojedynczej maszyny czy urz¹dzenia mo¿e wytworzyæ zupe³nie nowe warunki i stanowiæ Ÿród³o problemów (rys. 2) dla zak³adowego systemu elektroenerge- tycznego [2].

Rys. 1. Zaburzenia elektromagnetyczne: a) zanik napiêcia; b) zapad napiêcia; c) fluktuacje napiêcia;

d) asymetria napiêcia; e) harmoniczne napiêcia; f) przebiegi przejœciowe [3]

a) b)

c) d)

e) f)

Poziomy dopuszczalnych zaburzeñ w przy³¹czu zak³adu przemys³owego, do których przestrzegania zobligowana jest spó³ka dostarczaj¹ca energiê elektryczn¹, okreœlone zo- sta³y w Rozporz¹dzeniu Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegó³owych warunków funkcjonowa- nia systemu elektroenergetycznego i normie PN-EN 50160 Parametry napiêcia zasilaj¹cego w publicznych sieciach rozdzielczych. Parametry jakoœciowe energii elektrycznej w œrodowisku przemys³owym zasadniczo okreœlone s¹ w nor- mie PN-EN 61000-2-4 Kompatybilnoœæ elektromagnetycz- na (EMC) – Czêœæ 2–4: Œrodowisko – Poziomy kompatybil- noœci dotycz¹ce zaburzeñ w przewodzonych ma³ej czêstotli- woœci w sieciach zak³adów przemys³owych, a wymagania, dotycz¹ce wewnêtrznych miejsc przy³¹czenia urz¹dzeñ w instalacji obiektu przemys³owego oraz wspólnych miejsc po³¹czenia z sieci¹ publiczn¹, podobne s¹ jak dla sieci pu- blicznych, okreœlone w rozporz¹dzeniu [4] oraz normie [5], i przypisane do drugiej klasy œrodowiska elektromagne- tycznego.

Rys. 3. Klasyfikacja zaburzeñ wp³ywaj¹cych na wartoœæ skuteczn¹ napiêcia [6]

Graficzna prezentacja, w uk³adzie wspó³rzêdnych, zabu- rzeñ w napiêciu zasilaj¹cym: amplituda napiêcia – czas trwania zaburzenia, zosta³a przedstawiona na rysunku 3.

Podstaw¹ oceny poszczególnych wskaŸników jakoœcio- wych energii elektrycznej s¹ tygodniowe pomiary, a reje- strowane parametry, zgodnie z norm¹ [5], obliczane s¹ jako

œrednie ze zbioru wartoœci skutecznych kolejnych 20 ms okresów (dla czêstotliwoœci 50 Hz) w 10-minutowych oknach uœredniania (1008 przedzia³ów w ci¹gu 7 dni).

3.

– ROLA BATERII KONDENSATORÓW

Olbrzymia wiêkszoœæ odbiorników pr¹du przemiennego pobiera z sieci elektroenergetycznej energiê czynn¹ i bier- n¹. Energia bierna, w odró¿nieniu od energii czynnej prze- twarzanej na pracê u¿yteczn¹ i ciep³o strat, nie wykonuje

¿adnej pracy, jednak¿e warunkuje dzia³anie wielu odbiorni- ków. Ca³kowite wyeliminowanie poboru energii biernej i jej przep³ywu w sieci elektroenergetycznej jest niemo¿li- we, dlatego tak istotna staje siê prawid³owa gospodarka moc¹ biern¹ i kompensacja jej negatywnego wp³ywu na urz¹dzenia elektroenergetyczne [7].

Istot¹ kompensacji mocy biernej jest oddawanie mocy biernej pojemnoœciowej, równowa¿ne z poborem mocy biernej indukcyjnej (lub na odwrót) w miejscu zapotrzebo- wania na tê ostatni¹, co prowadzi do poboru z sieci przez odbiorniki wy³¹cznie mocy czynnej. £¹czne zapotrzebowa- nie na moc biern¹ w uk³adzie elektroenergetycznym jest w przybli¿eniu tego samego rzêdu, co zapotrzebowanie na moc czynn¹ i ulega okresowym zmianom dobowym oraz rocznym.

Miar¹ sk³adowej biernej pr¹du jest wspó³czynnik mocy cosϕ, w warunkach technicznych czêœciej wyra¿any jako tgϕ. Wartoœæ wspó³czynnika mocy tgϕ mo¿e zostaæ przeli- czona w ³atwy sposób na wartoœæ cosϕ, z wykorzystaniem wzoru:

2

cos 1

tg 1

ϕ = ϕ + (1)

W praktyce wyró¿nia siê dwie zasadnicze grupy œrod- ków kompensacji mocy biernej i poprawy wspó³czynnika mocy. S¹ to:

1) œrodki naturalne, 2) œrodki sztuczne.

Przy niewielkiej liczbie odbiorników indukcyjnych, dla prostych sieci elektroenergetycznych, zastosowanie natural- nych œrodków poprawy wspó³czynnika mocy mo¿e okazaæ siê wystarczaj¹ce do utrzymania wymaganych parametrów, szczególnie gdy wymagania te s¹ niewielkie. W sieciach Rys. 2. Najczêœciej wystêpuj¹ce problemy zwi¹zane z jakoœci¹ energii, stwierdzone w 1400 zak³adach [6]

Tabela 1. Dopuszczalne zaburzenia napiêcia zasilaj¹cego [4]

Zaburzenie Wartoœæ progowa Zaburzenie Wartoœæ progowa Zmiana napiêcia zasilaj¹cego (ΔU/UN) Harmoniczna 2

Zapady napiêcia zasilaj¹cego (ΔU/UN) Harmoniczna 3 Krótkie przerwy w zasilaniu < 3 min Harmoniczna 4

Asymetria napiêcia U2/U₁ Harmoniczna 5 Odchylenie czêstotliwoœci Harmoniczna 7 Harmoniczne napiêcia – THDU Harmoniczna 9 Uci¹¿liwoœæ migotania œwiat³a ≤1 Harmoniczna 13 z³o¿onych, o rozleg³ej i rozbudowanej strukturze, naturalne

sposoby kompensacji mocy biernej s¹ niewystarczaj¹ce i koniecznym staje siê stosowanie metod sztucznych korek- cji parametrów sieci [7].

Do naturalnych sposobów poprawy wspó³czynnika mocy mo¿na zaliczyæ [9]:

– w³aœciwy dobór jednostek transformatorowych,

– w³aœciwy dobór silników asynchronicznych,

– stosowanie silników synchronicznych,

– ograniczenie ja³owej pracy odbiorników.

Wœród œrodków sztucznej poprawy wspó³czynnika mocy biernej, stosowanych w elektroenergetyce, mo¿na wyró¿niæ:

– instalowanie baterii kondensatorów,

– instalowanie kompensatorów wiruj¹cych,

– przewzbudzanie silników asynchronicznych synchro- nizowanych.

Ze wzglêdu na sposób realizacji kompensacji (miejsce, zasiêg) w uk³adzie sieciowym, rozró¿nia siê nastêpuj¹ce ro- dzaje kompensacji:

– centraln¹,

– grupow¹,

– indywidualn¹.

W wielu przypadkach, ze wzglêdu na ró¿norodnoœæ sieci elektroenergetycznej, gdy celem jest jej poprawne skom- pensowanie, czêsto rozwi¹zaniem najlepszym jest kompen- sacja mieszana, zapewniaj¹ca utrzymanie odpowiednich warunków przy³¹czy i ograniczenie strat przesy³owych. Dla realizacji poszczególnych metod kompensacji konieczne jest spe³nienie pewnych uwarunkowañ, a o wyborze w³aœci- wego rozwi¹zania decyduj¹ miêdzy innymi [7]:

– liczba, wymagaj¹cych kompensacji, odbiorników wy- stêpuj¹cych w sieci,

– iloœæ przy³¹czy, dla których musz¹ zostaæ spe³nione wa- runki przy³¹cza,

– wymagany poziom kompensacji sieci,

– rozleg³oœæ sieci i poziom jej z³o¿onoœci,

– mo¿liwoœci lokalizacji urz¹dzeñ do kompensacji mocy biernej,

– rodzaje odbiorników i ich charakter,

– obecnoœæ wy¿szych harmonicznych i innych zaburzeñ elektroenergetycznych w elektroenergetycznej sieci za- k³adowej oraz ich poziomy,

– w³aœciwy dobór silników asynchronicznych.

Aktualnie do najczêœciej stosowanych œrodków korekcji wspó³czynnika mocy, nadaj¹cym siê do zastosowania w ka¿dym zak³adzie przemys³owym, zalicza siê baterie kondensatorów wspó³pracuj¹ce z regulatorem wspó³czyn- nika mocy.

4.

Celem przeprowadzonych badañ by³a ocena warunków na- piêciowych pracy baterii kondensatorów, po rozbudowie i modernizacji parku maszynowego – do³¹czenie nowych urz¹dzeñ i maszyn do kompensowanych, przez przedmioto- we baterie kondensatorów, sekcji elektroenergetycznej podstacji zak³adowej.

Badania, na których zosta³a oparta analiza, przeprowa- dzono w stacji transformatorowo-rozdzielczej zak³adu prze- mys³owego, w sekcji pierwszej i drugiej, zasilanych z dwóch transformatorów po 1600 kVA. Obiektami badañ by³y auto- matyczne baterie kondensatorowe typu BKD-95 (BK1 i BK2), o mocy 450 kVAr ka¿da. Analizê przeprowadzono pod k¹- tem zgodnoœci z Rozporz¹dzeniem Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegó³owych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Z uwagi na fakt, i¿ standardy normalizacyjne w Polsce nie s¹ obliga- toryjne, normy PN-EN 50160 oraz PN-EN 61000-2-4 pos³u-

¿y³y jako dokumenty pomocnicze.

Wymagania przepisów [4], co do poziomu dopuszczal- nych zaburzeñ w napiêciu zasilaj¹cym, zosta³y przedsta- wione w tabeli 1. Wszystkie dopuszczalne wartoœci nie mog¹ byæ przekroczone przez 95% wartoœci œrednich obli- czanych za okresy 10-minutowe.

Automatyczne baterie kondensatorowe typu BKD 95 przeznaczone s¹ do kompensacji mocy biernej w sieci o na- piêciu 0,4 kV, przy równomiernym obci¹¿eniu faz. Przez zastosowanie elektronicznego regulatora (z mikroproceso- rem) do sterowania za³¹czaniem lub wy³¹czaniem cz³onów kondensatorowych, bateria zapewnia szybk¹ i dok³adn¹ kompensacjê niekorzystnego poboru mocy biernej. Elek- troniczny regulator cosϕ porównuje aktualnie istniej¹cy w sieci wspó³czynnik mocy z wartoœci¹ zadan¹ i w zale¿no-

œci od potrzeb steruje liczb¹ za³¹czonych kondensatorów.

Cz³on regulacyjny baterii posiada moc 25 kVAr (rys. 4).

2%

5%

1%

6%

5%

1,5%

3%

±10%

10÷100%

2%

8%

±1%

Tabela 2. Parametry napiêcia zasilaj¹cego baterii BK1 i BK2 Rys. 4. Schemat sieci wraz z zaznaczonymi punktami

pomiarowymi

Rys. 5. Pogl¹dowy schemat pod³¹czenia miernika w punkcie pomiarowym [8]

Dla ka¿dej z baterii kondensatorów przeprowadzono ty- godniowe pomiary. Rejestracje wykonano za pomoc¹ anali- zatora parametrów jakoœci energii elektrycznej FLUKE 1745, który jest uniwersalnym przyrz¹dem do analizy sieci elektrycznych niskich napiêæ. Przyrz¹d, dodatkowo, wypo- sa¿ony jest w specjalizowane oprogramowanie PQ Log, obs³uguj¹ce analizator (rys. 5).

5.

Czêstotliwoœæ napiêcia zasilaj¹cego w analizowanych punk- tach pomiarowych spe³nia wymagania rozporz¹dzenia [4]

okreœlone dla podmiotów zaliczanych do grupy przy³¹cze- niowej III. Zarejestrowane zmiany mieszcz¹ siê w dopusz- czalnym zakresie (50 Hz ±1%), nieprzekraczaj¹c wartoœci progowych.

W tabeli 2 przedstawiono zbiorcze zestawienie porów- nawcze zarejestrowanych wartoœci skutecznych napiêæ fa- zowych. Zmiany wartoœci skutecznej napiêcia mog¹ byæ spowodowane prac¹ samej baterii kondensatorów – za³¹- czanie kolejnych stopni – lub prac¹ odbiorników zasilanych z kompensowanych sekcji, takich jak: silniki du¿ych napê- dów maszyn produkcyjnych, pompy stacji obiegu wody technologicznej oraz suwnice. Przedstawione na rysunku 6 wartoœci napiêcia spe³niaj¹ wymagania rozporz¹dzenia [4]:

w ka¿dym tygodniu 95% zbioru 10-minutowych œrednich wartoœci skutecznych napiêcia zasilaj¹cego mieœci siê w przedziale odchyleñ ±10% napiêcia znamionowego.

Wyró¿nione na rysunku 6 obni¿enia wartoœci skutecznej napiêcia poni¿ej wartoœci dopuszczalnej (minimalna war- toœæ z grupy zarejestrowanych pomiarów w czasie 10 min.) spowodowane by³y zapadami napiêcia. W czasie pomia- rów, baterii BK1 i BK2, analizator parametrów jakoœci energii elektrycznej zarejestrowa³ po trzy zapady napiêcia.

Na rysunku 7 zaprezentowany zosta³ raport, zarejestrowa- nych zdarzeñ w napiêciu zasilaj¹cym, z ich podzia³em ze wzglêdu na amplitudê napiêcia w czasie zdarzenia i czas jego trwania, wygenerowany z programu PQ Log. Zdarze- nia w napiêciu s¹ sortowane i zaliczane wed³ug ich mak- symalnej amplitudy i czasu trwania, z uwzglêdnieniem po- dzia³u zgodnego z zaleceniami UNIPEDE (International Union of Producers & Distributors of Electrical Energy).

Zarejestrowane przez analizator zapady napiêcia zosta³y równie¿ odnotowane przez system monitoringu linii zasila- j¹cych i wewn¹trzzak³adowej sieci elektroenergetycznej PowerLogic SMS-1500. System SMS-1500 dziêki analiza- torom sieci nadzoruj¹cym g³ówne zasilacze zak³adu, reje- struje parametry jakoœci energii elektrycznej, w punkcie pomiarowym. Przyczyna zarejestrowanego zapadu napiê- cia, powsta³a poni¿ej punktu pomiarowego, a wiêc znajdo- wa³a siê po stronie odbiorcy energii elektrycznej.

Nr bat. BK1 BK2

Urms

Faza L1

V L2

V L3

V L1

V L2

V L3

V

Umin min 205,33 207,94 202,71 187,66 157,97 209,61

min 225,57 226,99 226,42 226,28 226,79 226,35 cp05 226,89 228,12 227,66 227,78 228,38 227,89

œr 228,52 229,57 229,16 229,30 229,81 229,37 cp95 227,30 228,46 228,04 228,28 228,75 228,34 U_œr

max 231,18 232,00 231,52 231,59 232,29 231,61

Umax max 234,29 234,70 234,70 238,78 238,99 238,78

Rys. 6. Wartoœci skuteczne napiêcia fazy L2 – BK2 Wahania napiêcia zasilaj¹cego s¹ powodowane g³ównie zmianami obci¹¿enia w przemys³owej sieci elektroenerge- tycznej lub procesami ³¹czeniowymi w sieci zasilaj¹cej. Za- rejestrowane poziomy wskaŸnika d³ugookresowego migo- tania œwiat³a Plt (rys. 7), dla obydwu przeprowadzonych po- miarów, spe³niaj¹ wymagania rozporz¹dzenia [4] (tab. 1) i nie przekraczaj¹ ustalonych wartoœci.

Rys. 7. WskaŸnik d³ugookresowego migotania œwiat³a P_lt fazy L2 – BK1

Asymetria napiêcia zasilaj¹cego w sieciach trójfazo- wych jest bardzo istotna, przede wszystkim, z punktu wi- dzenia oddzia³ywania na pracê urz¹dzeñ przy³¹czonych do niej (np. silniki). Zarejestrowana przez analizator asymetria napiêcia w punkcie pomiarowym nie przekracza 1% (tab. 3) i spe³nia wymagania rozporz¹dzenia [4], zgodnie z którym dopuszczalny przedzia³ wspó³czynnika asymetrii napiêcia zasilaj¹cego (percentyl 95%) powinien zawieraæ siê w gra- nicach od 0 do 2%.

Tabela 3. Wartoœci charakterystyczne asymetrii napiêcia

Przyk³adowa rejestracja wspó³czynnika odkszta³cenia napiêcia THD_U, przedstawiona na rysunku 8, wskazuje na niewielki poziom zaburzeñ harmonicznych w napiêciu zasi- laj¹cym, których wartoœæ nie przekracza dopuszczalnych 8%. Wspó³czynnik zawartoœci harmonicznych spe³nia wy- magania rozporz¹dzenia [4] zarówno w przypadku rejestra-

cji prowadzonych dla baterii BK1, jak i BK2. Analizuj¹c widmo skumulowanych czêstoœci harmonicznych napiêcia zasilaj¹cego (rys. 9), mo¿na zauwa¿yæ, ¿e wartoœæ wspó³- czynnika THD_U tworz¹, przede wszystkim, harmoniczne dominuj¹ce, a wiêc 5., 7. i 11., charakterystyczne dla œrodo- wiska przemys³owego. Zarejestrowane wartoœci harmo- nicznej 11. (rys. 10) przekraczaj¹ poziomy okreœlone roz- porz¹dzeniem [4] oraz norm¹ [5].

Rys. 8. Wspó³czynnik odkszta³cenia napiêcia zasilaj¹cego THD_U – BK1

Rys. 9. Widmo harmonicznych napiêcia zasilaj¹cego – BK1

Rys. 10. Harmoniczna 11 РBK1 WartoϾ BK1 BK2

cp95 0,35 0,34 Wasy. U

max 0,41 0,40

Odkszta³cenia napiêcia wymuszaj¹ poziomy sk³adowych harmonicznych w pr¹dzie zasilaj¹cym, co mo¿e powodo- waæ nadmierne grzanie siê kondensatorów, dalsze odkszta³- canie krzywej napiêcia i w konsekwencji awariê baterii [10].

6.

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów mo¿na stwier- dziæ, ¿e dla istniej¹cego obci¹¿enia w stacji transformatoro- wo-rozdzielczej warunki pracy baterii kondensatorów BK1 i BK2 mo¿na uznaæ za poprawne.

Stwierdzone odkszta³cenia napiêcia, mierzone wartoœci¹ wspó³czynnika THD_U, nie przekraczaj¹ dopuszczalnych rozporz¹dzeniem [4] i norm¹ [5] wartoœci, nawet przy mak- symalnych, zarejestrowanych, pr¹dach obci¹¿enia baterii.

Obserwowany wysoki poziom 11. harmonicznej napiê- cia zasilaj¹cego, baterii BK1, wymusza³ krytyczny poziom pr¹du 11. harmonicznej w baterii kondensatorów, który mo¿e byæ przyczyn¹ przegrzewania izolacji kondensatoro- wej.Odkszta³cenie pr¹du kondensatorów jest rezultatem obecnoœci odbiorników nieliniowych po stronie zarówno pierwotnej jak i wtórnej transformatora. Odkszta³cenia na- piêcia zasilaj¹cego po stronie SN to efekt ³¹cznej emisji od- biorników przy³¹czonych w pozosta³ych stacjach transfor- matorowo-rozdzielczych zak³adu.

Moc baterii kondensatorów BK1 i BK2 jest wystarczaj¹- ca z punktu widzenia kompensacji mocy biernej zasilanych z analizowanej podstacji odbiorników.

7.

Stosowanie w³aœciwej kompensacji mocy biernej pozwala na prawid³ow¹ eksploatacjê wewn¹trzzak³adowego syste- mu elektroenergetycznego, jak równie¿ w istotny sposób wp³ywa na koszty zwi¹zane z op³atami za energiê elek- tryczn¹.

W dobie coraz silniejszej konkurencji rynkowej, istot- nym i stale zyskuj¹cym na znaczeniu elementem gospodar- ki energetycznej przedsiêbiorstw produkcyjnych staje siê racjonalizacja zu¿yæ noœników energetycznych, maj¹ca na celu redukcjê udzia³u tych kosztów w ca³kowitych kosztach dzia³alnoœci. W³aœciw¹ drog¹ do osi¹gniêcia tego celu jest optymalizacja sposobu zakupu i zu¿ycia mediów energe- tycznych, w tym energii elektrycznej. Gospodarka moc¹ biern¹ w obiekcie przemys³owym jest szczególnie istotna i w znacznym stopniu mo¿e przyczyniæ siê do redukcji op³at za energiê elektryczn¹ przedsiêbiorstwa.

Monitorowanie infrastruktury elektroenergetycznej i pa- rametrów energii elektrycznej, jak równie¿ zrozumienie skali i z³o¿onoœci zagadnienia jakoœci energii elektrycznej,

mo¿e przyczyniæ siê, w znacznym stopniu, do lokalizacji i neutralizacji jej wp³ywu na urz¹dzenia i instalacje techno- logiczne przedsiêbiorstwa.

Literatura

[1] Fassbinder S.: Harmoniczne. Kondensatory w œrodowisku o du¿ej zawartoœci harmonicznych. [w:] Jakoœæ zasilania – poradnik, Wro- c³aw, Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A. 2004

[2] Pêdzisz K.: System zarz¹dzania i monitoringu sieci elektroenerge- tycznej zak³adu przemys³owego. Zeszyty Naukowe Wydzia³u Elek- trotechniki i Automatyki Politechniki Gdañskiej, nr 23, 2007, ISSN 1425-5766, s. 81–84

[3] LPQI: http://www.lpqi.org/lwslib/ktwse?page – link aktualny na dzieñ 10.02.2008

[4] Rozporz¹dzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w spra- wie szczegó³owych warunków funkcjonowania systemu elektroener- getycznego (Dz. U. z dnia 29 maja 2007 r.). Na podstawie art. 9 ust. 3 i 4 ustawy z dnia 10 kwietnia 1997 r. – Prawo energetyczne (Dz. U.

z 2006 r. Nr 89, poz. 625, z póŸn. zm. 3)

[5] PN-EN 50160: 2002 Parametry napiêcia zasilaj¹cego w publicznych sieciach rozdzielczych. Kwiecieñ 2005

[6] Hanzelka Z.: Jakoœæ dostaw energii elektrycznej wyzwaniem dla wspó³czesnej elektrotechniki (cz. 1). Elektroinfo, nr 12, 2006, s. 16–

[7] Pacholski E.: ród³a energii biernej. wybór rozwi¹zañ optymalnych22 ograniczaj¹cych przep³ywy energii biernej w elektroenergetycznej sieci KGHM „Polska MiedŸ” S.A. Referaty naukowo-techniczne ELMA ENERGIA. http://www.elma-energia.pl/indexpl.php – link aktualny na dzieñ 01.04.2008

[8] Fluke 1745 Power Quality Logger. User Manual, Rev.1, 7/06, April 2006, s. 19

[9] Strojny J., Strza³ka J.: Projektowanie urz¹dzeñ elektroenergetycz- nych. Kraków, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne 2001, ISSN 0239-6114

[10] Olesz M.: Jakoœæ energii elektrycznej w obiekcie przemys³owym.

In¿ynieria & Utrzymanie Ruchu Zak³adów Przemys³owych, nr 10, 2006, s. 48–52

Wp³ynê³o: 25.11.2008

Krzysztof PÊDZISZ

Urodzony 11 lutego 1980 roku w Myœlenicach. Tytu³ magistra in¿y- niera o specjalnoœci elektroenergety- ka uzyska³ w roku 2004 na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Infor- matyki i Elektroniki Akademii Gór- niczo-Hutniczej w Krakowie. Od 2004 roku do chwili obecnej konty- nuuje naukê (studia doktoranckie w zakresie elektrotechniki na Wydziale EAIiE AGH), równoczeœnie od grudnia 2004 roku jest zatrudniony w Tele-Fonika Kable Sp. z o.o. S.K.A.

W roku 2007 ukoñczy³ studia podyplomowe o specjalnoœci jakoœæ energii elektrycznej na Wydziale EAIiE AGH.

e-mail: krzysztof.pedzisz@agh.edu.pl