Energetyka zarówno w ujęciu mikro jak i makro nabiera coraz większego znaczenia. Z jednej strony stanowi motor rozwoju cywilizacyjnego i technologicznego. Z drugiej strony to właśnie ogromny postęp technologiczny ostatnich lat przyczynia się do niepożądanych zjawisk w sieci elektroenergetycznej. Bezpieczeństwo energetyczne to już nie tylko ciągłość zasilania, ale również coraz istotniejsza jakość energii elektrycznej. Wiedza i świadomość w tym obszarze, implikują podejmowanie decyzji trafnych pod względem ekonomicznym, ale też ekologicznym.
Dzięki zastosowaniu dobrze dobranych układów kompensacji mocy biernej wpływamy pozytywnie na jakość energii, eliminujemy zbędne opłaty za moc bierną niemal do zera, przyczyniamy się również do redukcji śladu węglowego. Tym samym bierzemy udział w tworzeniu bardziej zbilansowanej gospodarki energetycznej w mikro jak i makroskali.
Polskie Koleje inwestują w innowacyjne rozwiązania z zakresu kompensacji mocy biernej, które przyczyniają się do znaczących oszczędności. W minionym roku Lopi – polski producent urządzeń do kompensacji mocy biernej, wdrożył innowacyjne rozwiązania na różnych obiektach spółek kolejowych: PKP PLK Siedlce oraz Linii Hutniczej Szerokotorowej Zamość. Zastosowane rozwiązania, zaprojektowane i dobrane do indywidualnych potrzeb i wymagań, wykazują skuteczność na poziomie około 100%. Tak wysoki współczynnik kompensacji umożliwia redukcję opłat za moc bierną niemal do zera. Wskaźnik rentowności inwestycji w tym przypadku, w ogólnym rozrachunku wypada bardzo korzystnie. (Średni zwrot z inwestycji w przypadku zakupu urządzeń do kompensacji mocy biernej wynosił od 3 do 18 miesięcy – stan na rok 2020, natomiast w roku bieżącym, po zastosowaniu 26% podwyżki ceny za energię bierną w lutym 2021, inwestycja zwraca się w jeszcze krótszym czasie). Dodatkowymi, ale niewątpliwie równie ważnymi zaletami stosowania profesjonalnie dobranych i skonfigurowanych układów kompensacji mocy biernej jest wyższa sprawność urządzeń elektrycznych podłączonych do poprawnie skompensowanej sieci, mniejsza ich awaryjność oraz wydłużenie żywotności zarówno sprzętu elektrycznego jak i samej sieci elektroenergetycznej.
Co wyróżnia nowoczesne rozwiązania z zakresu kompensacji mocy biernej?
Wyższy poziom kompensacji mocy biernej, który promuje firma Lopi to efekt ponad 25-lat doświadczeń, nieustanych inwestycji w ulepszanie już istniejących rozwiązań oraz tworzenie zupełnie nowych produktów.
– Od kompensacji można wymagać więcej. Dlatego też nasze rozwiązania cechuje bardzo indywidualne podejście do potrzeb danego obiektu. Po dokonaniu dokładnych pomiarów dobieramy rozwiązania najbardziej korzystne i dbamy o to, by pracowały na najwyższym możliwym poziomie. Dzięki temu uzyskujemy skuteczność kompensacji mocy biernej na poziomie 98-100%, natomiast w przypadku zastosowania kompensatora dynamicznego, dodatkowo kompensujemy moc dystorsji aż do 25 harmonicznej wynikającą z przepływu zniekształconego prądu pobieranego przez nieliniowe odbiorniki, która powoduje pogorszenie jakości energii i m. in. przegrzewanie się kabli i urządzeń elektroenergetycznych oraz straty w przesyle mocy czynnej– mówi Piotr Matera – inżynier z działu technicznego Lopi.
Rozwiązania dedykowane polskiej kolei.
Polskie kolejnictwo jak większość branż zmaga się z problematyką kompensacji mocy biernej. Jakie układy odpowiadają za generowanie opłat i jakie są aktualne rozwiązania technologiczne w tym zakresie?
Źródłami wyższych harmonicznych prądu i napięcia są nieliniowe odbiorniki oraz zasilacze UPS, stosowane między innymi w serwerowniach. Kolejne źródło zakłóceń stanowi oświetlenie energooszczędne typu LED, które odkształca sinusoidę napięcia i prądu. Zjawiska te są o tyle niekorzystne, że powodują częstsze awarie oraz skracają żywotność urządzeń podpiętych do sieci elektroenergetycznej. Niekorzystne zjawiska w sieci widać również w przypadku generacji rozproszonej takiej jak układy fotowoltaiczne. Przekształtniki DC/AC stanowiące integralną część układu fotowoltaicznego, podejmują ciągłe próby poprawnej identyfikacji sieci elektroenergetycznej, co wymaga zastosowania zaawansowanych rozwiązań z zakresu kompensacji mocy biernej. Jest to konieczne, aby utrzymać wysoką sprawność energetyczną, a tym samym nie ponosić dodatkowych opłat za moc bierną.
Na poniższych wykresach przedstawiono dane z jednego z obiektów należących do PKP. Pomiary wykonano na zasilaniu rozdzielnicy SRK, z której zasilane są urządzenia automatyki kolejowej oraz w celu zasilania awaryjnego podłączone są UPSy.
Wykres powyżej przedstawia przebieg mocy biernej zarejestrowanej podczas pomiarów. Asymetria i szybkozmienność w obciążeniu mocą bierną jest znacząca. Statyczny układ kompensacji mocy biernej mógłby nie przynieść tak wysokiej skuteczności jak dynamiczny kompensator, którego skuteczność pokazuje następny wykres.
Pomiary powykonawcze wykazały całkowitą redukcję mocy biernej pojemnościowej. Nadwyżka mocy biernej indukcyjnej została stworzona w celu kompensacji mocy biernej pojemnościowej generowanej przez długi odcinek kabla zasilającego z licznika. Każda z faz kompensowana jest niezależnie i z wysoką dynamiką pozwalającą na całkowitą redukcję opłat z tytułu mocy biernej.
Kolejnym problemem występującym na analizowanym obiekcie były wysokie harmoniczne w napięciu i prądzie mogące powodować nieprawidłową pracę urządzeń automatyki poprzez zakłócenia.
Kompensacja wyższych harmonicznych w prądzie, które odkształcają napięcie pozwoliła na skuteczną poprawę jakości zasilania do poziomu znacznie poniżej akceptowalnego przez normę PN EN50160.
Zastosowanie kompensatorów dynamicznych LKD pozwoliło nie tylko zredukować moc bierną i związane z nią opłaty, ale również redukcję wyższych harmonicznych i wydłużenie eksploatacji sprzętu podłączonego do tej sieci, a także minimalizację liczby awarii związanych ze słabą jakością zasilania.
Jednym z najbardziej innowacyjnych rozwiązań, proponowanych przez inżynierów z Lopi są kompensatory dynamiczne LKD służące kompensacji mocy biernej indukcyjnej i pojemnościowej. Wyróżnia je dodatkowa funkcja kompensacji wyższych harmonicznych i wynikającej z nich mocy dystorsji. Prezentowane rozwiązanie daje możliwość nisko stratnej kompensacji mocy biernej oraz kompensacji wybranych składowych harmonicznych.
Tradycyjny układ kompensacji mocy biernej pojemnościowej projektowany z użyciem jedno lub trójfazowych dławików kompensacyjnych jest sterowany przez regulator mocy biernej. Jednak to rozwiązanie cechuje duża ilość ograniczeń. Bierzemy tu pod uwagę wysokie straty własne układów kompensacji utrzymujące się w granicach od 50 do 80 W na 1 kVar, brak skutecznej kompensacji w przypadku odbiorników o szybkozmiennym obciążeniu, długie czasy reakcji (odbiory szybkozmienne), gwałtowne zmiany impedancji sieci czy też konieczność utrzymywania cosφ po stronie indukcyjnej, co wiąże się z kolejnymi dodatkowymi stratami.
Kompensatory dynamiczne mogą w pełni zastępować tradycyjne baterie kondensatorów i dławików, podnosząc jednocześnie standard działania poprzez filtrację wyższych harmonicznych. Przy zastosowaniu kompensatorów LKD użytkownik zyskuje dużą redukcję strat własnych układu kompensacyjnego. Jednocześnie poprzez filtrację wyższych harmonicznych obniżona zostaje wielkość mocy pozornej, co przekłada się bezpośrednio na jeszcze większą redukcją opłat za energię elektryczną.
Kompensatory LKD o mocy 5, 10 kvar i większe mogą być podłączone do instalacji szeregowo z zasilanymi odbiornikami. To unikalne rozwiązanie sprawia, że nie ma konieczności montażu dodatkowych przekładników pomiarowych.
Dzięki zastosowaniu innowacyjnych technologii kompensator dynamiczny LKD mieści się w kompaktowej obudowie umożliwiając tym samym montaż w miejscach gdzie instalacja tradycyjnej baterii dławików byłaby problematyczna.
Zastosowanie kompensatora dynamicznego w układzie to przede wszystkim poprawa jakości zasilania, aktywna kompensacja mocy biernej, zrównoważenie obciążenia oraz wydłużenie czasu eksploatacji urządzeń podłączonych do sieci z kompensatorem. Kompensator dynamiczny jest urządzeniem bardzo wydajnym, prostym w instalacji i eksploatacji. Co więcej, w przypadku zastosowania dodatkowego oprogramowania, kontrola nad przebiegiem kompensacji mocy biernej i wykluczanie ewentualnych nieprawidłowości, jakie mogą mieć miejsce w sieci elektroenergetycznej; jest możliwe dzięki zdalnemu dostępowi poprzez portal, 24 godziny na dobę z dowolnego miejsca z dostępem do Internetu.
Podsumowując, poza oczywistymi korzyściami ekonomicznymi, zastosowanie kompensatorów dynamicznych poprawia jakość energii. Jako polski producent umożliwiamy szybki i skuteczny serwis gwarancyjny i pogwarancyjny. Kompensatory wyróżniają się bardzo cichą pracą i niskimi stratami własnymi dzięki czemu możemy osiągnąć sprawność powyżej 99%. Oprogramowanie jest proste oraz intuicyjne i odbywa się poprzez interfejs Wi-Fi. Redundantność proponowanych przez Lopi rozwiązań ma szczególnie duże znaczenie w przypadku branż, w których ogólna polityka bezpieczeństwa energetycznego odgrywa znaczącą rolę.
