Opracowanie problemów
Znaczenie dopasowania na maksimum mocy czynnej w układach elektronicznych i sieciach energetycznych
Maksimum mocy czynnej wyrażonej wzorem P=UIcosϕ otrzyma się wówczas, gdy cosϕ=1. Jeżeli założymy, że linia energetyczna ma przenieść określoną wartość mocy czynnej przy stałej wartości napięcia, to w celu uzyskania zakładanej mocy należy regulować wartość prądu i (lub) cosϕ. Im mniejszy będzie cosϕ tym większy prąd musi wytworzyć generator. Jeżeli generator ma pewną rezerwę mocy, to wytworzenie prądu o większym natężeniu nie sprawi większych problemów. W przypadku braku zapasu mocy lub gdy drugi generator pracujący równolegle wypadnie z ruchu, albo zostanie odstawiony np. do kapitalnego remontu, to realizacja przesyłu energii natrafi na duże trudności. Aby zrealizować przepływ energii w tych warunkach należałoby wytwarzać energię w pobliżu odbiorcy, zwiększyć przekroje przewodów i jednocześnie wzmocnić słupy. Zmniejszenie cosϕ wpływa w istotny sposób na sprawność urządzeń, generatorów, transformatorów, linii przesyłowych. To wszystko powoduje, że w interesie zarówno elektrowni jak i odbiorców energii jest to, aby cosϕ był bliski 1. Podobnie w elektronice, chociaż mamy tu do czynienia ze znacznie mniejszymi mocami należy dążyć do tego, aby stosowane źródła zasilania były odpowiednio wykorzystane, aby nie było znacznych strat mocy.
Kompensacja mocy biernej w sieciach energetycznych
Do poprawy cosϕ w sieciach energetycznych można stosować dwie metody:
naturalną,
sztuczną.
Do naturalnych środków poprawy cosϕ w energetyce należą:
prawidłowy dobór silników,
przełączanie uzwojeń niedociążonych silników i transformatorów pracujących w stanie jałowym,
wyłączanie silników i transformatorów pracujących w stanie jałowym,
zmiana silników indukcyjnych na synchroniczne.
Prawidłowy dobór silników do rzeczywistych potrzeb jest sprawą bardzo istotną. Dla silnika pracującego z uzwojeniami połączonymi w trójkąt w zakresie obciążenia 1 do 0,7 mocy znamionowej zmiany współczynnika mocy są niewielkie. Poniżej tej wartości cosϕ zmniejsza się w sposób znaczący. Dla silników o obciążeniach zmiennych, gdy nie można zastosować mniejszej mocy znamionowej należy przy niewielkich obciążeniach stosować przełączanie układu połączeń uzwojeń z trójkąta w gwiazdę. Należy jednak pamiętać, że moc silnika zmniejszy się trzykrotnie.
Istotną sprawą jest niedopuszczanie do dłuższej pracy w stanie jałowym silników i transformatorów (cosϕ = 0,1 do 0,2). Z drugiej strony zbyt częste wyłączanie i załączanie silników dużej mocy ma także ujemne skutki - duży prąd rozruchowy, zmniejszenie trwałości wyłącznika. Często korzystne jest stosowanie wyłączników samoczynnie wyłączających silniki nieobciążone.
Zastosowanie silników synchronicznych zamiast indukcyjnych może znacznie poprawić sytuacje w sieci. Ze względu jednak na mniejsze możliwości przystosowania do potrzeb napędzanych urządzeń, skomplikowaną budowę i wyższą cenę nie zawsze jest to korzystne. Sens takiej zamiany można rozważać w odniesieniu do silników o mocy większej niż 400 kW.
Większość wymienionych środków nie wymaga żadnych lub wymaga niewielkich nakładów finansowych, a ich stosowanie w widoczny sposób poprawia sytuacjęw sieci. Niestety nie da się ich wyegzekwować administracyjnie, można jedynie liczyć na techniczną kulturę obsługi.
Do metod sztucznej kompensacji można zaliczyć:
stosowanie kompensatorów,
wykorzystanie kondensatorów,
zastosowanie regulatorów RC-6.
Kompensatorami są silniki synchroniczne odpowiednio wzbudzone, pracujące na biegu jałowym. Pracując jako przewzbudzone oddają do systemu elektroenergetycznego moc bierną indukcyjną, pobierając moc bierną pojemnościową. Gdy współczynnik mocy jest mały w sieci występują duże spadki napięcia, przez co zmniejsza się napięcie na zaciskach kompensatora, powodując jego jeszcze większe przewzbudzenie. W efekcie kompensator oddaje jeszcze większą moc bierną indukcyjną. Gdy współczynnik mocy zmienia swój charakter na pojemnościowy kompensator przechodzi w stan niedowzbudzenia i oddaje do sieci moc bierną pojemnościową.
Kondensatory są tańszym środkiem poprawy współczynnika mocy. Charakteryzują się one następującymi zaletami:
łatwość doboru do każdej mocy,
możliwość zastosowania wewnątrz jak i na zewnątrz pomieszczeń,
bardzo małe straty mocy czynnej,
duża trwałość i możliwość pracy bez stałej obsługi,
Ze względu na lokalizacje kondensatorów rozróżnia się trzy rodzaje kompensacji:
centralną (bateria kondensatora w głównej stacji zasilającej),
grupową (kondensator przypada na halę, pomieszczenie),
indywidualną (kondensator przy każdym urządzeniu).
Od lat obecne są na polskim rynku regulatory RC-6, które dokonują ciągłego pomiaru cosϕ. Jeżeli cosϕ ma tendencję wzrostową pojemność zmniejsza się. Regulator ten pozwala na kompensacje od 0,7 do 0,98.