Dobór i projekt układu kompensacji mocy biernej 0,4 kV w zakładzie obróbki metali

Sytuacja wyjściowa i znaczenie dla organizacji

Zakład jest przyłączony do sieci 0,4 kV operatora ze stacji transformatorowej 20/0,4 kV o mocy 400 kVA, linią kablową, i zamawiał moc umowną 40 kW w grupie taryfowej C21. Nie miał żadnych urządzeń do kompensacji mocy biernej. Główne obciążenie stanowią obrabiarki do metalu, a jego wielkość zależy od realizowanych zleceń: od poziomu, przy którym pracują tylko obiekty biurowe, do pełnego obłożenia hali.

Znaczenie dla firmy było finansowe i powtarzalne: opłaty za pobór mocy biernej wracały co miesiąc, niezależnie od tego, czy zakład akurat produkował dużo. Inwestor chciał mieć pewność, że wydatek na baterię zwróci się przez obniżenie rachunków, a nie skończy się urządzeniem źle dobranym do zmiennego obciążenia.

Najważniejsze wyzwanie

Dla właściciela ryzyko było jedno: kupić baterię za dużą, która nie będzie w stanie dobrać się do obciążenia w spokojne dni, albo za małą, która nie zejdzie poniżej progu opłat w dni pełne.

Technicznie trudność leżała w zmienności obciążenia i w charakterze odbiorów. Obrabiarki z napędami przekształtnikowymi wprowadzają do sieci harmoniczne, a bateria kondensatorów w sieci z harmonicznymi może wejść w rezonans z indukcyjnością transformatora. Wtedy zamiast obniżać rachunki, wzmacnia zniekształcenia i sama ulega uszkodzeniu. Decyzja inżynierska: nie dobierać baterii z faktur ani z mocy transformatora, tylko z rejestracji rzeczywistego profilu obciążenia na obiekcie, i sprawdzić układ na rezonans przed wyborem członów.

Zakres odpowiedzialności OPA-LABOR

• Przeanalizowano faktury za energię elektryczną z dwóch miesięcy rozliczeniowych.
• Wykonano rejestrację parametrów sieci na obiekcie, w pełnym zakresie obciążenia, od minimalnego do maksymalnego.
• Dobrano moc regulowanej baterii kondensatorów i podział na człony.
• Zweryfikowano dobraną baterię pod kątem możliwości wystąpienia rezonansu z siecią.
• Dobrano elementy członów kondensatorowych, zabezpieczenia i okablowanie baterii.
• Dobrano przekładnik prądowy do współpracy z regulatorem.
• Zaprojektowano dostosowanie rozdzielni głównej 0,4 kV i kabel zasilający baterię.
• Udokumentowano całość w projekcie budowlano-wykonawczym z oświadczeniem projektanta.

Rozwiązanie techniczne

Pomiar zamiast założenia

Przed rejestracją uzgodniono, że w jej trakcie obciążenie zmieni się od najniższego, gdy pracują tylko obiekty biurowe, do maksymalnego przy wszystkich obrabiarkach pod obciążeniem. Rejestrator zapisywał napięcia fazowe i międzyprzewodowe, prądy fazowe, moce czynną, bierną, pozorną i odkształcenia, energie narastająco oraz zawartość harmonicznych od 2. do 24. wraz ze współczynnikiem THD, dla każdej wielkości wartości minimalną, maksymalną i średnią w oknie pięciominutowym. Charakterystyczne wartości obciążenia z faktur zestawiono z wynikami rejestracji.

Dobór baterii i sprawdzenie na rezonans

Stan przed: brak kompensacji, cały pobór mocy biernej z sieci operatora. Rozwiązanie: regulowana bateria kondensatorów z automatyczną regulacją współczynnika mocy, o mocy i podziale na człony wynikającym z rejestracji. Dobraną baterię sprawdzono na możliwość wystąpienia rezonansu z siecią, uwzględniając impedancję transformatora przeliczoną na stronę niskiego napięcia. Funkcja po zmianie: regulator załącza człony stosownie do bieżącego poboru, utrzymując współczynnik mocy powyżej progu opłat.

Zabezpieczenia, okablowanie i integracja z rozdzielnią

Wykonano obliczenia zabezpieczeń i okablowania baterii z uwzględnieniem prądów kondensatorów, dobrano przekładnik prądowy dla regulatora oraz kabel zasilający baterię. Rozdzielnię główną 0,4 kV dostosowano do przyłączenia nowego odpływu. Zadaszenie miejsca zabudowy baterii wyłączono z zakresu opracowania i zapisano to wprost w projekcie.

Testy, uruchomienie i odbiór

Podstawą projektu były wyniki rejestracji mocy, energii i jakości energii wykonanej na obiekcie rejestratorem parametrów sieci oraz faktury za energię. Projekt zawiera obliczenia doboru baterii, sprawdzenie na rezonans, obliczenia zabezpieczeń i okablowania, dobór przekładnika oraz oświadczenie projektanta o zgodności z przepisami. Rozwiązania odniesiono do rozporządzenia w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, norm PN-HD 60364 i N SEP-E-004 oraz dokumentacji producenta baterii.