{"id":26709,"date":"2017-12-20T07:03:17","date_gmt":"2017-12-20T06:03:17","guid":{"rendered":"http:\/\/elektrosystemy.pl\/?p=26709"},"modified":"2017-12-19T19:31:24","modified_gmt":"2017-12-19T18:31:24","slug":"kompensacja-mocy-biernej-w-ups-ach-ever-powerline-green-33-lite","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/?p=26709","title":{"rendered":"Kompensacja mocy biernej w UPS-ach Ever Powerline Green 33 Lite"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>D\u0105\u017cenie do oszcz\u0119dno\u015bci energii mo\u017cna motywowa\u0107 w r\u00f3\u017cny spos\u00f3b. Z jednej strony wi\u0105\u017ce si\u0119 z ograniczaniem koszt\u00f3w funkcjonowania obiekt\u00f3w oraz ze skutkami technicznymi dzia\u0142ania urz\u0105dze\u0144. Z drugiej natomiast powinno wynika\u0107 ze \u015bwiadomo\u015bci potrzeb w\u0142a\u015bciwego podej\u015bcia do jako\u015bci gospodarowania energi\u0105 i surowcami, mi\u0119dzy innymi r\u00f3wnie\u017c w aspektach globalnego bezpiecze\u0144stwa energetycznego. Jednym z element\u00f3w w\u0142a\u015bciwego gospodarowania energi\u0105 s\u0105 dzia\u0142ania zwi\u0105zane z kompensacj\u0105 mocy biernej.<\/strong><\/p>\n

We wszelkich obszarach dzia\u0142alno\u015bci cz\u0142owieka wykorzystywane s\u0105 r\u00f3\u017cnego rodzaju elementy i urz\u0105dzenia techniczne, kt\u00f3rych funkcj\u0105 jest wykonanie lub usprawnienie okre\u015blonych prac b\u0105d\u017a realizacja coraz bardziej skomplikowanych, przypisanych im (wymaganych przez u\u017cytkownika) zada\u0144. Wi\u0119kszo\u015b\u0107 urz\u0105dze\u0144 do swojego dzia\u0142ania potrzebuje dostarczenia energii. Najkorzystniejsz\u0105 u\u017cytkowo form\u0105 energii jest energia elektryczna. Z \u0142atwo\u015bci\u0105 mo\u017cna j\u0105 magazynowa\u0107, przesy\u0142a\u0107, u\u017cytkowa\u0107 oraz przetwarza\u0107 na inny rodzaj energii (mechaniczn\u0105, ciepln\u0105, \u015bwietln\u0105 itp.). Podczas gromadzenia b\u0105d\u017a u\u017cytkowania ka\u017cdego rodzaju energii powstaj\u0105 straty zwi\u0105zane z nieidealno\u015bciami element\u00f3w oraz oddzia\u0142ywaniem zjawisk towarzysz\u0105cych (cz\u0119sto ubocznych, paso\u017cytniczych). Z tego wzgl\u0119du okre\u015blana jest sprawno\u015b\u0107 urz\u0105dze\u0144 rozumiana jako stosunek energii u\u017cytecznej (wyj\u015bciowej) do ca\u0142kowitej energii dostarczonej (wej\u015bciowej) wyra\u017cona procentowo.<\/p>\n

\"Rys.<\/a><\/p>\n

Rys. 1. Wyniki bada\u0144 mocy, pr\u0105d\u00f3w i napi\u0119\u0107 w budynku banku w miejscu przy\u0142\u0105czenia zasilania<\/em><\/span><\/p>\n

Transfer i przekszta\u0142canie energii<\/strong><\/p>\n

W urz\u0105dzeniach elektrycznych g\u0142\u00f3wnym sk\u0142adnikiem powstaj\u0105cych strat energetycznych s\u0105 straty cieplne. Podczas przep\u0142ywu pr\u0105du przez poszczeg\u00f3lne elementy obwod\u00f3w na ich rezystancjach powstaj\u0105 straty mocy, kt\u00f3re (zgodnie z prawem Joule\u2019a) w ca\u0142o\u015bci zamieniane s\u0105 na ciep\u0142o i oddawane do otoczenia. Z uwagi na w\u0142asno\u015bci zwi\u0105zane z przetwarzaniem, a szczeg\u00f3lnie przesy\u0142em energii elektrycznej korzystniejszym jest (opr\u00f3cz przypadku urz\u0105dze\u0144 mobilnych, gdzie wykorzystuje si\u0119 zasobniki energii pr\u0105du sta\u0142ego) u\u017cytkowanie energii pr\u0105du przemiennego. Ogranicza si\u0119 w\u00f3wczas straty mocy powstaj\u0105ce podczas dostarczania energii na du\u017ce odleg\u0142o\u015bci.
\nCzynnikiem zwi\u0119kszaj\u0105cym powstaj\u0105ce straty mocy w obiekcie oraz niekorzystnie wp\u0142ywaj\u0105cym na odbiorniki (zagra\u017caj\u0105cym zak\u0142\u00f3ceniem ich prawid\u0142owej pracy) s\u0105 odkszta\u0142cenia pr\u0105d\u00f3w i napi\u0119\u0107, czyli oddzia\u0142ywania wy\u017cszych harmonicznych. Powstaj\u0105 one w wyniku funkcjonowania coraz szerzej wykorzystywanych we wszelkich obszarach dzia\u0142alno\u015bci cz\u0142owieka element\u00f3w nieliniowych, dzia\u0142aj\u0105cych dyskretnie, impulsowo.<\/p>\n

Energia czynna i bierna<\/strong>
\nW przypadku przep\u0142ywu pr\u0105du przemiennego odbiorniki pobieraj\u0105 z sieci zasilaj\u0105cej energi\u0119 czynn\u0105 oraz cz\u0119sto r\u00f3wnie\u017c biern\u0105. Energia czynna jest energi\u0105 u\u017cyteczn\u0105. Dzi\u0119ki niej np. przez silniki wykonywana jest praca mechaniczna, urz\u0105dzenia grzewcze dostarczaj\u0105 ciep\u0142o, a w lampach wytwarzane jest \u015bwiat\u0142o. Energia bierna nie jest u\u017cytkowana. Wykorzystywana jest do wytworzenia okre\u015blonych warunk\u00f3w fizycznych w uk\u0142adach (s\u0142u\u017cy do wytworzenia p\u00f3l elektrycznych lub magnetycznych, mo\u017ce by\u0107 zwi\u0105zana z gromadzeniem energii w polu elektrycznym b\u0105d\u017a magnetycznym itp.). Rozr\u00f3\u017cnia si\u0119 energi\u0119 biern\u0105 pojemno\u015bciow\u0105 (zwi\u0105zan\u0105 z funkcjonowaniem element\u00f3w pojemno\u015bciowych \u2013 kondensator\u00f3w) oraz energi\u0119 biern\u0105 indukcyjn\u0105 (pobieran\u0105 przez elementy indukcyjne, jak np. uzwojenia silnik\u00f3w, transformator\u00f3w, przetworniki elektromagnetyczne).
\nEnergia czynna dostarczana jest do odbiornik\u00f3w ze \u017ar\u00f3d\u0142a (czyli elektrowni) przez sie\u0107 przesy\u0142owo-rozdzielcz\u0105. Energii biernej nie nale\u017cy przesy\u0142a\u0107, poniewa\u017c mo\u017cna j\u0105 wytworzy\u0107 na miejscu. M\u00f3wi si\u0119 w\u00f3wczas o kompensacji mocy biernej. Dzi\u0119ki wprowadzeniu kompensacji mocy biernej osi\u0105ga si\u0119 zmniejszenie strat mocy w rezystancjach wszystkich urz\u0105dze\u0144 od generator\u00f3w pocz\u0105wszy, poprzez linie przesy\u0142owe i urz\u0105dzenia transformatorowo-rozdzielcze a\u017c do odbiorcy, a tak\u017ce zwi\u0119kszenie poziomu dysponowanej mocy (mo\u017cliwo\u015bci przesy\u0142owych energii) przy istniej\u0105cej infrastrukturze energetycznej, dzi\u0119ki zmniejszeniu ca\u0142kowitego pr\u0105du pobieranego z sieci przez obiekt.
\nW racjonalnie prowadzonej gospodarce zawsze d\u0105\u017cy si\u0119 do oszcz\u0119dno\u015bci surowc\u00f3w i energii. W przypadku urz\u0105dze\u0144 elektrycznych g\u0142\u00f3wnymi czynnikami zwi\u0105zanymi z oszcz\u0119dno\u015bciami energii s\u0105: minimalizacja powstaj\u0105cych strat mocy oraz kompensacja mocy biernej.<\/p>\n

\"Rys.<\/a><\/p>\n

Rys. 2. UPS Ever Powerline Green 33 Lite z kompensacj\u0105 mocy biernej<\/em><\/span><\/p>\n

Charakter odbiornik\u00f3w energii w obiektach<\/strong><\/p>\n

Odbiorniki energii w zak\u0142adach produkcyjnych maj\u0105 zazwyczaj charakter rezystancyjno-indukcyjny (a zatem pobieraj\u0105 energi\u0119 czynn\u0105 oraz biern\u0105 indukcyjn\u0105, zwi\u0105zan\u0105 g\u0142\u00f3wnie z funkcjonowaniem maszyn elektrycznych, transformator\u00f3w i innych urz\u0105dze\u0144 zawieraj\u0105cych uzwojenia). Obecnie dzia\u0142a wiele obiekt\u00f3w, kt\u00f3rych odbiorniki maj\u0105 charakter
\nrezystancyjno-pojemno\u015bciowy (czyli obci\u0105\u017caj\u0105 sie\u0107 zasilaj\u0105c\u0105 pobieraj\u0105c opr\u00f3cz energii u\u017cytecznej energi\u0119 biern\u0105 pojemno\u015bciow\u0105). Nale\u017c\u0105 do nich np. centra przetwarzania danych, plac\u00f3wki handlowe, biura, banki, czyli obiekty, w kt\u00f3rych funkcjonuje du\u017co sprz\u0119tu komputerowego, o\u015bwietlenia energooszcz\u0119dnego i innych urz\u0105dze\u0144 zawieraj\u0105cych filtry, uk\u0142ady prostownicze, elektroniczne regulatory mocy, stabilizatory itp.
\nZa pob\u00f3r energii biernej indukcyjnej na poziomie do 40% zu\u017cywanej energii czynnej (czyli przy tg\u03c6 < 0,4) nie s\u0105 naliczane op\u0142aty. Powy\u017cej tej warto\u015bci, a w przypadku energii biernej pojemno\u015bciowej bez \u017cadnych limit\u00f3w nieodp\u0142atno\u015bci, pobierane s\u0105 przez dostawc\u0119 op\u0142aty 3-krotnie wy\u017csze ni\u017c za energi\u0119 u\u017cyteczn\u0105. W obiektach, gdzie nie jest realizowana kompensacja mocy biernej, stanowi to powa\u017cn\u0105 cz\u0119\u015b\u0107 koszt\u00f3w zwi\u0105zanych z dostarczaniem energii.
\nPrzyk\u0142adem takim mo\u017ce by\u0107 budynek banku, w kt\u00f3rym przeprowadzono pomiar jako\u015bci oraz bilans zu\u017cywanej energii. G\u0142\u00f3wnymi odbiornikami energii w obiekcie by\u0142y: serwery, UPS (innej firmy ni\u017c Ever), 24 komputery, drukarki, kopiarki, uk\u0142ady o\u015bwietlenia i klimatyzacji oraz drobny sprz\u0119t biurowy. Energi\u0119 czynn\u0105, biern\u0105 i pozorn\u0105, wsp\u00f3\u0142czynnik mocy oraz pr\u0105dy i napi\u0119cia zmierzone w punkcie przy liczniku energii w budynku przedstawiono na rys. 1. Zauwa\u017cono pob\u00f3r du\u017cych warto\u015bci mocy biernej pojemno\u015bciowej w obiekcie (oko\u0142o 3 kvar przy mocy u\u017cytecznej na poziomie 6,9\u2008kW) oraz intensywne oddzia\u0142ywanie zaburze\u0144 harmonicznych (wsp\u00f3\u0142czynnik THDi w tym punkcie sieci przekracza\u0142 20%). Z udost\u0119pnionych rachunk\u00f3w z trzech miesi\u0119cy 2014 r. wynika\u0142o, \u017ce op\u0142aty miesi\u0119czne za pob\u00f3r mocy biernej pojemno\u015bciowej by\u0142y wy\u017csze ni\u017c za pob\u00f3r mocy u\u017cytecznej.<\/p>\n

Kompensacja mocy biernej\u00a0i uk\u0142ady PFC<\/strong><\/p>\n

Kompensacja mocy biernej w zak\u0142adach przemys\u0142owych realizowana jest od dawna. W centrach obliczeniowych, obiektach u\u017cyteczno\u015bci publicznej, biurowcach, jednostkach us\u0142ugowych, galeriach handlowych itp. \u2013 z uwagi na funkcjonowanie obecnie coraz wi\u0119kszej ilo\u015bci m.in. osprz\u0119tu komputerowego, elektronicznych regulator\u00f3w mocy czy o\u015bwietlenia energooszcz\u0119dnego \u2013 bardzo cz\u0119sto pojawiaj\u0105 si\u0119 problemy z du\u017cym poborem mocy biernej (szczeg\u00f3lnie pojemno\u015bciowej) oraz intensyfikacj\u0105 oddzia\u0142ywa\u0144 wy\u017cszych harmonicznych. Istotnym staje si\u0119 zatem zaradzenie tej niekorzystnej dla wszystkich stron (u\u017cytkownik\u00f3w i dostawcy energii) sytuacji.
\nOd dawna znanymi i wykorzystywanymi sposobami kompensacji mocy biernej \u2013 poza metodami naturalnymi, czyli wy\u0142\u0105czaniem urz\u0105dze\u0144 rezystancyjno-indukcyjnych lub rezystancyjno-pojemno\u015bciowych pracuj\u0105cych na biegu ja\u0142owym \u2013 s\u0105:
\nzastosowanie biernych element\u00f3w kompensacyjnych \u2013 za\u0142\u0105czenie dodatkowych kondensator\u00f3w, gdy wyst\u0119puje obci\u0105\u017cenie indukcyjne QL, a dodatkowych cewek, gdy ma miejsce obci\u0105\u017cenie pojemno\u015bciowe QC,
\nwykorzystanie regulator\u00f3w elektromechanicznych (rzadko stosowane),
\nw\u0142\u0105czenie filtr\u00f3w aktywnych,
\nzastosowanie elektronicznych przesuwnik\u00f3w fazowych.
\nJedn\u0105 z miar w\u0142a\u015bciwego wykorzystania energii elektrycznej pobieranej przez odbiorniki zasilane z sieci elektroenergetycznej jest wsp\u00f3\u0142czynnik mocy PF (ang. Power Factor). Zawiera on w sobie zar\u00f3wno czynnik zwi\u0105zany z obci\u0105\u017ceniem moc\u0105 biern\u0105 w uk\u0142adach liniowych (nieodkszta\u0142conych) b\u0105d\u017a moc\u0105 biern\u0105 wynikaj\u0105c\u0105 z przesuni\u0119cia fazowego w zakresie podstawowej (pierwszej) harmonicznej przebieg\u00f3w odkszta\u0142conych (a zatem cos \u03c6), jak r\u00f3wnie\u017c czynnik zwi\u0105zany z moc\u0105 deformacji, wynikaj\u0105c\u0105 z odkszta\u0142cenia przebieg\u00f3w pr\u0105d\u00f3w i napi\u0119\u0107, czyli z oddzia\u0142ywaniem wy\u017cszych harmonicznych. Funkcj\u0105 uk\u0142adu PFC (ang. Power Factor Correction<\/em>) jest zniwelowanie oddzia\u0142ywa\u0144 wy\u017cszych harmonicznych, a zatem r\u00f3wnie\u017c mocy biernych wynikaj\u0105cych z ich wyst\u0119powania. Realizowane mo\u017ce to by\u0107 za pomoc\u0105:
\nuk\u0142ad\u00f3w pasywnych \u2013 w kt\u00f3rych elementem kompensacyjnym s\u0105 najcz\u0119\u015bciej d\u0142awik oraz r\u00f3wnoleg\u0142e i szeregowe filtry harmonicznych,
\nuk\u0142ad\u00f3w aktywnych \u2013 w kt\u00f3rych nast\u0119puje sterowane impulsowe w\u0142\u0105czanie i wy\u0142\u0105czania \u0142\u0105cznika tranzystorowego zarz\u0105dzaj\u0105cego pr\u0105dem.<\/p>\n

Kompensacja mocy biernej\u00a0w systemach zasilania gwarantowanego
\nUPS Ever Powerline Green 33 Lite<\/strong><\/p>\n

Systemy zasilania gwarantowanego (UPS) stosowane s\u0105 do zabezpieczenia wra\u017cliwych odbiornik\u00f3w (o znaczeniu priorytetowym) przed okre\u015blonymi nieprawid\u0142owo\u015bciami b\u0105d\u017a niekontrolowanym zanikiem napi\u0119cia zasilaj\u0105cego, a tak\u017ce w celu poprawy jako\u015bci dostarczanej do odbiornik\u00f3w energii. W zasilaczach UPS obwody wej\u015bciowe zawieraj\u0105 kondensatory, czyli pobierana jest przez nie z sieci obok mocy czynnej (u\u017cytecznej) moc bierna pojemno\u015bciowa.
\nProducenci UPS-\u00f3w stosuj\u0105 uk\u0142ady PFC (korekty wsp\u00f3\u0142czynnika mocy), kt\u00f3rych zadaniem jest ograniczenie wy\u017cszych harmonicznych, a w efekcie r\u00f3wnie\u017c poboru cz\u0119\u015bci mocy biernej z nimi zwi\u0105zanej, w wyniku czego uzyskuje si\u0119 wysoki wsp\u00f3\u0142czynnik mocy przy pe\u0142nym obci\u0105\u017ceniu zasilacza. Niemniej zawsze w tych przypadkach pobierana jest przez obw\u00f3d wej\u015bciowy UPS-a pewna moc bierna pojemno\u015bciowa. Za ka\u017cd\u0105 zu\u017cyt\u0105 kvarh mocy biernej pojemno\u015bciowej (oraz mocy biernej indukcyjnej po przekroczeniu umownego poziomu, czyli tg \u03c6 > 0,4, a zatem cos \u03c6 < 0,93) naliczana jest u\u017cytkownikowi op\u0142ata oko\u0142o trzykrotnie wy\u017csza ni\u017c za energi\u0119 czynn\u0105 \u2013 u\u017cyteczn\u0105. S\u0105 to znaczne koszty, kt\u00f3re ponoszone s\u0105 przez u\u017cytkownika cyklicznie (w op\u0142atach miesi\u0119cznych za zu\u017cycie energii elektrycznej).
\nKompensacja mocy biernej w UPS Ever Powerline Green 33 Lite jest realizowana w zupe\u0142nie inny spos\u00f3b. Obw\u00f3d wej\u015bciowy zasilacza pracuje jednocze\u015bnie jako elektroniczny przesuwnik fazowy, czyli wej\u015bciowa moc bierna pojemno\u015bciowa jest sprowadzana do zera. Eliminuje si\u0119 dzi\u0119ki temu ca\u0142kowicie op\u0142aty za pob\u00f3r mocy biernej pojemno\u015bciowej przez UPS. Zgodnie z wyliczeniami specjalist\u00f3w, koszt zakupu takiego UPS-a mo\u017ce zwr\u00f3ci\u0107 si\u0119 ju\u017c w ci\u0105gu kilkunastu miesi\u0119cy, gdy\u017c rozwi\u0105zanie to mo\u017ce wygenerowa\u0107 oszcz\u0119dno\u015bci nawet rz\u0119du kilkunastu tysi\u0119cy z\u0142otych rocznie.<\/p>\n

dr in\u017c. Karol Bednarek <\/strong>
\nAutor wsp\u00f3\u0142pracuje<\/strong>
\n z firm\u0105 Ever Sp. z o.o.<\/strong><\/p>\n

Literatura:
\n[1] Bednarek K., Kompensacja mocy biernej i praca hybrydowa w systemach zasilania gwarantowanego (UPS), Poznan University of Technology Academic Journals, Electrical engineering, No 74, Pozna\u0144 2013, p. 33-41
\n[2] Bednarek K., Jako\u015b\u0107, pewno\u015b\u0107 i w\u0142a\u015bciwa konstrukcja uk\u0142adu zasilania a bezpiecze\u0144stwo urz\u0105dze\u0144 elektrycznych, Elektro.info, nr 12, 2012, s. 26-31
\n[3] Mrozek M., Uk\u0142ady sterowania przekszta\u0142tnikiem AC-DC z funkcj\u0105 korekcji wsp\u00f3\u0142czynnika mocy PFC, Problemy Eksploatacji, nr 3, 2012, s. 145-154
\n[4] http:\/\/www.ever.eu\/
\nOpublikowano w: Elektrosystemy, nr 02 (181), 2015, ISSN 1509-2100, s. 58-60<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

D\u0105\u017cenie do oszcz\u0119dno\u015bci energii mo\u017cna motywowa\u0107 w r\u00f3\u017cny spos\u00f3b. Z jednej strony wi\u0105\u017ce si\u0119 z ograniczaniem koszt\u00f3w funkcjonowania obiekt\u00f3w oraz ze skutkami technicznymi dzia\u0142ania urz\u0105dze\u0144. Z drugiej natomiast powinno wynika\u0107 ze \u015bwiadomo\u015bci potrzeb w\u0142a\u015bciwego podej\u015bcia do jako\u015bci gospodarowania energi\u0105 i surowcami, mi\u0119dzy innymi r\u00f3wnie\u017c w aspektach globalnego bezpiecze\u0144stwa energetycznego. Jednym z element\u00f3w w\u0142a\u015bciwego gospodarowania energi\u0105…<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":26711,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[613],"tags":[642],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/26709"}],"collection":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=26709"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/26709\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":26712,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/26709\/revisions\/26712"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/26711"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=26709"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=26709"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=26709"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}