Redukcja strat mocy poprzez regulację napięcia, kompensację mocy biernej i filtrowanie harmonicznych w celu poprawy jakości energii.
Jednym z głównych środków poprawy efektywności zużycia energii jest nadal redukcja strat poprzez regulację napięcia i kompensację mocy biernej. Kompensacja mocy biernej pozwala na zwiększenie efektywności wykorzystania energii w trzech głównych obszarach: zwiększaniu wydajności linii i transformatorów, ograniczaniu strat energii czynnej oraz normalizacji napięcia. Zmniejszenie mocy biernej pozwala na zmniejszenie strat czynnych poprzez zmniejszenie prądu całkowitego [1, s. 12]. Tym samym kompensację mocy biernej można w pełni nazwać jedną z technologii energooszczędnych. Ze składu odbiorców mocy biernej wynika, że główną część mocy biernej zużywają cztery typy urządzeń: silniki asynchroniczne – 40% (oraz silniki elektryczne bytowe, rolnicze i asynchroniczne napędy elektryczne na potrzeby elektrowni), instalacje elektryczne. - 8%; przetwornice zaworowe – 10%, transformatory wszystkich stopni transformacji (straty w nich) – 35%, linie energetyczne (straty w nich) – 7%. Ponieważ dominuje obciążenie indukcyjne, indukcyjna moc bierna musi być przesyłana przez sieć wraz z mocą czynną. Moc bierna nie jest związana z użyteczną pracą odbiornika elektrycznego i jest wydawana na wytwarzanie pól elektromagnetycznych w silnikach elektrycznych, transformatorach i liniach. Kompensacja mocy biernej polega na jej wytworzeniu lub zużyciu za pomocą urządzeń kompensacyjnych [2, s.3]. Zasada kompensacji mocy biernej jest następująca. Stwierdzono, że prąd płynący przez kondensator wyprzedza przyłożone napięcie o 90°, podczas gdy prąd płynący przez cewkę jest opóźniony w stosunku do przyłożonego napięcia o 90°. Zatem prąd pojemnościowy jest przeciwny do prądu indukcyjnego, a moc bierna wytworzy pole elektryczne, które jest przeciwne w tym sensie, że moc bierna wytwarza pole magnetyczne. Dlatego prąd pojemnościowy i moc pojemnościowa są ogólnie uważane za ujemne w porównaniu z prądem magnesującym i mocą magnesowania, które zwykle uważa się za dodatnie. Tym samym równa liczbowo pojemność bierna i moc magnesowania ulegają wzajemnemu „zniszczeniu” (QC - QL = 0), a sieć zostaje odciążona od przepływu składowej biernej prądu obciążenia.
Pojawienie się wyższych harmonicznych w napięciu zasilania powoduje kilka negatywnych zjawisk u odbiorców energii elektrycznej:
• zwiększone nagrzewanie na skutek zwiększonej rezystancji uzwojeń instalacji elektrycznej w przypadku wystąpienia efektu naskórkowego – straty całkowite mogą wzrosnąć od 5% do 12%; straty całkowite tylko na 5., 7. i 11. harmonicznej mogą sięgać 2 – 4% wartości nominalnych.
• szybka utrata właściwości mechanicznych i dielektrycznych izolacji maszyn i urządzeń elektrycznych na skutek zwiększonego nagrzewania.
• przegrzanie i skrócenie żywotności baterii kondensatorów na skutek przeciążenia ich prądami rezonansowymi powstającymi przy częstotliwościach składowych harmonicznych.
• błąd liczników energii indukcyjnej i innych podobnych urządzeń pomiarowych może wzrosnąć nawet do 10%, co w praktyce jest całkowicie niedopuszczalne.
• nieprawidłowe działanie przekaźników ochronnych, awarie automatyki, systemów dyspozytorskich i łączności sieciowej.
• zmniejszenie produktywności i obniżenie jakości produktów w zakładach elektrolizy itp.
W przypadku stosowania przemienników częstotliwości i ich wpływu na sieć przy stosunkowo niskich wartościach współczynnika zawartości harmonicznych (8,5-10%) w napięciu sieciowym, dobre rezultaty daje zastosowanie dławików sieciowych (dławików). Są to cewki indukcyjne połączone szeregowo przed odbiorcą energii elektrycznej, wygładzające krzywą przepływającego prądu. Fizyczne znaczenie tej techniki polega na tym, że pomiędzy siecią a przetwornicą częstotliwości pojawia się urządzenie do magazynowania energii tłumiącej, ułatwiające płynniejszy przebieg procesów pod gwałtownie zmiennymi obciążeniami. W takich przypadkach odbiorca jest niewykorzystany pod względem napięcia zasilania o 3% do 6%. Jednocześnie jednak zastosowanie dławików sieciowych do przetwornic częstotliwości pozwala uzyskać kilka korzyści:
• zmniejsza wpływ przetwornicy częstotliwości na sieć – kształt napięcia w miejscu przyłączenia jest jak najbardziej zbliżony do sinusoidalnego, eliminując w ten sposób wpływ na innych odbiorców.
• chroni przetwornicę przed przepięciami i spadkami napięcia zasilania oraz zakłóceniami w obwodach sterującym i ochronnym.
• chroni baterię kondensatorów w obwodzie prądu stałego przed działaniem prądów rezonansowych, zwiększając jej żywotność.
• znacznie ogranicza wielkość i szybkość narastania prądów awaryjnych (zwarcie), chroniąc w ten sposób elementy półprzewodnikowe mocy przed zniszczeniem termicznym i zmniejszając wymagania dotyczące szybkości obwodów zabezpieczających.
Według niektórych danych właściwości te pozwalają zwiększyć niezawodność przetwornic częstotliwości nawet 5–7 razy.
Istotną właściwością stosowania dławików sieciowych jest to, że w przypadku wielokrotnego podłączenia kilku odbiorców w jednym punkcie sieci (np. w przypadku wielosilnikowych napędów samotokowych itp.) przy znanej ich charakterystyce i ograniczeniach napięcia jakości w punkcie przyłączenia, możliwe jest obliczenie niezbędnych dławików sieciowych dla wszystkich odbiorców równoległych. Zapewnia to zgodność jakości napięcia sieciowego z obowiązującymi normami i eliminuje wzajemne oddziaływanie jednej przetwornicy na drugą.
Niektóre modele przetwornic częstotliwości muszą być zawsze, bez wyjątku, używane z dławikami sieciowymi. Istotną okolicznością jest to, że w przypadku awarii przetwornicy częstotliwości na skutek działania złej jakości napięcia sieciowego lub przepięcia impulsowego, dostawca nie przejmuje zobowiązań gwarancyjnych. Wszelkie straty natury materialnej ponosi konsument.
Urządzenia Smart- Optimizer ECOD spełnia wszystkie powyższe funkcje. Optymalizuje napięcie i prąd, zmniejsza moc szczytową, redukuje składniki bierne obciążenia i filtruje harmoniczne.
