CYDESA Technisches Handbuch

Technisches Handbuch Blindleistungsstrom

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Technischer Leitfaden für Blindleistungskompensation

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Oberschwingungen

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Mittelspannungskondensatoren Un>1000 V

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Blindleistungs kompensations-anlagen für Mittelspannungs-netze

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Mögliche durch Kondensatoren

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Anwender Know How

Das Basiswissen für die Auswahl, Installation und Anwendung unserer Blindleistung-Regelanlagen wird hier beschrieben.

CYDESA ist immer bestrebt unser Know How an unsere Kunden weiterzugeben um sichere Lösungen für die Blindstromkompensation zu erreichen.

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Blindleistungsstrom Blindleistungs-Kompensation: Eine gewinnbringende Investition, die unter anderem auch hilft die globale Erderwärmung zu bekämpfen.

Was ist Blindleistungsstrom?

Um einen Motor zu starten ist ein Anlasser erforderlich, was ebenfalls einen Verbrauch elektrischer Energie bedeutet. Dies ist bei Elektromotoren häufig der Fall. Diese Energieart wird in der Elektrotechnik Wirkleistung genannt. Um einen Motor zu starten ist ein Magnet erforderlich und um dieses zu erzeugen ist ein Magnetisierungsstrom (reaktiv) erforderlich. Dieser erzeugt Blindleistungsstrom (1). Für die Erzeugung ist eine nicht nützliche Leistung erforderlich, danach wird es nicht mehr Primärenergie verbrauchen als notwendig, um die vom Strom durch das Netz erzeugten Verluste abzudecken.

Durch Kompensation des Blindleistungsstroms wird dieser Strom erhöht oder beseitigt bis sein “Verbrauch” durch Motoren oder anderen Maschinen und Elektrogeräte, wie zuvor erwähnt, unvermeidlich ist.

Bei den drei elektrotechnischen Leistungskonzepten werden berücksichtigt (Wirkleistung (P), Blindleistung (Q) und Scheinleistung (S), deren Beziehung untereinander wie folgt beschrieben wird: S2=P2+Q2 Dies wird mithilfe eines rechtwinkligen Dreiecks dargestellt: Elektroleistungsdreieck.

cos φ =

P S

(1) Der Begriff Energie mag verwirren, da kein klarer physikalischer Sinn für einen derartigen Blindleistungsstrom vorhanden ist, da es sich um ein elektrotechnisches Konzept handelt.

Was ist Blindleistungsstrom?

Genau wie Wirkleistung wird Blindleistung, in Abwesenheit einer anderen Quelle, vom Kraftwerk durch das Netz geliefert.

Dennoch gibt es eine andere Quelle für Blindleistung, die kostengünstig ist und einfach an jedem Ort installiert werden kann: der Kondensator.

Der Kondensator ist ein Gerät, das nach Auswahl einer geeigneten Leistung Blindleistungsstrom liefert ohne dass diese vom Kraftwerk geliefert werden muss. Aus einfachen Gründen und wegen seiner Leistung sind Kondensatoren oder Kondensatorbänke eine universelle Methode, die verwendet wird, um den cosφ, auch Leistungsfaktor (1) genannt, zu verbessern.

KRAFTWERK

ELEKTRISCHES NETZ

MOTOR

KONDENSATOR

Wenn der Kondensator die erforderliche Blindleistung für den Motor liefert, hat das Kraftwerk nur die Wirkleistung P zu liefern.

Andernfalls muss es P und Q liefern.

Welche Vorteile bietet die Kompensation vom Blindleistungsstrom?

Gemäß den vorherigen Ausführungen sind die wesentlichen Vorteile der Blindleistungs-Kompensation.

Da die Zeit (Betriebsstunden) der Unterschied zwischen Leistung und Energie ist, ist diese ebenfalls nützlich bei den entsprechenden Arbeiten.

Im Diagramm ist es erkennbar, dass je größer der Winkel φ ist, je höher ist die Blindleistung (Q) in Bezug auf die Wirkleistung (P) und umgekehrt.

Daher entspricht die Kompensation des Blindleistungsstroms einer Verkleinerung des Winkels φ und als Folge daraus ergibt sich eine Vergrößerung seines cos φ. Je besser cos φ ist, also je näher an der Einheit, desto höher ist die Wirkleistung die durch das Netz transportiert werden kann, dessen maximale Kapazität die Scheinleistung (Pmax = S) ist.

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Verluste werden reduziert, was Energieeinsparung (kWh) bedeutet.

Durch die Kompensation vom Blindleistungsstrom vermeiden wir das dieser teilweise oder komplett durch das Netz fliesst, da dies zur Reduzierung des Wirkstroms beiträgt.

Da Verluste sich im Quadrat zum Strom verhalten, wird die Bedeutung dieser Reduzierung deutlich.

Da elektrischer Strom auch durch Transformatoren fließt, ist es wichtig deren Verluste zu reduzieren.

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Technisches Handbuch

Zum Beispiel bei einer Cosinus-Erhöhung von 0,75 auf 0,9 in einem Netz, das von einem 400 kVA Transformator versorgt wird, bedeutet dies eine Einsparung von jährlich 7290kWh, was bei einem Preis von 0,10 € pro kWh eine Einsparung von 729 € pro Jahr bedeutet.

(1) Beide Konzepte sind in Netzen ohne Verzerrungen durch Schwingungen die gleichen.

Kapazität von Elektroinstallationen steigern Leitungen und Transformatoren begrenzen den fließenden Strom und da die Spannung virtuel konstant ist, sind sie begrenzt durch U • I oder die Scheinleistung.

Aber durch die gleiche Scheinleistung ist es möglich eine Wirkleistung P = S . cos φ zu erhalten. Demzufolge werden in einer 400 kVA-Installation mit einem cosφ = 0,75, nur 300 kW erreicht, während bei einem verbesserten cos φ es möglich ist, dass 400 kW erreicht werden.

Spannungspegelverbesserung Durch die Kompensation eines Stromnetzes werden Abfallspannungen reduziert und dadurch die verfügbare Spannung erhöht. Wenn die Kompensation automatisch erfolgt, was gewöhnlich der Fall ist und wir einen guten cosφ für jede Last beibehalten, ist es möglich die Spannung mit geringer Variation bedingt durch Abfallspannungen gleich zu halten.

Abfallspannungen in Netzen werden hauptsächlich von Netztransformatoren und in geringem Umfang von Leitungen verursacht. Bedingt durch die Kompensation und der höheren Transformatorreaktanz in Bezug auf die Leitungen ist die Reduzierung des Abfalls am Transformator wesentlich wahrnehmbarer als bei den Leitungen.

Zum Beispiel, bei einem Netz, versorgt mit einem 250 kVA Transformator ist eine Abfallspannungreduzierung über ca. 65 % möglich, in dem der cosφ von 0,7 auf 1,0 geändert wird und von 22 % bei einer Änderung von 0,7 auf 0,9 möglich.

Kompensation vom Blindleistung hilft die globale Erderwärmung zu bekämpfen Verluste in Netzen sind aufgrund der hohen Stromkosten wichtig. Sie werden mithilfe eines Verlustfaktors gemessen, der die Übertragung der gelieferten Leistung an den Kunden in seinem Zähler in der von den Generatoranschlüssen gelieferten Leistung ermöglicht. Da die meisten dieser Verluste vom Quadrat cos φ Diagramm abhängen, ist es

einfach zu verstehen, wie sie durch eine Verbesserung des Leistungsfaktors reduziert werden können.

Verkürzte Tabelle für Verlustkoeffizienten in Netzen im Jahr 2006.

Art der Stromversorgung

Koeffizient %

Niederspannung (U≤1kV)

13,81

Mittelspannung (1kV<U≤36kV)

5,93

Hochspannung (36kV<U≤72,5kV)

4,14

Hochspannung (72,5kV<U≤145kV)

2,87

Höchstspannung (U>145kV)

1,52

Eine Studie des ZVEI von März 2006 für Europa (EU25) empfiehlt den durchschnittlichen cos φ der Netze von 0,91 auf 0,97 anzuheben, um bis zu 18 TWh einzusparen, was 18.Millionen KWh pro Jahr entspricht. Wenn diese Zahl auf Spanien extrapoliert wird, bedeutet dies 1,8 TWh, einer Kraftwerksleistung von 250 MV, die 6600 Stunden pro Jahr arbeiten. Dies entspricht einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 772 Tausend Tonnen pro Jahr.

Treibhausgasemissionen Wichtige Bestandteile der Treibhausgase sind Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Stickoxide (N2O), die zusammen 99 % der Treibhausgase ausmachen. Unter ihnen beträgt der Anteil von CO2 84 %.

Im Kyoto Abkommen von 1997 wurde eine Reduzierung der Treibhausgase in 38 der am meisten entwickelten Länder für den Zeitraum von 2008 bis 2012 auf den Stand von 1990 beschlossen. Dies bedeutet für die EU eine Reduzierung von 8 % und eine Steigerung von 15 % für Spanien. Leider hat Spanien diese Emissionen im Jahr 2005 in Bezug auf 1990 um 52,9 % gesteigert, wodurch das Kyoto-Abkommen sich nur unter Schwierigkeiten erfüllen lässt, welches den Kauf von Emissionsrechten gemäß den Mechanismen des Protokolls begrenzt. Da die Spanische Regierung die Emissionsrechte über alle Sektoren und Branchen streut, sind die Unternehmen am Ende dazu verpflichtet, diese Emissionsrechte zu bezahlen, um die erlassenen Grenzwerte zu erfüllen. Gemäß dem Nationalen Plan der Erlaubnis (PNA auf Spanisch) der Vorhersagen von Juni 2006 wird erwartet, dass der Stromsektor 54,7 Mt CO2 pro Jahr gegenüber den geschätzten 81,2 Mt CO2 für den gleichen Zeitraum 2008 bis 2012 beitragen wird.

Die Versorgungsunternehmen werden hohe Preise für den Kauf von Emissionsrechten zahlen müssen und es wird ihr größtes Interesse sein, die Emissionen zu reduzieren. Als Konsequenz daraus ist es erforderlich die Verluste im Netz zu reduzieren, indem die Kompensation des Blindleistungsstroms als einer der besten Mechanismen für die Reduzierung derartiger Verlust zu fördern ist.

Experten für Blindstromkompensation und Oberschwingungen

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Katalog 2013

Wie wird elektrische Energie kWh zu CO2-Emissionen?

Kraftwerke nutzen mit Ausnahme von Wasser- und Atomkraftwerken Kraftstoff, der Treibhausgase, gemessen in erzeugten CO2Equivalent, frei. Um eine 1 kWh zu erzeugen, wird folgende Menge freigesetzt: - 1 Kg CO2 im Kohlekraftwerk - 750 g in einem Ölkraftwerk - 300 g in einem Blockheizkraftwerk Wenn wir alle Arten von Kraftwerken in Spanien berücksichtigen, betrug der Durchschnitt in Spanien im Jahr 2006 429 g CO2/kWh. Dies bedeutet, dass wir für jede kWh, die wir verbrauchen, das Äquivalent von 429 g CO2 in die Atmosphäre freisetzen. So erzeugt ein durchschnittlicher Haushalt mit einem monatlichen Verbrauch von 500 kWh 214,5 kg CO2. Um eine bessere Idee von der Dimension des Problems zu erhalten, benutzen wir folgenden Vergleich: Die Emission von 1 kg CO2 in die Atmosphäre wird erzeugt von: - 2,3 kWh verbrauchtem elektrischen Strom - 7,9 km Fahrt mit einem Kleinwagen - 3,3 h in einem durchschnittlichen Haushalt Zu gleichen Zeit und für jedes in Kondensatoren installierte kvar ist es möglich die Emission um 25 kg CO2 jährlich zu reduzieren. (1) (1) Dies ist eine angenäherte Schätzung auf Grundlage von verfügbaren Daten.

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Experten f端r Blindstromkompensation und Oberschwingungen

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Technischer Leitfaden für Blindleistungskompensation

Blindleistungskompensation kann erfolgen bei: Mittelspannung: wenn dort Lasten vorhanden sind, die Blindleistungsstrom bei dieser Spannungsstufe absorbieren, z.

B. große Motoren: M2.1 und M2.2 in der Abbildung.

Niederspannung: diese ist der Bereich, wo Sie im Allgemeinen den größten Anteil der Lasten, die Blindleistungsstrom absorbieren finden (Lasten bei 400 V, geliefert vom Sekundärteil von T1 in der Abbildung).

Mit einer zentralen automatischen Blindleistungsregelanlage: Bei den meisten Installationen ist es aufgrund der großen Anzahl von Lasten empfehlenswert eine zentrale Blindleistungsregelanlage oder eine zentrale automatische Anlage verbunden mit der allgemeinen Sammelschiene des Transformatorausgangs zu verwenden. (Anlage Q1 in der Abbildung).

Für einzelne Lasten: Lösungen für Installationen mit wenigen Hochleistungslasten, z. B. Motoren wie M1, M2.1 und M2.2 in Abb. 1-1. Diese sind im Allgemeinen mit einem festen Kondensator verbunden, um die Blindleistung des Transformators (QT1 und QT2 in der Abbildung) zu kompensieren. Die Kompensation an Lastanschlüssen hat den Vorteil der Möglichkeit zum Entladen des gesamten Netzes (von den Lastanschlüssen zur übergeordneten Versorgung).

20kV

T2 T1 1250kVA

1000kVA

7% 6kV

6% 0,4kV

Q

1

2

3

Motoren und verschiedenes

Q

T1

M

Q

M1

M

Q M2.1

T2

M

Q M2.1

Q1

M1 100kW

M2.1 400kW

M2.2 650kW

Verschiedene Kompensationstypen

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Tabelle I: Transformatorenkompensation Blindleistung von empfohlenen Kondensatoren zur Kompensation der Transformator-Blindleistung (wir unterstellen, dass der Transformator zu 80 % seiner Nennleistung genutzt wird).

Transformatorenkompensation Serie bis 24 kV

Nennleistung (Sn)

Blindleistung bei Nennleistung

Serie bis 36 kV Empfohlene Kondensatorleistung bei 80 % Leistung der TransformatorNennleistung

Blindleistung bei Nennleistung

Empfohlene Kondensatorleistung bei 80 % Leistung der Transformator-Nennleistung

kVA

kvar

kvar

kvar

25

2,0

2

2,4

2

50

3,7

3

4,2

3

100

6,5

5

160

10,1

kvar

7,5

7,5

5

11,2

10

250

15,0

10

17,3

12,5

400

23,2

15

26,8

20

500

28,5

20

32,5

25

630

35,3

25

39,7

30

800

59,2

40

60,8

45

1000

73,0

50

75,0

50

1250

90,0

60

92,5

70

1600

113,6

80

116,8

80

2000

140,0

100

144,0

100

2500

172,5

120

175,0

120

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Unter der Annahme, dass Transformatoren im Allgemeinen mit einer anderen Leistung arbeiten oder für nicht genormte Transformatoren erfolgt die Berechnung der Kondensatorleistung gemäß folgender Formel:

QF

Wobei: SN, Nennleistung des Transformators (kVA) Io, Entladestrom in % Uk, Impedanz in % S, reale Betriebsleistung in kVA.

T.I. x/5

Beispiel Netztransformator von 630 kVA mit Io=0, 95%, Uk=6%, welcher mit 50 % seiner Nennleistung arbeitet.

15,4 kvar Dennoch, wenn kein ununterbrochener Betrieb vorliegt oder der Transformator in naher Zukunft bis zu 80 oder 100 % belastet werden kann, ist es besser die zukünftige Situation zu beachten.

Wenn dieselbe Gleichung für 100 % der Nennleistung angewendet wird, wird die Kondensatorleistung folgende sein

QA

Kompensation eines Transformators: QF, für den Transformator und QA für die Lasten.

QF, feste Stufe für die Kompensation der Blindleistung des Transformator wird vor demStromwandler für den automatische nBlindleistungsregler angeschlossen, (Siehe Version SF auf Seite 16).

Masing ® FPM-Regler vermeiden die Installation eines separaten Kondensators und nutzen die Stand-by-Option.

Um den Transformator mit festen Überlastschritten zu kompensieren.

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QA, automatische Blindleistungsregelanlage für die Kompensation der Transformatorlasten.

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Tabelle II: Motorenkompensation.

Standardmäßiger Asynchronmotor mit empfohlenem Netzkondensator

Motorenkompensation

kW

5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90 110 132 160 200 250 315 355 400 450 500 560 630

CV

7,5 10 15 20 25 30 40 50 60 75 100 125 150 180 220 270 340 428 483 544 612 680 761 857

Kondensatorleistung

Kondensatorleistung

Kondensatorleistung

Kondensatorleistung

Qc (kvar) 3000 r.p.m.

Qc (kvar) 1500 r.p.m.

Qc (kvar) 1000 r.p.m.

Qc (kvar) 750 r.p.m.

2,5 2,5 2,5 5,0 5,0 7,5 10,0 10,0 12,5 15,0 20,0 20,0 30,0 35,0 35,0 40,0 50,0 60,0 90,0 100,0 100,0 100,0 125,0 125,0

2,5 5,0 5,0 5,0 7,5 7,5 10,0 12,5 15,0 20,0 25,0 30,0 40,0 40,0 50,0 60,0 80,0 90,0 100,0 125,0 125,0 150,0 175,0 175,0

5,0 5,0 7,5 7,5 10,0 10,0 12,5 15,0 15,0 20,0 30,0 35,0 40,0 50,0 60,0 70,0 100,0 110,0 125,0 150,0 150,0 175,0 200,0 200,0

5,0 7,5 10,0 10,0 12,5 15,0 15,0 22,5 22,5 25,0 30,0 40,0 45,0 60,0 80,0 90,0 110,0 135,0 160,0 175,0 225,0 250,0 275,0 300,0

Für höhere Leistung sind 30 % der Motorleistung in kW Q (kvar) = 0,3 zu berücksichtigen. P (kW) Qc = Blindleistung in kvar Kondensator für maximale Kompensation ohne Gefahr der Selbsterregung.

Der erzielte Cosφ ist größer oder gleich 0,95. Die Tabelle wurde unter Berücksichtigung der wichtigsten Motorhersteller erstellt.

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Die Kondensatorleistung in Tabelle II entspricht der Empfehlung von EN 608311 90% der Blindleistung nicht zu überschreiten Diese Empfehlung ist erforderlich, um die Selbsterregung des Motors zu vermeiden. Diese Situation entsteht insbesondere bei Motoren, die sich abschalten können, wenn sie vom Netz getrennt werden, sofern der Kondensator mit den Motorklemmen verbunden ist. In anderen Umständen kann der Kondensator die Blindleistung, die vom Motor bei Volllast erzeugt wird, erreichen.

Beispiel Ein Motor startet eine Maschine mit großem Trägheitsmoment (hohe Gefahr der Selbsterregung), Leistung 75 kW, auf 1500 Upm. Der in der Tabelle genannte Wert wird angewendet: 25 kvar für die Kondensatorleistung.

Wenn der Kondensator durch einen Schütz mit den Motorklemmen verbunden ist, ist die zuvor genannte Begrenzung von 90 % der Entlade-Blindleistung nicht erforderlich.

Beispiel Ein Motor mit 350 kW Leistung treibt eine Pumpe mit cos φ1, bei Volllast mit 0,88, und einem Wirkungsgrad von 97 % an, wobei wir eine Kompensation auf cos φ2 = 0,97 wünschen.

Die Kondensatorleistung wird wie üblich mit der traditionellen Formel berechnet (Siehe Tabelle III auf Seite 102).

In diesem Fall und der oben erwähnten Tabelle, f = 0,289 dann,

Die Motoren mit Stern-Dreieckschaltung müssen durch den Anschluss des Kondensators auf der Schützleitungsseite oder einem unabhängigen Schütz kompensiert werden.

L

Y

M

L

Y

M

Kompensation mit Stern-Dreieck-Anlauf.

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Für Motoren mit statischen Startern wird empfohlen den Kondensator vor dem Starter, Lösung (a) oder (b) der Abbildung anzuschließen.

Kompensation mit Sanftanlaufgeräten

K1

K3

K2

M

(a)

(b)

Zentrale Kompensation Dieses ist die häufigste Form um Installationen mit normalerweise verschiedenen Lasten zu kompensieren.

Berechnungen der Kondensatorleistung in einer projektierten Installation Vom Projekt haben wir folgende Informationen erhalten: - Installierte Gesamtleistung ....

- Gleichzeitigkeitsfaktor ....

- Der durchschnittliche Cos φ ....

PT (kW) Fs (%) cosφ1

Wenn wir einen cosφ2, erhalten möchten, beträgt die erforderliche Kondensatorleistung:

(f = Werk aus Tabelle III auf Seite 102)

Beispiel 1 Installation bei der bekannt ist, dass dieGesamtleistung der Lasten 230 kW ist und nur die Hälfte davon in Betrieb ist. Es wird ein durchschnittlicher cosφ von 0,8 berücksichtigt und wir möchten diesen auf einen cosφ von 0,98 erhöhen.

Wir suchen dafür den Wert f = 0,547 in der Tabelle,

Beispiel 2 Wir versuchen die Installation durch einen 1000 kVA Transformator zu versorgen, wenn die installierte Leistung aus auch der cos und der Gleichzeitigkeitsfaktor nicht genau bekannt sind.

Als normale Werte können ansehen: Cosφ1 = 0,8 Cosφ2 = 0,95 Transformator u = 6% y 80% der Volllast k

Die Kondensatorleistung beträgt: QF (für den Transformator) = 50kvar (Tabelle I auf Seite 100) Q (für Laste) = 1000 x 0,8 x 0,8 x (tanφ1– tanφ2)= 1000 x 0,64 x 0,421 = 269 kvar

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Oberschwingungen Sowohl in der Industrie als auch in Bürogebäuden kommt es immer häufiger vor, das Lasten angetroffen werden, die die aktuelle Welle, die sie absorbieren, verzerren. Diese gleichzeitigen Ströme sind ein Ergebnis von einer Verzerrung durch einen einfachen Spannungsabfall der Sammelschienenspannung und beeinflussen die anderen installierten Lasten. Die verzerrten Wellen werden für ihre Analyse in ihrem Basisbauteil bei der Netzfrequenz und Schwingungen oder Mehrfachwellen des Basisbauteils abgebaut.

Am häufigsten kommen folgende Schwingungslastgeneratoren vor: Die Stromversorgung mit einer Phase: Eigenschaften von PC, unter anderen, die Oberwellen in erster Linie in der Reihenfolge-Nr. 3, 5 und 7 erzeugen.

Die eingestellten Drehzahltreiber (ASD) die die Drehzahl von Induktionsmotoren steuern, gewöhnlich mit 6-Impulse, erzeugen Oberwellen hauptsächlich in der Reihenfolgen 5, 7, 11 und 13, wobei die wichtigsten die 5. und 7. sind.

Die Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), die im Fall von 6-Impulsen die gleichen zuvor erwähnten Schwingungen erzeugen.

Kurz gesagt, die typischen Schwingungen dieser Reihenfolge-Nr. 3, 5, 7, 11 und 13, wobei die wichtigsten folgende Reihenfolgen sind:

3 und 5 in Bürogebäuden

5 und 7 in der Industrie Die Blindleistungsregelanlagen sind eine der empfindlichsten Lasten für Schwingungen, denn sie absorbieren diese einfach, bewirken ihre Verstärkung und generieren Resonanzprobleme.

Um die bereits erwähnten Nachteile in verschiedenen Fällen zu vermeiden, ist er erforderlich die entsprechenden Drosseln mit den Kondensatoren in Reihe zu verbinden, wodurch ein Oberwellenfilter entsteht.

Verdrosselte Anlage

In Installationen mit Oberwellen, bei denen die Blindleistung kompensiert wird, wird im Allgemeinen erwartet, das weder Schwingungs-verstärkungs- noch -resonanzprobleme auftreten. In diesen Fällen werden die Geräte mit Abweisfiltern oder niedrig abgestimmten Filter ausgestattet (L-C Abstimmfrequenz von 189 Hz für die Netzfrequenz von 50 Hz und 227Hz für 60Hz).

Dies entspricht dem Resonanzverhältnis:

und einem Reaktionsfaktor:

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Diese Zahl ermöglicht die Auswahl der geeigneten Blindleistungsregelanlagen für störende Lasten (AC variable Drehzahl).

QC = Kondensatorbankleistung (kvar) ST = Transformatorleistung (kVA) SCON = Stromrichter (kVA)

Drosseln Auf anfrage Premium Standard (400V)

Abb. 3,1 Diese Zahl ermöglicht die Auswahl der geeigneten Blindleistungsregelanlage für Netze mitr störenden Lasten (AC variable Drehzahl).

QC = Kondensatorbankleistung (kvar) ST = Transformatorleistung (kVA) SCON = Stromrichter (kVA) Unter der durchgehenden Linie der obigen Abbildung ist es möglich eine konventionelle Anlage mit Kondensatoren zu installieren. Zwischen dieser Linie und der gepunkteten Linie wird empfohlen, Premium Blindleistungsregelanlagen zu installieren, die für eine mögliche Überlast ausgelegt sind. Oberhalb der gepunkteten Linie sind verdrosselte Anlagen erforderlich. Letztendlich empfehlen wir für SCON/ST Werte über 50% unsere Technische Abteilung zu fragen, da hierfür u. U. andere Filtertypen geeignet sind. Für SCON / ST 5 % die nicht für eine Begrenzung bei der Installation von herkömmlichen anlagen berücksichtigt werden.

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Beispiel 1

Resonanzen

Installation mit einem Transformator von 400 kVA mit Kondensatorbank zur Kompensation von 100 kvar.

Dort befinden sich ASDs von 110 kVA mit gleichzeitiger Gesamtleistung.

Es ist sowohl in der Elektrotechnik als auch in der Mechanik ein bekanntes Problem und ist nur eine wichtige Verstärkung einer bestimmten Größe.

In einer Elektroinstallation mit einem Transformator und einer Kompensationsanlage tritt eine parallele Resonanz auf durch:

(kvar)

Diese führen uns zwischen die ununterbrochene Linie und die gepunktete Linie, weshalb eine überdimensionierte Premium Kondensatorbank zu einer Verbesserung führt.

Wobei: ST= Transformatorleistung (kVA) uk= Transformatorimpedanz (%) Q = Kondensatorbankleistung hr= Resonanzschwindungen

Für Beispiel 1 wurde der Wert uk = 5 % verwendet, dann würde er betragen:

Beispiel 2 Wir nehmen das vorherige Beispiel, jedoch mit einer Kondensatorleistung von 150 kvar.

Dies bedeutet, dass die Schwingungen in Resonanz weit von der 5. und 7. Schwingung entfernt sind, welche die wichtigsten sind. Daher sollten wir kein Problem erwarten.

Für Beispiel 2 wurde der Wert uk = 5 % wieder verwendet, dann würde er betragen:

In diesem Fall befinden wir uns über der gepunkteten Linie, weshalb eine verdrosselte Anlage erforderlich ist.

Wir weisen darauf hin, dass die Abbildung 3.1 nur eine grundlegende Richtlinie für die Auswahl der geeignetsten Anlagen ist. Für eine exaktere Berechnung empfehlen wir Ihnen unsere Technische Abteilung zu fragen.

Klirrfaktor Zur Berechnung ders Klirrfaktors (THD) wird im Allgemeinen folgende Formel benutzt:

Diese Frequenz liegt zu nahe an der 7. Schwingung. Als Ergebnis scheint die Installation einer verdrosselten Anlage geeignet.

Als allgemeine Regel gilt, die Resonanzfrequenz sollte so weit als möglich von den vorhandenen Schwingungen des Netzes entfernt sein.

Wobei: Xh= Effektivwert der Schwingungen h X1= Effektivwert der Grundfrequenz In diesem Beispiel, wenn die folgenden Schwingungen bei der Netzspannung U1 = 230 V; U3 = 3 V, V5 = 10 V und V7 = 2 V gemessen wurden, ist die THD:

Normalerweise übersteigt der Klirrfaktor bei Industrieinstallationen 5 % nicht. Höhere Werte sollten zur Einführung von Schutzmaßnahmen führen, insbesondere in Bezug auf die Kompensationsanlage.

Weitere Informationen finden Sie in unserer Software CYDESA PFC.

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Mittelspannungskondensatoren Un>1000 V

Die Mittelspannungskondensatoren werden mit Wickeln, bestehend aus Aluminiumfilm zwischen Polypropylenfilm, hergestellt. Diese Wickel werden in einen Stahlblechbehältter, gefüllt mit PCB-freiem Öl eingesetzt.

Die Einphasen-Kondensatoren werden bis zu 1000 kvar für die Benutzung in Innenräumen und im Freien und für Nominalspannungen bis 24 kV hergestellt.

Die Dreiphasen-Kondensatoren werden bis zu 800 kvar und für Nominalspannungen bis 12 kV hergestellt.

Normen

EEN 60871-1, NEMA Veröffentlichung CP1, ANSI / IEEE Norm 18, BS 1650 und 2897, CSA C22.2 Ziffer 190

Nominalspannungen

bis zu 24 kV für Ein-Phasen und 12 kV für Drei-Phasen

Verluste

0,1W / kvar während der ersten Betriebsstunden, 0,05 W/kvar ab 500 h. Die Maximalverluste einschließlich Ableitwiderstände, interne Anschlüsse und Verbindungen können 0,15 W/ kvar erreichen

Kapazitätentoleranz

-5% / +15% für Einzelkondensatoren -5 % / +10 % für Kondensatorbänke bis zu 3 Mvar 0% / +10 % für Kondensatorbänke bis zu 30 Mvar 0% / +5% für Kondensatorbänke ab 30 Mvar

Nichtleiter

Polypropylenfilm

Imprägnierung

PCB-freies Öl

Zulässige Überspannungen

x UN 1,1 1,15 1,2 1,3

Stromüberlastungen

1,3 IN permanent

Dauer 12h alle 24h 30min alle 24h 5min 1min

Installationsbedingungen

Höhe

No superior a 1000m

Installation

Vertical con aisladores en la parte superior u horizontal con caja apoyada en la cara más estrecha

Lebensdauer

> 100.000 Betriebsstunden

Schutz

Siehe Seite 92

Zulässige Umgebungstemperatur

Von -25 °C bis 40 °C (24-Stunden-Durchschnitt) mit einem Maximalwert von 50 °C.

Verschmutzungsgrad

Gemäß Stufe II der CEI 815

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Schutz Der Schutz von Hochspannungs-Kondensatoren erfordert eine besondere Aufmerksamkeit, weil dadurch die Explosionsgefahr minimiert werden kann.

Die Einphasen-Einheiten beinhalten interne Sicherungen, sowie asymmetrische Schutzeinrichtungen mit zwei Sternen, welche einen hohen sicheren Schutz vor internen Betriebsstörungen darstellen. Dieser Schutz muss durch andere Schutzvorrichtungen gegen Kurzschluss, Stromüberlastung, Überspannung und Unterspannung ergänzt werden.

Bei Dreiphasen-Einheiten funktionieren internen Sicherungen nicht und ein asymmetrischer Schutz ist nicht möglich. Aus diesem Grund sind externe Sicherungen wichtig, da sie im Vergleich mit anderen Schutzeinrichtungen, wie automatische Leistungsschalter, schnell funktionieren.

Als Zusatzschutz werden bei Spulendurchschlag Gase freigesetzt und ein interner Überdruck erzeugt. Daherist es wichtig das Gerät “D” hinzuzufügen, welches einen Drucksensor mit Umschaltkontakt enthält, wodurch das Unterbrechungsgerät (Schütz oder Trennschalter) angewiesen und ausgelöst werden kann. Weiterhin ist die entsprechenden Schutzvorrichtungen für Über- und Unterspannung hinzuzufügen.

P

F1 Einphasen-Kondensator mit interner Sicherung

Asymmetrischer Schutz für Baugruppen mit zwei Sternen

Dreiphasen-Kondensatorschutz durch einen Überdrucksensor

Explosions- oder Brandgefahr Bei Mittelspannungs-Kondensatoren ist es nicht möglich die Explosionsgefahr als Folge eines Brandes des Imprägnierungsöl völlig auszuschliessen Deshalb sind bei der Montage die entsprechenden Sicherheitsentfernungen, Fluchtausgänge, usw. zu berücksichtigen.

Mittelspannung Motoren-Kompensation Um die Selbsterregung zu vermeiden, können die in der folgenden Tabelle aufgeführten Werte berücksichtigt werden. Hiermit ist ein cos φ von ca. 0,95 erreichbar. Wenn die Gefahr der Selbsterregung nicht besteht (siehe Seite 78) oder der Kondensator mit einem unabhängigen Schütz verbunden ist, kann die Kondensatorleistung ohne Gefahr bis zum gewünschten cosφ erhöht werden.

Um einen cosφ von 0,97 zu erreichen, ist eine um 27 % höhere Leistung als in den Tabellen genannt erforderlich . Falls der cosφ des Motors bekannt ist, kann die herkömmliche Berechnung ausgeführt werden (siehe Seite 78).

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Technisches Handbuch

Motorkompensation mit beschränkter Kondensatorleistung, um Selbsterregung zu vermeiden Höchste Blindleistung um Selbsterregung in Abhängigkeit von der Drehzahl zu vermeiden

Motor kW

PS

3000 Upm

1500 Upm

1000 Upm

160

217

30

40

50

750 Upm 60

200

272

40

50

60

70

250

340

50

65

75

90

315

428

65

80

90

110 140

400

543

80

100

120

500

679

100

125

150

175

1000

1350

200

250

300

350

1500

2040

300

375

450

525

2000

2720

400

500

600

700

3000

4075

600

750

900

1050

4000

5434

800

1000

1200

1400

5000

6793

1000

1250

1500

1750

Mittelspannungs-Transformatorenkompensation Für Transformatoren für mit Sekundärspannung im Niederspannungsbereich gibt es genormte Werte für den Entladestrom und die Impedanz. Die Werte für Mittelspannungstransformatoren sollten beim Hersteller erfragt werden. Für die Projektierung sind die Annäherungswerte in nachfolgender Tabelle ausreichend:

Nominalleistung MVA

Primärspannung

Entladestrom

Impedanz

2.5

20-36

kV

Uk%

Io% 2.0

6

4

1.5

7

6

1.1

8

8

1.0

8

10

0.9

9

16

45-66

0.8

9

20

0.7

10

30

0.6

11

40

0.6

12

Beispiel Berechnung der Kondensatorleistung für die Kompensation eines Transformators mit 12 MVA ohne Last und mit einer Last von 80 % der Nominalleistung.

Erforderliche Leistung ohne Last

Einphasen-Kondensatoren Es können einzelne Einheiten oder Kondensatorbänke mit einem oder zwei Sternen geliefert werden.. Optional mit einem Asymmetrieschutz Sie verfügen normalerweise über interne Sicherungen, die zusammen mit dem Asymmetrieschutz einen sicheren Schutz vor internen Ausfällen bieten. Es ist immer ein externer Zusatzschutz notwendig (Seite 89)

Spannung kV

Leistung kvar

Aufstellung

1 bis 24

50 - 1000

Innen oder im Freien

Drei-Phasen-Kondensatoren Können mit Anschlüssen mit Schutz (IP55) oder ohne Schutz (IP00) geliefert werden. Sieenthalten keine interne Sicherung.

Sie können mit einem Drucksensor mit Umschaltkontakt geliefert werden, welcher auf ein externes Schaltgerät wirkt, um im Fall von internen Fehlern zusammen mit externen Sicherungen zu schützen (Seite 89).

Spannung kV

Leistung kvar

Gebrauch

1 a 12

20 - 800

Innender Imfreien

0, 85 x 12.000 = 102 kvar 100 Leistung bei 80 % der Volllast:

102 +

9 x 12.000 $0,82 = 793kvar 100

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BlindleistungsKompensations-Anlagen Für Mittelspannungs-Netze CYDESA stellt eine Vielzahl von Anlagen mit Kondensatoren bis zu 24 kV für feste Kompensation und bis zu 12 kV für automatische Kompensation her.

Die Schaltanlage zusammen mit den Kondensatoren und anderen Geräten zum Messen, Schützen und Anzeigen werden in Stahlblech-Schaltschränken mit Dreiecksprofilen in den im oberen und unteren Rahmen mit Blechen von 1,5 mm Dicken und Türen mit 2 mm Dicke montiert. Nachdem das Blech entsprechend behandelt wurde, wird eine texturierte Farbe aus Polyester-Epoxyharz RAL 7032 aufgetragen. Kann als wetterfestes Gerät in Edelstahl geliefert werden.

Eingang Stromversorgung Der Versorgungskabeleingang wurde so konzipiert, dass er direkt zur Sammelschiene oder Geräteeingang führt Eine Halterung ermöglicht die Befestigung, um Reibung an den Anschlüssen zu vermeiden.

Sammelschiene Die Sammelschienen aus Elektrolytkupfer werden auf Isolatoren aus Epoxidharz in horizontaler Position und im oberen Teil des Schaltschranks montiert. Die Bauweise ermöglicht die Sicherstellung einer Kurzschlussfestigkeit von über 30 kA. Höhere Werte bis zu 100 kA sind auf Anfrage erhältlich.

Schaltanlage Die gesamte Schaltanlage würde spezielle entwickelt, damit der Schaltbetrieb des Kondensators die Anforderungen der folgenden Normen erfüllt: EN 60129 Für Trennschalter und Erdungs-Trennschalter EN 60265 Für Trennschalter EN 60470 Für Vakuumschütze EN 60282 Für Sicherungen

Sicherheit und Schutz Die Anlagen der Serie EG haben keine Schutzvorrichtungen für interne Lichtbögen. Auf Anfrage können wir Anlagen mit Schaltschränken liefern, die über einige Öffnungen für die Ableitung von Überdruck verfügen, falls ein interner Lichtbogen auftritt.

Die Explosionsgefahr der Kondensatoren ist dank der Schutzvorrichtung und der H.R.C. Sicherungen in Dreiphasen-Einheiten und der Ausgleichsschutzvorrichtung in Einphasen-ZweiSterne-Halterungen praktisch nicht vorhanden.

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Im jedem Fall und um mögliche Gefahren für Personen oder Anlagen zu vermeiden, empfehlen wir strengsten die Anlagen in abgelegenen Bereichen zu installieren.

Unter den Schutzvorrichtungen sollten wir folgendes hervorheben: Allgemeine Sicherungen oder HH Sicherung als wichtiger Teil in allen Anlagen. Ausschaltvermögen >50kA. Kondensatoren mit Steuergerät für den Überdruck, welches bei einem internen Überdruck von 0,6 bis 0,8 bar auslöst. Dieses Gerät sollte auf den Leistungsschalter am Eingang wirken und falls installiert auf die Stufenschütze oder auf eine externe Trennvorrichtung.

Bezüglich der Personenschutzmaßnahmen weisen wir auf folgendes hin: Gitter, um den Zugang zu den unter Spannung stehenden Bereichen zu verhindern, auch wenn die Tür geöffnet ist.

Optionale Verriegelungsvorrichtung, die verhindert, dass die Tür geöffnet wird, wenn der Schalter die Stromversorgung nicht unterbrochen hat und/oder die drei Phase nicht geerdet wurden.

Die Niederspannung-Steuergeräte befinden sich in einem Fach oder in einem Metallgehäuse im oberen Teil des Gerätes. Die innen in das Gerät eintretenden Kabel sind in Stahlrohren verlegt, die mit dem Gehäuse geerdet werden.

Alle nicht aktiven leitenden Teile sind entsprechend an eine Sammelschiene oder Erdungsanschluss angeschlossen.

Während der Installation und der entsprechenden Teste werden die Verbindungen und die Kontinuität der Schutzschaltung überprüft.

Tests Unabhängig von den speziellen Tests der Schaltanlage durch den Hersteller werden die Kondensatoren den in EN 60871-1 aufgeführten Tests unterzogen. DieAnlagen werden den in EN 60298 aufgeführten Einzeltest unterzogen “Schaltanlage mit Metallgehäuse für Wechselstrom mit Nominalspannungen über 1 kV und gleich oder unter 52 kV”.

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Technisches Handbuch

Technische Daten Wichtigste Normen

EN 60871-1 für Kondensatoren EN 60298 für die Anlagen

Nominalspannungen

Bis zu 12 kV, 50/60 Hz

Leistungen

Bis zu 800 kvar pro Schritt mit Drei-Phasen-Kondensatoren. Ohne Begrenzung für Einphasen-Kondensatoren mit zwei Sternen

Tests

Die einzelnen in EN 60298 aufgeführten Tests.

Verwendung

Innenraum IP31

Zulässige Umgebungstemperatur

Von -25 °C bis 35 °C (24-Stunden-Durchschnitt) mit einem Maximalwert von 40 °C.

Höhe des Installationsortes

Nicht über 1.000 m

Anlage EG mit fester Stufe Für die feste Kompensation der Lasten. Das Basisgerät besteht aus einem Dreiphasen-Kondensator mit einem Drucksensor (Seite 89 Einschaltdrossel und HH-Sicherungen).

Optional können sie auch mit einem Unterbrechungsschalter, Erdungsschalter und Lichtspannungsanzeigen ausgestattet werden.

Anlage EG mit Schütz Diese Lösung beseitigt die Gefahr der Selbsterregung, sofern der Kondensator gleichzeitig vom Motor getrennt ist, vorausgesetzt, dass der Kondensator mit den Motoranschlüssen verbunden ist und der Betrieb über ein Hilfskontakt des Motorschützes erfolgt.

Der automatische Schaltbetrieb mit einem BlindleistungRegler ist ebenfalls möglich. Das Basisgerät besteht aus einen Dreiphasen-Kondensator mit einem Drucksensor (Seite 89 Einschaltdrossel und HH.-Sicherungen).

Optional können sie auch mit einem Erdungsschalter und Lichtspannungsanzeigen ausgestattet werden.

Automatische Kompensationsanlagen Das Basisgerät besteht aus Kondensatoren, Einschaltdrosseln, HH.-Sicherungen, Vakuumschützen und einem Regler für den automatischen Betrieb der Stufen in Abhängigkeit der Netzdrosselspulennachfrage und des Ziel cosφ. Optional können sie auch mit einem Trennschalter, Erdungsschalter und Lichtspannungsanzeigen ausgestattet werden.

Anlagen mit Drosseln Alle Geräte können mit Drosseln geliefert werden. Entweder abgestimmt auf die Frequenz von 189 Hz oder abgestimmt auf Frequenzen in der Nähe der Schwingungen, die sie zu absorbieren haben

Automatische Kompensationsanlagen für 230 +460 + 920 kvar bei 4,16 kV, 50 Hz

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Mögliche durch Kondensatoren

Kurzzeitige Einschalt-Stromspitze Einen Kondensator mit dem Netz verbinden bedeutet eine hohe Stromspitze. Zu Beginn kann von einem Kurzschluss gesprochen werden, dessen Strom nur durch die Impedanz oberhalb vom Netz-Anschlusspunkt begrenzt wird. Wenn Kondensatoren zusätzlich parallel mit dem Strombeitrag geschaltet werden, kann der Strom Spitzen bis zum 250-fachen des Nennstroms vom Kondensator erreichen. Zur Abschätzung des Anschlusspunktes kann die in Abb. 6.3 dargestellte Gleichung verwendet werden. Um dieses Phänomen zu begrenzen können Drosselspulen oder Widerstände, wie in Abb. 6.2 dargestellt, verwendet werden. Die Begrenzung durch Drosselspulen wird sowohl bei Nieder- als auch Mittelspannung verwendet, wobei das zuvor erwähnte Widerstandssystem im Allgemeinen auf geeignete Niederspannungsschütze beschränkt ist. Die Strombegrenzungs-Kondensatorverbindung ist erforderlich, um das Auslösen von Schutzvorrichtungen als auch das Auftreten von Störgrößen zu vermeiden, die sich auf das gesamte Netz auswirken.

a

Vorübergehende Verbindung eines Kondensators mit 50kvar / 400V, wenn andere Einheiten im Netz, versorgt mit einem Transformator 1000 = kvA, uk = 6%, parallel geschaltet sind. a) Stoßstrom b) Überspannung

Abb. 6.2 Begrenzung der Leistung eines Kondensators a) Durch eine angeschlossene Serie zu Begrenzung der Induktivität (L). b) durch einen Widerstand (R) nur zum Zeitpunkt der Verbindung eingesetzt.

a

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b

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B

A

s

s

Q1

Q2

Q

ÎS = IN √ (2SK / √ Q) (IS = 20...30 IN )

ÎS = U √2 / √ (XC XL) ƒS = ƒN √ (XC / XL) (IS = 30...250 IN ) XC = 3U2 (1/Q1 + 1/Q2) 10-6 XC = 3U2 (1/Q1 + 1/Q2) 10-6

Abb. 6.3 Überstrom eines Kondensators.

(A) Einzelner Kondensator.

(B) Parallel geschalteter Kondensator. ÎS = Spitzenwert des Einschaltstrom des Kondensators (A).

IN = Effektivwert des Nominalstroms des Kondensators (A).

SK = Kurschlussleistung (MVA) am Kondensatoranschlusspunkt Q = Batterieleistung (MVAr).

U = Spannung (kV).

Xc = Kapazitiver Blindwiderstand, in Reihenschaltung pro Phase.

XL = Induktiver Blindwiderstand pro Phase zwischen Batterien.

FR = Einschwingfrequenz.

FN = Netzfrequenz Q2 = Kondensatorleistung parallel mit Q1 (MVAr).

Beispiel Voraussetzung in Abbildung 6.3 ein Netztransformator mit 1000 kVA/400 V, 6% und 25 kvar / 400V Netzkondensator.

ICN = Q / √3 U = 25 / √ 3 x 0,4 = 36 A SK= S/uK = 1 / 0,06 = 16,7 MVA ÎS = 36 √ ((2 x 16,7) / (0,025)) = 1316 A , 26 ÎCN

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