1

Fázisjavítás

Tartalomjegyzék:

Fázisjavítás (teljesítménytényező javítás): ......................................................................... 2

Fázisjavítás fogalmának meghatározása: ........................................................................ 2 Fázisjavítás szükségessége: ............................................................................................ 3 Tarifális szempontok ....................................................................................................... 5

Fázisjavítás módjai: ............................................................................................................ 7

Egyedi kompenzáció ....................................................................................................... 7 Transzformátorok egyedi kompenzációja ................................................................... 9

Aszinkron motorok egyedi kompenzációja .............................................................. 10 Csoportos kompenzáció ................................................................................................ 11

Központi kompenzáció ................................................................................................. 12 Vegyes kompenzáció .................................................................................................... 13

Fázisjavítás elemei: ........................................................................................................... 15

Kondenzátorok .............................................................................................................. 15

Automatikák .................................................................................................................. 16 Mágneskapcsolók .......................................................................................................... 17 Tirisztoros kapcsolók .................................................................................................... 18

Torlófojtók .................................................................................................................... 19 Fázisjavítás kiépítés szükségességének meghatározása.................................................... 19

Becsléssel ...................................................................................................................... 19 Számítással .................................................................................................................... 21

Megfelelő fázisjavító berendezés kiválasztása: ................................................................ 22

A berendezés meddő teljesítménye ............................................................................... 22

A berendezés fokozat kiosztása (automatizáltság, maximális fokozatszám, megfelelő

finomságú szabályzás) .................................................................................................. 22

Fázisjavítás hálózatra kapcsolódásának feltételei: ............................................................ 23

Erősáramú csatlakoztatás (vezeték, biztosító, leágazás) ............................................... 23 Vezérlési módok (áramváltó helyének, áttételének kiválasztása) ................................. 23

Középfeszültségű fázisjavításról röviden ......................................................................... 24

Meglévő berendezések felújítása, karbantartása ............................................................... 25

Aktív harmonikus szűrőkről röviden ................................................................................ 25

2

Fázisjavítás (teljesítménytényező javítás): Fázisjavításnak a szakzsargon nevezi a teljesítménytényező javítást. A fázisjavítás

rövidebb ugyan, de nem fedi a valóságot, talán a fázisszög vagy fázistényező javítás

rövidített formájaként keletkezhetett. Szintén szakzsargonban használt szó a

kompenzálás, ami a meddőenergia kompenzálás rövidített formájaként jelenhetett meg. A

továbbiakban a jobb érthetőség kedvéért a teljesítménytényező javítás fogalomra a

fázisjavítás, a meddőenergia kompenzálás fogalomra a kompenzálás kifejezést

használjuk.

Meg kell említsük még a fázistényező kifejezést, ami a meddő és a hatásos teljesítmény

összevetése, és amelyet a szögfüggvény cosinusával jellemezünk (cos φ), de ez csak az

alapharmonikus frekvenciára vonatkozik. A teljesítménytényező igazi (elméleti)

értelemben ezzel szemben figyelembe veszi a hálózaton jelentkező felharmonikus

torzítást is, így pontosabb eredményt ad a meddőenergiára vonatkozóan, mint a

fázistényező. A gyakorlatban azonban a kis felharmonikus szennyezettséggel rendelkező

hálózatokon szinte mindegy, melyiket használjuk, erősebb szennyezettség esetén

jelentkezhet nagyobb eltérés.

Az induktív meddőenergiát „fogyasztott”, a kapacitív meddőenergiát „termelt”

meddőenergiának is nevezik, mert a mágneses erőteret használó fogyasztók

működésükhöz meddőenergia is szükséges („fogyasztanak”), a kondenzátorok pedig a

kapacitív meddőenergiát állítják elő („termelik”). Mindkettő passzív elem, a meddő

energia egy perióduson belül oda-vissza áramlik.

Fázisjavítás fogalmának meghatározása:

A váltakozó áramú gépek működéséhez mágneses mező fenntartása szükséges, ami

induktív meddőteljesítményt igényel. Ezt az induktív meddőteljesítmény-igényt

kompenzálja a többnyire kondenzátorokkal a fogyasztás helyszínén előállított kapacitív

meddőteljesítmény. Amennyiben ez a két meddőteljesítmény minden időpillanatban

megegyezik egymással, akkor a kompenzáció csatlakozási helyéig nem kell a

meddőteljesítmény előállításához szükséges „meddőáram”-ot szállítani, így ezen a

szakaszon a meddő teljesítmény nem terheli a hálózatot. A kompenzáció csatlakozási

pontja és a „meddőfogyasztó” közötti vezetékszakaszon azonban a meddőáram

változatlan marad, így célszerű a fázisjavítást az induktív meddőenergia-igény

keletkezési pontjához minél közelebb telepíteni. Ez viszont azzal jár, hogy a

kompenzációhoz szükséges kondenzátor-mennyiség meghatározásánál nem lehet a

meddőigény egyidejűségét figyelembe venni, így a teljes kompenzációhoz lényegesen

több kondenzátorra van szükség. Természetesen a gazdasági-műszaki előnyök és

hátrányok általában kompromisszumos megoldást eredményeznek.

3

Fázisjavítás szükségessége:

A nem megfelelő kompenzálásnak az a következménye, hogy ugyanazon hatásos

teljesítmény átviteléhez nagyobb áramra van szükség, s ez az áram feleslegesen köt le

egy részt a villamosenergia termelő és az elosztórendszer átvivő képességéből, másrészt

az energia rendszerben az áram négyzetével arányos többlet veszteséget okoz. (P=I2•R)

A fázisjavítás hatását az átviteli szakasz áram terhelésére az alábbi ábra szemlélteti:

1. ábra: Teljesítménytényező javítás hatása az áram viszonyokra

Az áramokat vektoriálisan ábrázolva láthatjuk, hogy az eredő áram hatásos (Ih) és meddő

(Im) összetevője egymásra merőlegesek, így a Pitagorasz tétel szerint az eredő

(látszólagos) áram négyzete: IE2 = Ih

2 + Im2

Az egyenlet mindkét oldalát beszorozva a hálózatot leegyszerűsítve jelképező R

ellenállással kapjuk: IE2•R = Ih

2•R + Im2•R, így a hálózat teljes soros vesztesége olyan

módon jelentkezik, mintha a hatásos és a meddő áram vesztesége külön-külön

jelentkezne a hálózat ellenállásán. Ez a meddőáram okozta veszteség a hatásos áram

okozta veszteségeken felül tovább melegíti azokat a vezetékeket, transzformátorokat és

egyéb készülékeket, amelyeken a kompenzálatlan áram átfolyik.

Áramszolgáltatói

elosztó hálózat

Hatásos áram (Ih)

Induktív meddő áram (Im)

Fogyasztó

Áramszolgáltatói

elosztó hálózat

Hatásos áram (Ih)

Induktív meddő áram (Im)

Fogyasztó

Kondenzátor

(fázisjavítás)

Fázisjavítás nélkül: φ = 45° ; cos φ = 0,7

Fázisjavítással: φ = 18° ; cos φ = 0,95

Kapacitív meddő áram

4

2. ábra: Áram viszonyok és fázisszög vektoriális ábrázolása

A fázisjavítás kiépítésének elsődleges céljaként ezért ösztönzik a fogyasztókat arra, hogy

kompenzáljanak, mert ezzel az elosztói hálózatot is tehermentesítik a meddő áramok

okozta veszteségektől. Természetesen egy nagyobb kiterjedésű fogyasztói hálózaton

belül is jelentkeznek ezek a veszteségek, melyeket megfelelő kompenzálás kiépítésével

minimális értéken lehet, és érdemes tartani.

A fázisjavítás kiépítésének másik célja a hálózaton jelentkező feszültségesések megfelelő

értéken tartása, mert az előzőekben leírt veszteségek hatására a hálózat távolabbi pontjain

a soros ellenállásokon létrejövő veszteségek miatt jelentős feszültség-csökkenés

jelentkezhet. A feszültségesés ugyanis (némi elhanyagolással): Ih2•R + Im

2•X (ahol X a

hálózat soros induktivitásából eredő reaktanciája). Ezért a meddőszállítás jelentős

feszültségesést okoz a hálózat minden olyan szakaszán, amelynek számottevő

induktivitása van (transzformátorok, szabadvezetékek).

A harmadik (de igen lényeges) cél az, hogy növeljék a meglévő hálózat hatásos energia

átviteli képességét. A hálózat átviteli elemeinek (pl.: kábelek, transzformátorok)

meddőenergiától való mentesítése ugyanis azok további hatásos teljesítménnyel történő

terhelhetőségét is jelenti. Gondoljunk arra, hogy a transzformátorok (látszólagos) átviteli

teljesítményét is kVA-ben adják meg, ami két részből tevődik össze: a hatásos és a

meddő terhelésből. A kábelek terhelhetőségének ugyancsak a rajta áthaladó látszólagos

áram nagysága szab határt, ami szintén a hatásos és a meddő áram eredőjeként

jelentkezik. Mindkét esetben ez egyik részt (hatásos) csak a másik (meddő) rovására vagy

előnyére lehet változtatni!

5

A látszólagos (S), hatásos (P) és meddő (Q) teljesítmény vektoriális összefüggése

hasonlóan azok áramához szintén a Pitagorasz tétel alapján: S2 = P2 + Q2

3. ábra: Teljesítmény viszonyok és fázisszög vektoriális ábrázolása

A meddőteljesítmény-igény felmerülésének helyén a kompenzáló teljesítmény

előállításának kielégítő forrása lehet forgógép is (túlgerjesztett szinkrongép). Ez a

megoldás akkor javasolható, ha már egyébként is üzemelő szinkron forgógépünk van, és

azzal elő tudjuk állítani a kompenzáláshoz szükséges meddő energiát. Ez ugyan

pillanatnyilag kisebb befektetést igényel, de a folyamatos forgógépes meddőenergia

előállítás vesztesége többszöröse a fázisjavító kondenzátoros megoldásnak.

A fázisjavító kondenzátor alkalmazása, szinte minden esetben kisebb beruházást,

nagyobb üzembiztonságot és gazdaságosabb üzemvitelt tesz lehetővé. Telepítése, szükség

esetén áthelyezése is egyszerűbb, ezért lényegesen elterjedtebb módszer a fázisjavító

kondenzátorok alkalmazása.

(Ezt nevezzük – a forgógépes meddőtermeléssel szemben – statikus fázisjavításnak)

Tarifális szempontok

Napjainkban a fázisjavító berendezéseket tarifális szempontból olyan módon célszerű

megtervezni és kivitelezni, hogy a hálózatból felvett hatásos és a meddőenergia

százalékos aránya havi átlagban biztonsággal ne haladja meg a jelenleg érvényben lévő

rendeletben meghatározott határértékeket.

A hatásos és a meddőenergia mennyiségének összevetése az elszámolási fogyasztásmérő

havonta leolvasott adatai alapján, és nem a pillanatnyi, vagy óránkénti értékek szerint

történik! Ez az elszámolási mód nem veszi figyelembe a technikai meddőenergia

mérleget, ami az energiaveszteség minimalizálása szempontjából kívánatos volna.

6

A fázisjavítás nem megfelelő működése esetén fizetendő meddőenergia díjat így a havi

mért energia értékek alapján állapítják meg, ami bizonyos szabadságot ad a szabályzás

terén.

A rendeletben leírtak szerint a meddőenergia díját két esetben kell megfizetnie a

fogyasztónak:

1. Az induktív meddőenergia (kvarh) és a hatásos felvett energia (kWh) százalékos

határértékeinek túllépése esetén (egyszerűen megnézzük, hogy az induktív fogyasztás

mennyi százaléka az összes hatásos fogyasztásnak, ha ez a határérték alatt marad, akkor

díjmentes, ha magasabb, akkor díjköteles, de csak a határértéket meghaladó kvarh

mennyiség lesz beszorozva az induktív meddőenergia díjjal)

2. A kapacitív meddőenergia (kvarh) hálózatba történő visszatáplálása esetén (ezt az

esetet nevezzük túlkompenzálásnak) minden egyes kapacitív kvarh-t be kell szorozni a

meddőenergia díjjal, itt nincs százalékos határértéken belüli díjmentes mennyiség.

A fenti feltételek szerint a gyakorlatban megoldható, hogy annak ellenére, hogy az

induktív meddőenergia százalékos értéke rövidebb időszakban (pl. egy hét alatt)

nagyobb, mint a rendeletben meghatározott érték, ne kelljen meddőenergia díjat fizetni.

Ez úgy lehetséges, hogy a havi elszámolási időszakból hátralévő időben, minél kisebb

induktív meddőfogyasztást engedünk meg (automatikus üzemben a cél cos φ minél

közelebb legyen az 1-hez). A havi elszámolási perióduson belül így egy határértéket

meghaladó és egy igen kis induktív meddőfogyasztással járó időszak követi egymást,

aminek eredője az elszámoláskor egy határértéken belül maradó meddőfogyasztást

eredményezhet.

Vigyázni kell azonban arra, hogy túlkompenzálást ne okozzunk, mert annak minden

egységéért fizetni kell, így természetszerűleg az induktív meddőenergia mérleg

előzőekben leírt korrigálása nem alkalmazható a kapacitív meddőenergia esetében.

A meddőenergia egységárak függetlenek attól, hogy azt induktív vagy kapacitív jellegű,

de a határértékeket meghaladó meddőenergia után számítják fel (azonos egységárú

mindkettő.) Az alábbi táblázat tartalmazza azokat az egységárakat, amelyeket az előző

feltételek teljesülése esetén fizetni kell:

Csatlakozási

feszültségszint

Határérték

(% és cos fi)*

Meddő energia díj

(Ft/kvarh) +ÁFA**

Nagyfeszültségen 40% - 0,928 2,17

Középfeszültségen 30% - 0,958 2,62

Kisfeszültségen 25% - 0,970 3,62

*4/2013. (X. 16.) MEKH rendelet a villamos energia rendszerhasználati díjakról és

alkalmazásuk szabályairól, 2.4.4 a), b), c)

**http://www.mekh.hu/hatosagi-arak-2/villamos-energia/rendszerhasznalat-halozati-

csatlakozas.html, Villamos energia rendszerhasználati díjak 2015. január 1-től

7

A fázisjavítás kialakításakor kívánatos figyelembe venni az energiaszolgáltatók azon

követelményeit, miszerint a kompenzálás nem okozhat „káros visszahatást” a

hálózatukra. Ez lényegében azt jelenti, hogy a körvezérlési frekvenciákat ne söntölje, és

ne emelje a hálózaton már meglévő felharmonikus feszültségek szintjét. (A közcélú

elosztóhálózatok szolgáltatott villamosenergia feszültségjellemzőinek paraméterei

részletesen megtalálhatók az MSZ EN 50160 számú szabványban.)

Fázisjavítás módjai:

A fázisjavítás legfontosabb feladata – legyen az egyedi, csoportos, központos, vagy ezek

kombinációja –, hogy biztosítsa az adott fogyasztási hely optimális teljesítménytényező

javítását, amely a meddő-energiadíj mentes villamosenergia számlában, és a hálózat

veszteségeinek csökkenésében mutatkozik meg. A kompenzálás célja így lehet tarifális-

gazdasági megfelelés (meddőenergia pótdíjfizetés elkerülése), vagy energiagazdálkodási

(veszteség csökkentés, hálózat tehermentesítése a meddőenergiától).

A kompenzálás különböző feszültségszinteken történhet attól függően, hol csatlakoznak a

hálózatra az induktív meddőenergia fogyasztó berendezések. A fázisjavítás mindegyik

módjának megvannak az előnyei és hátrányai, így gyakran több módszer

kombinációjaként áll elő az optimális, fogyasztóra szabott meddőenergia gazdálkodási

rendszer.

Egyedi kompenzáció

Egyedi kompenzálásnak azt a megoldást nevezik, amelynél minden meddőfogyasztóhoz

külön fázisjavító kondenzátort telepítenek. Ezt a kompenzálási módot olyan villamos

fogyasztóknál célszerű alkalmazni, melyeknek meddőenergia felvétele az adott

fogyasztókészülék üzemeltetési ideje alatt közel állandó. Az ilyen jellegű berendezések

két legfontosabb típusát a transzformátorok és az aszinkron motorok (pl.: szivattyúk)

képviselik. Ebben az esetben a kondenzátor csak egyetlen fogyasztó meddő igényét

fedezi, és a fogyasztóval egy egységet alkot, transzformátornál annak szekunder,

motornál annak hálózati kapcsára kötve. Motor esetén figyelemmel kell lenni a

motorvédelem beállítására, amelyet a kompenzálás során csökkent látszólagos áramhoz

kell beállítani!

8

Mindkét fogyasztó típus egyedi kompenzálásának megvalósítása látható az alábbi ábrán:

4. ábra: Egyedi kompenzáció

Az egyedi kompenzálás előnyei:

A meddőenergia kompenzálása ott történik, ahol az igény fellép, így a meddőenergia

szállítása igen rövid úton történik, s ez által a tápláló vezetéken létrejövő veszteség a

legkisebb.

Megfelelő kényszer kapcsolattal biztosítható, hogy a kompenzálás vezérlését maga a

fogyasztó végezze.

Műszakilag egyszerű, esetenként a legolcsóbb megoldás.

Az egyedi kompenzálás hátrányai:

Nagyobb összteljesítményt kell beépíteni, mint a központos kompenzálásnál.

A kondenzátorok telepítési költségei (miután ezek egyenként történnek) nagyobbak

lehetnek, mint a központos kompenzálásnál.

A karbantartás költségesebb, végrehajtása szigorú következetességet követel.

A meghibásodások észlelése nehezebb.

Változó meddőigénynél a túlkompenzálás lehetősége fennáll.

A különféle meddőteljesítmény igényű fogyasztókhoz más és más értékű kondenzátor

telepítése szükséges, ami megnehezíti a tipizálást.

Tervezése nagyobb körültekintést és helyismeretet igényelhet.

9

Transzformátorok egyedi kompenzációja

Egy transzformátor meddőfogyasztása TRÜ

Q , két részből áll össze: üresjárási PQ (azaz

párhuzamos) meddő teljesítményből és terhelési SQ (azaz soros) meddő teljesítményből:

SPTRÜQ+Q=Q

Az üresjárási meddőfogyasztás a terheléstől függetlenül mindaddig jelentkezik, amíg a

transzformátor be van kapcsolva, ezért szokás fix teljesítményű, állandóan a

transzformátor kapcsaira kötött kondenzátort alkalmazni.

A kondenzátoregység szekunder oldalra történő csatlakoztatása után a

teljesítménytényező a transzformátor mindkét oldalán közel azonos értékű lesz, azaz a

transzformátor saját meddőteljesítményének bizonyos hányadától a tápláló - primer oldali

- hálózatot tehermentesítjük. A fix csatlakozási mód előnye, hogy a kondenzátorokat nem

kell ellátni külön kisütő berendezéssel, mert megfelelő csatlakoztatás esetén a

transzformátor hálózatról történő lekapcsolása után a kondenzátorok a transzformátor

szekunder tekercsein át kisülnek.

Az 5. ábra megfelelően szemlélteti, hogy az előre kiválasztott kondenzátort vagy

kondenzátorokat a biztosító betétek közbeiktatásával közvetlenül a transzformátor

szekunder kapcsaira kötjük.

5. ábra: Transzformátor egyedi kompenzáció

10

Aszinkron motorok egyedi kompenzációja

Az aszinkron motor elvben forgó transzformátornak is tekinthető, csak annyi

különbséggel, hogy a villamos mennyiséget mechanikai mennyiséggé alakítja át.

A motorkapcsokra kötött kondenzátorral a hálózatot mentesítjük a motor saját meddő

teljesítményének bizonyos hányadától. Ez a kapcsolást a 6. ábra mutatja. A kompenzáció

a motor villamos jellemzőire semmilyen hatással nincs, a hatás csak a táphálózatban

jelentkezik. A kondenzátor védelmét ebben az esetben a motorvédelem biztosítja.

Vigyázni kell azonban arra, hogy a motor látszólagos árama a fázisjavítás alkalmazása

miatt lecsökken, így a motorvédelmet ennek megfelelően át kell állítani, esetleg a

biztosító betét áramértékét csökkenteni!

6. ábra: Aszinkron-motor egyedi kompenzáció

Legnagyobb előnye ennek a fajta kompenzációnak, hogy ez a leghatásosabb a

feszültségesések és az energiaveszteségek kompenzációjának szempontjából, mert az

egész elosztó hálózatot mentesíti a meddő áramoktól.

Az aszinkron motorok egyedi kompenzációja során két esettel találkozhatunk:

Az első esetben üzemszerűen merev kapcsolat van, azaz ha a kondenzátor állandó

kapcsolatban van a kompenzálandó berendezéssel. Ilyen esetben túlkompenzálás nem

következhet be, mivel a kondenzátor a motor kikapcsolásakor a motorral együtt

kapcsolódik le a hálózatról. Kisütő berendezések alkalmazására nincs szükség, mert ezt a

funkciót a hálózatról lekapacsolt motor állórész tekercselése elvégzi. Hátránya, hogy

felgerjedés következhet be a rendszerben, ezért tilos ezt a fajta kompenzációt olyan

motorokhoz alkalmazni, amelyek mechanikai oldalról való hajtásával számolni lehet

(például: emelőmotorokhoz, felvonókhoz).

Az egyedi kompenzációnak a mértékét a többi motor esetén is az határozza meg, hogy a

motor a rákapcsolt kondenzátortól semmilyen körülmények között ne gerjedjen fel. Ez a

11

feltétel úgy elégíthető ki, hogy az aszinkron motor párhuzamos meddőigényét (PQ ) itt

csak 90%-ban kompenzáljuk, míg a soros meddőigényét (SQ ) az egyedi kompenzáció

méretezésénél egyáltalán nem vesszük figyelembe.

PC QQ 9,0

A második esetben üzemszerűen bontható a kapcsolat, azaz ha a kondenzátor külön

kapcsoló készüléken keresztül van összekapcsolva a motorral. Ezzel a fajta megoldással

elkerülhető a felgerjedés veszélye, ezért itt a motor üresjárási (párhuzamos) meddő

teljesítménye és terhelési (soros) meddő teljesítménye teljes mértékben kompenzálható,

azonban kisütő berendezések alkalmazására és a kapcsoló készülék működtetésének

kiépítésére ebben az esetben szükség van.

Csoportos kompenzáció

Előfordul, hogy az egyedi kompenzáció a kompenzálandó motorok kis kihasználási

óraszáma miatt nem gazdaságos, ugyanakkor a központi elosztó berendezés és az egyes

üzemrészek egymástól távol vannak. Amennyiben az egyes üzemrészekhez vezető

tápkábelek áramterhelhetőségük közelében vannak kihasználva és esetleg emiatt, de akár

ettől függetlenül a feszültségesés meghaladja a megengedett határértéket, a csoportos

kompenzáció mindenképpen indokolt

A csoportos kompenzáció gazdaságosságának elbírálásánál figyelembe kell venni a

központi kapcsoló berendezéstől az elosztóig terjedő kábelhosszt, valamint azt a

körülményt, hogy milyen mértékben van lehetőség a csoportos kompenzáló

berendezésben felszerelt kondenzátorok rendszeres ellenőrzésére. A kompenzáció e

módjánál célszerű a kondenzátorokat a kompenzálandó üzemrész(ek) főkapcsolójával

egyidejűleg be-és kikapcsolni.

Csoportos kompenzációt alkalmaznak esetenként olyan helyeken is, ahol nagy

mennyiségű, korábbi kiépítésű egyedi kompenzálású fogyasztó üzemel és valamilyen

okból az egyedi kompenzáció mértéke csökkent (pl. fénycső esetében a korábbi PCB

impregnálású kondenzátorokat kiszerelték) újabb egyedi kompenzálást nem építenek be.

Ebben az esetben a fázisjavító kondenzátorokat egy-egy csoport, azaz több fogyasztó

berendezés együttes meddő fogyasztásának kompenzálására építjük be. Ez a megoldás

lehetővé teszi az egyedi kompenzálásoknál használt kondenzátorok összességénél kisebb

kompenzáló teljesítmény beépítését abban az esetben, ha a csoport fogyasztói nem

egyszerre, hanem felváltva üzemelnek. Ebben az esetben elegendő csak az egyidejűleg

maximálisan üzemelő egyedi fogyasztók meddőigényének figyelembe vételével

meghatározni a szükséges kondenzátor nagyságot.

12

Csoportos kompenzáció elméleti megvalósítása látható az alábbi ábrán: (7. ábra)

7. ábra: Csoportos kompenzáció

Ennek a fajta kompenzációs módnak az előnye, hogy a hálózat a kompenzált

fogyasztó csoportig mentesül a meddőszállítástól, de ebből következik, hogy a belső

hálózaton a csoportos kompenzáció csatlakozási pontjától a fogyasztó csoportig a hálózat

még szállít induktív meddőenergiát. (A motor bekötő kábelei tehát nem mentesülnek a

meddőáram szállítástól!) A csoportos kompenzáció lehet fixen beépített kondenzátor is,

ekkor a motorok üzeme mellett jelentkező minimális meddőteljesítményre kell méretezni,

de az optimális veszteség csökkentés érdekében ellátható vezérlő automatikával is.

(A fenti ábrában pl. ha mindkét fogyasztói csoportban az egyforma meddőigényű

motorokból csak két-két motor jár egyszerre, úgy mindkét kondenzátor értéke azonos

lehet.)

Az egyedi fogyasztóktól külön telepített kondenzátorok ebben az esetben

természetesen külön védettséget növelő szerelvényeket vagy szekrényt, valamint

kapcsoló-, biztosító-, és kisütő elemeket igényelnek.

Központi kompenzáció

Központos kompenzációnak nevezzük a fázisjavításnak azt a módját, amelynél az egész

üzem meddőteljesítményének teljes egészét vagy nagyobb részét úgy kompenzáljuk,

hogy a kondenzátorokat az üzem központi elosztó berendezésének fő gyűjtősínjére

kapcsoljuk rá. A fázisjavításnak ezt a módját akkor alkalmazzuk, ha az üzemben működő

gépek technológiai viszonyai lényegesen eltérnek egymástól, az együttjárási tényező kicsi

és a terhelés tág határok között ingadozik. Így pl. a központos kompenzációt általában

sok kis fogyasztóval rendelkező és üzemrészenként is erősen változó terhelések esetén

alkalmazzuk.

13

Központos kompenzációnál – az egyes üzemrészeknek eltérő együttjárási és kihasználási

tényezője eredményeként – adódik a viszonylagosan legkisebb kondenzátor teljesítmény.

A fázisjavítás e módjánál viszont a villamos berendezések a betápláló hálózat felől nézve

csak a gyűjtősínig, a kondenzátorok beépítési helyéig mentesülnek a meddőáramtól. A

belső hálózatot, azaz elosztóvezetékeket, valamint az elosztóktól a fogyasztóig terjedő

bekötővezetékeket már a hatásos és meddőáramok eredője veszi igénybe. (lásd: 1. ábra)

A központi kompenzáció esetében tehát az egész elosztórendszerhez tartozó meddő

teljesítménynek nagyobb részét úgy kompenzáljuk, hogy a több csoportra osztott

kondenzátorokat közbeiktatott kondenzátorkapcsolókkal egy közös rendszerré fogjuk

össze, és ezt egy automatika segítségével a főelosztó gyűjtősínjére csatlakoztatjuk.

Központos kompenzáció korszerű megoldása önműködő kondenzátorvezérlés

(automatika) nélkül ma már elképzelhetetlen (8. ábra)

8. ábra: Központi kompenzáció

Előnye, hogy ennél a kompenzációs módnál szükséges a legkisebb beépített kondenzátor

összteljesítmény, ebből adódóan ez a legjobban kihasznált fázisjavító berendezés.

Koncentrált elhelyezése miatt a karbantartás és üzemének felügyelete a legegyszerűbb.

Vegyes kompenzáció

Az előbb bemutatott kompenzációs módozatok egyszerre történő alkalmazása is

lehetséges, amit a gazdasági és műszaki előnyök összegzése alapján lehet megfelelő

módon kiválasztani. Az optimális teljesítménytényező javító rendszer felépítése

fogyasztónként egyedi, legfeljebb hasonló fogyasztói technológiák alapján lehet tipizálni,

vagy kisebb fogyasztók esetén ugyanazon megoldást alkalmazni. A gazdaságosság

határáig törekedni kell a fázisjavító kondenzátoroknak az induktív meddőenergiát

fogyasztó berendezésekhez viszonyítva a minél közelebb történő beépítésére.

14

Nagyobb fogyasztók esetében ezért általában a vegyes kompenzáció a

legelterjedtebb, felépítését a 9. ábra szemlélteti.

7. ábra: Vegyes kompenzáció

15

Fázisjavítás elemei:

Kondenzátorok

A fázisjavítás céljára szolgáló kondenzátorok mind váltakozó áramú (AC)

kondenzátorok. Ezen belül lehetnek egyfázisú és háromfázisú kivitelűek, ez utóbbiakban

a három egyfázisú egység kapcsolása a kondenzátor testen belül történhet csillag vagy

delta kötésben. A kondenzátor testben lévő, egy fázisra kapcsolt kondenzátor elemek

lehetnek folyamatosan tekercselt fóliák az adott kapacitás értékkel, vagy több, kisebb

elem, amelyek párhuzamosan kapcsolódnak. Párhuzamos kapcsolásnál általában az elemi

tekercsek egyedileg, külön biztosító szállal védettek, a folyamatosan tekercselt fóliák

pedig általában egy, a kondenzátor áramát önmagán átvezető szakadó szállal

rendelkeznek. Meghibásodás esetén az elemi tekercsek (biztosítóbetéthez hasonló módon

működve) automatikusan leválasztódnak a hálózatról, így a kondenzátor egység

kapacitása műszeres ellenőrzés nélkül észlelhetetlenül csökkenhet. A folyamatosan

tekercselt kondenzátoroknál is van hasonló jelenség, ahol úgynevezett „öngyógyuló”

fóliát használnak, ami azt jelenti, hogy hiba esetén a fólia úgy ég ki a kondenzátoron

belül, hogy csak a hibahely igen kis környezetében ég el a rövidzár következtében a fólia.

Így a kondenzátor kapacitása is csak igen kis mértékben csökken. Természetesen sok

hiba esetén a kapacitáscsökkenés itt is jelentős lehet. A szakadó szállal ellátott

kondenzátorok hálózatról történő leválasztódása úgy valósul meg, hogy a kondenzátor

hengeres fala a keletkező gázok hatására megnyúlik, és a függőleges, mindkét végénél

rögzített szakadó szálat elszakítja. Mivel a kondenzátor árama ezen keresztül folyik, így a

kondenzátor leválasztódik a hálózatról. A kondenzátoregységek elé kapcsolt lomha

biztosítóbetét nem minden esetben tudja ezt a jelenséget követni, így elképzelhető, hogy

az nem olvad ki. Ez az elemi kondenzátorokat tartalmazó, vagy az öngyógyuló

kondenzátorok esetében is előfordulhat, ezért nem elégséges csak a kondenzátoregységek

elé kapcsolt biztosítóbetétek épségét ellenőrizni. Legmegfelelőbb megoldás a

kondenzátor üzemi áramának mérése.

A leggyakoribb fázisjavító kondenzátorok a háromfázisú delta kapcsolású egységek.

Régebben a kondenzátorok belsejében lévő feltekercselt fegyverzet szigetelése

(impregnálása) adalékokkal kezelt ásványi olajjal történt, amely egyes estekben veszélyes

hulladékká teszi a tönkrement kondenzátor egységet (PCB-t tartalmazó kondenzátorok).

Ezek kezelésére külön környezetvédelmi előírások vonatkoznak (KÖM 2003/5.), és

megfelelő gondossággal kell eljárni a hibás kondenzátorok ártalmatlanítása során, melyet

erre jogosult cégek végeznek térítés ellenében. Ma már a tisztán növényi olaj impregnálás

vagy a gáz töltés jellemző a korszerű kondenzátorokra, ezek mind környezetkímélő

anyagokat tartalmaznak. A régi kondenzátorok általában szögletes kivitelben készültek,

az újak többsége hengeres, de háromszög alakú és téglatest formájú is létezik. A

kondenzátorok kiválasztásánál a névleges kapacitás mellett elsősorban a megfelelő

feszültség szintre és a frekvenciára kell ügyelni, mert mindezek meghatározzák a

kondenzátor meddőteljesítményét..

16

A kondenzátoroknak a hálózatról történő egyszerű lekapcsolása után azokon hosszú ideig

feszültség maradna vissza. Az ettől való mentesítésére külső kisütő ellenállások

szolgálnak. Ezek feladata a kondenzátorok kapocsfeszültségének adott időn belüli olyan

szintre csökkentése, hogy azok érintése esetén veszélyes áramütés ne jöhessen létre.

(Vigyázat! Ha a kisütés nem tart megfelelő ideig, a már kisütött kondenzátor is veszélyes

mértékben újra töltődhet!) A kisütő ellenállások a kondenzátor tekercseivel

párhuzamosan, általában fixen vannak kötve, ami ugyan növeli az üzem közbeni

veszteségeket, de mértékük nem jelentős. Ezeken a kisütő ellenállásokon keresztül

történik a hálózatról történő leválást követően a kondenzátorban még maradt energia

hővé alakítása, „kisütése”. A kondenzátor-fokozatok gyors kapcsolásánál alkalmaznak

speciális kisütő szerkezeteket is, amelyek igen rövid idő alatt felemésztik a

kondenzátorban lekapcsolás után maradt energiát, így újból hálózatra kapcsolhatók.

(A tirisztoros kapcsolóknál a bekapcsolás időpontjában működő feszültség-azonosság

figyelése miatt nincs akadálya a kondenzátorok gyors kapcsolgatásának.)

Egyes kondenzátorok belső kisütő ellenállással vannak ellátva, amelyek rajzjelét az

esetleges belső biztosító rajzjelével együtt ebben az esetben a kondenzátor test külső

felületén megtaláljuk

A kondenzátort a feszültség-, vagy frekvencianövekedés (és az ez által létrejövő

reaktancia csökkenés) által okozott túlterhelés tönkre teheti, mert mindkettő hatására ,

többletáramot vesz fel a hálózatból. Általában a kondenzátorok túláram védelméet lomha

biztosítóbetétekkel oldják meg a bekapcsolási áramlökések tűrése miatt.

Tipp: A szakadó szállal rendelkező hibás kondenzátorok általában megismerhetők

kondenzátor testük deformálódásáról, azaz hengeres testük kismértékű megnyúlásáról,

vagy felső záró lapjuk megemelkedéséről!

Automatikák

Az automatikák igen sokféle kivitelben készülnek, de alapvető feladatuk a hálózat

induktív meddő teljesítményének megfelelő kondenzátor mennyiség hálózatra

kapcsolása, illetve a túl sok kondenzátor okozta kapacitív terhelés esetén azok

lekapcsolása a hálózatról. Mindegyik automatika rendelkezik ún. cél cos φ beállítási

lehetőséggel, ez határozza meg, hogy a hálózaton milyen teljesítménytényező értéket

kívánunk tartani. (Általában ez az érték induktív 0,98 körüli) Az automatikák használatos

kivitelei három, hat és tizenkét kapcsoló kimenettel készülnek, ettől több általában nem

szükséges. A kimenetek lehetnek relés és félvezetős kivitelűek, és mindegyik kimenet

egy-egy mágneskapcsolót vagy tirisztoros kapcsoló egységet működtet, amely a

kondenzátorok hálózatra kapcsolását végzi. Léteznek vegyes kimenetű automatikák is,

ahol egy készüléken belül vannak relés és félvezetős kimenetek is, ezek azonban csak

speciális szabályozási feladatok megoldásához szükségesek.

Az automatikák a hálózati viszonyokat onnan „tudják”, hogy a feszültség és áram

bemeneteik segítségével ki tudják számolni az aktuális teljesítménytényező és a

meddőteljesítmény értéket. Ez utóbbi fontosabb, mint a régi automatikák esetében

használt, csak cos φ értékének mérése, mert hiába alacsony értékű egy hálózat cos fi-je,

ha ez nem jár olyan hatásos teljesítmény felvétellel, hogy az igényelt meddő teljesítmény

17

mértéke elérje az automatika által bekapcsolható legkisebb kondenzátor teljesítményét.

Például egy kompenzálatlan fénycsöves világítás teljesítménytényezője igen kis értékű

lehet, de ha áramfelvétele is kicsi, akkor az automatika nem kapcsolja be az első,

pl. 10 kvar-os fokozatot csak azért, mert a cos φ alacsony, hanem kiszámolja a

meddőteljesítmény igényt, és ha ez jóval kisebb, mint a 10 kvar, akkor nem lépteti be az

első fokozatot sem. Természetesen ez a szabályozási módszer nem csak az első fokozat

esetében, hanem minden egyes kapcsolási fokozat működtetése esetén igaz. Ezzel

jelentősen lecsökken a fokozatok kapcsolási száma, ami nem csak a mágneskapcsolók,

hanem a kondenzátorok élettartamát is növeli. Ha ez az eset áll fenn, akkor az automatika

kijelzője szélsőségesen alacsony cos fi értéket is mutathat anélkül, hogy kondenzátor

bekapcsolási parancsot adna !

Az automatikák számára általában egy áram bemenet elegendő, amelyet a

kompenzálandó rész (fő betáplálás, vagy leágazás) egyik fázisában elhelyezett áramváltó

5A-es szekunder kapcsaival (k, l kapocs) kötik össze. Üzem közben az áramváltó

szekunder kapcsait minden esetben rövidre kell zárni, ami természetesen történhet az

automatika áram bemenetén keresztül, vagy speciális áramváltó sorkapocs segítségével

is. (Pl.: karbantartás, vagy automatika csere időtartamára) Az automatika számára az egy

fázisban elhelyezett áramváltó jele azért elegendő, mert többnyire szimmetrikus terhelést

feltételezünk a kompenzálandó hálózaton, illetve, a „végrehajtás” azaz a kondenzátorok

hálózatra kapcsolódása is szimmetrikusan történik.

Léteznek olyan kivételes automatikák amelyek mindhárom fázisban három áramváltó

segítségével mérik a hálózat áramát, és ezeket átlagolva végzik a szabályzást. Az

automatikák másik részének nem szükséges a két vonali feszültség bemenet, mert egy

áram és egy fázis feszültség segítségével is működnek, azaz egyfázisú hálózatokon is

használhatók, természetesen ebben az esetben egyfázisú kondenzátorok alkalmazása

mellett.

Tipp: A korszerű automatikák programozása menü rendszerben történik, és nem

bonyolultabb, mint egy mobil telefon beállítása, de vannak tanulni képes, pár alap adat

megadása után önparaméterező automatikák is.

Mágneskapcsolók

Korábban nem lehetett hozzáférni csak az egyszerű, hagyományos mágneskapcsolókhoz,

de ezeket elsősorban induktív vagy ohmos terhelés kapcsolására fejlesztették ki, és nem

rendelkeztek ellenállásos segédhíddal. Alkalmazásuk szükségszerű volt, de ma már

kijelenthetjük, hogy ezek a mágneskapcsolók kondenzátorok kapcsolására nem

alkalmasak, mert a kapcsoláskor keletkező ívek miatt érintkezőik igen gyorsan

tönkremennek. Ma már kifejezetten kondenzátorok kapcsolására kifejlesztett

mágneskapcsolókat használhatunk, melyek legfőbb jellemzője az ellenállásos segédhíd.

Ez azt jelenti, hogy a főérintkezőkkel párhuzamosan fázisonként egy-egy ellenállást,

vagy annak megfelelő ellenállás huzalt kötnek be . Bekapcsoláskor a segédérintkezőkön

keresztül a kondenzátor igen rövid ideig ezen az ellenállásos segédhídon keresztül

töltődik, így nem teljesen töltetlen állapotban (amikor, rövidzár-szerűen viselkedik)

kapcsolódik a hálózatra a mágneskapcsoló fő érintkezőjén keresztül. Ez egyrészt a

18

kondenzátor élettartamát hosszabbítja meg, másrészt a bekapcsolási áramlökéseket

csökkenti, amelyek így nem zavarják a hálózaton lévő egyéb fogyasztókat. Sok

mágneskapcsoló esetében kikapcsoláskor az előző folyamat fordítva is lejátszódik, azaz a

főérintkező bontása után igen rövid ideig az ellenállásos segédhíd még vezet, így a

főérintkező ívmentesen tud bontani. A speciális kondenzátor-mágneskapcsolók ma már

kb. 300.000 kapcsolási ciklust bírnak.

Az egyedi kondenzátorok bekapcsolási áramlökései általában nem okoznak a hálózaton

lévő egyéb fogyasztók számára üzemviteli problémát. Sokkal rosszabb a helyzet akkor,

amikor egy vagy több, villamos szempontból közeli csatlakozású és már üzemelő

kondenzátorhoz kapcsolunk hozzá egy újabb kondenzátor fokozatot. Ilyenkor az éppen

bekapcsolt kondenzátor „rövidzár”-szerű viselkedése miatt a már üzemelő

kondenzátor(ok)-ban tárolt energia ezen keresztül szeretne kisülni. A bekapcsolási

áramlökéseket a speciális kondenzátor mágneskapcsolók alkalmazása mellett

áramkorlátozó fojtó tekercsekkel lehet csillapítani. A bekapcsolási áramlökés

hozzákapcsolás esetén egyenesen arányos a feszültséggel, és az üzemelő valamint a

hozzákapcsolt kondenzátor nagyságával, de fordítottan arányos a két kondenzátor csoport

közötti induktivitás értékével.

Tipp: A mágneskapcsolók ellenállásos segédhídját karbantartáskor érdemes megmérni,

mert elhasználódásuk esetén külön is lehet őket cserélni!

Tirisztoros kapcsolók

A kondenzátorok legkíméletesebb hálózatra kapcsolása a tirisztoros kapcsoló

készülékekkel oldható meg. Azért ez a legjobb megoldás, mert minden egyes fázisban

akkor kapcsolódik be a kondenzátor, amikor abban a fázisban feszültség nulla átmenet

van. Ezzel elkerülhető a bekapcsolási áramlökés mind a kondenzátor, mind a hálózat felé.

Mivel a fázisjavító kondenzátorok egyfázisú elemei általában delta kapcsolásban vannak

a háromfázisú hálózatra kötve, így már két fázis lekapcsolása is megszünteti a

kondenzátoron átfolyó áramot. (A kondenzátor egy kivezetése hiába marad a hálózat egy

fázisán, nincs hová folyjék az áram!) Ez a megoldás elsősorban költségtakarékossági

okból terjedt el, mert ilyenkor elegendő két tirisztor alkalmazása is egy kapcsoló elemen

belül. Igen nagy hátránya viszont ennek a megoldásnak az, hogy a harmadik fázis

feszültsége a kondenzátor egyik kapcsán mindig rajta van, amikor a berendezés fő

áramköre feszültség alatt van. Karbantartás, vagy javítás esetén a kondenzátor hálózatról

történő nem teljes leválasztódása miatt kiemelt figyelmet kell fordítani a feszültség

mentesítésre!

Tipp: A tirisztoros kapcsolók védelmére nem alkalmas a hagyományos lomha

biztosítóbetét, hanem speciális félvezető-védő biztosítóbetétet kell alkalmazni!

19

Torlófojtók

A torlófojtókat a kondenzátorok védelmére használják felharmónikusokkal szennyezett

hálózaton, és a mágneskapcsoló és a kondenzátor kapcsai közé sorosan kapcsolódnak.

Általában egy vastesten helyezkedik el a három független tekercs (összesen hat

kivezetéssel), melynek terhelhetőségét a soros kapcsolás miatt a kondenzátor üzemi

árama határozza meg. A torlófojtó és a kondenzátor alkotta soros LC kör a rezonancia

frekvenciája alatt kapacitív, fölötte induktív jelleget mutat. Ennek a kialakításnak az a

célja, hogy a hálózat szokásos 50 Hz-es frekvenciáján a kapacitív jelleg miatt a

meddőenergia kompenzálás megvalósul, de magasabb frekvenciákon nem alakul ki káros

rezonancia veszély. (A rezonancia frekvencia fölött már mint induktivitás viselkedik a

torlófojtós kondenzátor egység)

A torlófojtós berendezések legfőbb műszaki paramétere a „p”-vel jelölt fojtási tényező,

ami függ a berendezésbe épített kondenzátorok kapacitásától és torlófojtók

induktivitásától. Általában háromféle fojtási (vagy más néven csillapítási) tényezővel

rendelkező torlófojtós berendezést használnak: az 5,67 %-ost, a 7 %-ost, és a 14 %-ost, e

két utóbbi a leggyakoribb. Ezek soros rezonancia frekvenciája ebben a sorrendben a

következő: 5,67 % - 210 Hz, 7 % - 189 Hz, 14% - 133,6 Hz

Tipp: A torlófojtós berendezések sem viselnek el akármekkora felharmonikus szintet, de a

torlófojtók adatlapjain általában megtaláljuk a határértékeket. Nagy felharmonikus szint

esetén nem torlófojtós berendezés, hanem szűrő használata a megfelelő megoldás!

Fázisjavítás kiépítés szükségességének meghatározása

Becsléssel

A szükséges kompenzáló berendezés meddő teljesítményét több tényezőből becsülhetjük,

amelyek egyébként a számítás alapjául szolgálnának.

1. Megbecsüljük a várható maximális hatásos teljesítményt. Ehhez összeadhatjuk az

összes fogyasztó hatásos teljesítményét és egy együttjárási tényező segítségével

meghatározzuk az egyidejűleg fellépő maximális teljesítményt. Az együttjárási tényező

értéke maximum egy, de általában kisebb egynél, így biztosan kisebb értéket kapunk a

maximális teljesítményre, mint a beépített teljesítményre.

2. A várható hatásos energia fogyasztás felső értékét a becsült maximális teljesítmény és

a várható üzemidő szorzataként kapjuk. Az üzemidőt legfőképpen a várható

műszakszámból határozhatjuk meg, azaz egy, kettő, vagy három műszakos üzemet

veszünk figyelembe, műszakonként nyolc órával, és a munkanapok szorzatával.

3. A fogyasztó jellegéből adódóan számolhatunk egy várható természetes

teljesítménytényezővel, ami általában 0,7 és 0,9 közötti szám. A kisebb értékeket

20

használjuk a sok motorikus és induktív jellegű fogyasztók esetén, a nagyobb értékeket

pedig az ohmos terhelésű, vagy kis induktív terhelést jelentő készülékeket (UPS,

frekvenciaváltó) üzemeltető fogyasztóknál.

4. A várható meddőenergia fogyasztást a becsült maximális teljesítmény, a

teljesítménytényezőből számított tangens φ és a várható üzemidő szorzataként

határozhatjuk meg. A fázisjavító berendezés szükséges meddő teljesítményét pedig az

üzemidő nélküli szorzat adja meg.

21

Számítással

A fogyasztási adatok ismeretében konkrét adatokkal számolhatunk, amelyekhez

hozzájuthatunk a fogyasztó elszámolási mérőjéből, annak internetes eléréséből, a számla

adataiból, vagy hálózati mérésekből. Minden esetben ismernünk kell azonban a hatásos

és meddő fogyasztást, valamint az előforduló maximális, vagy átlagos hatásos

teljesítményt. Tételezzük fel, hogy egy fogyasztónál az alábbi adatokat mértük vagy

becsültük az előző pont alapján:

1. A legnagyobb hatásos teljesítmény a mérés időtartama alatt: 310 kW

2. A mérés időtartalma alatt felhasznált hatásos energia

(Hatásos fogyasztás) : 68 420 kWh

3. A mérés időtartalma alatt felhasznált meddőenergia

(Induktív meddő fogyasztás) : 78 000 kvarh

Ezekből az adatokból először kiszámolhatjuk a szög tangensét:

(Becslés esetén a természetes teljesítménytényező értéke a fogyasztó jellegéből adódik)

tgφ1 = kvarh/kWh = 78 000/68 420 = 1,14

Kiszámoljuk továbbá az elérendő (cél) cosφ = 0,97 szögértékét: 14,07

Majd ennek vesszük a tangensét, amely:

tgφ2 = 0,25

A szükséges kompenzáló teljesítmény a fentiek alapján:

310 kW • (tgφ1 – tgφ2) = 310 kW • (1,14 – 0,25) = 310 kW • 0,89 = 275,9 kvar

Ez lehet maximális, vagy átlagos érték is, attól függően, hogy melyik hatásos

teljesítmény értékkel számoltunk, de célszerű kb. 10 % tartalék meddő teljesítményt

ráhagyni a kondenzátorok értékcsökkenése és egy tartalék fokozat elérhetősége miatt.

Így a fenti számítás eredményeképpen ebben az esetben egy 300 kvar-os berendezés

javasolható.

22

Megfelelő fázisjavító berendezés kiválasztása:

A berendezés meddő teljesítménye

Általában a kiszámított meddőteljesítményt a többféle fázisjavítási mód (pl: egyedi,

csoportos, központos) egyikeként vagy azok valamelyik kombinációjában célszerű

beépíteni. Azt, hogy melyik módozatot választjuk, az összes mérési eredmény

figyelembe-vételével az egyes fogyasztók jellege és üzemen belüli elhelyezkedése

határozza meg.

Tipp: tarifális szempontból megfelelő lehet a központi kompenzálás kiépítése is, de a

belső hálózatveszteség a fázisjavító berendezés csatlakoztatási pontjától a fogyasztó

készülékig ettől még megmarad!

A berendezés fokozat kiosztása (automatizáltság, maximális fokozatszám, megfelelő finomságú szabályzás)

A fázisjavításra (teljesítménytényező javításra) alkalmazott kondenzátorok

egységteljesítményét egyedi kompenzálás esetében a fogyasztó meddő teljesítménye

határozza meg. Itt ugyanis nincs fokozatlépcsőzés, hanem az egyedi fogyasztó hálózatra

kapcsolásakor egyidejűleg feszültség alá kerülő kondenzátor végzi a fázisjavítást.

Csoportos, vagy központi kompenzálás esetén a fogyasztás jellege határozza meg az

alkalmazandó legkisebb kondenzátor egységteljesítményét. Meg kell vizsgálni azt, hogy

milyen gyorsan és milyen mértékben változik a meddőteljesítmény igény. Gyors, kis

mértékű változáskor finom szabályzás szükséges. A legkisebb kondenzátor meddő

teljesítménye általában a fázisjavító berendezés teljes meddő teljesítményének kb. 10%-a.

Ennél kisebb egységteljesítmény (finomabb szabályzás) ritkán szükséges, legfeljebb az

500 kvar-t meghaladó berendezéseknél és olyan fogyasztóknál, ahol kisebb induktív

meddőterhelésű időszakok is előfordulhatnak.

Tipp: nem szükséges minden kondenzátor fokozatot kis egységteljesítményűre választani,

mert a korszerű automatikák megfelelően tudják kombinálni az eltérő

egységteljesítményű fokozatokat.

23

Fázisjavítás hálózatra kapcsolódásának feltételei:

Erősáramú csatlakoztatás (vezeték, biztosító, leágazás)

Amint azt már korábban olvashattuk, a kondenzátorok túlterhelés védelmét lomha

biztosítóbetéttel megoldhatjuk. A biztosítóbetéteket a kondenzátorok hálózatra

csatlakoztatási pontjain helyezzük el mindhárom fázisban. A biztosítóbetétek névleges

árama legalább a kondenzátorok kvar értékének 1,8-2-szorosa legyen. Az elektronikus

védelemmel rendelkező megszakítók használata általában nem szükséges.

A fázisjavító berendezések bekötésénél figyelembe kell venni, hogy a hálózaton

jelentkező felharmonikusok, vagy a feszültségemelkedés következtében többletáramok

jöhetnek létre. Emiatt, illetve a berendezések esetenként nagy kihasználási óraszáma

miatt a csatlakozó vezetékeket és kábeleket a kondenzátorok névleges áramának

1,5-szeresére kell méretezni, figyelembe véve a környezeti hőmérsékletet, illetve a kábel

nyomvonalát is. (kábeltálca, földben, stb.) A terhelhetőséget befolyásoló egyéb tényezők

a könyv egy másik fejezetében részletesen megtalálhatók.

Vezérlési módok (áramváltó helyének, áttételének kiválasztása)

A fázisjavító automatika terheléskövető működéséhez feltétlenül szükséges egy vezérlő

áramváltó szekunder jelének bekötése az automatika megfelelő (k, l, jelzésű) kapcsaira.

A bekötésnél csak arra kell vigyázni, hogy a megfelelő szekunder amperitású áramváltót

a megfelelő áram bemenetű automatikához használjuk. Kisfeszültségen általában 5A-es,

középfeszültségen általában 1A-es szekunder áramú áramváltót építenek be.

A beépítés helye mindig a kompenzálandó hálózatrésztől függ. Az áramváltón át kell

haladjon a kompenzálandó fogyasztó árama. Így az áramváltót nem csak a

főbetáplálásba, hanem alelosztók, vagy fogyasztó csoportok leágazásába is be lehet

építeni. A hálózat betáplálási pontja felől nézve a hálózatot, mindig az áramváltó mögötti

rész lesz érzékelve. Ugyanez fordítva igaz a fázisjavító berendezés erősáramú

csatlakozási pontjára, azaz a betáplálás felől nézve csak a csatlakozás pont előtti

hálózatrész lesz kompenzálva. A fázisjavítás hatása csak ezen a szakaszon érvényesül, a

mögöttes részen minden áram és cos φ érték változatlan marad!

A megfelelő ponton beépített áramváltó áttételének megválasztásakor figyelembe kell

venni a beépítési pont maximális áramterhelhetőségét. Ez általában könnyen

meghatározható a többi beépített alkatrész áramterhelhetőségének megvizsgálása után.

Nagyobb gondot jelenthet az áramváltó áttétele és az automatika érzékenységének

viszonya, mert a szokásos fázisjavító automatikák alsó áramérzékelési küszöbe 50 mA.

Ez azt jelenti, hogy ennél kisebb áramváltozást az automatika nem képes érzékelni.

Visszafelé számolva, egy 1000/5 áttételű áramváltó szekunder oldalán jelentkező 50 mA

a 200-as áttétel miatt a primer oldalon 200•0,05 A = 10 A áram változás hatására

jelentkezik. A kondenzátor szokásos áramfelvétele a 400 V-on jelentkező névleges

meddőteljesítményének, azaz a kvar értékének közel másfélszerese (pontosan

1,44-szerese), így 10 A/1,44 hányadosból közel 7 kvar a lehető legkisebb alkalmazott

kondenzátoregység. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az áramváltó primer

24

áramerősségének 10 %-át választhatjuk nyugodtan a legkisebb kondenzátor fokozat kvar

értékének.

(Ez példánkban az 1000/5 áttételű áramváltó 1000 A-es primer áramterhelhetőségét

nézve 10 kvar-ra, egy 2500 A-es áramváltó esetén pedig 25 kvar-ra adódik.)

Középfeszültségű fázisjavításról röviden Középfeszültségű kompenzálást általában ott építenek ki, ahol több középfeszültségű

fogyasztó készülék van (pl.: nagyteljesítményű középfeszültségű motor hajtások), azaz az

induktív meddőteljesítmény nem kisfeszültségű oldalon jelentkezik.

A középfeszültségű kondenzátorok általában egyfázisúak, mert így kialakítható olyan

védelmi rendszer, amivel érzékelhető a kondenzátorok belső meghibásodása és kapacitás

csökkenése. Ettől függetlenül természetesen háromfázisú középfeszültségű

kondenzátorokat is gyártanak, amelyek elsősorban motorok egyedi kompenzálására

szolgálnak. Mindkét esetben a kisfeszültségen használatos kondenzátor teljesítményekhez

viszonyítva nagy egységteljesítmények fordulnak elő, nem ritka az 500 kvar-os

kondenzátor, de gyártanak 800 kvar-ost is egy kondenzátor házba építve. Az egyfázisú

kondenzátorokat általában csillag kapcsolásba kötik, mert így a vonali feszültség helyett

csak fázisfeszültségre kell a névleges feszültségüket választani. A kettős csillag kapcsolás

esetén a két, nem földelt, hanem „lebegő” csillagpont közé kerül a védelmi relé.

Működési elve azon alapszik, hogy a kettős csillag kapcsolás teljes szimmetriája esetén (a

csillag ágait alkotó kondenzátorok azonos értéke esetén) a két csillagpont között nem

mérhető feszültség. Amennyiben ez a szimmetria valamelyik kondenzátor kapacitás

csökkenése miatt felborul, úgy a védelmi relé a csillagpontok közötti feszültség

megjelenés hatására megszólal. A védelmi relé érzékenysége a kondenzátorok

kapacitásának gyártási szórása miatt változtatható. Természetesen más módszerek is

léteznek a középfeszültségű kondenzátorok védelmére (nem csak a csillag

kapcsolásúakra), de ezekkel terjedelmi okokból nem foglalkozunk.

A háromfázisú középfeszültségű kondenzátorok általában belső biztosítóval

rendelkeznek, de ez gyártónként változik, van, ahol külön kell kérni ezt a típust.

Középfeszültségű fázisjavító berendezéseket ritkán szerelnek automatikával, mert a

kondenzátorok kapcsolása miatti nagy áramtranzienseket a kapcsoló készülékeket nagyon

igénybe veszik. Legjobbak erre a vákuum megszakítók, amelyek viszont igen magas

árúak.

25

Meglévő berendezések felújítása, karbantartása

A korábban igen elterjedten használt olaj impregnálású kondenzátoregységek nagy része

csak 2010-ig voltak hálózaton tarthatók. (KÖM 2003/5. rendelet) Ennek oka az, hogy az

olajban egy PCB rövidítésű, környezetre veszélyes anyagot is használtak az olaj

tulajdonságaink javítására, melynek használatát szeretnék megszüntetni. Egy meglévő

berendezés felújításakor így ezt a szempontot kell legelőször megvizsgálni még akkor is,

ha egyébként a berendezés megfelelően üzemel.

Amennyiben korszerűsíteni szeretnénk fázisjavító berendezésünket, úgy az alkatrészek

cseréjét az alábbi sorrendben érdemes elvégezni (eltekintve a fenti esettől):

Automatika

Mágneskapcsolók

Kondenzátorok

Azért szükséges az automatika cseréje elsősorban, mert a hibás mágneskapcsolók és

kondenzátorok az új típusú automatikákat nem tudják „becsapni”, vagyis az automatika

felismeri a fokozat kapcsolás eredménytelenségét, és hibás fokozatként eltárolja azt. Így

csak a működőképes, és valamilyen egységteljesítményt képviselő fokozatok maradnak a

szabályzási folyamatban. A mágneskapcsolókat érdemes cserélni ellenállásos segédhidas

kialakításúakra, hogy a kondenzátorok élettartamát növeljék, illetve a hálózatra kapcsolás

káros következményeit csökkentsék (Lásd előző fejezetek).

Érdemes ellenőrizni a kondenzátorok kisütő ellenállásainak állapotát, ugyanis szakadt

ellenállások esetén nem csökken megfelelő időn belül a kondenzátorban lekapcsolás után

maradt feszültség. Ennek hatása nem csak balesetveszélyességében rejlik, hanem a

fokozat újra hálózatra történő kapcsolásakor a kondenzátorra és a hálózatra káros

bekapcsolási feszültség csúcsok alakulhatnak ki.

Karbantartás során a biztosítóbetétek állapotának ellenőrzése legyen a legelső feladat,

mert már itt sok meghibásodásra utaló jelenséget felfedezhetünk. Következő lépésben a

kondenzátor egységek áramfelvételét célszerű megmérni, ez fázisonként a kondenzátor

kvar értékének kb. a másfélszerese normál esetben.

(50Hz-es hálózaton pontosan: 1,44-szerese).

Az automatika működő képtelensége esetén ellenőrizzük a vezérlő feszültségek és az

áramváltó jel meglétét.

Tipp: Műszer hiányában az áramváltó szekunder oldali vezetékének egyszerű

összeérintésekor látható szikrázás is mutathatja a vezérlő áram meglétét.

Aktív harmonikus szűrőkről röviden Az aktív harmonikus szűrőket lehet fázisjavítás céljára is használni, a vezérlő

automatikájuk beállításának függvényében. Érdekességük, hogy nem csak kapacitív,

26

hanem induktív jellegű terhelésként is viselkedhetnek, azaz kapacitív meddőenergia

jelenlétekor annak induktív jellegű kompenzálására is alkalmas. Ezt működési elvükből

eredően tehetik meg, ami a következő:

Az aktív harmonikus szűrő automatikája mindhárom fázisból vett áramjel segítségével

igen gyorsan kiszámolja, hogy az adott fázisban milyen felharmonikus tartalmú, és

fázisszögű terhelés van. A kapott érték alapján előállít egy vezérlő jelet, amely akár

fázisonként eltérően, egyedi jelalakú és fázisszögű áramot injektál a hálózatba. A

hálózaton lévő jelalak és a beinjektált áram jelalak eredőjeként közel szinuszos jelalakok

jönnek létre, megszüntetve ezzel a felharmonikus áramokat a táppont felé. Ezzel

egyidejűleg a fázisszög meghatározásával a kívánt irányú meddőenergia kompenzálást is

el tudja végezni a berendezés. Természetesen ez a berendezés is csak a névleges

áramerősségének határáig használható fel e két feladatra, azaz egyiket a másik rovására

tudja csak elvégezni. Az automatikán állítható annak mértéke, hogy melyik feladatra

hány százalékot fordítson a néveleges áramerősségből. A felharmonikusok kompenzálása

történhet minden egyes felharmonikusra vonatkozóan, vagy csak meghatározott

rendszámú felharmonikusokra.

Reakcióidejük rendkívül gyors, és fázisonkénti akár eltérő mértékű fokozatmentes

meddőenergia szabályozási lehetőségük miatt használatukkal szinte teljesen

kompenzálható a hálózat meddőenergia tartalma.

A berendezésben felhasznált vezérlések és nagyáramú alkatrészek miatt áruk egyenlőre

magas, de speciális feladatokra alkalmazásuk indokolt lehet.

Tipp: Az aktív harmonikus szűrő köthető bármely meglévő fázisjavító berendezéssel

párhuzamosan, így akár egy hagyományos fázisjavító berendezést is tehermentesíthet a

felharmonikusok káros hatásaitól.