ENERGETSKA EFIKASNOST

1. Univezitet Crne Gore Mašinski fakultet ENERGETSKA EFIKASNOST prof.dr Milutin Ostojić mr Martin Ćalasan

2. Reaktivna snaga Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Sadržaj: • Mjerenje snage • Frekventni regulatori

3. Jednosmjerna struja Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE »Električna struja je usmjereno kretanje elektrona« • Naizmjenična struja

4. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE »Električna struja je usmjereno kretanje elektrona« • Naizmjenična struja je električna struja promjenjivog smjera. U praksi se koristi električnu struju čija se amplituda sinusoidalno periodično mijenja. • Frekvencija naizmjenične struje je mjera za brzinu promjene smjera struje. Frekvencija naponske mreže u Evropi je 50 Hz, a u Americi 60Hz.

5. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE »Električna struja je usmjereno kretanje elektrona« Dvije naizmjenične veličine su u fazi ako u istom trenutku postižu svoje nulte vrijednosti ili u istom trenutku postižu svoje maksimalne vrijednosti.

6. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE »Električna struja je usmjereno kretanje elektrona« Dvije fazno pomjerene veličine Zbog karakteristika potrošača – otpornosti, induktivnosti i kapacitivnosti Fazni pomjeraj

7. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE Trofazne struje sastoje se od tri naizmjenične struje koje su fazno pomjerene za 120º, ili 2π / 3 radijana

8. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE • Trofazni sistemi napajanja predstavlja sistem napajanja koji se sastoji do tri međusobno zavisna izvora naizmjeničnog sinusoidalnog napona. Ti izvori napajanja daju napone koji imaju: • međusobno jednake amplitude • međusobno jednake frekvencije • ali su međusobno fazno pomaknuti za jednu trećinu periode (120°)

9. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE Postoje dva osnovna načina spajanja potrošača u trofaznim sistemima Spoj u zvijezdu Spoj u trougao

10. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna struja 1. MJERENJE SNAGE • Razlikuju se: • trožični bez nultog provodnika – visokonaponski prenosni sistemi • Četvorožični sa nultim provodnikom – niskonaponske mreže

11. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE P = U ∙ I Vatmetar – mjerenje snage Ampermetar – mjerenje struje Potrošač Voltmetar – mjerenje napona

12. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE P = U ∙ I Vatmetar – mjerenje snage Mjeri ovu struju Mjeri ovaj napon

13. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE Snaga naizmjenične struje jednaka je proizvodu dvije naizmjenične veličine - struje i napona koje mogu biti fazno pomaknuti. Razlikuje se: prividna, aktivna i reaktivna snaga.

14. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE Prividna snagajednaka je proizvodu efektivnih vrijednosti napona i struje - S = U ∙ I Aktivna snagaje snaga koja stvarno obavlja rad na potrošaču - P = U ∙ I∙ cosφ Reaktivna snagaje snaga koja ne obavlja aktivan rad na potrošaču - Q = U ∙ I∙ sinφ

15. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE • Kod naizmjenične struje razlikuje se aktivna snaga, prividna snaga i reaktivna snaga , za razliku od jednosmjerne struje gdje je snaga definisana proizvodom P= U I ,ovdje se uzima u obzir fazni pomjeraj φ između napona i struje. • Pošto aktivna i reaktivna snaga zavise od faznog pomjeraja napona i struje instrumenti za njihovo mjerenje moraju biti fazno osjetljivi.

16. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE • Vatmetri su instrumenti koji se koriste za neposredno mjerenje aktivne snage. Pomoću njih se može mjeriti aktivna snaga potrošača sa cosφ ≠ 1 • Jednim vatmetrom se može mjeriti snaga trofaznih sistema isključivo ako su oni simetrični. To znači da su im amplitude struje tj. opterećenja pojedinih faza jednake. • Prednost: koristi se samo jedan vatmetar. • Nedostatak : mjeri snagu samo simetričnih sistema

17. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE Aronov spoj (metoda dva vatmetra) • Kada se mjeri snaga trožičnog trofaznog sistema sa dva vatmetra (Aronov spoj) , srednja snaga sistema je: • P= U13 I1 cos φ1 + U23 I2 cos φ2

18. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE • Prednost : ušteda 1 vatmetra , može se mjeriti snaga nesimetričnih sistema • Nedostatak : ne mjeri se snaga pojedine faze nego ukupna snaga sistema

19. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE Metoda tri vatmetra U prvom slučaju snaga sistema je P = U1 I1 cos φ1 + U2 I2 cos φ2 + U3 I3cos φ3 = P1+P2+ P2

20. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Električna snaga 1. MJERENJE SNAGE • Prednost: mjeri snagu pojedinih faza, mjeri snagu nesimetričnih sistema • Mana: potrebna tri vatmetra za mjerenje

21. Reaktivna snaga Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Sadržaj: • Mjerenje snage • Frekventni regulatori

22. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA ENERGIJA »Reaktivnaenergija je deoutrošeneelektričneenergijekoja se ne pretvara u koristanrad« • Reaktivna energija je fenomen naizmjenične struje Šta je reaktivna energija? • Reaktivna energija je potrebna za stvaranje magnetnog polja • Oznaka - Q

23. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA ENERGIJA Kako se formirareaktivne energije? - Ako su napon i struja u fazi - čisto aktivna snaga - Ako struja i napon nijesu u fazi - i aktivna i reaktivna snaga S- prividna snaga P- aktivna snaga S=P+jQ Q- reaktivna snaga

24. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Jedinicazareaktivnusnagu U EES-a : MVAr (mega-volt-amper-reaktivno)) U upotrebi je i VAr (volt-amper-reaktivno)) Za mašine se definiše i faktor snage: Cilj je imati cosφ≈1

25. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Značaj reaktivne energije (snage) • Kod mašina – formiranje magnetnog polja (a koje omogućava transformaciju električne u mehaničku energiju, ili obrnuto) • U EES – služi za održavanje napona QU zavisnost • U EES-a - funkcije kontrole • i zaštite

26. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Mane reaktivne energije (snage) Manje iskorišćenje aktivne snage • Smanjuje faktor snage • Smanjuje stepen iskorišćenja prenosnih vodova i limitira njihove kapacitete • Promjena Q izaziva promjene napona • Zahtijeva uredjaje za kompenzaciju reaktivne energije

27. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Proizvođači i potrošači reaktivne energije (snage) Kapacitivni kompenzatori Sinhroni generatori Dugi vodovi Sinhroni kompenzatori Kablovi Induktivni kompenzatori Vodovi Transformatori Potrošači

28. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Kompenzacija reaktivne energije Vektorski dijagram struje prije i nakon kompenzacije pojedinačna Kompenzacija centralna

29. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Kompenzacija reaktivne energije Kompenzaciona sredstva • Redne kapacitivnosti • Paralelne kapacitivnost • Sinhroni kompenzatori • Sinhroni generatori • Smanjuje se ukupna struja u mrezi za vrijednost reaktivne struje • Povećava se stabilnost energetske mreže • Smanjuje se opterećenje transformatora

30. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Primjer (1) Posmatra se asinhroni motor koji uzima iz mreže snagu 10kW i faktora snage cosφ=0.8 (sinφ=0.6). Šta znače ova dvapodatka? Ovoznači da motor svakog sata utroši 10kWh aktivne energije i 7.5kVArh reaktivne energije! Aktivna snaga P=qUIcosj=10 qUI=10/0.8 Reaktivna snaga Q=qUIsinj=(10*/0.8)0.6 Q=7.5kVAr

31. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Primjer (1) Posmatra se asinhroni motor koji uzima iz mreže snagu 10kW i faktora snage cosφ=0.8 (sinφ=0.6). Ako je motor priključen na fazni napon od 220V, tada je struja: Aktivna struja P=qUIcosj=10 Ip=10k/(3*220*0.8)=18.94A Reaktivna struja Q=qUIsinj=(10*/0.8)0.6 Iq=7.5k/(3*220*0.6)=18.94A

32. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Primjer (1) Posmatra se asinhroni motor koji uzima iz mreže snagu 10kW i faktora snage cosφ=0.8 (sinφ=0.6). Aktivna komponenta struje Prisustvo reaktivne struje 7.5kVAr se utroši da bi se izvršilo magnećenje polova motora, dok korisnik od te snage nema nikakve koristi!

33. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA ENERGIJA Primjer (2) Avion mora letjeti na nekoj visini Reaktivna energija Aktivna energija

34. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Primjer (3) Prikazivanjeaktivneireaktivneenergijeprekoakumulacijevode

35. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA SNAGA Primjer (4)

36. Reaktivna snaga Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan Sadržaj: • Mjerenje snage • Frekventni regulatori

37. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Električne mašine Regulacijabrzineobrtanjavratilaelektromotora –jedna od najvažnijih mera u uštedi energije tamo gde postoji potreba za PROMENLJIVOM BRZINOM.

38. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Moguća je regulacija brzine u opsegu 0-200% Standardna kriva zavisnosti snage od brzine motora napajanog iz invertora!

39. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Zahvaljujući frekventnoj regulaciji momenat motora se može držati na, praktično proizvoljnoj vrijednosti, u velikom opsegu brzina Standardna kriva zavisnosti snage od brzine motora napajanog iz invertora!

40. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Zahvaljujućifrekventnojregulacijitrofazniasinhronimotori supostalistandardnielementi u velikombrojuautomatizovanihprocesaipogona! Osobine pogona sa frekventnom regulacijom: • Ušteda energije • Optimizacija procesa • Blaži prelazni režimi • Manje održavanja • Soft start

41. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Karakteristike • Puna, ujednačena nominalna snaga motora • Sinusoidna izlazna struja • Visok stepen iskorišćenosti pogona • Nema dodatnog zagrevanja motora • Izvrsna polazna karakteristika • Visoka stabilnost momenta

42. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Pokrivaju širok spektar snaga motora 0d 1.1 do 500kW

43. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Eliminacija viših harmonika • Efekti viših harmonika: • Povećani gubici • Zagrijevanje mašine • Zujanje mašine • Loše karakteristike upravljanja • Nepravilni oblici momenta

44. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Prema istraživanjima - smanjenjem broja obrtaja za 10%, smanjenje se potrošnja električne energije za oko28%.

45. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Unapređenje radne okoline Elegantna rešenja upravljanja, a ostvarena ušteda električne energije!

46. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Regulacija • Olakšana Regulacija • Smanjeni troškovi regulacije pogona!

47. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI • Olakšano održavanje irukovanjepogonom sa invertorima! • Jeftini rezervni djelovi • Prostorni zahtjevi su manji • Duži životni vijek proizvoda • Sigurno puštanje u rad • Automatske zaštite

48. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Dimenzionisanje FR se vrši prema tipu opterećenja i snazi motora! • Najčešći tipovi opterećenja su: • Konstantno • (liftovi, kranovi, dizalice, konvejeri) • Opterećenje koje raste sa kvadratom brzine • (centrifuge, centrifugalne pumpe, ventilatori)

49. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Dimenzionisanje FR se vrši prema tipu opterećenja i snazi motora!

50. Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI REGULATORI Primjer (1) Standardne karakteristikecentrifugalnepumpe