Pokazalo se da korišćenje frekventnih regulatora u industriji vodosnabdevanja za kontrolu brojnih električnih motora, pumpi i ventilatora obezbeđuje značajnu energetsku efikasnost i unapređuje učinak. Ipak, manje je poznata činjenica da frekventni regulatori i mnogi drugi uređaji, kao što su, recimo, određene vrste elektromotora, zatim LED ili fluorescentno osvetljenje, računari, neprekidna napajanja (UPS) i Wi-Fi ruteri, mogu uzrokovati nepoželjna harmonijska izobličenja (ili harmonike) na elektroenergetskoj mreži.
Harmonici, dakle, mogu oštetiti osetljivu elektronsku opremu, prouzrokovati smetnje na opremi za komunikaciju, te i pogrešna očitavanja mernih instrumenata. Takođe, mogu izazvati reagovanje prekidača, izbijanje osigurača, oštećenje kondenzatora ili doprineti pregrevanju transformatora, kablova, motora, generatora i time dovesti do nepotrebnog utroška energije i skraćenja radnog veka opreme.
Iako prednosti frekventnih regulatora daleko premašuju efekte harmonika, od presudnog je značaja da se razumeju problemi koje harmonici mogu prouzrokovati, kao i rešenja kojima bi se oni mogli eliminisati.
Objašnjenje harmonika
U idealnim uslovima, naizmenična struja (AC) u elektroenergetskoj mreži je čist sinusoidni talas sa osnovnom frekvencijom od 50 ili 60 Hz. U realnim uslovima, korišćenje nelinearnih opterećenja dovodi do stvaranja harmonika – umnožaka osnovne frekvencije – koji uzrokuju velika odstupanja od tog čistog sinusoidnog talasa struje i napona. Posledično izobličenje tj. elektronsko “prljanje mreže” podrazumeva gubitak energije umesto da se ona upotrebi na opremi koju napaja.
Za merenje uticaja harmonika koristi se ukupno harmonijsko izobličenje struje THDi faktor. Što je ova vrednost veća, veći je gubitak energije u okviru mreže. Na primer, THDi faktor od 40% ima za posledicu 16% veće gubitke nego što je slučaj kod mreže bez harmonika. Uz povećanje troškova energije elektroenergetski sistem mora biti i dimenzionisan tako da može da izdrži preopterećenje. Na primer, pogon koji nema zaštitu od uticaja harmonika može dodatno preopteretiti transformator čak i za 80% svog nominalnog opterećenja.
Iako jedan pogon od 4 kW, i u slučaju da THDi faktor ima vrednost od 100%, verovatno neće izazvati probleme, više će frekventnih regulatora imati kumulativni efekat, jer preopterećenje generiše veću toplotu. Ne samo da stvaranje toplote predstavlja bespotreban utrošak električne energije, već to pregrevanje dovodi do nepouzdanog rada opreme i skraćenja njenog radnog veka.
Ovi problemi mogu imati značajan finansijski faktor tokom svih faza radnog veka opreme. Neefikasnost sistema uvećava svakodnevne troškove rada, dok prerano otkazivanje opreme za sobom povlači troškove popravki i zamena. Pri odabiru opreme od ključnog je značaja obezbediti da ona nema negativan uticaj na energetski sistem, niti na povezane uređaje.
Moderno rešenje za harmonike
Standardna metoda za eliminaciju harmonika jeste projektovanje sistema napajanja veće snage, odnosno odabir većeg transformatora, kablova većeg preseka itd. No, potreba za transformatorom znatno veće snage obično prate i uvećane naknade za njegovu instalaciju. Mnoge elektrodistribucije zahtevaju od operatera u oblasti vodosnabdevanja i prečišćavanja otpadnih voda da preduzimaju preventivne mere za smanjivanje harmonika prouzrokovanih njihovom opremom.
Predimenzionisanje generatora je drugi uobičajen metod za rešavanje problema uzrokovanih harmonicima. Međutim, ovaj pristup zahteva više prostora, povećava troškove projekta, dok negativno utiče na održivost istog. Smislena alternativa ulaganju u opremu većih snaga (što znači i skuplju) jeste ugradnja uređaja koji smanjuju ili eliminišu harmonike od samog početka.
Frekventni regulatori kontrolišu brzinu i obrtni momenat motora koji se koristi u vodoprivredi, kao što su pumpe ili ventilatori. Kod upotrebe ovih regulatora konvencionalni pristup rešavanju problema koje uzrokuju harmonici je ugradnja eksternih filtera ili korišćenje multipulsnih transformatora. Ipak, nova i efikasnija tehnika podrazumeva korišćenje određenog tipa frekventnog regulatora poznatog kao frekventni regulator sa niskom emisijom harmonika (Ultra-low harmonic drive). Ovi regulatori u sebi imaju aktivnu jedinicu napajanja i integrisan linijski filter sa niskom emisijom harmonika.
Dok uobičajeni šestopulsni frekventni regulatori smanjuju THDi faktor na oko 40%, najbolji ULH frekventni regulatori sa niskom emisijom harmonika mogu smanjiti sadržaj harmonika u elektroenergetskoj mreži ispod 3%. S tako niskim THDi faktorom objekti za vodosnabdevanje i prečišćavanje otpadnih voda mogu se projektovati sa sistemima napajanja znatno manje snage. Umesto korišćenja opreme većih dimenzija, njihovo dimenzionisanje može biti redukovano, što bi imalo značajan efekat na investicione troškove celokupnog sistema. Na primer, u poređenju sa uobičajnim frekventnim regulatorima, veličina napojnih kablova može biti smanjena za oko 10%. Dalje, veličina distributivnih transformatora se može smanjiti za 20%, generatora za 50%, a razvodnog postrojenja i prekidača za 10-30%.
Frekventni regulatori sa niskom emisijom harmonika povećavaju pouzdanost rada postrojenja. Minimalni sadržaj harmonika otklanja opasnost od prekida tehnoloških procesa usled preopterećenja mreže uzrokovanih povećanom strujom. Ovi regulatori, takođe, onemogućavaju ispade uređaja sa mreže koji nastaju kao posledica harmonijskog izobličenja struje. Sve u svemu, frekventni regulatori sa niskom emisijom harmonika smanjuju emisiju CO2 i ukupne troškove instalacija.
Faktor snage
Harmonici utiču i na faktor snage koji opisuje koliko efikasno sistem iskorišćava napajanje. U idealnoj situaciji, mreža bi imala faktor snage jednak 1. U nekim slučajevima, elektrodistribucije nameću plaćanje penala potrošačima sa lošim faktorom snage.
S obzirom da frekventni regulatori sa niskom emisijom harmonika rešavaju problem harmonijskog izobličenja, oni mogu pozitivno uticati i na faktor snage. Standardni frekventni regulator može imati faktor snage od oko 0,78 što bi dovelo do toga da ima struju od 128% u odnosu na nominalnu. Suprotno tome, frekventni regulator sa niskom emisijom harmonika imaće samo nominalnu struju (100%), čime, zapravo, optimizuju efikasnost električnog sistema. Posledica toga su manji računi za struju.
Frekventni regulatori sa niskom emisijom harmonika su elegantno i ekonomično rešenje koje eliminiše ključni uzrok harmonika na samom izvoru. Pomažu da se osigura viši stepen stabilnosti i produktivnosti u vodoprivredi za stabilno snabdevanje vodom i brz povrat investicija.
Za više informacija kontaktirajte ABB u Srbiji:
ABB d.o.o.
Bulevar Peka Dapčevića 13
11000 Beograd, Srbija
Tel.: +381 11 3094 300
Email: RS-office@abb.com
www.abb.rs
