Při přenosu trojfázového výkonu, např. 100kW, v síti 3x380/220V, při cos φ=0,9, bude ve fázovém vodiči proud 169A. Při cos φ=0,6 bude proud 253A, tj. o 50 procent větší. Špatný účiník se projeví v elektrárně, která musí vyrobit zdánlivý výkon (P_va=1,73.U_s.I), a to zvětšenou spotře­bou uhlí a páry. Přenos většího proudu vyžaduje větší průřezy vodičů, a tím také větší potřebu síťového a instalačního materiálu. Větším proudem vzni­kají ve vedení větší ztráty, které se přeměňují v neužitečné teplo. Ztráty rostou s druhou mocninou proudu P_z = I². R, kde R je odpor vodiče rozvodu.

V elektrických rozvodech vzniká jalový výkon, a tím také složka jalo­vého proudu magnetizačními účinky střídavého proudu. Složku jalového proudu lze zmenšit tzv. kompenzací, tj. vyrovnáním, jež spočívá v tom, že se do místa, kde je velká spotřeba magnetizačního proudu, zapojí kondenzátor. Po zlepšení účiníku lze daným průřezem vodičů přenést větší výkon a zlepší se celková energetická bilance jak v elektrárně, tak i u odbě­ratele. Ke kompenzaci použijeme statických kondenzátorů s pevným dielektrikem.




Činnost kondenzátoru
Když se kondenzátor v jedné čtvrtperiodě vybíjí, předává svou energii spotřebiči, motoru nebo transformátoru, energie se spotřebuje k magnetizaci. V další části periody se mění magnetická energie v elektrickou, kterou se opět kondenzátor nabije. Jalový proud kondenzátoru a magnetizační proud se stále vzájemně doplňují (obrázek 1). Před kompenzací dodával jalovou energii generátor a po kompenzaci tuto dodávku přebírá na sebe kondenzátor. Tím je generátor odlehčen od jalového proudu a rozvodem se dá přenést větší činný výkon. V místě odběru se nekompenzuje až na cos φ=1. Hospodárná kompenzace je asi cos <p = 0,9 až 0,95. Kdyby se jalový odběr překompenzoval, mohlo by dojít ke zvýšení napětí v oblasti kompenzace. Zvýšení může přesáhnout i 10 procent.

a) Jednotlivá kompenzace
Kompenzace transformátorů
Ve zděných transformovnách bývá kondenzátor v blízkosti hlavního rozvaděče. Se zřetelem na možný zkrat v kondenzátoru je vhodné umístit kondenzátorovou baterii do samostatného prostoru. XJ venkovních transfor­moven se používá pro venkovní montáž kondenzátorů, které se umístí na konzolu, upevně­nou na konstrukci stožáru. Kondenzátory pro stožárové transformovny se připojují přes po­jistky, avšak bez vypínače, přímo na sekun­dární svorky (obrázek 2). Při vypnutí transfor­mátoru na straně vn se kondenzátor vybije přes sekundární vinutí transformátoru, proto nemu­síme montovat vybíjecí odpory kondenzátoru. V praxi se volí velikost kondenzátoru 5 až 10 procent jmenovitého výkonu transformátoru. Pro větší výkon transformátoru se volí menší procento. V tabulce 1 jsou uvedeny směrné velikosti kondenzátoru pro kompenzaci transformátorů. Máme-li několik kondenzátorů různé kapa­city, příslušného jmenovitého napětí, dosáhne­me výkonu potřebného ke kompenzaci jejich paralelním spojením. Celkový výkon bude C_v=C₁+C₂+ ... C_n.

Poznámka: Tam, kde jsou kondenzátory chráněny pojistkami (jističi) i tam , kde např. při jednotlivé kompenzaci motoru jsou pojistky společné pro motor a konden­zátor, nesmějí se pojistkové vložky vyměňovat pod napětím. Bylo by to nebezpečné, každá výměna vložek se musí dělat až po vypnutí a vybití kondenzátoru.





Kompenzace motorů
Jednotlivé motory se kompenzují asi od 10kW, a to jen ty motory, které jsou delší dobu (alespoň 5 hodin) trvale v běhu. Kondenzátor se připojuje mezi vypínač k motoru a motorovou svornici (obrázek 3). Při vypnutí motoru se kondenzátor vybije přes vinutí motoru, nejsou tedy třeba vybíjecí odpory. Mo­tor je chráněn jističem nebo pojistkami, a proto se kon­denzátor nechrání vlastními pojistkami. V tabulce 2 jsou směrné veli­kosti kondenzátorů pro asynchronní motory 3X 380/220 V.






V praxi se volí velikost kondenzátoru [kVAr] asi i/3 štítkového výkonu motoru, uda­ného v [kW].

Poznámka: V kondenzátoru a přívodním vedení mohou nastat různé poruchy, které nemusí být vždy zjevné. Utajenými poruchami by byl kondenzátor vyřazen z činnosti, a proto je třeba pravidelně, několikrát do roka, měřit na každém kondenzátoru proud ve všech fázích a také svorkové napětí. Měření se udělá za provozu kondenzátoru. K měření použijeme klešťový ampérmetr nebo ampérvoltmetr. O každém měření se vede záznam a naměřené hodnoty se porovnají s předcházejícím měřením.

b) Skupinová kompenzace
Skupinovou kompenzaci děláme pro několik spotřebičů s jalovým odbě­rem, obvykle na jejich společném místním rozváděči (obrázek 4). Velikost kondenzátorové baterie nebude součtem kondenzátorů pro jednotlivou kompenzaci. Kompenzace by buď nedostačovala, nebo by mohlo dojít k překompenzování. K určení velikosti kondenzátoru je třeba znát zatížení [kW] a účiník (cos φ) před kompenzací. Jednoduše se dá zlepšit účiník z údaje fázoměru. Takovým opatřením se dá plynule sledovat velikost účiníku a podle potřeby dosadit kondenzátory. Průměrnou hodnotu účiníku můžeme také zjistit ze čtení na elektroměru na měření činné a jalové energie.



Příklad: Za hodinu byl činný odběr 366kWh a jalový 274kVAr.

Poměr kVAr/kWh= tg φ=0,75. Podle tabulky přísluší k tg φ= 0,75 úhel 37°. K tomuto úhlu (také z tabulky) přísluší cos φ=0,79. Velikost účiníku zjistíme také z údajů wattmetru, voltmetru a ampérmetru, cos φ=P/1,73.U_s.I nebo P/U.3.I, kde U_s je napětí sdružené a U fázové.

Je-li na rozváděči fázoměr a wattmetr (činný), můžeme velikost kondenzátoru určit z tabulky 3.



Příklad: Zjištěný cos φ=0,72 se má zlepšit na cos φ=0,94. Výkon kompenzované skupiny spotřebičů je 230kW. Z tabulky přečteme na prů­sečíku hodnot 0,72 a 0,94 součinitel 0,6, kterým se vynásobí kompenzovaný výkon. Potřebujeme kondenzátor P_q=k.P=0,6.230=138kVAr.

Při skupinové kompenzaci nejsou přívody k motorům odlehčeny od jalového výkonu. Přitom je třeba sledovat velikost účiníku na fázoměru a podle potřeby připojovat nebo odpojovat jednotlivé skupiny kondenzátorů.

c) Ústřední kompenzace
Dělá se pro celý závod. Kondenzátory mohou být připojeny buď na hlavním rozváděči, nebo v místě největší spotřeby jalového proudu. Aby při ústřední kompenzaci nemusela být stálá ruční obsluha, volíme samočinné řízení účiníku, a to regulátory jalového výkonu, např. výrobek typu WOR nebo VUS 98.



Samočinné regulátory typu WOR se vyrábějí ve třech velikostech pro dva, čtyři nebo osm regulačních stupňů. Pro zvětšení regulačních stupňů o další čtyři stupně doplňujeme regulátory přídavnou skříňkou. Regulátory typu WOR 2 a WOR 4 se připojují přímo na přípojnici nn. 0 počtu regu­lačních stupňů nerozhoduje přímo velikost jalového výkonu, nýbrž rovno­měrnost v odběru. Tam, kde je denní rovnoměrný odběr, postačí dva regu­lační stupně. Běžně vyhoví čtyřstupňový regulátor, jehož schéma je na obrázek 5. Y pouzdru regulátoru je měřicí článek M, článek časový P a souprava pomocných relé EP 90 s odporníky, které jsou ve schématu označeny písmenem A1 až A4. Hnací soustava měřicího i časového článku je indukční, s jednou soustavou elektroměrového typu. Měřicí článek je uspořádán jako kontaktní wattmetr na měření jalového výkonu a je připojen k síti jedním měřicím transformátorem proudu x/5 A. Napěťová soustava je připojena u WOR 2 a u WOR 4 přímo na napětí 380V a u WOR 8 přes měřicí trans­formátor napětí x/100V.

Otočná část měřicího článku je udržována ve střední poloze (direkčním) momentem dvou protisměrných spirálových pružin a nese volicí kontakt, který se pohybuje mezi odpruženými kontakty dvou naříditelných ramének. Poloha ramének, která určuje regulační rozmezí největšího a nejmenšího jalového výkonu, se nařizuje posunutím ukazovatelů na stupnici. Při indukčním zatížení sítě se soustava vychýlí doprava, při kapacitním zatí­žení doleva. Překročí-li hodnota měřeného jalového výkonu hranice naříze­ného rozmezí, uzavřou se levé nebo pravé kontakty, časový článek dostane napětí a jeho kotouč se začne otáčet. Při uzavření pravých kontaktů měři­cího článku se otáčí kotouč časového článku ve směru hodinových ručiček, při zavření levých kontaktů směrem opačným. Pohyb kotouče je převodem do pomala přenášen na hřídelník, který ovládá kontaktní zařízení K pro zapínání a vypínání pomocných relé A. Otáčí-li se kotouč časového článku v kladném směru, přejíždí kolíček oba volicí kontakty a vysílá pomocným relé zapínací impulsy. Relé postupně přitahují a připínají kondenzátory k síti. Po vykompenzování se kotouč zastaví a nastavený počet relé zůstává trvale zapojen. Kotouč nemá zpětný moment, a proto se nevrací do výchozí polohy.

Klesne-li indukční zatížení v síti pod nařízenou hodnotu, otáčí se kotouč časového článku v opačném smyslu a volicí kontakty vyšlou vypínací impulsy. Tím se příslušné relé zkratuje a odpadne. Relé postupně odpadají tak dlouho, až je od sítě odpojen dostatečný počet kondenzátorů a nastane opět rovnováha. Kondenzátory se odepínají v obráceném pořadí, než se připínají. Každé relé má tři kontakty, z nichž jeden je přídržný, druhý při­pravuje zapnutí nebo vypnutí následujícího stupně a třetí slouží k ovládání stykačové cívky. Kontakty pro ovládání stykačových cívek nejsou spoje­ny s obvody regulátoru, a proto můžeme použít pro stykače libovolné napětí.

Pro správnou činnost regulátoru je třeba odebírat proud z fáze R přes měřicí transformátor proudu a napětí z fází S a T. Přitom je třeba dodržet polaritu, tj. výstupní svorku měřicího transformátoru proudu připojit na svorku 3 hlavní svorkovnice regulátoru, napětí fáze S na svorku 5 a napětí fáze T na svorku 6. Na svorky 7 a, 8 se připojí napětí 220V. Na svorky 9 až 21 se podle typu regulátoru připojí cívky stykačů.

Regulátor má dva měřicí rozsahy, které se nastavují posouváním ukazovatelů. Cejchování je v dílkách, které značí trojfázový jalový výkon [VAr] přepočítaný na sekundární stranu měřicích transformátorů. U regulátoru WOR 2 a WOR 4 se provede přepočet dělením konstantou, která se rovná převodovému poměru měřicího transformátoru proudu k_i, např. 300/5=60.

U regulátoru WOR 8, pro jmenovité napětí regulátoru 100V, bude kon­stanta , kde k₁ a k_u jsou převody měřicích transformátorů proudu a napětí.

Příklad: Regulátor WOR 4, napětí 3x380/220 V. Měřicí transformátor proudu se osadí v rozváděči na stranu zdroje, tj. před vývody spotřebičů, a proto jeho primární proud musí být zvolen podle největšího odebíraného proudu; může být však i větší. Potřeba kondenzátorové baterie, vypočítaná z tabulky 3, je 240kVAr. Na jeden regulační stupeň připadne u regulátoru WOR 4 výkon 240:4=60kVAr. Výkon přepočítaný na sekundární stranu při převodu měřicího transformátoru proudu, např. k₁=600/5, bude


Aby regulace správně probíhala a nenastalo kývání, nařizuje se obvykle šířka regulačního rozmezí o 1/3 větší, tedy na 500.1,33=665VAr dílků stupnice.

Základní rozsah je při připojení měřicího transformátoru proudu na svorky regulátoru 1 a 3. V tom případě se rozběhové hodnoty nařídí podle horní části stupnice 0 až 350VAr. Nevystačí-li se s tímto rozsahem, použije se zvýšeného rozsahu 0 až 1400VAr. Přitom se měřicí transformátor proudu připojí na svorky regulátoru 2 a 3 a rozběhové hodnoty se nařídí podle dolní části stupnice.

Pravý ukazovatel se nastaví na vypočítanou hodnotu a levý na nulu stupnice. V tomto případě nenastane překompenzování v místě osazení regulátoru, ovšem nebude vykompenzován jalový výkon transformátoru, pokud nemá vlastní kompenzaci kondenzátory, umístěnými před místem měření. Aby se dala vykompenzovat jalová spotřeba transformátoru, nařídí se levý ukazovatel do kapacitní oblasti, a to na hodnotu přepočítanou pře­vodovou konstantou. Velikost kondenzátem pro kompenzaci jalového výkonu transformátoru se zjistí z tabulky 20, nebo přibližně 5 procent jmenovitého výkonu transformátoru.

Příklad: Pro transformátor 200kVA potřebujeme kondenzátor 10kVAr, tj. 5 procent, a 50kVAr pro vlastní odběr, celkem 60kVAr. Použije-li se dvou­stupňového regulátoru WOR 2, je velikost jednoho stupně 60/2=30kVAr.

Při měřicím transformátoru proudu s převodem k₁=400/5=80 je šířka regulačního rozmezí v dílcích stupnice3000/80 .1,33=500VAR. Nastavení levého ukazovatele podle jalového výkonu transformátoru v dílcích stupnice bude 10000/80=125VAr. Levý ukazovatel regulátoru se nastavím na dílek 125VAr kapacitní a pravý na 500—125=375VAr indukční.

Poznámka: Jestliže trvalý proud stykačových cívek překračuje vypínací schopnost kontaktů regulátoru, musíme zařadit ještě pomocné relé (obrázek 6). Úplné zařízení pro automatickou kompenzaci jalového výkonu v sou­stavě 3X380/220 V nebo 3X500V vyrábí družstvo Pokrok v Žilině. Kom­penzační rozváděč má několik typizo­vaných skříní. První skříň je určena pro přívod proudu. Obsahuje odpo­jovač, přípojnice, pojistky ovládací­ho napětí, pomocné relé a při sousta­vě 3X500V také převodový transfor­mátor 500/220V. Na čelní stěně této skříně je osazen rychloregulátor typu VÚS0,98/II. Řídicím článkem rychloregulátoru je trojsystémový elek­troměr, upravený na způsob jalového relé. Rychloregulátor se zapojuje na tři měřicí transformátory proudu, které musí být vloženy do přívodu té části, která se kompenzuje. Přepínačem na rychloregulátoru lze volit automatickou nebo ruční kompenza­ci. Také doba pro spínání potřebné­ho počtu regulačních stupňů je na­ stavitelná. Další skříně jsou pole kompenzační.



V jednom kompenzačním poli je osm kondenzátorů po 10kVAr, řady N, takže jalový výkon v jednom poli je 80kVAr. Několik kompenzačních polí dá požadovaný jalový výkon, odstupňovaný po 80kVAr až do 480kVAr. Při měření spotřeby na straně vn a kompenzaci jalového výkonu na straně nn kompenzuje se jalový výkon transformátoru samostatným kondenzátorem. Řídicí článek je ve výrobním podniku nastaven na účiník po kompenzaci cos φ=0,98 a není třeba jakákoliv manipulace na místě určení. Jalový výkon kondenzátorové baterie se vypočítá obdobným způsobem, jako je uvedeno v části 30b (Skupinová kompenzace), a výsledek výpočtu se za­okrouhlí na nejbližší vyšší vyráběnou řadu.