ENERGETSKA EFIKASNOST

ENERGETSKA ENERGETSKA EFIKASNOST EFIKASNOST prof.dr Milutin Ostojić

Univezitet Crne GoreMašinski fakultet

mr Martin Ćalasan

Sadržaj:Sadržaj:•Reaktivna snagaReaktivna snaga

•Frekventni regulatoriFrekventni regulatori

•Mjerenje snageMjerenje snage

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan

Električna strujaElektrična struja

• Jednosmjerna strujaJednosmjerna struja

• Naizmjenična Naizmjenična strujastruja

»Električna struja je usmjereno kretanje elektrona«

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

Električna strujaElektrična struja»Električna struja je usmjereno kretanje elektrona«

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

• Naizmjenična strujaNaizmjenična struja je električna je električna struja promjenjivog smjera. U praksi se struja promjenjivog smjera. U praksi se koristi električnu struju čija se amplituda koristi električnu struju čija se amplituda sinusoidalno periodično mijenja.sinusoidalno periodično mijenja.

• FrekvencijaFrekvencija naizmjenične struje je naizmjenične struje je mjera za brzinu promjene smjera struje. mjera za brzinu promjene smjera struje. Frekvencija naponske mreže u Evropi je Frekvencija naponske mreže u Evropi je 50 Hz, a u Americi 60Hz.50 Hz, a u Americi 60Hz.

Električna strujaElektrična struja»Električna struja je usmjereno kretanje elektrona«

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

Dvije naizmjenične veličine su u fazi ako u Dvije naizmjenične veličine su u fazi ako u istom trenutku postižu svoje nulte istom trenutku postižu svoje nulte vrijednosti ili u istom trenutku postižu svoje vrijednosti ili u istom trenutku postižu svoje maksimalne vrijednosti. maksimalne vrijednosti.

Električna strujaElektrična struja»Električna struja je usmjereno kretanje elektrona«

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

u,i

t T

i

u

Fazni pomjeraj

Dvije fazno pomjerene

veličine

Zbog karakteristika potrošača – otpornosti,

induktivnosti i kapacitivnosti

Električna strujaElektrična struja

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

Trofazne struje sastoje se od tri naizmjenične struje koje su fazno pomjerene za 120º, ili 2π / 3 radijana

Električna strujaElektrična struja

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. 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 amplitudemeđusobno jednake frekvencijeali su međusobno fazno pomaknuti za jednu trećinu periode (120°)

Električna strujaElektrična struja

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

Postoje dva osnovna načina spajanja Postoje dva osnovna načina spajanja potrošača u trofaznim sistemima potrošača u trofaznim sistemima

Spoj u zvijezduSpoj u zvijezdu

Spoj u trougaoSpoj u trougao

Električna strujaElektrična struja

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

Razlikuju se:Razlikuju se:

– trožični bez nultog provodnika – visokonaponski prenosni sistemi

– Četvorožični sa nultim provodnikom – niskonaponske mreže

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

P = U ∙ IVatmetar –

mjerenje snage Ampermetar – mjerenje struje

Voltmetar – mjerenje napona

Potrošač

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

P = U ∙ IVatmetar –

mjerenje snage Mjeri ovu struju

Mjeri ovaj

napon

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

Snaga naizmjenične struje jednaka je proizvodu dvije naizmjenične veličine - struje i napona koje mogu biti fazno pomaknuti.

Razlikuje se:

prividna, prividna, aktivna i aktivna i

reaktivna snagareaktivna snaga..

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

Prividna snagaPrividna snaga jednaka je proizvodu efektivnih vrijednosti napona i struje - S = U ∙ I

Aktivna snagaAktivna snaga je snaga koja stvarno obavlja rad na potrošaču - P = U ∙ I∙ cosφ

Reaktivna snagaReaktivna snaga je snaga koja ne obavlja aktivan rad na potrošaču - Q = U ∙ I∙ sinφ

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

• Kod naizmjenične struje razlikuje se Kod naizmjenične struje razlikuje se aktivna snaga, prividna snaga i reaktivna aktivna snaga, prividna snaga i reaktivna snaga 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.

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

• VatmetriVatmetri 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.

• PrednostPrednost : : koristi se samo jedan vatmetar.koristi se samo jedan vatmetar.• NedostatakNedostatak : : mjeri snagu samo simetričnih mjeri snagu samo simetričnih

sistemasistema

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

• Kada se mjeri snaga trožičnog trofaznog sistema sa dva vatmetra (Aronov spoj) , srednja snaga sistema je:

P= UP= U1313 I I11 cos φ cos φ11 + U + U2323 I I22 cos φ cos φ22

Aronov spoj

(metoda dva

vatmetra)

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

• Prednost : Prednost : ušteda 1 vatmetra , može se mjeriti snaga nesimetričnih sistema

• Nedostatak : Nedostatak : ne mjeri se snaga pojedine faze nego ukupna snaga sistema

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

U prvom slučaju snaga sistema je P = U1 I1 cos φ1 + U2 I2 cos φ2 + U3 I3cos

φ3 = P1+P2+ P2

Metoda tri

vatmetra

Električna snagaElektrična snaga

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 1. MJERENJE SNAGE1. MJERENJE SNAGE

• Prednost: Prednost: mjeri snagu pojedinih faza, mjeri snagu nesimetričnih sistema

• Mana: Mana: potrebna tri vatmetra za mjerenje

Sadržaj:Sadržaj:•Reaktivna snagaReaktivna snaga

•Frekventni regulatoriFrekventni regulatori

•Mjerenje snageMjerenje snage

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan

»»Reaktivna energija je deo utrošene Reaktivna energija je deo utrošene električne energije kojelektrične energije kojaa se ne pretvara u se ne pretvara u

koristan rad«koristan rad«Reaktivna energija je fenomen naizmjenične struje

Reaktivna energija je potrebna za stvaranje magnetnog polja

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan

Šta je reaktivna energijaŠta je reaktivna energija??

2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA ENERGIJA ENERGIJA

Oznaka - Oznaka - QQ

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

ENERGIJA ENERGIJA Kako se formira Kako se formira reaktivne reaktivne energijeenergije??

- Ako su napon i struja u fazi - čisto aktivna čisto aktivna snagasnaga- Ako struja i napon nijesu u fazi - i aktivna i - i aktivna i reaktivna snagareaktivna snaga

SS - prividna snagaPP - aktivna snagaQQ - reaktivna snaga

S=P+jQS=P+jQ

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Jedinica za Jedinica za reaktivnreaktivnuu snagusnagu

U EES-a : MVArMVAr (mega-volt-amper-reaktivno))U upotrebi je i VArVAr (volt-amper-reaktivno))

Za mašine se definiše i faktor

snage:

Cilj je imati cosφ≈1

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Značaj Značaj reaktivnreaktivnee energije energije ((snagsnage)e)

Kod mašina – formiranje magnetnog polja (a koje omogućava transformaciju električne u mehaničku energiju, ili obrnuto) U EES – služi za održavanje napona

U EES-a - funkcije kontrole i zaštite

QU QU zavisnostzavisnost

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Mane Mane reaktivnreaktivnee energije ( energije (snagsnage)e)

Smanjuje faktor snageManje

iskorišćenje aktivne snage

Smanjuje stepen iskorišćenja prenosnih vodova i limitira njihove kapacitete Promjena Q izaziva promjene napona

Zahtijeva uredjaje za kompenzaciju reaktivne energije

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Proizvođači i potrošači Proizvođači i potrošači reaktivnreaktivnee energije (energije (snagsnage)e)

Sinhroni generatori

Kapacitivni kompenzatori

Dugi vodovi

Kablovi

Sinhroni kompenzato

ri

Induktivni kompenzato

riVodovi

Potrošači Transformatori

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Kompenzacija Kompenzacija reaktivnreaktivnee energije energije

Vektorski dijagram struje

prije i nakon kompenzacije

Kompenzacija

pojedinačna

centralna

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Kompenzacija Kompenzacija reaktivnreaktivnee energije energije

Kompenzaciona sredstva Redne kapacitivnosti

Paralelne kapacitivnost Sinhroni

kompenzatori Sinhroni generatori

Smanjuje se ukupna struja u mrezi za vrijednost reaktivne struje Smanjuje se opterećenje transformatora

Povećava se stabilnost energetske mreže

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Primjer (1)Primjer (1)

Posmatra se asinhroni motor koji uzima iz mreže snagu 10kW i faktora snage cosφ=0.8 (sinφ=0.6).

Ovo znači da motor svakog sata utroši 10kWh aktivne energije i 7.5kVArh reaktivne energije!Aktivna snaga

P=qUIcos=10 qUI=10/0.8

Reaktivna snaga Q=qUIsin=(10*/0.8)0.

6

Q=7.5kVAr

Šta značŠta znače ova dva podatkae ova dva podatka ??

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Primjer (1)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=qUIcos=10 Ip=10k/(3*220*0.8)=18.94A

Reaktivna struja Q=qUIsin=(10*/0.8)0.

6

Iq=7.5k/(3*220*0.6)=18.94A

78.2622 qp III

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Primjer (1)Primjer (1)

7.5kVAr se utroši da bi se izvršilo magnećenje polova motora, dok korisnik od te snage nema nikakve koristi!

Prisustvo

reaktivne struje

Aktivna komponenta

struje

Posmatra se asinhroni motor koji uzima iz mreže snagu 10kW i faktora snage cosφ=0.8 (sinφ=0.6).

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

ENERGIJA ENERGIJA

Avion mora letjeti na nekoj visini

Reaktivna

energija

Aktivna energija

Primjer (2)Primjer (2)

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Primjer (3)Primjer (3)

Prikazivanje aktivne i reaktivne energije preko akumulacije vode

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 2. REAKTIVNA 2. REAKTIVNA

SNAGASNAGA Primjer (4)Primjer (4)

Sadržaj:Sadržaj:•Reaktivna snagaReaktivna snaga

•Frekventni regulatoriFrekventni regulatori

•Mjerenje snageMjerenje snage

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan

Regulacija brzine obrtanja vratila Regulacija brzine obrtanja vratila elektromotora –elektromotora – jedna od najvažnijih jedna od najvažnijih mera u uštedi energije tamo gde mera u uštedi energije tamo gde postoji potreba za PROMENLJIVOM postoji potreba za PROMENLJIVOM BRZINOMBRZINOM..

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI Električne mašine

Moguća je regulacija brzine u opsegu 0-Moguća je regulacija brzine u opsegu 0-200%200%

0 100 200

100

n [%]

P [%]

T = 100%

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Standardna kriva zavisnosti snage od brzine motora napajanog iz invertora!

Zahvaljujući frekventnoj regulaciji momenat motora se može držati na, praktično proizvoljnoj vrijednosti, u velikom opsegu brzina

0 50 100 150 200

160

n [%]

T [%]

100 T ~ 1/n

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Standardna kriva zavisnosti snage od brzine motora napajanog iz invertora!

Zahvaljujući frekventnoj regulaciji trofazni asinhroni motori su postali standardni elementi u velikom broju automatizovanih procesa i pogona!Osobine pogona sa frekventnom regulacijom:

Ušteda energijeOptimizacija procesaBlaži prelazni režimiManje održavanja

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Soft start

KarakteristikePuna, ujednačena nominalna snaga motoraSinusoidna izlazna strujaVisok stepen iskorišćenosti pogonaNema dodatnog zagrevanja motoraIzvrsna polazna karakteristikaVisoka stabilnost momenta

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Pokrivaju širok spektar snaga motora 0d 1.1 do 500kW

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Eliminacija viših harmonika

Efekti viših harmonika:

Povećani gubiciZagrijevanje mašine

Zujanje mašineLoše karakteristike

upravljanjaNepravilni oblici

momenta

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan

Prema istraživanjima - smanjenjem broja obrtaja za 10%, smanjenje se potrošnja električne energije za oko 28%.

3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI REGULATORI REGULATORI

Unapređenje radne okoline

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Elegantna rešenja upravljanja, a Elegantna rešenja upravljanja, a ostvarena ušteda električne energije!ostvarena ušteda električne energije!

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI Regulacija

Olakšana Regulacija

Smanjeni troškovi

regulacije pogona!

Olakšano održavanje i rukovanje pogonom sa invertorima! Jeftini rezervni djeloviProstorni zahtjevi su manjiDuži životni vijek proizvodaSigurno puštanje u radAutomatske zaštite

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Najčešći tipovi opterećenja su:•Konstantno

(liftovi, kranovi, dizalice, konvejeri)•Opterećenje koje raste sa kvadratom brzine

(centrifuge, centrifugalne pumpe, ventilatori)

Dimenzionisanje FR se vrši prema tipu opterećenja isnazi motora!

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI Dimenzionisanje FR se vrši prema tipu opterećenja isnazi motora!

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI

Primjer (1)

Standardne karakteristike centrifugalne pumpe

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI Primjer (1)

AA BB

CC DDEE FF

Upotrebom frekventne regulacije – Upotrebom frekventne regulacije – ušteda u energiji je ušteda u energiji je proporcionalna površini proporcionalna površini pravougaonika ABCD !!! pravougaonika ABCD !!!

Upravljanje ventilom

Frekvencijsko

upravljanje

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI Primjer (2)Upravljanje

kompresoromKlasično – preko prekidača se uključuje i isključuje sa napajanja

Frekvencijsko – mijenja se brzina

kompresora u zavisnosti od

željenog pritiska – nema oscilacija

pritiska!

Prof. dr Milutin Ostojić, mr Martin Ćalasan 3. FREKVENTNI 3. FREKVENTNI

REGULATORI REGULATORI Primjer (2)

HVALA NA PAŽNJI HVALA NA PAŽNJI

martinc@t-com.memartinc@ac.me