Master Rad

Predgovor ...................................................................................................................................3 1.

2.

Uvod ...................................................................................................................................4 1.1.

Postavka problema ........................................................................................................5

1.2.

Standardni pristup i standardna oprema .........................................................................6

1.3.

Ideja primene instrumenta VMP 20 ............................................................................. 11

Instrument VMP 20 ........................................................................................................... 13 2.1.

Uvod ........................................................................................................................... 13

2.2.

Merne metode ............................................................................................................. 13

2.2.1.

Merenja u tački .................................................................................................... 13

2.2.2.

Merenja na intervalu ............................................................................................ 14

2.2.2.1.

SAADK-1G .................................................................................................. 15

2.2.2.2.

SAADK-2G .................................................................................................. 18

2.3.

Metrološke karakteristike instrumenta VMP 20 ........................................................... 20

2.4.

Funkcionisanje instrumenta VMP 20........................................................................... 20

2.4.1.

Merenje struje ...................................................................................................... 21

2.4.2.

Merenje napona ................................................................................................... 21

2.4.3.

Merenje snage ...................................................................................................... 22

2.4.4.

Uloga mikrokontrolera ......................................................................................... 22

2.5.

Karakteristike .............................................................................................................. 24

2.6.

Softverska podrška instrumentu VMP 20 .................................................................... 25

3.

Tipični industrijski potrošači u fabrici ,,Elektroporcelan“ .................................................. 28

4.

Merenje i ocena uštede reaktivne snage ............................................................................. 31

5.

6.

4.1.

Uvod o reaktivnoj snazi............................................................................................... 31

4.2.

Ocena uštede reaktivne energije na osnovu računa za utrošak električne energije ........ 32

4.3.

Merenje i ocena uštede reaktivne snage pomoću instrumenta VMP 20 ........................ 35

4.3.1.

Analiza u fazi 1 .................................................................................................... 35

4.3.2.

Analiza u fazi 3 .................................................................................................... 40

4.3.3.

Analiza merene reaktivne snage ........................................................................... 44

Merenje i ocena uštede na vršnoj snazi .............................................................................. 45 5.1.

Uvod o vršnoj snazi..................................................................................................... 45

5.2.

Ocena uštede na vršnoj snazi na osnovu računa za potrošnju električne energije.......... 46

5.3.

Merenje aktivne snage po fazama ................................................................................ 48

Analiza kvaliteta napona napajanja (po normi EN 50160) .................................................. 51 1

6.1.

Uvod o kvalitetu električne energije ............................................................................ 51

6.2.

Norma EN 50160 ........................................................................................................ 51

6.2.1.

Treperenje napona (flikeri) ................................................................................... 53

6.2.2.

Propadi napona .................................................................................................... 53

6.2.3.

Prekidi napona ..................................................................................................... 54

6.2.4.

Naponski harmonici ............................................................................................. 54

6.2.5.

Kratak pregled norme EN 50160 .......................................................................... 55

6.3. 7.

Merenje i analiza mrežnog napona .............................................................................. 56

Predlog rešenja .................................................................................................................. 62 7.1. 7.2.

Predlog rešenja za uštedu reaktivne energije ............................................................ 62 Predlog rešenja za uštedu na vršnoj snazi .................................................................... 64

8.

Diskusija ........................................................................................................................... 65

9.

Zaključak .......................................................................................................................... 67

10.

Literatura ....................................................................................................................... 68

2

Predgovor

Ovaj rad je nastao kao nadogradnja mog bečelor rada koji obrađuje mogućnosti primene digitalne stohastičke merne metode u merenjima u elektroenergetici. Zadatak je bio da se izvrše merenja parametara radi procene mogućnosti uštede potrošnje električne energije u fabrici ,,Elektroporcelan“ iz Aranđelovca. Prikupljajući podatke i baveći se ovom temom stekao sam razna teoretska saznanja, ali i saznanja na polju praktičnog rada, što će mi u daljem proučavanju ove oblasti biti od velike koristi. Posebno bih se zahvalio elektrodistribuciji ,,Elektrosrbija“, ogranku u Aranđelovcu, odnosno kolegi dipl. inž. Duletu Nedeljkoviću koji je svojim iskustvom i opremom pomogao izradu ovog rada. Takođe sam zahvalan svom mentoru, Dr Vladimiru Vujičiću koji je zaslužan za moje opredeljenje da se bavim ovom oblašću i sa kojim sarađujem duže vreme na primeni ove stohastičke metode u merenjima.

Nenad Zlatković

3

1. Uvod Energetska efikasnost, odnos cena performanse, konkurentnost su samo neki od problema sa kojima se sreću kompanije koje žele da svoj proizvod plasiraju na tržištu. Obeležja svakog proizvoda su cena, kvalitet, rok isporuke. Kako prodati svoj proizvod, tj. ispuniti zahteve kupca? Potrebno je napraviti pravi odnos između obeležja proizvoda, znači dobiti najbolji odnos cena/performanse i ispuniti zahteve sa rokovima isporuke. U odnos cena/performanse spada i utrošak energije potrebne za proizvodnju zahtevanog proizvoda. U ovom radu biće reči o smanjenju utroška električne energije i njenom racionalnijem korišćenju. Pre nego što pređemo na analizu i procenu mogućnosti uštede potrošnje, moramo obaviti merenja. Ta merenja obuhvataju merenja:           

efektivnih vrednosti napona, efektivnih vrednosti struja, frekvencija osnovnog harmonika, vrednosti naponskih i strujnih harmonika, aktivne snage, reaktivne snage, prividne snage, vršne snage, faktora snage, aktivne energije, reaktivne energije...

Potreba za ovim merenjima proističe iz bezbednosnih, tehničkih, ekonomskih razloga. Ekonomski razlozi su posebno dobili na značaju od kada se električna energija posmatra kao roba sa svojim kvalitetom, cenom i rokom isporuke. Interes za ovakva merenja imaju i prodavac i kupac električne energije. Danas se posebna pažnja pridaje kompenzaciji reaktivne energije i kontroli vršnog opterećenja. Električna energija postaje sve skuplja i energetska efikasnost postaje sastavni deo našeg života i ponašanja. Kompenzacijom reaktivne energije kupac plaća manje račune za utrošenu energiju, a distributer ima manje problema sa opterećenjem vodova. Kontrola vršnog opterećenja je posebno značajna za kupca električne energije, jer merenjem ove snage i detaljnom analizom mogu se ostvariti velike uštede u potrošnji. Od izvršioca merenja se očekuje da ih izvrši tačno i precizno. Za kvalitetno merenje, je pored osposobljenog kadra potreban kvalitetan instrument. Na tržištu postoji mnogo uređaja u kojima su implementirane razne metode merenja. Na katedri za električna merenja razvijena je digitalna štohastička merna metoda. Zahvaljujući ovoj metodi, razvijene su generacije instrumenata koji su jeftiniji od dostupnih uređaja, a po performansama su konkurentni, i u nekim slučajevima i bolji. Predmet ovog rada je analiza potrošnje električne energije i procena mogućnosti uštede 4

primenom instrumenta VMP-20, koji spada u prvu generaciju uređaja zasnovanih na stohastičkoj digitalnoj mernoj metodi.

1.1.

Postavka problema

U cilju povećanja energetske efikasnosti menadžment firme ,,Elektroporcelan“ iz Aranđelovca se obratio stručnjacima sa Katedre za električna merenja Fakulteta tehničkih nauka iz Novog Sada. Glavni problem je velika potrošnja električne energije, zapravo visok udeo troškova u koji ulazi i potrošnja električne energije u cenu gotovog proizvoda. Uvidom u račun za potrošnju električne energije uočena su dva glavna problema:  

Veliko angažovanje vršne snage, Velika potrošnja reaktivne energije.

Na osnovu ova dva glavna problema trebalo je izraditi rešenje kojim bi se isti predupredili. Krenulo se u analizu iz dva pravca. Prvi je podrazumevao detaljnu analizu računa za potrošnju električne energije u poslednjih godinu i po dana, a drugi postavljanje instrumenata za merenje parametara potrošnje električne energije. Takođe se pristupilo i praćenju proizvodnje u fabrici radi snimanja profila potrošača kao i njihove angažovanosti u toku proizvodnje. Pri završetku pomenutih analiza potrošnje električne energije trebalo je uporediti ih i dati predloge za rešenje aktuelnih problema. Kao razlog za veliko angažovanje vršne snage uočen je rad u jednoj smeni i grejanje pretežno na električne peći u zimskom periodu. Veliki udeo reaktivne energije u potrošnji proizilazi iz pretežno motornog pogona, predimenzionisanih motora, i nepostojanja ispravne kompenzacije. Na osnovu detaljne analize merenjem dat je predlog kompenzacije reaktivne energije o kome će više biti reči u narednim poglavljima ovog rada. U okviru ovog rada urađena je i analiza kvaliteta električne energije po normi EN 50160, da se vidi koliko kvalitetno napajanje fabrike obezbeđuje lokalna elektrodistribucija. U okviru ove analize praćeni su :   

napon, frekvencija, harmonici napona (THD faktor napona).

Analiza pomenutih parametara takođe je opisana u narednim poglavljima rada.

5

1.2.

Standardni pristup i standardna oprema

Prvo upoznavanje s pogonima fabrike ,,Elektroporcelan“ podrazumevao je detaljno upoznavanje sa jednopolnom šemom razvoda elektroinstalacija fabrike. Tako su razmatrana mesta na kojima treba instalirati mernu opremu. Pošto je fabrika podeljena na dve fabrike: ,,ALI“ i ,,ELP“, a merno mesto je samo jedno, doneta je odluka da se meri u glavnoj trafostanici broj 1 u kojoj se i nalazi merno mesto sa digitalnom mernom grupom. Trafostanica je 10 kV/ 0.4 kV, što znači da se meri na srednjem naponu. Merenje u trafostanici je dvosistemsko, sa naponskim transformatorima 10000 V/ 100 V, i strujnim reduktorima 2 x 75 A / 5 A. Moderne digitalne merne grupe mogu sasvim korektno poslužiti za određivanje nama potrebnih parametara. U konkretnom primeru koristi se DMG2 merna grupa proizvođača ,,ENEL“, Beograd. Ova transformatorska trofazna merna grupa meri aktivnu energiju u klasi 0.5, reaktivnu u klasi 2 i maksimum srednje aktivne 15-minutne snage u klasi 1 u poluindirektnoj četvorožičnoj vezi 3x230/400 V, 5 A ili u indirektnoj četvorožičnoj/ trožičnoj vezi 3x58/100 V, 5 A sa do četiri tarife. Brojilo sadrži vremensku napravu koja generiše 15-minutni interval za kontrolu merača maksimuma. Ono sadrži optički port koji služi za programiranje i očitavanje brojila i ugrađenih uklopnih naprava. Komunikacija se obavlja pomoću softvera DB2Fservis. Jednopolna šema glavne trafostanice (TS1- 10 kV strana) prikazana je na slici 1.1.

Slika 1.1- Jednopolna šema TS1 (10 kV strana)

6

Izgled merne grupe prikazan je na slici 1.2.

Slika 1.2- Trofazna digitalna merna grupa DMG2 Šema veze brojila za dvosistemsko merenje prikazana je na slici 1.3.

Slika 1.3- Šema veze DMG2 merne grupe

7

Tehničke karakteristike merne grupe date su u tabeli 1.1. Tabela 1.1- tehničke karakteristike DMG2 merne grupe Nominalni napon Vn 3x58/100V; 2x100V (+15%, -20%) Nominalna frekvencija fn 50 Hz Bazna struja IB 5A Maksimalna struja IM 5A Prag merenja < 5mA po fazi optokaplovan Potrošnja: naponsko kolo pri V n < 1 W (9 VA) po fazi Potrošnja: strujno kolo <0.5 VA po fazi Ispitni napon 4 kV, 50 Hz, 1 minut Prenaponska zaštita 6 kV, 1.2/50 µs Temperaturski opseg rada -20˚C, +70˚C Relativna vlažnost ambijenta < 90% Dimenzije kućišta 250.5x170.0x65.3 mm Otvor za provodnik na stezaljci 6.5 mm Težina 1.0 kg Optički port IEC61107, Mode Klasa tačnosti (aktivna energija) 0.5 ili 1 Klasa tačnosti (reaktivna energija) 2 ili 3 Klasa tačnosti (pokazivač maksimuma) 1 Merni period za merenje maksimuma srednje 15 minuta snage Vreme isključenja 9s

Standardan pristup podrazumeva kačenje odgovarajućih izvoda instrumenata na strujne i naponske transformatore i merenje potrebnih parametara u unapred određenom intervalu. Za praćenje potrošnje interval može biti: 1 dan, 7 dana, 30 dana. Vremenski interval merenja zavisi od načina rada preduzeća. Što se duže meri rezultati su pouzdaniji. Ukoliko firma ima ustaljen režim proizvodnje može se meriti i 1 dan, mada se to ne preporučuje. Najbolje je meriti jednu tipičnu radnu nedelju, i onda izvesti zaključke na osnovu rezultata. Pošto je merenje u trafostanici preduzeća ,,Elektroporcelan“ dvosistemsko, ne možemo meriti trofazno. Mi možemo dobiti podatke o dva linijska napona i dve fazne struje. Pošto nam linijski naponi ovde nisu od značaja naš instrument moramo vezati u Aronov spoj da bi dobili dva fazna napona, a treći fazni napon ćemo dobiti kao aritmetičku sredinu prva dva. Za merenja koja su nama od značaja mogu se koristiti analizatori snage (monofazni, trofazni), moderne digitalne merne grupe, analizatori mreže. Neki od najpoznatijih instrumenata su:

8

     

,,Elspec G4400“, ,,Lem-TOPAS 1000“, ,,Circutor AR5“, ,,Fluke MEMOBOX 800“, ,,Chauvin Arnoux C.A 8350“, ,,Kyoritsu KEW 6310“.

Ovi instrumenti imaju širok spektar primene i potreba za njima je različita. Ako korisnik želi da u isto vreme ima i merilo kvaliteta električne energije i digitalni snimač grešaka (fault recorder) on će se verovatno opredeliti za ,,Elspec G4400“, koji predstavlja pravo čudo od tehnike. Nešto manje zahtevni korisnici neće biti srećni zbog cene Elspec-a koja je oko 11500 $, već će se verovatno odlučiti za AR5 od Circutor-a čija je cena oko 2500 $. I ovde važi čuvena izreka ,,Koliko para toliko muzike‘‘. Mi smo se za naša merenja opredelili za instrument VMP-20, koji je razvijen na Katedri za električna merenja pre petnaestak godina. Nezahvalno bi bilo porediti ovaj instrument sa prethodno pomenutim jer on pre svega predstavlja višefunkcijsko merilo, a ne analizator kvaliteta električne energije, ali u merenjima kojima se mi ovde bavimo ovaj instrument ima i neke bolje karakteristike od prethodnika. Opis i karakteristike najčešće upotrebljavanih instrumenata za ovakva merenje su prikazani u tabeli 1.2.

Tabela 1.2- karakteristike najčešće korišćenih analizatora snage Proizvođač CIRCUTOR LEM (FLUKE) CHAUVIN ARNOUX Tip instrumenta AR 5 MEMOBOX 300 C.A 8350 slika

Broj naponskih ulaza Broj strujnih ulaza Merenje napona RMS fazni napon, RMS međufazni napon

3

1i3

4

3

1,3,4

4

Izbor jednog ili Izbor spoja trougao drugog prilikom merenja

LEM (FLUKE) TOPAS 1000

8,25,40 ulaza koji se mogu podesiti kao naponski i strujni ili

zvezda Meri i prikazuje obe vrednosti

9

THD U harmonička analiza Događaji na naponu prema normi EN50160

Harmonijska Harmonijska analiza do 50. analiza do 50. harmonika harmonika Beleži broj događaja, razvrstavanje u odnosu na trajanje i krajnje vrednosti

Harmonijska analiza do 50. harmonika Beleži broj događaja, razvrstavanje u odnosu na trajanje i krajnje vrednosti

Frekvencija Merenje struje RMS fazne struje Struja u neutralnom provodniku THD I harmonička analiza Parametri snage Aktivna, reaktivna, prividna snaga Faktor snage, cos F

Da

Da

Da

Da -

Da Da Samo kod verzije Da sa 4 strujna ulaza

Proizvođač

Harmonijska analiza do 50. harmonika Beleži broj događaja, razvrstavanje u odnosu na trajanje i krajnje vrednosti. Može dati i osciloskopski prikaz i RMS vrednosti događaja Da Da da

Analiza do 50. Funkcija P meri Analiza do 50. Analiza do 50. komponente THD I komponente komponente

Da

Indikacija vrednosti predznakom CIRCUTOR

Tip instrumenta AR 5 Posebne karakteristike Napajanje 230 V~ ± 15 % Upotreba Spoljno fleksibilnih napajanje strujnih senzora (rogowskykalem)

Da

Da

Indikacija Indikacija s vrednosti s vrednosti predznakom predznakom LEM (FLUKE) CHAUVIN ARNOUX MEMOBOX 300 C.A 8350

Da

Indikacija s vrednosti s predznakom LEM (FLUKE) TOPAS 1000

88...265 V~ 180...265 V~ 100...240 V~ Bez spoljnog Bez spoljnog Bez spoljnog napajanja napajanja napajanja

10

Kapacitet memorije

1 MB

Komunikacija sa RS-232 PC-jem

1.3.

2/4 MB

Tvrdi disk 2 GB

RS-232

USB 2x

Tvrdi disk 0.5 GB, opciono 2 GB Ethernet/ RS-232

Ideja primene instrumenta VMP 20

Iako danas postoji čitava gama moćnih instrumenata koji su pomenuti u prethodnom poglavlju, mi smo se odlučili da za ovaj projekat upotrebimo monofazni instrument VMP 20. Bez obzira što je instrument starije generacije, njegova prednost je što prikazuje izmerene parametre na svaku sekundu i što ima vrlo finu rezoluciju. Ideja je da se merenje vrši u glavnoj trafostanici 10 kV/ 0.4 kV (TS1) fabrike na 10 kV strani. Merenje je dvisistemsko sa strujnim reduktorima 2*75 A/ 5A i naponskim transformatorima 10000 V/ 100V. Pošto je instrument VMP 20 monofazan povezivanjem njegovog naponskog kraja na sekundar naponskog mernog transformatora merili bi linijski napon od 100 V. Vezom strujnog kraja VMP-a sa strujnim reduktorima merili bi fazne struje. Tu nastaje problem sa proračunom snage jer ugao nije ugao između faznog napona i fazne struje, već između linijskog napona i fazne struje. Da bi se ovaj problem rešio pribeglo se jednom poznatom rešenju. Treba napraviti virtuelnu nulu i nju iskoristiti za vezivanje instrumenta. Za virtuelnu nulu nam je bilo potrebno tri metalslojna otpornika 47 kΩ sa tolerancijom 1% i snagom 0.25 W. Primenom virtuelne nule dobijamo fazne napone na koje možemo vezati naš instrument. Ti fazni naponi su reda 57.8 V. Vrlo je bitno da otpornici budu sa tolerancijom 1% da bi dobijeni fazni naponi bili što približnije vrednosti. Do pregrevanja otpornika neće doći jer je snaga koja se razvija na njima: =

=

57.8 = 0.07 . 47000

11

Šema veze prikazana je na slici 1.4.

L3

L2 U2

100V

100V U1

U3 47

57.8 V

47

kΩ

L1

kΩ

100V

Naponski ulaz VMP 20

Slika 1.4- Šema veze instrumenta VMP 20 Naponi L1, L2, i L3, predstavljaju linijske napone sekundara naponskog mernog transformatora, dok su U1, U2, U3, fazni naponi. Pošto je jedan kraj sekundara naponskog mernog transformatora uzemljen, u samom zvezdištu (virtuelna nula) nemamo 0 V već približno 57.8 V. Naponi koje mi merimo su približno 100 /√3 = 57.8 .

12

2. Instrument VMP 20 2.1.

Uvod

Instrument VMP-20 predstavlja višefunkcijsko merilo razvijeno na katedri za električna merenja, Fakulteta tehničkih nauka 1996. godine. Merilo meri i prikazuje na svom ekranu četiri veličine: efektivnu vrednost napona, efektivnu vrednost struje, aktivnu snagu i faktor snage. Kada se priključi na računar, uz pomoć softvera VMP CALC Ver 4.0, instrument meri i prikazuje: frekvenciju, moduo impedanse, reaktivnu snagu, prividnu snagu, aktivnu energiju i reaktivnu energiju. Postoje i novije verzije softvera koje predviđaju mogućnost merenja i vršne snage. Instrument dozvoljava merenje veličina više od 10 puta u sekundi, a tačnost mu je 0,1% od očitane vrednosti. I tačnost i brzina dozvoljavaju efikasno snimanje veličina u elektrodistributivnoj mreži. Napajanje istrumenta je 220V, 50Hz. Uređaj ima dva ulaza: strujni i naponski (oba su ,,plivajuća‘‘). Opsege napona i struje instrument bira automatski. Ovaj instrument poseduje rešenje o odobrenju tipa merila, koje važi do 3.4.2011. godine.

2.2.

Merne metode

2.2.1. Merenja u tački Pod današnjim merenjima, podrazumevaju se diskretna digitalna merenja, odnosno merenja u tački. 1 Ovakav tip merenja u svetu je poznat pod nazivom sempling metoda. Primenom ove metode javljaju se dva uzroka sistematske greške: diskretizacija po vremenu i diskretizacija po vrednosti. Da bi se diskretizacija po vremenu eliminisala kao uzrok sistematske greške, moraju se ispuniti uslovi teoreme o odabiranju. Diskretizacija po vrednosti uvek prouzrokuje sistematsku grešku, koju nije moguće eliminisati, ali ju je moguće pod određenim uslovima svesti na prihvatljivu meru. Suština sempling metode je sledeća: u teorijski beskrajno kratkom vremenskom intervalu, praktično u trenutku, se uzme uzorak analogne merene veličine i u intervalu vremena Δt se uređajem koji se zove A/D konvertor pretvori u broj. Važi: 1 = =2 Δ gde je fg najviša učestanost koja se javlja u merenom signalu, odnosno gornja granica frekventnog opsega merenog signala. Važno je da Δt bude što manje. Za izbor A/D konvertora kao logično rešenje zbog svoje brzine nameću se fleš A/D konvertori kod kojih je Δt ≈ 1ns. Problem koji se javlja je mala rezolucija fleš A/D konvertora. Rezolucija od desetak bita je 1

Vladimir Vujičić,Ivan Župunski, Bojan Vujičić, Zoran Mitrović, “Analiza primene stohastičke digitalne merne metode“, FTN, Novi Sad, 2010.

13

maksimalna, a u skladu sa tim i merna nesigurnost. Mana fleš A/D konvertora je što se sa svakim novim bitom duplira hardver fleš A/D konvertora, što dovodi do povećanja izvora sistematskih grešaka. Sa ove tačke gledišta bolje je koristiti fleš A/D konvertor sa manje bita, ali i tada postoji problem. Problem A/D konvertora male rezolucije (ispod sedam bita) je što tada ne važi Benetov model greške kvantizacije, pa se greška kvantizacije ne može tretirati kao uniformni beli šum i to postaje ozbiljan i teorijski i praktični problem. Osnovni problem merenja u tački je izrazita netačnost na visokim frekvencijama. Ovo se objašnjava time što su precizni i tačni A/D konvertori spori, a brzi A/D konvertori su neprecizni i netačni. Drugi problem merenja u tački je estimacija signala u šumu i teorijski pristup ne uzima u obzir grešku kvantizacije. Pošto se pokazalo da se signal bolje procenjuje u šumu kada je učestanost semplovanja viša, i ovde se kao logično rešenje nude brzi A/D konvertori. Treći problem je što velika rezolucija fleš A/D konvertora znači komplikovaniji hardver, a samim tim i više izvora sistematskih grešaka, pa se kao logično rešenje nameće upotreba fleš A/D konvertora manje rezolucije. Tada se izvori sistematske greške drže pod kontrolom, postiže se velika brzina, a i linearnost i tačnost. Većina nedostataka sempling metode eliminiše se kada merenu veličinu posmatramo na nekom konačnom intervalu, to jest kada primenimo metodu merenja na intervalu.

2.2.2. Merenja na intervalu Metoda merenja na intervalu može da eliminiše ograničenja merenja u tački, a da pri tome sačuva sve prednosti merenja u tački. 2 Prednosti merenja na intervalu: - merenje na visokim učestanostima, - merenje zašumljenih signala, - visoka linearnost i tačnost merenja. Metoda merenja na intervalu predstavlja dopunu merenja u tački, ona se vrše A/D konvertorima kratke reči, fleš A/D konvertorima čija je učestanost odmeravanja vrlo visoka. Ulaznom signalu se dodaje diter uniformne raspodele srednje vrednosti 0, u opsegu kvanta fleš A/D konvertora. Na ovaj način se eliminiše uticaj greške kvantizacije. Greška kvantizacije tada zadovoljava uslove Centralne granične teoreme i Teorije uzoraka kada se meri srednja vrednost signala na intervalu. Standardna devijacija greške kvantizacije opada sa kvadratnim korenom iz broja odmeraka u intervalu. Pristup merenja na intervalu realizovan je u tri generacije mernih instrumenata. Jedan od njih je i VMP-20. Ova merna metoda nazvana je stohastičkom digitalnom mernom metodom. U zavisnosti od toga kakve signale merimo postoji više varijanti ove metode.

2

Vladimir Vujičić,Ivan Župunski, Bojan Vujičić, Zoran Mitrović, “Analiza primene stohastičke digitalne merne metode“, FTN, Novi Sad, 2010.

14

2.2.2.1.

SAADK-1G

Osnova za funkcionisanje ove metode je stohastički diter.

Slika 2.1- Diterovanje signala na ulazu u A/D konvertor Na slici je prikazan stohastički adicioni A/D konvertor sa jednim generatorom slučajnog napona. On se sastoji iz analognog sabirača i uniformnog kvantizera. Ulazni signal na kvantizeru je unutar njegovog opsega, gde je y = c konstantan napon, a h slučajni signal koji ispunjava uslove Widraw-a: |ℎ| ≤

i

(ℎ ) =

gde je a – kvant A/D konvertora, a p(h) – funkcija gustine raspodele verovatnoće signala h. Ψ – predstavlja slučajnu promenjivu koja uzima vrednosti (n+1)a kad je y+h veće od gornjeg praga odlučivanja, odnosno na kad je manje od njega. Neka se meri velik broj (N) vrednosti Ψn koje se uprosečavaju u vremenu. Tada je izlaz konvertora, matematičko očekivanje Ψ=

1

Ψ = n ∗ P [ n ] + (n + 1) ∗

[( + 1) ]

Kada N → ∞, tj. kada merenje traje beskonačno dugo, greška konverzije je jednaka nuli. U realnosti Ψ ima varijansu koja predstavlja apsolutnu grešku merenja. Neka je greška pojedinačnog uzorkovanja e = Ψ – y. Ako za pojedinačne odmerke Ψ važi da im je treći centralni moment ograničen, tada se mogu primeniti centralna granična teorema i teorija uzoraka, pa će važiti da je = pri čemu je =(

−

) =(

− ) =

.

15

Grafik kvadrata apsolutne greške prikazan je na slici ispod:

Slika 2.2-Grafik greške višebitnog SAADK-1g

Merenje je precizno kada imamo veliki broj odmeraka i kada je mereni signal blizu kvantnog nivoa. Najveća greška je kada se mereni signal nalazi na polovini kvantnog nivoa. Minimalna konfiguracija konvertora je nazvana stohastički adicioni A/D konvertor sa jednim generatorom slučajnog napona, i data je na slici 2.3. Na slici je takođe prikazan i ograničavač nivoa koji je upotrebljen u instrumentu VMP-20.

y=f(t) +

+ -

ON

b1



h + -

g

-g

ON

Brojač

b-1 takt

10 V; -10 V

reset

R 5 V; 0V

ON R

slika 2.3- Minimalna konfiguracija SAADK-1G i izgled ograničavača nivoa

16

Da bi mogli da koristimo dvobitni fleš A/D konvertor moraju da budu zadovoljeni određeni uslovi: | + ℎ| ≤ 3 , | |≤2 , |ℎ | ≤ , (ℎ ) = , gde je y mereni napon, g i –g su naponi pragova komparatora, h je uniformni slučajni napon, a p(h) je njegova funkcija gustine raspodele verovatnoće. Srednja vrednost sadržaja brojača, Ψ je: = ∑

≈

( ) .

∫

Ako je treći centralni moment ograničen važi: ∫ | ( )|

=

̅

− =

( )

∫

,

.

Postavlja se pitanje kako se ponaša greška merenja kada se mereni konstantni signal nalazi u okolini nule? Posmatrajmo relativnu grešku Γ merenja signala y=C→0. | |(

=

| |)

=

=

| | | |

Za svako C ≠ 0 važi da je lim

= lim

→ ,

| | → ,

| |

= 0.

Kada C → 0 važi: lim

→±

= lim

| | →±

| |

=

√

lim

→±

| |

− 1 = ∞.

17

Grafik relativne greške merenja za neko konačno N izgleda kao na slici 2.4.

Slika 2.4- Grafik relativne greške višebitnog SAADK-1G Na grafiku se jasno vidi da je greška najveća kada je mereni signal u okolini nule. 2.2.2.2.

SAADK-2G

Da bi se pristupilo ozbiljnim merenjima, kakva su merenja u elektroenergetici, morala su da se izvrše poboljšanja SAADK. Za potrebe merenja efektivne vrednosti signala u složenoperiodičnom režimu razvijen je SAADK sa dva generatora slučajnog signala. Na ovom principu radi i instrument VMP-20. Razlika ovog pristupa u odnosu na prethodni je u još jednom dodatom generatoru slučajnog šuma. Da bi ovakav uređaj mogao da meri efektivnu vrednost signala proizvoljnog oblika mora biti ispunjena teorema Bernštajna. To znači da signal koji se meri mora biti neprekidan u intervalu merenja. Da bi merenje imalo smisla moraju biti ispunjeni sledeći uslovi: |

=

( )| ≤ 2 ,

|

=

( )| ≤ 2 ,

|ℎ | ≤ , = 1,2 (ℎ ) =

, = 1,2.

18

Šema dvobitnog stohastičkog A/D konvertora sa dva generatora slučajnog šuma prikazana je na slici 2.5.

y1=f1(t) +

+ -

ON

b11

  1  2

h1

1 + -

ON

Nagore

b-11 Brojač



y2=f2(t) +

+ -

ON

h2

b12 Nadole

2 + -

g

ON

b-12

-g

takt

reset

Slika 2.5- Šema dvobitnog SAADK sa dva generatora Izlaz iz instrumenta će biti: = (2 )

〈

č〉

=

∫

( )

( ) .

Varijansa pojedinačnog merenja je: =

(

)

∫ | ( ) ( )|

−

∫

( ) ( )

.

Kada je treći centralni moment veličine Ψ ograničen, važe Centralna granična teorema i Teorija uzoraka, pa je greška izlazne veličine Ψ, a ujedno i greška merenja: =

.

Ovakav instrument meri srednju vrednost proizvoda ulaznih funkcija. To znači da se on može koristiti za merenje prave efektivne vrednosti stvarnog signala bilo kog oblika kada je y1 = y2, ili da meri snagu i energiju kada je y1 ≠ y2.

19

2.3.

Metrološke karakteristike instrumenta VMP 20

Metrološke karakteristike instrumenta VMP-20 su date u tabelama 2.1 i 2.2, i nalaze se u prilogu rešenja o odobrenju tipa merila, broj: 2/4-02-3530/01. Tabela 2.1- Klase tačnosti instrumenta VMP-20 Tip instrumenta Merena veličina Klasa tačnosti Napon 0,5 VMP-20 Struja 0,5 Snaga 1 Faktor snage 2,5 Tabela 2.2- Merni opseg instrumenta VMP-20 Tip instrumenta Merena veličina Napon VMP-20 Struja Snaga Faktor snage

2.4.

Opseg 400 V 5A 2000 W -1 ... +1

Funkcionisanje instrumenta VMP 20

Kao što je u uvodu već rečeno instrument ima dva izolovana i međusobno galvanski odvojena ulaza. To su naponski i strujni ulaz. Naponski ulaz ima veliku unutrašnju otpornost koja iznosi (3 ± 0,3 ) MΩ. Na strujnom ulazu unutrašnja otpornost iznosi (100 ± 10) μΩ. Instrument se napaja mrežnim naponom 220 V frekvencije 50 Hz. Očitavanje vrednosti merenih veličina se može vršiti na displeju samog instrumenta, ali je preglednije to raditi na PC računaru, gde možemo očitavati više veličina. Komunikacija sa PC računarom je ostvarena preko serijske RS232 veze, za šta postoji poseban priključak koji je galvanski odvojen. Interval merenja signala je 2 s, a u softveru je podešeno da korisnik dobija vrednosti na svaku sekundu. Frekvencijski propusni opseg je 200 Hz, za koji su date klase tačnosti za određene veličine.

20

MAGISTRALA

Blok šema instrumenta prikazana je na slici 2.6.

Slika 2.6- Blok šema instrumenta VMP-20 2.4.1. Merenje struje Za merenje struje predviđen je strujni ulaz gde se nalazi strujni merni transformator. Iza se nalazi blok za kondicioniranje mernog signala, pretvaranje signala u napon i odvođenje na dva paralelna A/D konvertora. Kao što je već opisano u odeljku merne metode, upotrebljeni su fleš A/D konvertori. Izlazi sa A/D konvertora se vode na množač akumulator koji sračunava digitalnu vrednost kvadrata prave efektivne vrednosti. Merenje se obavlja u 100 perioda merene struje. 2.4.2. Merenje napona Napon se meri na naponskom ulazu preko naponskog razdelnika. Iza njega se nalazi blok za kondicioniranje naponskog signala i odvođenje mernog signala na dva paralelna fleš A/D konvertora. Kao i kod strujnog ulaza i ovde se izlazi sa A/D konvertora vode na množač akumulator koji sračunava digitalnu vrednost kvadrata prave efektivne vrednosti. Ovde se takođe koristi 100 perioda merenog napona.

21

2.4.3. Merenje snage Snaga se meri tako što se sa po jednog A/D konvertora sa naponskog i strujnog ulaza izmerene digitalne vrednosti vode na množač akumulator (množač akumulator koji se nalazi u sredini na slici koja predstavlja blok šemu) koji sračunava digitalnu vrednost srednje snage. 2.4.4. Uloga mikrokontrolera Uloga mikrokontrolera je da u intervalu merenja od 2 s deli sadržaj sva tri množača akumulatora sa brojem odmeraka. Računa kvadratni koren iz kvadrata efektivnih vrednosti napona i struje, i na kraju vremena vraća na nulu množače akumulatore, sinhronizuje proces merenja, i automatski podešava nivo ulaznih signala na blokovima za kondicioniranje. Jedna od bitnih stvari ovog uređaja su i naponski izvori signala (5 V i ±15 V). Povećavanje rezolucije fleš A/D konvertora sa 2 bita na 11 bita se vrši pomoću dva generatora slučajnih, međusobno nekorelisanih napona u opsegu ±2,5 V. Izled instrumenta dat je na slici 2.7.

Slika 2.7- Pogled na instrument VMP-20 sa prednje strane

22

Izgled zadnje strane instrumenta sa priključcima za napajanje, RS-232 komunikaciju, naponski i strujni ulazi.

Slika 2.8- Pogled na instrument VMP-20 sa zadnje strane

23

2.5.

Karakteristike

Glavna prednost ovog instrumenta je jednostavan hardver i jednostavna implementacija paralelnih merenja. Ova ideja je veoma pogodna za primenu u višekanalnim merenjima efektivne vrednosti, snage i energije. Zbog svoje jednostavnosti, integracija višekanalnog instrumenta u jedno integrisano kolo je vrlo jednostavna. Uz pomoć lako dostupnog i jeftinog mikroprocesora može se realizovati instrument koji je superioran u pogledu brzine i rezolucije, a konkurentan u pogledu tačnosti sa standardnim digitalnim uređajima mnogo veće kompleksnosti i cene. Neke od mogućnosti za upotrebu instrumenta VMP-20 su nabrojane u nastavku:  Ekspertiza potrošnje monofaznih potrošača,  Ekspertiza potrošnje trofaznih potrošača bez nultog voda (koriste se dva instrumenta VMP-20 vezana u Aronov spoj),  Ekspertiza trofaznih potrošača sa nultim vodom (koriste se tri instrumenta VMP-20),  S obzirom da instrument meri izobličene talasne oblike, on može da služi za kontrolu gore navedenih parametara nelinearnih potrošača kao što su PWM invertori, razni tiristorski regulatori i drugi nelinearni potrošači, koji se sreću u regulisanim elektromotornim pogonima (u valjaonicama čelika, lokomotivama na električni pogon, elektromobilima, itd.),  Dalja primena je u kontroli kvaliteta remontovanih ili novih transformatora, indukcionih motora, prigušnica, itd.  S obzirom na tačnost instrumenta, 0,1% od domašaja + 0,1% od očitane vrednosti, on može da se koristi za kontrolu brojila u elektrodistributivnoj mreži,  Može da se koristi za pogonska merenja kod velikih potrošača snage i energije (ispitan je u trafo stanicama 110 kV i 400 kV i pokazao je potpunu pouzdanost i potvrdio je definisane performanse),  Instrument može da se koristi za on-line monitoring svih gore navedenih veličina u svrhu upravljanja potrošnjom snage ili energije, odnosno ograničenja ili samo konstatovanja nekih iz skupa gore nabrojanih veličina,  Iako nije konstruisan kao analizator kvaliteta električne energije, može da posluži za merenje nekih parametara koji su opisani u standardu EN 50160,  Instrumentom se može meriti otpornost petlje,  Uz pomoć generatora signala frekvecije 136 Hz, ovaj instrument može meriti otpornosti reda otpornosti uzemljenja (merenje otpornosti uzemljenja UI metodom).

24

2.6.

Softverska podrška instrumentu VMP 20

Da bi se moglo izvršiti prikupljanje i obrada podataka izmerenih instrumentom VMP 20 potrebna je odgovarajuća softverska podrška. Dva programa nam to omogućavaju: VMP Data Logger i VMP Calc. VMP Data Logger je program koji prihvata podatke od instrumenta VMP 20 u realnom vremenu i smešta ih u bazu. Program pruža mogućnost pregleda trenutnih merenih vrednosti, pregled vrednosti iz baze podataka i formiranje grafika sa merenim podacima.

Slika 2.9- Izgled prozora programa VMP Data Logger u režimu prikupljanja podataka

Slika 2.10- Izgled prozora programa VMP Data Logger u režimu listanja baze 25

Slika 2.11- Izgled prozora programa VMP Data Logger u režimu prikaza grafika merenih parametara VMP Calc je program koji služi za prihvatanje podataka iz baze i obavljanje dalje obrade. Osim obrade podataka, podaci se mogu izvoziti u Microsoft Excel tabele sa grafikonima. Takođe se mogu generisati izveštaji u programu Notepad sa najbitnijim parametrima. Program omogućava merenje srednje vrednosti, minimuma, maksimuma, standardne devijacije:       

Napona (Usr, Umin, Umax, Usdv u V), Struje (Isr, Imin, Imax, Isdv u A), Aktivne snage (Psr, Pmin, Pmax, Psdv u W), Reaktivne snage (Qsr, Qmin, Qmax, Qsdv u VAr), Prividne snage (Ssr, Smin, Smax, Ssdv u VA), Frekvencije (Fsr, Fmin, Fmax, Fsdv u Hz), Faktora snage, cos ,

kao i vršne vrednosti struje (Ivrs), aktivne snage (Pvrs), reaktivne snage (Qvrs), prividne snage (Svrs). Aplikacija koristi Firebird tip baze podataka sa integrisanim klijent/server rešenjem, dakle nema potrebe za instaliranjem servera baze podataka. 26

Slika 2.12- Izgled osnovnog prozora programa VMP Calc

Slika 2.13 Izgled izveštaja koje program VMP Calc kreira u programu Notepad 27

3. Tipični industrijski potrošači u fabrici ,,Elektroporcelan“ ,,Elektroporcelan“ je preduzeće koje se bavi proizvodnjom proizvoda od porcelana, steatita i kordijerita. Iz proizvodnog programa treba pomenuti:          

Izolatore za nadzemne vodove radnog napona do 1 kV, Izolatori za nadzemne vodove radnog napona iznad 1 kV, Izolatori za telekomunikacijske nadzemne vodove, Izolatori za razvodna postrojenja, aparate i uređaje radnog napona iznad 1 kV, Izolatori za nadzemne vodove za električnu vuču, Visokonaponski osigurači, Niskonaponski osigurači, Termotehnička i visokofrekventna keramika, Tehnički porcelan, Laboratorijsko posuđe.

Slika 3.1- Fabrika ,,Elektroporcelan“

28

Proizvodnja izolatora, koji predstavlja osnovni proizvod preduzeća, sastoji se iz sledećih procesa: 

Faza pripreme mase (dobijanje pogača-mase na filter presama. Kasnije se na vakuum presama dobija vakumirana masa, od koje se obradom na raznim mašinama za oblikovanje dobijaju izolatori),  Faza oblikovanja (obrada na horizontalnim mašinama, vertikalnim fotokopirkama i keramičkim vretenima, livenje u gipsanim formama),  Faza sušenja (dobijanje izolacionih tela- izolatora sa vlagom ispod 0.5% u programiranim sušarama),  Faza glaziranja (poboljšavaju se mehaničke, fizičke i električne osobine izolatora),  Faza pečenja (vrši se na temperaturi od 1260˚C do 1360˚C na kojima se pretvara sirovi materijal u keramičke proizvode),  Faza obrade posle pečenja (vrši se odsecanje, fino čeono brušenje, brušenje unutrašnjih površina),  Faza montaže (povezuju se porcelan i metalni delovi određenim vezivnim sredstvom),  Faza ispitivanja gotovog proizvoda (ispitivanje pre svega na mehaničke i električne osobine u visokonaponskoj laboratoriji). U fabrici su najveći potrošači elektromotori (pre svega asinhroni motori) koji su u sastavu mašina koje učestvuju u malopre pomenutim procesima proizvodnje. Najozbiljniji potrošači su:  Kompresor koji snabdeva fabriku vazduhom (snaga 160 kW),  Komorne peći za pečenje keramike (ukupna snaga motora 50 kW),  Masa mlinovi (snaga motora 20 kW),  Potisne peći (ukupna snaga motora 20 kW)... Osim kompresora koji je jedan, ostalih mašina ima više.

Slika 3.2- Masa mlinovi (levo), sušara (desno) 29

Slika 3.3- Vakum presa (levo), kopir strug (desno)

Slika 3.4- Komorna peć sa motorima od primarnog vazduha i sekundarnog vazduha Fabrika je podeljena na dva dela: ,,ALI“ i ,,ELP“, koji se pretežno napajaju iz TS3, odnosno TSELP. Da bi imali uvid u potrošnju cele fabrike i angažovanje reaktivne i vršne snage, mi smo se odlučili za merenje u glavnoj trafostanici, TS1, koja napaja ostale trafostanice i gde se nalazi glavno merno mesto. Pošto su glavni potrošači pretežno trofazni asinhroni motori, faktor nesimetrije bi trebao biti reda par % pa se ne čini velika greška merenjem potrebnih parametara monofaznim instrumentom kakav je naš VMP 20. Pošto u fabrici ne postoji tipična radna nedelja, vreme merenja je usaglašavano sa radom većine većih potrošača.

Slika 3.5- VMP 20 u TS1 30

4. Merenje i ocena uštede reaktivne snage 4.1.

Uvod o reaktivnoj snazi

Induktivni potrošači (jednofazni i trofazni asinhroni motori, transformatori, prigušnice, fluo rasveta,...) u toku rada iz mreže povlače pored aktivne snage koja se pretvara u koristan rad i reaktivnu snagu koja se koristi za stvaranje magnetnog polja. Za razliku od aktivne energije koja se trajno troši u potrošaču, reaktivna osciluje između izvora i potrošača. Prisustvo reaktivne energije u sistemu ima negativne posledice – iako ne vrši koristan rad, reaktivna energija opterećuje prenosne vodove. Prividna snaga nekog sistema je vektorski zbir aktivne i reaktivne energije sistema.

Slika 4.1- Trougao snaga: P- Aktivna snaga, Q- Reaktivna snaga, S- Prividna snaga, θ (koristi se i oznaka )- Ugao snage, cos predstavlja faktor snage Što je manja reaktivna snaga potrošača, manja je i prividna snaga, a samim tim je manja i struja koja teče priključnim kablovima. Kao rezultat toga, povećava se prenosna moć kabla, odnosno istim presekom kabla se može preneti veća aktivna snaga, smanjuje se zagrevanje kabla pa se produžava životni vek izolacije, usled manje struje manji su padovi napona, pa se direktno utiče na pouzdan rad uređaja. Kao mera prisustva reaktivne energije u sistemu koristi se faktor snage (cosϕ). Faktor snage se definiše kao odnos aktivne i prividne snage nekog potrošača: cos

=

[

]

[

]

.

Maksimalna vrednost faktora snage iznosi cosϕ = 1, što znači da je prividna snaga jednaka aktivnoj, odnosno da potrošač ne zahteva reaktivnu energiju. Faktor snage cosϕ = 1 imaju čisto omski potrošači, razne vrste grejača i sijalice sa užarenim vlaknom. Svi ostali potrošači pri svom radu povlače reaktivnu energiju.

31

Reaktivna energija ima dva karaktera – induktivni i kapacitivni. Induktivni karakter imaju uređaji koji u sebi sadrže različite namotaje. U najvećem broju to su svakako asinhroni motori koji predstavljaju i najčešće potrošače električne energije u industrijskim pogonima. Kapacitivni karakter imaju potrošači koji predstavljaju kondenzatore različitih namena. Nepovoljno je prisustvo bilo koje vrste potrošača, bilo kapacitivnih bilo induktivnih. Potrošači induktivnog i kapacitivnog karaktera su suprotnog znaka, tj. uticaj potrošača induktivnog karaktera poništava se dodavanjem potrošača kapacitivnog karaktera. Elektrodistributivna preduzeća u Srbiji naplaćuju potrošnju reaktivne energije koju potrošači povlače iz mreže. Cena reaktivne energije predstavlja još jednu manu njenog prisustva kod potrošača. Mesečni trošak za reaktivnu energiju može biti znatan u zavisnosti od broja i veličine potrošača reaktivne energije u pogonu, odnosno od broja i snaga asinhronih motora u pogonu jer su to najveći potrošači u pogonu. Reaktivna energija potrebna za rad asinhronih motora se efikasno može obezbediti u samom pogonu dodavanjem potrebnog broja kondenzatorskih baterija, odnosno dodavanjem sistema za kompenzaciju reaktivne energije (ili sistem za popravak faktora snage). Na taj način je obezbeđena reaktivna energija za motore koja ne prolazi kroz brojila reaktivne energije (merne grupe) i tako direktno utiče na smanjenje mesečnih računa za struju, a samim tim i na ukupne troškove.

4.2.

Ocena uštede reaktivne energije na osnovu računa za utrošak električne energije

Pre planiranja načina merenja pristupilo se detaljnoj analizi računa za potrošnju električne energije za poslednjih 18 meseci. Analizom računa za 2010. godinu utvrđeno je da je srednji faktor snage cos sr≈0.62, s tim što u zimskim mesecima ide i do cos sr≈0.75 u februaru, a leti do cos sr≈0.48 u junu. Razlog za ovako drastičnu razliku u faktoru snage u letnjim i zimskim mesecima je način grejanja u fabrici. Fabrika se pretežno greje na struju (TA peći, kaloriferi, aktivni potrošači) što povećava potrošnju aktivne energije i daje nešto bolju sliku o faktoru snage. Faktor snage na osnovu računa za potrošnju električne energije se određuje iz formule: cos

= cos tan

,

gde je, Wq- potrošena reaktivna energija, a Wp- potrošena aktivna energija. Vrlo je zanimljivo to što je potrošnja reaktivne energije veća od potrošnje aktivne energije (osim u zimskim mesecima kada grejanje remeti analizu). Fabrika plaća penale elektrodistribuciji na osnovu prekomerne reaktivne energije (Wqpr) koja se računa kao:

.

=

2 ∗ 3

. 32

Najbitniji parametri koji su u vezi sa reaktivnom snagom izvučeni iz računa za potrošnju električne energije prikazani su u tabeli 4.1. Tabela 4.1- Potrošnja reaktivne energije po mesecima mesec januar 2010. februar 2010. mart 2010. april 2010. maj 2010. jun 2010. jul 2010. avgust 2010. septembar 2010. oktobar 2010. novembar 2010. decembar 2010. mart 2011. april 2011. maj 2011. jun 2011. jul 2011.

potrošnja reaktivne energije ukupno [kVArh] cos fi = 0.95 [kVArh] prek. reaktivna [kVArh] 161310 55951.31 105358.69 147000 54984.94 92015.06 183990 62262.35 121727.65 175320 44443.53 130876.47 199590 41218.98 158371.02 179790 32304.64 147485.36 208410 38398.73 170011.27 198540 38319.85 160220.15 227070 45863.51 181206.49 231000 66216.61 164783.38 230430 65605.23 164824.77 226680 87624.85 139055.15 155142 42107.46 113034.00 179913 36046.89 143866.11 187464 36065.62 151398.38 215643 33372.58 182270.42 186258 36524.16 149733.84

cena [rsd] 75628.50 67788.30 98257.10 98419.90 115063.90 105202.90 121643.20 115322.20 131238.00 127211.20 127041.60 117540.00 86197.70 134692.11 140966.75 165531.98 139772.61

cena prekomerne [rsd] cos Fisr 59738.37 0.73 52172.54 0.75 78149.15 0.72 84022.70 0.61 101674.19 0.53 94685.60 0.48 109147.23 0.49 103021.56 0.51 116515.77 0.52 105790.93 0.66 105982.33 0.65 89412.46 0.76 72680.86 0.64 119696.60 0.52 125963.45 0.50 151648.99 0.43 124578.55 0.51

Trend potrošnje reaktivne snage i faktor snage prikazani su na slikama ispod.

Slika 4.2- Trend potrošnje reaktivne energije

33

cos Fi jul 2011. jun 2011. maj 2011. april 2011. mart 2011. decembar 2010. novembar 2010. oktobar 2010. septembar 2010. avgust 2010. jul 2010. jun 2010. maj 2010. april 2010. mart 2010. februar 2010. januar 2010. 0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

Slika 4.3- Trend faktora snage Ako se obrati pažnja na cenu koštanja potrošene reaktivne energije za 2010. godinu dolazi se do cifre od oko 1300356 dinara. Od ove količine novca 1100312 dinara ide na prekormernu reaktivnu energiju. Potrošnja reaktivne energije je iznosila ukupno 2369130 kVArh, ili u proseku na mesečnom nivou oko 197427 kVArh. U prvih sedam meseci 2011. godine prosečna potrošnja reaktivne energije iznosi Wq= 204011.25 kVArh na mesečnom nivou, dok prosečan faktor snage iznosi cos sr=0.55. Pošto smo planirali da naše merenje vršimo u mesecu julu treba obratiti pažnju na parametre potrošnje za taj mesec da bi ih uporedili sa rezultatima dobijenih merenjem. Srednju reaktivnu snagu za mesec jul dobijamo kao: =

: 31

: 24ℎ = (186258

ℎ ∶ 31) ∶ 24ℎ = 250.35

.

Ovu reaktivnu energiju ne možemo u potpunosti kompenzovati. U praksi se često dešava slučaj kada su instalirane kondenzatorske baterije dovoljne snage a faktor snage retko bude veći od 0.95, a 0.98 bude naučna fantastika. Zato i ovde treba uzeti u obzir reaktivnu snagu kada je cos =0.95 znači pokušati sa kompenzacijom takozvane prekomerne reaktivne snage. Reaktivna snaga koju treba kompenzovati iznosi: .

=

: 31

: 24ℎ = (149733.842

ℎ: 31): 24ℎ = 201.25

, 34

gde je Wqpr- prekomerna reaktivna energija i može se pronaći u računu za potrošnju električne energije ili izračunati kao: = − 0.328 ∗ , gde je Wp- potrošena aktivna energija. Faktor snage za ovaj mesec iznosi cos =0.51 i može se odrediti prema izrazu: cos

= cos tan

.

Vrlo je zanimljivo to što je potrošnja reaktivne energije veća od potrošnje aktivne energije (osim u zimskim mesecima kada grejanje remeti analizu). Fabrika plaća penale elektrodistribuciji na osnovu prekomerne reaktivne energije. Na osnovu ovih podataka možemo zaključiti da u preduzeću ,,Elektroporcelan“ ne postoji oprema za kompenzaciju reaktivne energije, ili ako postoji nije u funkciji. Naš sledeći korak je merenje reaktivne snage radi dobijanja informacije o snazi koju trebamo kompenzovati.

4.3.

Merenje i ocena uštede reaktivne snage pomoću instrumenta VMP 20

Određivanje reaktivne snage koju treba kompenzovati pomoću računa za potrošnju reaktivne energije nije baš pouzdano, ali može poslužiti kao prvi korak u proceni moguće uštede. Dalji i najvažniji korak bio je merenje radi procene mogućnosti uštede. Način merenja monofaznim instrumentom je opisan u poglavlju ,,Ideja primene instrumenta VMP 20“. Instrument je bio priključen na PC računar za podršku i programom VMPLog zapisivani su podaci na disku. VMP 20 je merio efektivnu vrednost napona, efektivnu vrednost struje, aktivnu snagu i frekvenciju u fazi u kojoj je bio priključen. Učestanost beleženja podataka je jedanput u sekundi, a podaci su smeštani u bazu VMPLog.fdb. Iz baze podaci se izvoze u Excel gde se vrši dalja obrada podataka. Cilj je bio snimiti tipičnu radnu nedelju za dve faze (faza 1 i faza 3), što znači približno 168 sati. 4.3.1. Analiza u fazi 1 Izabrani vremenski period je od 12.7.2011. u 8:42:54 do 19.7.2011. u 12:26:26. Podaci koji su uvezeni iz baze podataka VMPLog.fdb u Excel, smešteni su u tabelu koja ima devet kolona:         

datum, vreme, efektivnu vrednost napona, efektivnu vrednost struje, aktivnu snagu, frekvenciju, reaktivnu snagu, prividnu snagu, faktor snage. 35

Primer prikaza bitnih rezultata za ovu analizu u Excel-u prikazan je u tabeli 4.2. Tabela 4.2- Prikaz rezultata u Excel-u DATUM 7/14/2011

VREME 09:04:44

U1 58.62

I1 1.2020

P1 25.77

F 50.01

Q 65.58

S 70.46

cos FI 0.365

7/14/2011

09:04:45

58.62

1.2020

25.77

50.01

65.58

70.46

0.365

7/14/2011

09:04:46

58.62

1.1940

25.6

50.01

65.14

69.99

0.365

7/14/2011

09:04:47

58.62

1.1940

25.6

50.01

65.14

69.99

0.365

7/14/2011

09:04:48

58.57

1.1980

25.44

50.02

65.39

70.17

0.362

7/14/2011

09:04:49

58.57

1.1980

25.44

50.02

65.39

70.17

0.362

7/14/2011

09:04:50

58.63

1.1990

25.77

50.01

65.40

70.30

0.366

7/14/2011

09:04:51

58.63

1.1990

25.77

50.01

65.40

70.30

0.366

7/14/2011

09:04:52

58.63

1.2010

26.11

50.01

65.39

70.41

0.370

7/14/2011

09:04:53

58.63

1.2010

26.11

50.01

65.39

70.41

0.370

7/14/2011

09:04:54

58.63

1.2010

25.94

50.01

65.46

70.41

0.368

7/14/2011

09:04:55

58.63

1.2010

25.94

50.01

65.46

70.41

0.368

7/14/2011

09:04:56

58.57

1.2030

25.94

50.02

65.51

70.46

0.368

7/14/2011

09:04:57

58.57

1.2030

25.94

50.02

65.51

70.46

0.368

7/14/2011

09:04:58

58.57

1.1720

27.28

50.01

62.99

68.64

0.397

7/14/2011

09:04:59

58.57

1.1720

27.28

50.01

62.99

68.64

0.397

7/14/2011

09:05:00

58.57

1.1700

27.45

50.02

62.79

68.53

0.400

7/14/2011

09:05:01

58.57

1.1700

27.45

50.02

62.79

68.53

0.400

7/14/2011

09:05:02

58.65

1.1680

27.41

50.02

62.78

68.50

0.400

Formula pomoću koje instrument VMP 20 računa reaktivnu snagu je: =√

∗

−

.

Merenjem se došlo do sledećih rezultata: Q1sr=34.772 * 3000 = 104316 VAr, Q1min=9.73 * 3000 = 29190 VAr, Q1max=96.69 * 3000 = 290070 VAr, Q1sdv=15.28 * 3000 = 45840 VAr, Q1vrs=77.02 * 3000 = 231060 VAr, gde je Q1sr- srednja vrednost reaktivne snage, Q1min- minimalna vrednost reaktivne snage, Q1maxmaksimalna vrednost reaktivne snage, Q1sdv- standardna devijacija reaktivne snage, Q1vrs- vršna vrednost reaktivne snage. Sve vrednosti se odnose na fazu 1. Vrednost 3000 predstavlja konstantu (proizvod prenosnog odnosa strujnog reduktora-30 i naponskog mernog trafoa-100) sa kojom se množe dobijene merne vrednosti. Grafici reaktivne snage i faktora snage monitoringa jednog dana prikazani su na slikama ispod. 36

08:35:11 08:51:51 09:08:31 09:25:11 09:41:51 09:58:31 10:15:11 10:31:51 10:48:31 11:05:11 11:21:51 11:38:31 11:55:11 12:11:51 12:28:31 12:45:11 13:01:51 13:18:31 13:35:11 13:51:51 14:08:31 14:25:11 14:41:51 14:58:31 15:15:11 15:31:51 15:48:31 16:05:11 16:21:51 16:38:31 08:35:11 08:52:26 09:09:41 09:26:56 09:44:11 10:01:26 10:18:41 10:35:56 10:53:11 11:10:26 11:27:41 11:44:56 12:02:11 12:19:26 12:36:41 12:53:56 13:11:11 13:28:26 13:45:41 14:02:56 14:20:11 14:37:26 14:54:41 15:11:56 15:29:11 15:46:26 16:03:41 16:20:56 16:38:11

Q

80.00

70.00

60.00

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.00

Slika 4.4- Snimak reaktivne snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 8:35:11 do 16:55:10 dana 18.7.2011. godine.

cos FI

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Slika 4.5- Snimak faktora snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 8:35:11 do 16:55:10 dana 18.7.2011. godine.

37

16:55:11 17:13:03 17:30:55 17:48:47 18:06:39 18:24:31 18:42:23 19:00:15 19:18:07 19:35:59 19:53:51 20:11:43 20:29:35 20:47:27 21:05:19 21:23:11 21:41:03 21:58:55 22:16:47 22:34:39 22:52:31 23:10:23 23:28:15 23:46:07 00:03:59 00:21:51 00:39:43 00:57:35 16:55:11 17:13:03 17:30:55 17:48:47 18:06:39 18:24:31 18:42:23 19:00:15 19:18:07 19:35:59 19:53:51 20:11:43 20:29:35 20:47:27 21:05:19 21:23:11 21:41:03 21:58:55 22:16:47 22:34:39 22:52:31 23:10:23 23:28:15 23:46:07 00:03:59 00:21:51 00:39:43 00:57:35

Q

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00

Slika 4.6- Snimak reaktivne snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 16:55:11 dana 18.7.2011. do 1:15:10 dana 19.7.2011. godine.

cos FI

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Slika 4.7- Snimak faktora snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 16:55:11 dana 18.7.2011. do 1:15:10 dana 19.7.2011. godine.

38

01:15:11 01:31:27 01:47:43 02:03:59 02:20:15 02:36:31 02:52:47 03:09:03 03:25:19 03:41:35 03:57:51 04:14:07 04:30:23 04:46:39 05:02:55 05:19:11 05:35:27 05:51:43 06:07:59 06:24:15 06:40:31 06:56:47 07:13:03 07:29:19 07:45:35 08:01:51 08:18:07 08:34:23 01:15:11 01:31:27 01:47:43 02:03:59 02:20:15 02:36:31 02:52:47 03:09:03 03:25:19 03:41:35 03:57:51 04:14:07 04:30:23 04:46:39 05:02:55 05:19:11 05:35:27 05:51:43 06:07:59 06:24:15 06:40:31 06:56:47 07:13:03 07:29:19 07:45:35 08:01:51 08:18:07 08:34:23

Q

90.00

80.00

70.00

60.00

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.00

Slika 4.8- Snimak reaktivne snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 1:15:11 do 8:50:35 dana 19.7.2011. godine.

cos FI

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Slika 4.9- Snimak faktora snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 1:15:11 do 8:50:35 dana 19.7.2011. godine.

39

4.3.2. Analiza u fazi 3 Izabrani vremenski period je od 19.7.2011. u 8:13:26 do 27.7.2011. u 9:37:39. Radi pronalaženja potrebnih parametara primenjen je isti postupak analize podataka u Excel-u kao i u fazi 1. Tabela 4.3- Prikaz rezultata u Excel-u DATUM 7/21/2011

VREME 17:37:36

U3 60.5

I3 0.4090

P3 9.5

F 50.01

Q 22.85

S 24.72

cos FI 0.382

7/21/2011

17:37:37

60.5

0.4090

9.5

50.01

22.85

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:38

60.5

0.4100

9.5

50.01

22.90

24.79

0.383

7/21/2011

17:37:39

60.5

0.4100

9.5

50.01

22.90

24.79

0.383

7/21/2011

17:37:40

60.5

0.4090

9.5

50.01

22.83

24.72

0.384

7/21/2011

17:37:41

60.5

0.4090

9.5

50.01

22.83

24.72

0.384

7/21/2011

17:37:42

60.5

0.4090

9.5

50.00

22.85

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:43

60.5

0.4090

9.5

50.00

22.85

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:44

60.4

0.4090

9.5

50.00

22.84

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:45

60.4

0.4090

9.5

50.00

22.84

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:46

60.5

0.4100

9.5

50.01

22.94

24.81

0.381

7/21/2011

17:37:47

60.5

0.4100

9.5

50.01

22.94

24.81

0.381

7/21/2011

17:37:48

60.4

0.4090

9.5

50.01

22.84

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:49

60.4

0.4090

9.5

50.01

22.84

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:50

60.5

0.4090

9.5

50.00

22.85

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:51

60.5

0.4090

9.5

50.00

22.85

24.72

0.382

7/21/2011

17:37:52

60.4

0.4090

9.5

50.00

22.83

24.72

0.384

7/21/2011

17:37:53

60.4

0.4090

9.5

50.00

22.83

24.72

0.384

7/21/2011

17:37:54

60.5

0.4080

9.5

50.00

22.78

24.66

0.383

Vrednosti najbitnijih parametara su: Q3sr=29.53 * 3000 = 88590 VAr, Q3min=17.65 * 3000 = 52950 VAr, Q3max=72.03 * 3000 = 216090 VAr, Q3sdv=9.87 * 3000 = 29610 VAr, Q3vrs=62.25 * 3000 = 186750 VAr, gde je Q3sr- srednja vrednost reaktivne snage, Q3min- minimalna vrednost reaktivne snage, Q3maxmaksimalna vrednost reaktivne snage, Q3sdv- standardna devijacija reaktivne snage, Q3vrs- vršna vrednost reaktivne snage. Sve vrednosti se odnose na fazu 3. Grafici reaktivne snage i faktora snage monitoringa jednog dana prikazani su na slikama ispod.

40

09:06:24 09:23:39 09:40:54 09:58:09 10:15:24 10:32:39 10:49:54 11:07:09 11:24:24 11:41:39 11:58:54 12:16:09 12:33:24 12:50:39 13:07:54 13:25:09 13:42:24 13:59:39 14:16:54 14:34:09 14:51:24 15:08:39 15:25:54 15:43:09 16:00:24 16:17:39 16:34:54 16:52:09 17:09:24 09:06:24 09:23:39 09:40:54 09:58:09 10:15:24 10:32:39 10:49:54 11:07:09 11:24:24 11:41:39 11:58:54 12:16:09 12:33:24 12:50:39 13:07:54 13:25:09 13:42:24 13:59:39 14:16:54 14:34:09 14:51:24 15:08:39 15:25:54 15:43:09 16:00:24 16:17:39 16:34:54 16:52:09 17:09:24

Q

70.00

60.00

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.00

Slika 4.10- Snimak reaktivne snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 9:06:24 do 17:26:23 dana 21.7.2011. godine.

cos FI

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Slika 4.11- Snimak faktora snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 9:06:24 do 17:26:23 dana 21.7.2011. godine.

41

17:26:24 17:43:04 17:59:44 18:16:24 18:33:04 18:49:44 19:06:24 19:23:04 19:39:44 19:56:24 20:13:04 20:29:44 20:46:24 21:03:04 21:19:44 21:36:24 21:53:04 22:09:44 22:26:24 22:43:04 22:59:44 23:16:24 23:33:04 23:49:44 00:06:24 00:23:04 00:39:44 00:56:24 01:13:04 01:29:44 17:26:24 17:43:04 17:59:44 18:16:24 18:33:04 18:49:44 19:06:24 19:23:04 19:39:44 19:56:24 20:13:04 20:29:44 20:46:24 21:03:04 21:19:44 21:36:24 21:53:04 22:09:44 22:26:24 22:43:04 22:59:44 23:16:24 23:33:04 23:49:44 00:06:24 00:23:04 00:39:44 00:56:24 01:13:04 01:29:44

Q

35.00

30.00

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00

Slika 4.12- Snimak reaktivne snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 17:26:24 dana 21.7.2011. do 1:46:23 dana 22.7.2011. godine.

cos FI

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Slika 4.13- Snimak faktora snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 17:26:24 dana 21.7.2011. do 1:46:23 dana 22.7.2011. godine.

42

01:46:24 02:00:40 02:14:56 02:29:12 02:43:28 02:57:44 03:12:00 03:26:16 03:40:32 03:54:48 04:09:04 04:23:20 04:37:36 04:51:52 05:06:08 05:20:24 05:34:40 05:48:56 06:03:12 06:17:28 06:31:44 06:46:00 07:00:16 07:14:32 07:28:48 07:43:04 07:57:20 08:11:36 08:25:52 08:40:08 01:46:24 02:00:40 02:14:56 02:29:12 02:43:28 02:57:44 03:12:00 03:26:16 03:40:32 03:54:48 04:09:04 04:23:20 04:37:36 04:51:52 05:06:08 05:20:24 05:34:40 05:48:56 06:03:12 06:17:28 06:31:44 06:46:00 07:00:16 07:14:32 07:28:48 07:43:04 07:57:20 08:11:36 08:25:52 08:40:08

Q

70.00

60.00

50.00

40.00

30.00

20.00

10.00

0.00

Slika 4.14- Snimak reaktivne snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 1:46:24 do 8:54:04 dana 22.7.2011. godine.

cos FI

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Slika 4.15- Snimak faktora snage instrumentom VMP 20 u vremenskom periodu od 1:46:24 do 8:54:04 dana 22.7.2011. godine.

43

4.3.3. Analiza merene reaktivne snage Rezultati za fazu 2 se dobijaju kao aritmetička sredina rezultata faza 1 i 3. Parametri za fazu 2 su: Q2sr=32.151 * 3000 = 96453 VAr, Q2min=13.69 * 3000 = 41070 VAr, Q2max=84.36 * 3000 = 253080 VAr, Q2sdv=12.57 * 3000 = 37710 VAr, Q2vrs=69.63 * 3000 = 208890 VAr, gde je Q2sr- srednja vrednost reaktivne snage, Q2min- minimalna vrednost reaktivne snage, Q2maxmaksimalna vrednost reaktivne snage, Q2sdv- standardna devijacija reaktivne snage, Q2vrs- vršna vrednost reaktivne snage. Ukupne vrednosti reaktivnih snaga su: Quksr=96453 * 3 = 289359 VAr, Quksdv=37710 * 3 = 113130 VAr, Qukvrs=208890 * 3000 = 626670 VAr. cos sr=0.49, gde su Quksr- ukupna srednja trofazna reaktivna snaga koju treba kompenzovati, Quksdvstandardna devijacija ukupne trofazne reaktivne snage, Qukvrs- vršna vrednost ukupne trofazne reaktivne snage, cos sr- srednja vrednost faktora snage sistema. Iako smo analizom dobili da je reaktivna snaga koju treba kompenzovati 289.36 kVAr, realno je očekivati da se kompenzuje 2* = 2*113130 Var = 226.26 kVAr, gde je - standardna devijacija u ovom slučaju reaktivne snage.

44

5. Merenje i ocena uštede na vršnoj snazi 5.1.

Uvod o vršnoj snazi

Najbitniji parametri za distribuciju električne energije prilikom prodaje iste su: obračunska snaga, aktivna energija i reaktivna energija. Obračunska snaga (vršna snaga) je maksimalna izmerena srednja vrednost aktivne snage u vremenu od 15 minuta u toku meseca. Meri se maksigrafom. U praksi troškovi vršne snage su u proseku između 30 % - 50 % ukupnog računa za utrošenu električnu energiju, a može se desiti da cena koju plaćamo za obračunsku snagu premašuje iznos za utrošenu aktivnu snagu. Ako se pogleda cenovnik električne energije vidi se da je cena kilovata vršne snage 583.073 dinara za svaki kilovat mereno na srednjem naponu do vrednosti ugovorene snage. Ako je potrošnja veća iznos razlike od ugovorene do ostvarene snage naplaćuje se po 1166.146 dinara/kW. (Korišćene cene važe za prodaju električne energije za tarifne kupce i utvrđene su od strane prodavca Javnog preduzeća ‘‘Elektroprivreda Srbije’’). Opravdanje za ovako visoke cene, elektrodistributivna preduzeća vide iz razloga što mora da se ostvari stabilnost sistema i optimalni režim rada elektroenergetskog sistema a glavni način da se to ostvari je da kupci električne energije budu u okvirima ugovorene potrošnje. Iz prethodno navedenog jasno je da se mora analizirati mogućnost smanjenja troškova koje dobijamo na osnovu obračunske snage. Upravljanje vršnim opterećenjem se ostvaruje kontrolisanjem radnih režima najvećih potrošača. Cilj je izbeći njihov istovremeni rad, tj. rasporediti periode punog opterećenja različitih potrošača tako da se ne poklapaju.

Slika 5.1- Prikaz vršne snage sa i bez kontrole vršnog opterećenja

45

U prvoj fazi kontrole vrši se uvid u račun za potrošnju električne energije da se vidi da li ima elemenata za razmatranje uštede, a ako ima vrši se instalacija mrežnih analizatora na ključnim energetskim tačkama u fabrici. Umrežavanjem analizatora svi podaci se dovode na centralni računar za nadzor i upravljanje potrošnjom. Na taj način se trenutno prate parametri potrošnje uključujući i trenutnu i vršnu snagu. Već u ovoj fazi se dobijaju korisne informacije kao što su utrošak električne energije po sektorima proizvodnje ili po jedinici proizvoda, preopterećenost transformatora, neuravnotežen rad... U narednoj fazi se implementira upravljanje pojedinim potrošačima, njihovim rasporedom uključenja ili privremenim kratkotrajnim isključenjem potrošača koji neće narušiti proces proizvodnje.

5.2.

Ocena uštede na vršnoj snazi na osnovu računa za potrošnju električne energije

Kao i kod ocene mogućnosti uštede reaktivne energije i u ovom slučaju smo prvo detaljno pregledali račune za potrošnju električne energije i na osnovu njih dali grubu procenu uštede. Pregled najbitnijih parametara potrošnje aktivne energije prikazan je u tabeli 5.1. Tabela 5.1- Potrošnja aktivne energije mesec

ukupno [kWh]

viša tarifa [kWh]

niža tarifa [kWh]

vršna snaga [kW]

cena vršne snage [rsd]

teorijski moguća vršna snaga [kW]

januar 2010.

170220

138060

32160.00

810.00

385924.50

392.00

februar 2010.

167280

138360

28920.00

795.00

378777.75

393.07

mart 2010.

189420

160020

29400.00

930.00

477584.76

434.84

april 2010.

135210

112530

22680.00

780.00

400554.96

334.91

maj 2010.

125400

102270

23130.00

513.53

392851.90

290.00

jun 2010.

98280

84090

14190.00

570.00

292713.20

238.90

jul 2010.

116820

100350

16470.00

570.00

292713.24

285.08

avgust 2010.

116580

100050

16530.00

576.00

295794.40

284.23

septembar 2010.

139530

115500

24030.00

570.00

292713.24

328.12

oktobar 2010.

201450

165630

35820.00

855.00

439069.86

492.95

novembar 2010.

199590

161100

38490.00

870.00

446772.84

457.70

decembar 2010.

266580

215610

50970.00

1080.00

554614.56

585.90

mart 2011.

128103

104181

23922.00

678.00

348174.70

295.97

april 2011.

109665

89649

20016.00

630.00

367335.99

269.00

maj 2011.

109722

90099

19623.00

573.00

334100.83

255.96

jun 2011.

101529

85407

16122.00

504.00

293868.79

242.63

jul 2011.

111117

90000

21117.00

507.00

295618.01

267.86

46

jul 2011. jun 2011. maj 2011. april 2011. mart 2011. decembar 2010. novembar 2010. oktobar 2010. septembar 2010. avgust 2010. jul 2010. jun 2010. maj 2010. april 2010. mart 2010. februar 2010. januar 2010. 0.00

200.00

400.00

vršna snaga [kW]

600.00

800.00

1000.00

1200.00

teorijski moguća vršna snaga [kW]

Slika 5.2- Trend angažovanja vršne snage i teorijski najmanje moguće vršne snage Prvo što je zapaženo analizom računa je da odobrena vršna snaga za ,,Elektroporcelan“ od strane elektrodistribucije iznosi 1585 kW. Ova snaga do sada nije prekoračena, tako da se ne plaćaju penali za stavku prekoračenja odobrene vršne snage. Razlog za neprekoračenje ove snage je rad preduzeća sa daleko manjim kapacitetom u odnosu na neke ranije periode. Vrednost vršne snage je prilično veći u zimskom periodu, zbog pretežnog grejanja fabrike na električnu energiju. Vidimo da je njena vrednost u decembru 2010. bila 1080 kW, dok je u julu 2011. godine bila 507 kW, iako je u julu ostvarena veća proizvodnja. Ako je cena jednog kW vršne snage 583.073 dinara dobijamo razliku od 332351.61 dinar što predstavlja oko trećinu vrednosti računa za potrošnju električne energije u jednom letnjem mesecu. Teorijski moguća (najmanja) vršna snaga predstavlja vršnu snagu kada je napravljen idealan raspored potrošača i predstavlja jedan od pokazatelja da li je zabeležena vršna snaga preterano velika. Ona se računa kao: =

:(



ℎ



∗ 16 č

š

).

TMVS predstavlja teorijski moguću vršnu snagu, AVT- potrošena aktivna energija više tarife koja se nalazi u računu. Ako je ovako dobijena vršna snaga drastično manja od vršne snage iskazane na računu ima osnova da se razmišlja o sistemima za kontrolu i ograničenje vršne snage. 47

Ako pogledamo račun za mesec jul 2011. u kojem vršimo merenja, vidimo da smo imali 21 radni dan (ne radi se subotom) i za TMVS dobijamo: =

(

∗

)

= 267.86

.

S obzirom da je u tom mesecu vrednost vršne snage iznosila 507 kW, teorijski se može ostvariti ušteda na vršnoj snazi od 139436 dinara.

5.3.

Merenje aktivne snage po fazama

Merenje aktivne snage je vršeno u isto vreme kad i merenje reaktivne snage. Nema potrebe zadržavati se na parametrima koji su određivani jer su to parametri koji su već opisani prethodnim merenjima. Vrednost vršne snage je određivana u programu VMPCalc. Prvo se u program učita baza sa vrednostima merenja a onda se pritiskom na taster proračun dobiju potrebne vrednosti, među kojima se nalazi i vršna snaga.

Slika 5.3- Određivanje vršne snage

48

Rezultati za fazu 1: P1sr=19.39 * 3000 = 58170W , P1min=6.68 * 3000 = 20040W, P1max=44.29 * 3000 =132870W , P1sdv=5.01 * 3000 =15030W , P1vrs=35.31 * 3000 =105930W , gde su : P1sr- srednja vrednost aktivne snage, P1min- minimalna vrednost aktivne snage, P1maxmaksimalna vrednost aktivne snage, P1sdv- standardna devijacija aktivne snage, P1vrs- vršna snaga. Sve vrednosti su za fazu 1. Rezultati za fazu 3: P3sr=16.74 * 3000 = 50220W , P3min=4.51 * 3000 = 13530W, P3max=60.99 * 3000 =182970W , P3sdv=10.05 * 3000 =30150W , P3vrs=50.57 * 3000 =151710W , gde su : P3sr- srednja vrednost aktivne snage, P3min- minimalna vrednost aktivne snage, P3maxmaksimalna vrednost aktivne snage, P3sdv- standardna devijacija aktivne snage, P3vrs- vršna snaga. Sve vrednosti su za fazu 3. Vrednosti parametara za fazu 2 su dobijeni kao aritmetička sredina faza 1 i 3. Rezultati za fazu 2: P2sr=18.065 * 3000 = 54195W , P2min=5.59 * 3000 = 16785W, P2max=52.64 * 3000 =157920W , P2sdv=7.53 * 3000 =22590W , P2vrs=42.94 * 3000 =128820W , gde su : P2sr- srednja vrednost aktivne snage, P2min- minimalna vrednost aktivne snage, P2maxmaksimalna vrednost aktivne snage, P2sdv- standardna devijacija aktivne snage, P2vrs- vršna snaga. Sve vrednosti su za fazu 2. Konstanta 3000 predstavlja proizvod prenosnog odnosa strujnog reduktora i naponskog mernog transformatora.

49

Slika 5.4- Grafik snimanja aktivne snage

Vrednosti ukupnih trofaznih snaga su: Puksr=P2sr * 3000*3 = 18.065 * 9000 = 162585W , Puksdv=P2sdv * 3000*3 =7.53 * 9000 = 67770W , Pukvrs=P2vrs * 3000*3 =42.94 * 9000 = 386460W , Pukmax=P2max * 3000*3=52.64*9000= 473760W, gde su Puksr- ukupna trofazna srednja aktivna snaga, Puksdv- standardna devijacija ukupne trofazne aktivne snage, Pukvrs- ukupna trofazna vršna snaga, Pukmax-ukupna trofazna aktivna snaga. Za poveće odstupanje rezultata u fazama 1 i 3 nije kriv nesimetričan sistem u fabrici već nepostojanje tipične radne nedelje, ali u svakom slučaju bi imali tačnije podatke da smo merenja vršili trofaznim analizatorom. Na osnovu merenja koja smo izvršili dolazi se do zaključka da se na vršnoj snazi može ostvariti ušteda od 2 , gde je - standardna devijacija. Dakle ušteda na vršnoj snazi koja se može ostvariti je 2 * Puksdv = 135540 W. Ova ušteda pretvorena u novac iznosi 79029 dinara (za mesec jul). Kad pominjemo uštedu na vršnoj snazi da ne bi došlo do zabune, ne štedi se vršna snaga već novac, a potrošnja snage se samo pravilno i ravnomerno raspoređuje.

50

6. Analiza kvaliteta napona napajanja (po normi EN 50160) 6.1.

Uvod o kvalitetu električne energije

Ovo je problematika o kojoj se u poslednje vreme sve više govori u našoj zemlji. Ljudi u svetu su odavno shvatili da kvalitet električne energije utiče na kvalitet rada, proizvodnju, zapravo na kvalitet života. Devedesetih godina prošlog veka, od strane evropske komisije za standardizaciju u elektrotehnici (CENELEC) doneta je norma EN 50160, za merenje napona na mestu prodaje potrošaču u javnim distribucijskim niskonaponskim i srednjenaponskim mrežama pri normalnim pogonskim uslovima. Ljudi su shvatili da električna energija ne predstavlja socijalnu kategoriju, već robu sa svojom cenom, kvalitetom i rokom isporuke. Kao takvu, potpuno je logično što je donet čitav niz standarda iz ove oblasti, da se sam proces proizvodnje, prenosa i prodaje uredi. Kada se govori o kvalitetu električne energije, najčešće se misli na tehnički kvalitet. Tehnički kvalitet možemo posmatrati sa dva aspekta:  Kvalitet isporuke  Kvalitet isporučene električne energije. Kvalitet isporuke vezuje se za probleme pouzdanosti i sigurnosti napajanja, i kao takav predstavlja osnovni cilj rada elektroenergetskog sistema. Kvalitet isporučene električne energije podrazumeva da se osnovne karakteristike napona: efektivna vrednost, frekvencija, simetričnost, talasni oblik drže u propisanim okvirima, u normalnim uslovima rada elektroenergetskog sistema. Na kvalitet napona utiču smetnje koje bivaju generisane korišćenjem električne energije, elektroenergetskog sistema, instalacija i električnih uređaja. Problem kvaliteta električne energije, nije samo problem korisnika, ili distributera, već zajednički problem, na čijem rešavanju trebaju da učestvuju i jedni i drugi. Isporučilac električne energije održava njen kvalitet ograničavanjem negativnog povratnog delovanja potrošača na mrežu. Kupac električne energije je dužan da negativna povratna delovanja svojih potrošača (pojavu viših harmonika, uzimanje reaktivne snage, emisiju flikera i nesimetrično opterećenje) svede na propisane granične vrednosti.

6.2.

Norma EN 50160

Kao što je u samom uvodu rečeno standard EN 50160 daje osnovne karakteristike napona na napojnim priključcima korisnika u javnim niskonaponskim i srednjenaponskim sistemima za distribuciju električne energije pod normalnim uslovima rada. Normalni radni uslovi uključuju ispravan rad zaštitnih uređaja u slučaju kvara na mreži (pregorevanje osigurača, prorada prekidača...).

51

U tabeli 6.1 dat je kratak spisak vanrednih stanja koja su izvan okvira distributivnog nadležnog organa, koji mogu da izazovu odstupanje nekog od parametara od propisanih vrednosti. U tim slučajevima standard ne važi. Tabela 6.1- Prikaz osnovnih tipova nenormalnih uslova u kojima norma EN 50160 ne važi Vanredno stanje: Primer uzroka: Ekstremni vremenski uslovi i ostale prirodne Oluje izuzetne jačine, klizišta, zemljotresi, nepogode lavine,poplave Mešanje trećih lica Sabotaža, vandalizam Dela od strane javne uprave Ograničenja postavljena od strane vlade zbog brige za javnu bezbednost Industrijska dela Prekid rada, štrajk Viša sila Velike nesreće Prekidi isporuke zbog spoljašnjih događaja Restrikcije proizvodnje ili prekid prenosnih vodova Parametri kvaliteta napona koji se kontrolišu su 3:             

3

Mrežna frekvencija Veličina napona Promena napona Treperenje napona (fliker) Propadi napona Kratkotrajni prekidi napona Duži prekidi napona Privremeni mrežni prenaponi između faznog provodnika i zemlje Impulsni prenaponi između faznog napona i zemlje Nesimetrija napona Naponi viših harmonika Naponi međuharmonika Signalni naponi.

Željko Novinc, “Kakvoća električne energije“, GRAPHIS, Zagreb, 2003.

52

6.2.1. Treperenje napona (flikeri) Treperenje napona predstavljaju oscilacije vrednosti napona koje se ponavljaju a izazivaju treperenje gustine svetlosti (neprijatno po čoveka).

Slika 6.1- Signal usled pojave flikera 6.2.2. Propadi napona Propad napona se definiše kao privremeno smanjenje vrednosti napona na vrednost između 90% Un i 1% Un, praćeno povratkom napona nakon kratkog vremenskog perioda. Karakteriše se dubinom propada i trajanjem propada.

Slika 6.2- Izgled propada napona 53

6.2.3. Prekidi napona Prekid napona predstavlja stanje pri kojem je napon na napojnim priključcima niži od 1% od deklarisanog napona. Prekid napona napajanja može biti: 

Dugačak prekid (duži od 3 minuta) izazvan trajnim kvarom,



Kratak prekid (do 3 minuta) izazvan prolaznim kvarom.

6.2.4. Naponski harmonici Naponski harmonici su sinusoidalni naponi frekvencija koje su celobrojni umnožak osnovne frekvencije4. Harmonici napona se određuju:  

Samostalno po njihovoj relativnoj amplitudi (Un) u odnosu na napon osnovnog harmonika U1, Globalno, preko faktora izobličenja THD =

∑

(

) ,

gde je h red harmonika.

Slika 6.3- Izgled izobličenog signala i harmonika koji ulaze u njegov sastav

4

Vladimir Katić, “Kvalitet električne energije- Viši harmonici“, FTN, Novi Sad, 2003

54

6.2.5. Kratak pregled norme EN 50160 U tabeli 6.2 prikazani su najbitniji parametri koji se nalaze u normi 50160, njihove prihvatljive vrednosti, kao i koliki je interval njihovog merenja. Tabela 6.2- Prikaz najbitnijih parametara norme EN 50160 Parametri Dozvoljene Mereni Period napona granice interval nadgledanja napajanja Mrežna 49.5Hz do 50.5Hz 10 s 1 nedelja frekvencija 47Hz do 52Hz Spore promene 230V ± 10% 10 minuta 1 nedelja napona Propadi napona 10 do 1000 puta 10 ms 1 godina (≤ 1 min) godišnje (ispod 85% od nominalnog) Kratki prekidi 10 do 1000 puta 10 ms 1 godina (≤ 3 min) godišnje (ispod 1% od nominalnog) Duži prekidi 10 do 50 puta 10 ms 1 godina (> 3 min) godišnje (ispod 1% od nominalnog) Privremeni Uglavnom <1.5kV 10 ms Nije određen mrežni prenaponi (faza i zemlja) Tranzientni Uglavnom < 6kV Nije određen Nije određen prenaponi (faza i zemlja) Nesimetričnost Uglavnom 2%, 10 minuta 1 nedelja napona povremeno 3% Harmonici THD faktor 8% 10 minuta 1 nedelja napona

Prihvatljivost u procentima 95% 100% 95% 100%

100%

100%

100%

100%

95% 95%

Pošto instrument VMP-20 nije uređaj koji je namenjen za kontrolu kvaliteta električne energije po normi EN 50160, njime se ne mogu meriti svi parametri koji su do sada opisani. Međutim VMP-20 može odlično poslužiti u merenju i nadzoru bitnih parametara, napona i frekvencije. Što se napona napajanja tiče najbitnije je posmatrati njegove promene. Tu je standard vrlo jasan i pri normalnim radnim uslovima definiše da u toku svake nedelje 95% 10-minutnih efektivnih vrednosti napona napajanja mora biti unutar opsega Un ± 10%.

55

Nazivna učestanost mrežnog napona mora biti 50 Hz. U toku nadzora, posmatra se srednja vrednost učestanosti osnovnog harmonika izmerena u toku 10 s. Sistemi sa sinhronom vezom sa interkonektovanim sistemom moraju da imaju učestanost 50 Hz ± 1% u toku 99,5% godine. Učestanost sistema u ostrvskom režimu rada mora biti 50 Hz ± 2% u toku 95% nedelje.

6.3.

Merenje i analiza mrežnog napona

Instrument VMP 20 nije predviđen da meri kvalitet električne energije po normi EN 50160, ali sasvim dobro može poslužiti za monitoring nekih bitnih parametara. Cilj je bio da se proveri kvalitet napona, frekvencije i snimiti THD faktor napona u fabrici. Pošto VMP 20 ne meri harmonike, a samim tim ni THD u pomoć su nam pritekle kolege iz preduzeća ,,Elektrosrbija“, ogranak u Aranđelovcu i pozajmile instrument Kyoritsu KEW 6310. Kao i u prethodnim merenjima i ovde su podaci preko programa VMPCalc izvezeni u Excel na dalju obradu. Primer tabele u Excel-u za napon i frekvenciju prikazan je na slikama ispod.

Slika 6.4- Primer grafika snimanja napona

56

Slika 6.5- Primer grafika snimanja frekvencije

Analizom napona i frekvencije u fazi 1 dobijeni su rezultati prikazani u tabeli 6.3.

Tabela 6.3- Rezultati napona i frekvencije faze 1 U1 (V) f1 (Hz) Maksimalna vrednost 61.65 50.08 Srednja vrednost 59.78 50.00 Minimalna vrednost 57.36 49.91 Standardna devijacija 0.688 0.017 Interval u kojem se nalaze veličine sa sigurnošću od 95% Donja granica 58.40 49.96 Gornja granica 61.16 50.03 Relativne nestabilnosti napona i frekvencije 2.30%

0.068%

57

Rezultati faze 3 su prikazani u tabeli 6.4.

Tabela 6.4- Rezultati napona i frekvencije faze 3 U3 (V) f3 (Hz) Maksimalna vrednost 62.26 50.10 Srednja vrednost 60.37 50.00 Minimalna vrednost 53.95 49.92 Standardna devijacija 0.71 0.018 Interval u kojem se nalaze veličine sa sigurnošću od 95% Donja granica 58.96 49.96 Gornja granica 61.78 50.03 Relativne nestabilnosti napona i frekvencije 2.34%

0.072%

Rezultati za fazu 2 dobijeni aritmetičkom sredinom faza 1 i 3 su prikazani u tabeli 6.5. Tabela 6.5- Rezultati napona i frekvencije faze 2 U2 (V) f2 (Hz) Maksimalna vrednost 61.95 50.09 Srednja vrednost 60.08 50.00 Minimalna vrednost 55.65 49.92 Standardna devijacija 0.7 0.017 Interval u kojem se nalaze veličine sa sigurnošću od 95% Donja granica 58.68 49.96 Gornja granica 61.47 50.03 Relativne nestabilnosti napona i frekvencije 2.32%

0.070%

Relativna nestabilnost je veličina koja se računa po formuli: =

∗ 100%,

gde je - standardna devijacija, a Xsr- srednja vrednost merene veličine. Analizom ove tri tabele vidimo da je relativna nestabilnost napona oko 2.32% u granicama ±10%, tako da je napon u potpunosti u skladu sa normom EN 50160. Vidimo da je napon u fazi 3 imao i vrednost 53.95 V što je van granice ±10%, ali i ovo je u skladu sa normom EN 50160. Norma kaže da 95% 10minutnih efektivnih vrednosti napona moraju biti unutar ±10%, dok ostalih 5% može biti unutar +10%, -15%. Ne treba zaboraviti da je merenje vršeno na svaku sekundu pa da je ova minimalna vrednost kratko trajala i nije imala uticaja na srednju 10-minutnu vrednost. 58

Frekvencija je sa relativnom nestabilnošću od 0.07% izuzetno stabilna veličina i potpuno u skladu sa normom EN 50160. Faktor totalnog izobličenja napona je kao što je i napomenuto sniman trofaznim analizatorom KEW 6310. Ovaj instrument može vršiti harmonijsku analizu do 63. harmonika.

Slika 6.6- Instrument Kyoritsu KEW 6310 Merenje THDu faktora je mereno takođe na 10 kV strani u glavnoj trafostanici (TS1). Period usrednjavanja rezultata je 15 minuta. Meren je THDu faktor 3 fazna napona. Za obradu podataka korišćen je softver KEW PQA MASTER.

Slika 6.7- Izgled grafika THDu1 % faktora napona U1 59

Slika 6.8- Izgled grafika THDu2 % faktora napona U2

Slika 6.9- Izgled grafika THDu3 % faktora napona U3 60

Slika 6.10- Izgled grafika THDu% faktora napona sve tri faze

Tabela 6.6- Rezultati totalnog faktora izobličenja napona THDu1[%] THDu2[%] THDu3[%] THDusr[%] 4.82 4.23 4.89 4.65

Dobijena vrednost faktora totalnog izobličenja napona od 4.65% je u potpunosti u skladu sa normom EN 50160.

61

7. Predlog rešenja 7.1.

Predlog rešenja za uštedu reaktivne energije

Analizom rezultata merenja i uvidom u račun za potrošnju električne energije uočeno je da je potrošnja reaktivne energije veća od potrošnje aktivne energije. Došlo se do zaključka da u preduzeću ,,Elektroporcelan“ ne postoji kompenzacija reaktivne energije. Samo preduzeće je razuđeno i predimenzionisano za trenutni obim posla i poseduje više trafostanica od kojih su neke normalno opterećene, dok su neke malo opterećene. Analizom jednopolne šeme električnog razvoda fabrike obratili smo pažnju na 4 trafostanice:    

TS 1 – glavna trafostanica u kojoj se nalazi merna ćelija i odakle ide razvod ka ostalim trafostanicama (poseduje dva transformatora 10kV/0.4kV 400kVA), TS 4 – trafostanica iz koje se napaja većina pogona ,,ALI“ fabrike u kojoj se nalaze najozbiljniji potrošači (poseduje dva transformatora 10kV/0.4kV 630VA), TS ELP – trafostanica iz koje se napaja pogon fanrike ,,ELP“ (poseduje dva transformatora 10kV/0.4kV 630VA), TS 2 – trafostanica iz koje se napaja upravna zgrada fabrike (poseduje jedan transformator 10kV/0.4kV 400VA).

Rešenje za smanjenje potrošnje reaktivne energije je kompenzacija iste. Postoji više mogućnosti za kompenzaciju. Analizom merenih rezultata uočena je velika varijacija reaktivne snage od 113.13 kVAr-a u odnosu na srednju reaktivnu snagu 289.36 kVAr-a. Ono što je uočeno prilikom merenja je to da kada fabrika ne radi reaktivna snaga iznosi negde oko 150 kVAr-a, što znači da je ova količina reaktivne snage potrebna za magnećenje transformatora. Najveći problem je doneti odluku kakvu kompenzaciju primeniti u ovom slučaju, pogotovo ako se zna da je u većini slučajeva teško postići da faktor snage bude cos = 0.95, a kamoli cos = 0.98. Po M. Kostiću 5 jedan od razloga, a možda i glavni je gubitak reaktivne snage i energije na transformatorima srednji napon/niski napon. Postoji više načina pomoću kojih se ovde može ostvariti kompenzacija. Moje mišljenje je da kompenzaciju treba izvesti na niskom naponu zbog veće sigurnosti i cene opreme. Mišljenja sam da bi sistem za kompenzaciju trebao da se sastoji iz dva dela:  

deo sa fiksnim kondenzatorima (stalno uključeni), deo koji se uz pomoć regulatora po potrebi uključuje i reguliše cos .

5

pogledati više u M. Kostić, Postupak za povećanje korišćenja kondenzatora i poboljšanje kompenzacije reaktivne energije, Elektroprivreda br. 3, 2004., str. 50-64.

62

Prilikom odabira kondenzatora za fiksnu kompenzaciju treba voditi računa da ne dođe do rezonanse. M. Kostić6 je patentirao princip kompenzacije u kojem se pod određenim uslovima dozvoljavaju veće vrednosti kondenzatora da ne bude opasnosti od pojave rezonanse. Primenom njegove ideje rezonantna učestanost se postavlja na 450Hz, a transformatori sprege trougao/zvezda predstavljaju otvoreno kolo za struje devetog harmonika na sekundarnoj strani a time i kroz kondenzatore. Tabela 7.1- Dozvoljene snage za fiksno priključene kondenzatore na niskonaponskoj strani transformatora 10(20)kV/0.4kV da bi se izbegle opasnosti od rezonanse Nominalne snage transformatora (kVA) 250 315 400 630 1000 Snage kondenzatora Qc [kVAr] 15 18 20 28 1. Tehnički priručnik Rade Končar, Zagreb, 1980. 2. Compensation d` energie reactive, EDF, 18 22 28 44 50 1988. 3. Po M. Kostiću, Veće dozvoljene snage za 77 97 124 195 206 fiksno priključenje kondenzatora na niskonaponskoj strani transformatora 10(20)/0.4 kV/kV, 26. savetovanje JUKO CIGRE, 2003. godine. Ukoliko je THD faktor napona manji od 5% može se pristupiti metodi sa većim dozvoljenim snagama kondenzatora. U tim slučajevima kao što smo rekli prekompenzacija nije opasna. Viškovi kapacitivne energije koja se proizvodi na sabirnicama 0.4kV jednog transformatora će se preko tog transformatora preneti do najbližeg transformatora čija reaktivna opterećenja nisu zadovoljavajuće ili nisu u opšte kompenzovana. Mi smo u našem zadatku izmerili THD faktor napona i on je dobar ali na 10kV strani, ali nam to ništa ne govori šta se dešava na 0.4kV strani pošto se transformator ponaša kao niskopropusni filtar. Dakle za određivanje vrednosti fiksno postavljenih kondenzatora prvo se mora odrediti THD faktor na niskonaponskoj strani. Poznavanjem pogona fabrike ,,Elektroporcelan“ mogu sa sigurnošću da tvrdim da je THD faktor ispod 5% i da se mogu izabrati veće vrednosti kondezatora za fiksnu kompenzaciju od starih preporuka. Mišljenja sam da kompenzaciju treba uraditi u TS 4 i TS ELP gde je i opterećenje najveće. Za TS 4 predlažem kompenzaciju Qc = 100 + 2 * 50 kVAr, a za TS ELP Qc = 50 + 1 * 50 kVAr. Ukupna vrednost snaga baterija je 300 kVAr, sa fiksnim delom od 150 kVAr. Ovakav raspored kompenzacije bi trebao da bude dovoljan da kompenzuje naše 2* = 226.26kVAr.

6

pogledati više u patent broj 49030, Postupak za povećanje korišćenja kondenzatora na sekundarnoj strani transformatora SN/NN u cilju poboljšanja kompenzacije, upisan u registar patenata 26.03.2003. godine

63

7.2.

Predlog rešenja za uštedu na vršnoj snazi

Već smo pomenuli da potrošnja vršne snage varira u zavisnosti od godišnjih doba, i da je najveća u zimskom periodu iako proizvodnja u tom periodu ne prati potrošnju ove snage. Razlog tome je način grejanja u fabrici, gde preovlađuje grejanje na struju. Ne greju se hale na struju već kancelarije u upravnoj zgradi. Iako bi neko rekao da je neozbiljno razmišljati o uštedi na vršnoj snazi preko grejanja, računi za potrošnju električne energije to demantuju. U zimskom periodu je potrošnja vršne snage dva puta veća nego leti a to je reda 500 kW ili približno 300000 dinara. Ozbiljna procena uštede na vršnoj snazi zahteva instaliranje analizatora snage na ključna mesta radi praćenja potrošnje raznih mašina. Cilj je izbeći istovremeni rad največih potrošača. Ali u ovoj fabrici postoji jedan veliki problem, a to je nepostojanje tipične radne nedelje, zapravo mašine rade po potrebi. Ono što smo primetili kao problem je rad u jednoj (prvoj) smeni. Ovakav rad ima za posledicu skoncentrisanje skoro celokupne potrošnje u tom periodu i rast potrošnje vršne snage. Kao rešenje se nameće plan podele rada na bar dve smene, koji će nesumljivo doneti poboljšanja u potrošnji. Dakle ono što smo uvideli kao glavni problem za potrošnju vršne snage je:  

Grejanje na struju, Rad fabrike u jednoj smeni.

Raspodela rada u bar dve smene zahteva detaljno upoznavanje sa sistemom rada fabrike i nije moglo ući u okvire ovog rada, ali se definitivno od toga neće odustati. Što se tiče mogućnosti uštede na grejanju, prvo se usledilo popisivanju vrste i snage grejnih tela u upravnoj zgradi. Grejna tela su najčešće TA peći i kaloriferi. Ideja je bila osmisliti sistem kojim će se puniti TA peći u noćnoj nižoj tarifi a u toku dana raditi u režimu izduvavanja. Utvrdili smo da postoji oko 30 TA peći koje su u funkciji. U daljem tekstu pozabavićemo se uštedom na vršnoj snazi i aktivnoj energiji promenom režima rada TA peći. Prosečna snaga ovih peći je 4.5 kW, što daje ukupnu snagu od 30*4.5 kW = 135 kW. Ako predpostavimo da će se peći puniti osam sati, to znači da će za punjenje trošiti 135 kW * 8 h = 1080 kWh. Poređenje potrošnje aktivne energije u višoj i nižoj tarifi:  

1080 * 1.465 = 1582.2 dinara (potrošnja u nižoj tarifi, 8 sati rada), 1080 * 4.396 = 4747.7 dinara (potrošnja u višoj tarifi, 8 sati rada).

Na mesečnom nivou to izgleda ovako:  

22 radna dana * 1582.2 dinara = 34808.4 dinara (niža tarifa za 22 radna dana), 22 radna dana * 4747.7 dinara = 104449.4 dinara (viša tarifa za 22 radna dana).

64

Pošto će u toku skuplje tarife raditi ventilator TA peći, treba uračunati i njegovu potrošnju: 30 peći * 20 W (snaga ventilatora) = 600 W (snaga svih ventilatora). 22 radna dana * 8 h * 0.6 kW = 105.6 kWh (potrošnja ventilatora na mesečnom nivou). 105.6 kWh * 4.396 = 464.2 dinara (potrošnja ventilatora na mesečnom nivou u dinarima).

Štednja na potrošnji aktivne energije je: 104449.4 – 34808.4 – 464.2 = 69176.8 dinara (na mesečnom nivou). Grejna sezona u preduzeću traje 5 meseci što znači uštedu od 5 * 69176.8 = 345884 dinara. U potrebnu opremu je potrebno uložiti oko 30 evra po svakoj peći, dakle ukupno 30 evra * 30 peći = 900 evra. Iz ovoga možemo zaključiti da bi se uložen novac za opremu mogao vratiti za oko 45 dana. Treba obratiti pažnju i na uštedu vršne snage. Peći se nebi punile u toku rada prve smene kada je opterećenje najveće, pa bi tako mogli ostvariti uštedu na osnovu vršne snage: 135 kW (snaga peći) – 0.6 kW (snaga ventilatora) = 134.4 kW vršne snage, što znači 134.4 kW * 583.073 dinara = 78365 dinara na mesečnom nivou. U toku grejne sezone na vršnoj snazi možemo štedeti: 5 ∗ 78365

= 391825

.

Ugradnjom ovog sistema, maksimalna štednja koja bi se mogla ostvariti u toku grejne sezone je: 345884

( š − 91800

(



) + 391825 ( š ) = 645909



š



)

.

8. Diskusija U ovom projektnom zadatku pokušali smo da na pravi način snimimo potrošnju električne energije. Pošto smo koristili monofazni instrument najlogičnije je bilo snimiti jednu fazu u toku jedne tipične radne nedelje i snimiti drugu fazu u takođe u toku tipične radne nedelje. Glavni problem sa kojim smo se suočili je nepostojanje takve nedelje, pa smo se trudili da interval merenja obuhvati rad najzahtevnijih potrošača. Samo merenje za nas nije bio zahtevan zadatak koliko je to bila obrada snimljenih podataka. Srećom softver VMPCalc u startu daje proračune nekih bitnih parametara što je prilično olakšalo posao. Dalje sledi diskusija merenih parametara koji su bitni za ovaj zadatak.

65

Reaktivna snaga- Već smo konstatovali da je potrošnja reaktivne energije veća od potrošnje aktivne, i to se razlikuje od meseca do meseca. U zimskom periodu ta razlika i nije velika ali u letnjem potrošnja reaktivne energije je čak i dva puta veća od potrošnje aktivne. Ovo utiče i na vrednost faktora snage, pa ne treba da zavara podatak da je zimi faktor snage oko 0.75, dok leti ide i do 0.50. Prilikom izrade projekta kompenzacije treba voditi računa samo o reaktivnoj snazi koja je izmerena. Mi smo videli da ta vrednost iznosi oko 289.359 kVAr. Poređenjem vrednosti koje smo dobili analizom računa za potrošnju (oko 250 kVAr) i vrednosti koja se realno može kompenzovati 2 (226 kVAr) dolazimo do zaključka i grubom analizom, kakva je ova uz pomoć računa možemo dobiti približne vrednosti. Ono što je veoma zanimljivo je to da je velika varijacija ove snage, pa tako vrednost 3 premašuje vrednost srednje reaktivne snage. Kao logično rešenje za kompenzaciju se nameće kombinacija fiksne i automatske kompenzacije. Fiksnom kompenzacijom povećavamo korišćenje kondenzatora na svih 8760 h/godišnje umesto dosadašnjih 1500-3000 h/godišnje. Prednost kombinovane kompenzacije u odnosu na automatsku se ogleda u tome što:   

Automatska kompenzacija ne omogućava da se u potpunosti kompenzuje potrošnja reaktivne energije u mreži niskog napona gde su baterije priključene, Baterijama sa automatskom kompenzacijom na strani niskog napona se po pravilu ne mogu kompenzovati gubici reaktivne snage u transformatorima, Ukoliko se potrošač napaja iz više trafostanica, viškovi kapacitivne energije su potrebni za zadovoljenje potreba u transformatorskim stanicama gde nije sprovedena kompenzacija ili je ona nedovoljna.

Kompenzacijom samo prekomerne reaktivne energije bi se godišnje uštedelo oko 1100000 dinara ili oko 90000 dinara na mesečnom nivou. Na kompenzaciji treba poraditi što pre jer će elektrodistribucija sve više pritiskati kupce povećanjem cene reaktivne energije. Vršna snaga- Merena vršna snaga ne prekoračuje odobrenu vršnu snagu ali je prilično veća od trenutno moguće vršne snage (TMVS). Naravno TMVS ima samo teorijski značaj, ali pomaže pri proceni trenutne vršne snage, odnosno zaključivanju da li je ona velika ili ne. Samo podelom rada na dve smene moguće su velike uštede na parametru koji iznosi trećinu računa za potrošnju. Kao i kod reaktivne tako je i kod aktivne snage varijacija velika. Na osnovu iskustva i činjenice da je dobar deo potrošnje stohastički, teorijska granica uštede u oba slučaja (vršne i reaktivne snage) je 3 , ali je razlika u potrebnoj opremi između 2 i 3 10 put, kao i između i 2 . Takođe praksa je pokazala da je optimalan odnos cena/performanse ušteda 2 i ovo predstavlja osnovni doprinos ovog rada. Predlog štednje promenom režima rada TA peći možda na prvi pogled izgleda neozbiljno, ali proračunima donosi veliku uštedu.

66

Kvalitet napona- Kao što se moglo i očekivati vrednost napona varira oko nazivne koja je √

= 57.8 V. Kao što smo konstatovali ranije i napon i frekvencija su u skladu sa normom

EN 50160. Moglo se uočiti u nekom trenutku da je napon pao ispod 10% od srednje vrednosti ali i ovo je u skladu sa normom jer ona dozvoljava da se sve 10-minutne srednje efektivne vrednosti napona napajanja nalaze unutar opsega Usr +10%/-15%. Za stabilnost napona i frekvencije nije samo zaslužna lokalna distribucija električne energije već i nepostojanje ozbiljne proizvodnje u okolini, zapravo većina nekadašnjih giganata radi sa 10-ak procenata od svog nekadašnjeg kapaciteta. THD faktor napona je sa 4.65% takođe zadovoljio normu EN 50160, ali za implementaciju rešenja pre svega kompenzacije reaktivne energije treba ga meriti na niskonaponskoj strani.

9. Zaključak Iz svega navedenog zaključujemo da su ljudi iz fabrike ,,Elektroporcelan“ s pravom potražili pomoć od stručnjaka sa katedre za električna merenja, jer su mogućnosti uštede u potrošnji velike. Realizacijom uštede sama firma će smanjiti udeo potrošnje električne energije u cenu gotovog proizvoda i tako sebe učiniti konkurentnijim na sve ozbiljnijem tržištu proizvoda od elektroporcelana gde pre svega kineske i indijske firme zauzimaju jaku poziciju. Prikazali smo kako se procenjuje mogućnost uštede i na osnovu računa za potrošnju, ali bez merenja ne bi mogli da definišemo opseg regulacije koji se prilagođava maksimalnoj aktivnoj i vršnoj snazi. Instrument VMP 20 se pokazao kao jako pouzdan uređaj za ovakve analize jer i pored nekih očiglednih nedostataka prikazivao je iste rezultate kao i digitalna merna grupa i moćni instrument KEW 6310.

67

10.

Literatura

[1] Vladimir Vujičić, ‘‘Stohastička adiciona A/D konverzija‘‘, FTN, Novi Sad, 2001. [2] Evropska norma EN 50160. [3] M. Kostić, ‘‘Postupak za povećanje korišćenja kondenzatora i poboljšanje kompenzacije reaktivne energije‘‘, Elektroprivreda br. 3, 2004., str. 50-64.. [4] Željko Novinc, “Kakvoća električne energije“, GRAPHIS, Zagreb, 2003. [5] Vladimir Katić, “Kvalitet električne energije- Viši harmonici“, FTN, Novi Sad, 2003. [6] Sanja Jovanović, Vladimir Vujičić, ‘‘Merenje profila potrošnje uređaja za nuklearnu magnetnu rezonancu‘‘, FTN, Novi Sad, 2009. [7] Vladimir Vujičić, Ivan Župunski, Bojan Vujičić, Zoran Mitrović ‘‘Analiza primene stohastičke digitalne merne metode‘‘, FTN, Novi Sad, 2010. [8] Strahinja Terzić, Vladimir Vujičić, ‘‘Profil potrošnje naponski osetljivog potrošača‘‘, FTN, Novi Sad, 2010. [9] patent broj 49030, ‘‘Postupak za povećanje korišćenja kondenzatora na sekundarnoj strani transformatora SN/NN u cilju poboljšanja kompenzacije‘‘, upisan u registar patenata 26.03.2003. godine

68