PFC - Συστήματα Διόρθωσης Συνημιτόνου

Οι ηλεκτρικές εγκαταστάσεις αποτελούνται από 3 είδη ισχύος: Ενεργή Ισχύς (Ρ) σχετιζόμενη με το ωμικό στοιχείο του φορτίου, άεργος ισχύς (Q) σχετιζόμενη με το επαγωγικό στοιχείο του φορτίου και η φαινόμενη ισχύς (Α).

Η μέση τιμή της αέργου ισχύος στη διάρκεια ενός κύκλου είναι μηδέν, επομένως η άεργη ισχύς δεν συμβάλλει στην παραγωγή μηχανικού έργου και αποτελεί ένα επιπρόσθετο φορτίο για την πηγή ενέργειας, αναγκάζοντας έτσι στην υπερδιαστασιολόγηση γεννητριών και γραμμών μεταφοράς/διανομής.

Η παράμετρος που καθορίζει την απορρόφηση της αέργου ισχύος καλείται ως συντελεστής ισχύος (cosφ) και εκφράζεται με την αναλογία μεταξύ ενεργού και αέργου ισχύος.

Θεωρώντας ότι δεν υπάρχουν αρμονικές στο σύστημα, ο συντελεστής ισχύος είναι ίσος με το συνημίτονο μεταξύ του διανύσματος της τάσης και του διανύσματος του ρεύματος (cosφ). Ο συντελεστής ισχύος μειώνεται όταν η άεργη ισχύς αυξάνεται.

Ένα σύστημα που λειτουργεί με χαμηλό συντελεστή ισχύος εμφανίζει τα παρακάτω μειονεκτήματα:

1. Υψηλή ισχύς απωλειών στις γραμμές μεταφοράς/διανομής.
   Πτώση τάσης.
2. Υπερδιαστασιολόγηση κατά τον σχεδιασμό των μέσων παραγωγής, μεταφοράς και μετασχηματισμού ενέργειας.
3. Με την εγκατάσταση ενός συστήματος πυκνωτών, μειώνεται η άεργος ισχύς που απορροφάται από τα επαγωγικά φορτία, αυξάνοντας έτσι τον συντελεστή ισχύος.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους επιτυγχάνεται η διόρθωση συντελεστή ισχύος και η επιλογή εξαρτάται από τον καθημερινό κύκλο του φορτίου, την διανομή του και τον τύπο της υπηρεσίας που εξυπηρετεί.

Η κύρια επιλογή είναι ανάμεσα από μεμονωμένα ή κεντρικά συστήματα διόρθωσης. Αν η διόρθωση είναι σε μεμονωμένα συστήματα, οι μονάδες εγκαθίστανται κοντά σε κάθε φορτίο για το οποίο απαιτείται διόρθωση. Ο καθημερινός κύκλος φορτίου είναι καθοριστικής σημασίας όταν επιλέγονται τα ποιο κατάλληλα συστήματα διόρθωσης. Πολύ συχνά, τα φορτία δεν λειτουργούν στον ίδιο χρόνο και μερικά λειτουργούν μόνο για λίγες ώρες της ημέρας. Στην περίπτωση αυτή είναι ξεκάθαρο ότι η σύνθεση της διανομής θα ήταν πολύ δαπανηρή, λόγω του μεγάλου αριθμού των συστημάτων διόρθωσης, που θα απαιτούνταν να εγκατασταθούν, σε σχέση με το νεκρό χρόνο διαφόρων μονάδων.

Τα συστήματα διόρθωσης συντελεστή ισχύος (PFC) τον βελτιώνουν, προλαμβάνοντας τα προβλήματα, που δημιουργεί ο χαμηλός συντελεστής.

Πυκνωτές
Εσωτερικά των αυτόματων συστημάτων διόρθωσης συντελεστή ισχύος υπάρχουν μόνο τριφασικοί πυκνωτές, με επίστρωση πολυπροπυλενίου και πλήρωση ρητίνης (ελεύθερα PCB). Η θεμελιώδης διαφορά χάρη στους standard πυκνωτές πολυπροπυλενίου είναι ο τρόπος που η διηλεκτρική επίστρωση επιμεταλλώνεται: Εάν στους standard πυκνωτές το πάχος της μεταλλικής στρώσης εναποτίθεται στην επιφάνεια του φιλμ πολυπροπυλενίου είναι σταθερή, ‘’για την υψηλή διαβάθμιση’’ η μεταλλική στρώση έχει ένα κατάλληλα διαμορφωμένο πάχος.

Ρυθμιστές άεργου ισχύος
Οι ρυθμιστές άεργου ισχύος, σε συνδυασμό με πυκνωτές και πηνία (σε αποσυντονισμένων φίλτρων ερμάρια) είναι το βασικό στοιχείο του αυτόματου συστήματος διόρθωσης συντελεστή ισχύος. Είναι στην πραγματικότητα το έξυπνο στοιχείο, υπεύθυνο για την «ανάγνωση» του συντελεστή ισχύος του φορτίου, εξαρτώντας με τον έλεγχό του διακοπτικά (ON/OFF) της συστοιχίας των πυκνωτών, που κάθε φορά ενεργοποιείται. Έτσι, ο ρυθμιστής διατηρεί τον συντελεστή ισχύος του συστήματος στο ελάχιστο καθορισμένα επιτρεπτό όριο από τον πάροχου ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα PFC κατασκευάζονται για συνεχή λειτουργία στην ονομαστική ισχύ από 100kVAr ως 1000kVAr. Η ονομαστική τάση είναι 415V και ανάλογα με το ύψος της αρμονικής παραμόρφωσης του κυκλώματος, ο κατάλληλος τύπος μπορεί να επιλεγεί. Τα PFC επιτρέπουν ένα συνεχή συντελεστή υπερφόρτωσης 1,3 του ρεύματος και 1,1 για την υπέρταση. Επίσης, υπάρχουν επιτρεπόμενοι συντελεστές υπερφόρτωσης για τους πυκνωτές, οι οποίοι καθορίζονται από τον επιλεγμένο τύπο. Για κάθε πυκνωτή μια διάταξη εκφόρτισης περιλαμβάνεται.

Η θερμοκρασία λειτουργίας του συστήματος καθορίζεται από -5◦C έως +40◦C και για τους πυκνωτές από -25◦C έως +55◦C.

Τα εφαρμοζόμενα πρότυπα κατασκευής των συστημάτων είναι τα IEC61439-1/2, IEC61921 και για τους πυκνωτές το IEC60831-1/2.

• Συχνά σε μια εγκατάσταση με χαμηλό συντελεστή ισχύος, η απόσβεση της επένδυσης είναι πολύ πιθανό να επιτευχθεί μέσα σε πολύ λίγα χρόνια.
• Εκτός από την ελαχιστοποίηση των πρόσθετων χρεώσεων από τους παρόχους, τα τεχνικά και οικονομικά οφέλη, που αντλούνται από την εγκατάσταση ενός συστήματος διόρθωσης συντελεστή ισχύος, έχουν ως εξής:
  - Μείωση των απωλειών σε γραμμές και μετασχηματιστές λόγο του χαμηλότερου απορροφούμενου ρεύματος
  - Μείωση της πτώσης τάσης
  - Βελτιστοποίηση του σχεδιασμού μιας εγκατάστασης
• Αύξηση της πυκνότητας ισχύος (kVAr/dm3), με μια κατ’ακολουθία μείωση του μεγέθους ισχύος των PFC
• Ανθεκτικότητα έναντι μεγάλων διακυμάνσεων τάσης, για υψηλότερη αξιοπιστία ακόμα και σε εγκαταστάσεις με παρουσία διακυμάνσεων τάσης, προερχόμενες από το δίκτυο ή την ίδια την εγκατάσταση
• Βελτιωμένη συμπεριφορά σε σχέση με την αντοχή σε εσωτερικά βραχυκυκλώματα
• Ελαχιστοποίηση φθοράς των συστοιχιών πυκνωτών, λόγω του ρυθμιστή άεργου ισχύος
• Ευέλικτη παραμετροποίηση
• Ειδικά χαρακτηριστικά του ρυθμιστή ισχύος, για τη συντήρηση του PFC, προκειμένου να αναγνωρίζει και να επιλύει προβλήματα, τα οποία, διαφορετικά, θα μπορούσαν να καταστρέψουν ή να μειώσουν τη διάρκεια ζωής.

• Σε περιπτώσεις που ο συντελεστής ισχύος του δικτύου είναι πολύ χαμηλός (με επαγωγικά φορτία, όπως μετασχηματιστές, γεννήτριες, κλπ.), όπως σε βιομηχανικές εφαρμογές, ναυτιλίας, κτήρια γραφείων, εμπορικά κέντρα, κλπ.
• Τα PFC ενδείκνυνται για εγκαταστάσεις που η αρμονική παραμόρφωση του ρεύματος, χωρίς πυκνωτές, έχουν τιμές ≥ 12% (εγκαταστάσεις με μή γραμμικά φορτία, μηχανές συγκόλλησης, ανορθωτές, κλπ).