Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 1
COS PHI VERBETERING
ENERGIE MANAGEMENT
PASSIEVE FILTERS
ACTIEVE FILTERS
POWER QUALITY ANALYSERS
NETMETINGEN vlgs EN50160
IE3 MOTOREN
FREQUENTIE OMVORMERS
SERVICE & ONDERHOUD
VERSPIL UW ENERGIE NIET BLINDELINGS !
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 2
Power Quality & Energy Efficiency
In industriële Laagspanning Netwerken
Jos Benneker FraKol Power Quality
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency 3
• Energy Efficiency definitie • Energy Efficiency verliezen minimaliseren • Power Quality definitie • Power Quality Normen en Verantwoordelijkheden • Power Quality Problemen • Cos phi compensatie • Harmonischen • Harmonische filters
Power Quality & Energy Efficiency
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 4
“Het maximale percentage van de totale energie input in een apparaat of systeem omzetten in nuttige arbeid met behoud van de eigenschappen en kwaliteitseisen, door het minimaliseren van de verliezen”
Energy Efficiency Definitie
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 5
Bron: FRAKO afgeleid van Groenboek over energie-efficiëntie van de Europese Commissie COM (2005) 265 definitief.
Energy Efficiency Verliezen minimaliseren
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 6
Totaal Energie verbuik in EU-25 (2002) TWh Huidige Cos ϕ
TVArh TVAh
Elektriciteitsverbruik in de EU 2641 0,83 1759 3173
Transport en Distributie verliezen 195
Totaal Verbruik 2836
Industrie 1168 0,70 1192 1669
Transport 78 0,80 59 98
Service 620 0,80 465 775
Huishoudens 717 1,00 0 717
Overig 58 0,80 44 73
KENGETALLEN Bron: FRAKO afgeleid van Groenboek over energie-efficiëntie van de Europese Commissie COM (2005) 265 definitief.
Energy Efficiency Verliezen minimaliseren
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 7
Totaal Energie verbuik in EU-25 (2002) TWh Doel Cos ϕ
TVArh TVAh
Elektriciteitsverbruik in de EU 2641 0,95 690 2730
Transport en Distributie verliezen 195
Totaal Verbruik 2836
Industrie 1168 0,95 384 1229
Transport 78 0,80 59 98
Service 620 0,95 204 653
Huishoudens 717 1,00 0 717
Overig 58 0,80 44 73
KENGETALLEN Bron: FRAKO afgeleid van Groenboek over energie-efficiëntie van de Europese Commissie COM (2005) 265 definitief.
Energy Efficiency Verliezen minimaliseren
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 9
Totaal Energie verbuik in EU-25 (2002) TWh Huidige Cos ϕ
TVArh TVAh
Industrie en service 1,788 0,73 1,657 2,437
Huishoudens, Transport en Overig 853 0,99 102 859
Totaal Verbruik 2,641 0,83 1,759 3,173
T&D + Interne verliezen : stroomafhankelijk 180
KENGETALLEN Bron: FRAKO afgeleid van Groenboek over energie-efficiëntie van de Europese Commissie COM (2005) 265 definitief.
Totaal Energie verbuik in EU-25 (2002) TWh Huidige Cos ϕ
Doel Cos ϕ
TVArh TVAh
Industrie en service 1788 0,73 1,657 2437
Huishoudens, Transport en Overig 853 0,99 102 859
Totaal Verbruik 2641 0,83 1,759 3173
T&D + Interne verliezen : stroomafhankelijk 180
Industrie en service 1788 0,73 0,95 588 1882
Huishoudens, Transport en Overig 853 0,99 0,99 102 859
Totaal Verbruik 2641 0,83 0,97 690 2730
T&D + Interne verliezen : stroomafhankelijk 132
Besparing / minder verliezen 48 14%
Energy Efficiency Verliezen minimaliseren
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 9
• Optimaal blindvermogen compensatie verlaagt het energieverlies in de transport- en distributienetten, alsmede in de netwerken van klanten van de industrie en de dienstensector met 48 TWh per jaar.
• Blindvermogen compensatie verlaagt het te transporterende vermogen met 14%
48 TWh besparing per jaar is in overeenstemming met de energie van meer dan 13 miljoen huishoudens meer dan 4.000 windturbines ongeveer 15 gascentrales ongeveer 4 kerncentrales
Bron: FRAKO afgeleid van Groenboek over energie-efficiëntie van de Europese Commissie COM (2005) 265 definitief.
Energy Efficiency Verliezen minimaliseren
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 10
“Power Quality is de kwaliteit van de spanning en de stroom om een elektrisch systeem of apparaat optimaal te laten werken, zonder elektromagnetische invloeden te veroorzaken in haar omgeving of hier zelf gevoelig voor te zijn”
Power Quality Definitie
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 11
Ueff=Umax
2 = 1,11 x Ugem
Ueff =Umax
2 = 0,707 Umax
Ugem= 2
л Umax =0,636 Umax
Crestfactor =Umax
Ueff =1.414
Vormfactor =Ueff Ugem
=1.11
RMS (effectieve) waarden worden gebruikt voor de berekening van de Joule verliezen en als waarde bij de meeste meetapparatuur
Power Quality Definitie
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency 12
• NEN-EN 50160-2010 • NETCODE • Elektriciteitswet (1998) • MEETCODE • SYSTEEMCODE • TARIEVENCODE
• CE Richtlijn • IEC 61000 reeks • EMC richtlijnen
NETBEHEERDER FABRIKANT GEBRUIKER
• NEN 3140 • ISO EN50001 • Energie contract
Power Quality Normen & verantwoordelijkheden
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality
Oscillaties (Resonanties)
Spanningsvariaties (dips, swells)
Onbalans Blindvermogen Harmonischen
Transiёnten (snelle spanningsvariaties) Flicker
14
Power Quality Problemen
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 15
OORZAAK • Asymmetrische netbelasting GEVOLGEN • Stroom door de nul /ongelijke aderbelasting kabels = capaciteitsverlies van de kabels = extra verliezen in de kabel = kans op overbelasting in kabels en fase GEVOLGEN VOOR ELEKTROMOTOREN: • Onstaan van asymmetrische spanning = koppelreductie door inverse spanning = lagerproblemen door koppels met hogere frequentie = extra warmte in stator en rotor door inductiestromen tegengesteld aan de rotorbeweging OPLOSSING • Actief Filter plaatsen
uU = de asymmetrie in de spanning U1 = de grootte van de normale spanning U2 = de grootte van de inverse spanning
Power Quality Onbalans
Q = U * I * sin φ (VAr) (V) (A)
Bij zuivere reactieve belasting
P
U
I
U I
= 90° t
Reactief Vermogen of Blind Vermogen Q (Var, kVAr, MVAr)
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency
P Inductief Reactief Vermogen:
• Motoren en Transformatoren
Capacitief Reactief Vermogen:
• Vermogens Condensatoren
Spanning- en Stroomcurve zijn 90° verschoven
daardoor werkelijk Vermogen P = 0
15
Power Quality Blindvermogen
Actief vermogen of Werkelijk Vermogen P (W, kW, MW)
P
U
I
P
U
I
t
• Spanning en Stroom zijn gelijktijdig of „in Fase“
• Vermogenscurve is altijd positief
• Vermogenscurve heeft 2 x de lijnfrequentie
P = U * I
(W) (V) (A) Bij zuivere Ohmse belasting
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency
• Actief vermogen wordt omgezet in arbeid.
• kW vermogen wordt door de kWh meter
geregistreerd
16
Power Quality Blindvermogen
Werkelijk Vermogen (P) en Blindvermogen (Q)
P = U * I * cos φ (W) (V) (A)
Bij Werkelijk- en Blind Vermogen
P
U
I P gemiddeld
= 45°
U I
t
Blindlvermogen opname
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency
Blindvermogen teruggave
P • In de praktijk bijna altijd beide aanwezig
• Momentwaarde altijd Negatief als 1 van de
factoren negatief is
• Wisselstroom energie is op elk moment het
product van spanning x stroom.
• Het werkelijke vermogen is altijd het
rekenkundig gemiddelde van de wisselstroom
17
Power Quality Blindvermogen
Schijnbaar Vermogen S (VA, kVA, MVA)
Q
S
P
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency 18
S = U * I (VA) (V) (A)
S = P² + Q² (VA) (W) (VAr)
• Is bepalend voor het ontwerp van de installatie
- Transformatoren en Generatoren
- Verdeelinrichtingen, zekeringen en automaten
- Kabeldiameters
• Het schijnbaar vermogen is het product van de spanning en
stroom zonder rekening te houden met fase verschuivingen.
• Het schijnbaar vermogen kan ook berekend worden op
basis van werkelijk vermogen en reactief vermogen
Power Quality Blindvermogen
Schijnbaar Vermogen
• P = actief vermogen, het bier
• Q= blindvermogen, het schuim
• S= Schijnbaar vermogen, de capaciteit
van het glas
Meer blindvermogen betekent:
> Aansluitcapaciteit nodig
> Transformator capaciteit nodig
Q
P
S
S = Schijnvermogen (VA)P = Werkelijk Vermogen (W)Q = Blindvermogen (VAr)
S = U * IP = U * I * cos φQ = U * I * sin φ
I
QS
PVermogens driehoek
Power Quality Blindvermogen
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency 18
cos φ =
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency 20
Arbeidsfactor of Vermogensfactor cos φ
• Is de verhouding tussen het werkelijke vermogen (P) en
het schijnbare vermogen (S)
•cos ϕ geldt alleen voor de grond harmonische (50Hz)
•cos ϕ van motoren geldt alleen bij vollast
•cos ϕ is niet hetzelfde als de power factor
P
S
Power Quality Blindvermogen
MMSNETWERK
COS ϕ = 1
WERKELIJK VERMOGEN WERKELIJK VERMOGEN
MET COS ϕ COMPENSATIE
BLI
ND
BESPARING BESPARING
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency 21
Waarom cos φ verbetering toepassen ?
• EFFECTIEVER gebruik van
• Generatoren (opwekking)
• Transformatoren en kabels
• Laagspanningsverdelers
door
• Verlaagde transport verliezen
• Minder spanningsverlies
dus ook:
• Lagere energiekosten en BETERE EFFICIENCY
MMSNETWERK
COS ϕ = 0,7
WERKELIJK VERMOGEN WERKELIJK VERMOGEN
BLIND VERMOGEN BLIND VERMOGEN
ZONDER COS ϕ COMPENSATIE
20-9-2016 Frakol Power Quality Power Quality & Energy Efficiency 22
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
180%
200%
1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5
% V
A, W
, VA
r
cos ϕ
S en Q in % van P
S
P
Q
Waarom cos φ verbetering toepassen ?
Bij cos ϕ = 0,85 zit er 62% blindvermogen (Q) in de installatie Bij cos ϕ = 0,7 zit er evenveel blindvermogen (Q) als werkelijk vermogen (P) in de installatie. Bij cos ϕ = 0,7 is er dus al een verdubbeling van de verliezen in transformatoren en kabels
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 23
TOEPASSING bij
• Transformatoren
• Motoren in continue bedrijf
• Motoren met lange of te krappe motorkabels
+
-
DECENTRALE COMPENSATIE
M
BELASTINGBELASTING BELASTING
TRAFO
M M~ ~ ~
• Interne bedrijfsnet wordt ontlast van blindstroom • Lage kosten per kVAr
• Hogere Installatiekosten • Cosinus phi installatie is verdeeld over het hele bedrijf • Een grotere capaciteit nodig ivm de GF • Geen cos phi waarde monitoring
Power Quality Blindvermogen
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 24
TOEPASSING bij
• Groepen inductieve belastingen die gelijktijdig in bedrijf zijn.
GROEPSCOMPENSATIE
• Alleen met belastingen die gelijk in bedrijf zijn. • Geen cos phi waarde monitoring
• Interne bedrijfsnet wordt ontlast van blindstroom • Lage kosten per kVAr
M
BELASTINGBELASTING BELASTING BELASTING
TRAFO
MM M~ ~ ~ ~
+
-
Power Quality Blindvermogen
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 25
TOEPASSING bij
• Kan op elke laagspanningsverdeler zoals hoofd- en onderverdeler.
CENTRALE COMPENSATIE
• Interne laagspanningsnet achter de gecompenseerde verdeler wordt niet ontlast • Er moet een afgaand veld van de laagspanningsverdeler beschikbaar zijn of worden gemaakt
• Minder capaciteit nodig dan bij decentrale compensatie door GF • Effectief gebruik van de aangesloten capaciteit • Installatie overzichtelijk en meestal eenvoudig te realiseren • via blindwattregelaar veel informatie van l.s. net beschikbaar
TRAFO
COS PHI
M
BELASTING
M M M
BELASTING BELASTING BELASTING
~ ~ ~ ~
+
-
Power Quality Blindvermogen
Ib Iw
BELASTING BELASTING
BELASTING BELASTING COS PHI
M M
M M
TRAFO
M M
BELASTING BELASTING
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 26
PRAKTIJKSITUATIE
• Combinatie van verschillende methodes om een zo efficiënt mogelijke blindwatt compensatie installatie te ontwerpen
GEMENGDE COMPENSATIE
Power Quality Blindvermogen
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 27
Installatiegegevens: Trafo 630 kVA 400V-50Hz Uk=4% Pv=1,1% op Halyester Verdeler Bestaande groepen Cutter 90 kW 400V-50Hz 120 m kabel Schredder 132 kW 400V-50Hz 100 m kabel Cutter 90 kW 400V-50Hz 90 m kabel Chiller 37 kW 400V-50Hz 120 m kabel Totaal motoren 349 kW Uitbreiding gewenst Cutter 90 kW 400V-50Hz 80 m kabel Chiller 30 kW 400V-50Hz 80 m kabel Totaal Motoren 469 kW Vraagstelling: Kan de uitbreiding op dezelfde trafo?
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 1 Uitbreiding Belasting op bestaande Trafo
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 28
Berekening van de besparing op blindverbruik gebaseerd op de energie nota.
0,0068 ( 2016 )
maand kWh kVArh kW max kVArh verbruik kVArh toegestaan kVAr boete cos ϕ kosten compensatie
dag & nacht op nota gemeten 62% v.d. kWh in kVArh gemiddeld blindverbruik kVAr nodig
bij cos ϕ = 0,85 € bij kW max
jan-16 0 0 0 -€
feb-16 0 0 0 -€
mrt-16 0 0 0 -€
apr-16 0 0 0 -€
mei-16 47658 27351 338 56899 29548 27351 0,64 185,99€ 194
jun-16 0 0 0 -€
jul-16 0 0 0 -€
aug-16 0 0 0 -€
sep-16 0 0 0 -€
okt-16 0 0 0 -€
nov-16 0 0 0 -€
dec-16 0 0 0 -€
Totaal berekend blindverbruik in 1 maand 185,99€
Is per jaar (bij evenredig verbruik als in de opgegeven maanden) 2.231,84€
Advies voor de te plaatsen kVAr capaciteit voor cosinus phi verbetering naar 0,85 kVAr 194
Energie leverancier
Kosten per kVArh in €
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 1 Uitbreiding Belasting op bestaande Trafo
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 29
Berekening van de stroomverlaging na toepassing cosinus phi verbetering.
Gebaseerd op gegeven kW en cosinus phi Netspanning: 400 Volt
Huidige kVA belasting 528 kVA = 762 Ampere
Huidige cosinus phi 0,64
Huidige kW belasting 338 kW
Huidig inductief blindverbruik 406 kVAr
Wenswaarde cosinus phi 0,95
kVA belasting na compensatie 356 kVA = 514 Ampere
Blindverbruik na compensatie 111 kVAr
Benodigd condensatorvermogen 295 kVAr
Wij adviseren u een Frako installatie: 300 kVAr
Na plaatsing installatie van 300 kVAr
is de netsituatie als volgt:
KVA belasting 354 kVA = 511 Ampere
Blindverbruik 106 kVAr
Cosinus phi na compensatie 0,954
Stroom verlaging na toepassing blindwattcompensatie 251 Ampere
kVA verlaging na toepassing blindwattcompensatie 174 kVA
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 1 Uitbreiding Belasting op bestaande Trafo
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 30
DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 1 Uitbreiding Belasting op bestaande Trafo
Power Quality Blindvermogen
Trafo vermogen 630 kVA Dagen per jaar 260 Energiekosten per kWH 0,050€
Trafo vollast verlies 1,1% % Uren per dag 8 Energiebelasting per kWh 0,013€
Trafo volast verlies 6,9 kW Uren per jaar 2080 Totaal Energiekosten per kWh 0,063€
Huidige cos phi waarde 0,64 Doel cosinus phi 0,95 Boete Blindverbruik per jaar -€
Benodigde comp. in kVAr 200
Installatie info
Type belasting Belasting Huidige Doel Besparing
Bestaand cos ϕ cos ϕ (verschil) 40% van PM Type Kosten Kosten
kW Ø mm² lengte m Pv kW Pv kW Pv kW kVAr LKSLT LKSLT Installatie
Motor 90 95 120 2,86 1,29 1,57 36 30 580,00€ 580,00€
Motor 132 150 100 3,29 1,49 1,8 52,8 50 720,00€ 720,00€
Motor 37 50 120 0,97 0,44 0,53 14,8 15 500,00€ 500,00€
Motor 90 70 90 2,98 1,35 1,63 36 30 580,00€ 580,00€
-€
-€
-€
Totaal kW 349 10,1 4,57 5,53 139,6 125 2.380,00€ 2.380,00€
Trafo verliezen kW 6,00 4,04 1,96
Centrale compensatie kVAr 75 4.600,00€ 4.600,00€
Totaal Compensatie kVAr 200 6.980,00€ 6.980,00€
Totaal verliezen kW 16,10 8,61 7,4874 Minder Verlies in % 46,5%
Totaal verbruik / jaar kWh 725920 33485 17911 15574 Besparing op totaal kWh 2,1%
Totaal Verbruik / jaar in € 45.370,00€ 2.092,80€ 1.119,44€ 973,36€ Totaal investering 13.960,00€
Besparing Boete Blindverbruik per jaar 2.231,00€ Totaal besparingen/jaar 3.204,36€
Trafo belasting in kVA 545 367 58% Terugverdientijd in jaren 4,4
TRAFO
DECENTRAAL
COMPENSATIE
CENTRAAL
Transformator informatie Bedrijfstijd per jaar Energiekosten per kWh
KABELS COMPENSATIE
Kabel
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 31
DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 1 Uitbreiding Belasting op bestaande Trafo
Power Quality Blindvermogen
Trafo vermogen 630 kVA Dagen per jaar 260 Energiekosten per kWH 0,050€
Trafo vollast verlies 1,1% % Uren per dag 8 Energiebelasting per kWh 0,013€
Trafo volast verlies 6,9 kW Uren per jaar 2080 Totaal Energiekosten per kWh 0,063€
Huidige cos phi waarde 0,64 Doel cosinus phi 0,95 Boete Blindverbruik per jaar -€
Benodigde comp. in kVAr 300
Installatie info
Type belasting Belasting Huidige Doel Besparing
Bestaand en Uitbreiding cos ϕ cos ϕ (verschil) 40% van PM Type Kosten Kosten
kW Ø mm² lengte m Pv kW Pv kW Pv kW kVAr LKSLT LKSLT Installatie
Motor 90 95 120 2,86 1,29 1,57 36 30 580,00€ 580,00€
Motor 132 150 100 3,29 1,49 1,80 53 50 720,00€ 720,00€
Motor 37 50 120 0,97 0,44 0,53 15 15 500,00€ 500,00€
Motor 90 70 90 2,98 1,35 1,63 36 30 580,00€ 580,00€
Motor 90 70 80 2,65 1,20 1,45 36 30 580,00€ 580,00€
Motor 30 25 80 0,79 0,36 0,43 12 15 500,00€ 500,00€
Totaal kW 469 13,54 6,13 7,41 187,6 170 3.460,00€ 3.460,00€
Trafo verliezen kW 8,06 5,43 2,63
Centrale compensatie kVAr 130 7.000,00€ 7.000,00€
Totaal Compensatie kVAr 300 10.460,00€ 10.460,00€
Totaal verliezen kW 21,60 11,56 10,04 Minder Verlies in % 46,5%
Totaal verbruik / jaar kWh 975520 44930 24046 20884 Besparing op totaal kWh 2,1%
Totaal Verbruik / jaar in € 60.970,00€ 2.808,12€ 1.502,87€ 1.305,25€ Totaal investering 20.920,00€
Besparing Boete Blindverbruik per jaar 2.231,00€ Totaal besparingen/jaar 3.536,25€
Trafo belasting in kVA 733 494 78% Terugverdientijd in jaren 5,9
TRAFO
Transformator informatie Bedrijfstijd per jaar Energiekosten per kWh
KABELS COMPENSATIE
DECENTRAAL
Kabel
COMPENSATIE
CENTRAAL
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 32
DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 1 Uitbreiding Belasting op bestaande Trafo
Power Quality Blindvermogen
Trafo vermogen 630 kVA Dagen per jaar 260 Energiekosten per kWH 0,050€
Trafo vollast verlies 1,1% % Uren per dag 8 Energiebelasting per kWh 0,013€
Trafo volast verlies 6,9 kW Uren per jaar 2080 Totaal Energiekosten per kWh 0,063€
Huidige cos phi waarde 0,64 Doel cosinus phi 0,95 Boete Blindverbruik per jaar -€
Benodigde comp. in kVAr 300
Installatie info
Type belasting Belasting Huidige Doel Besparing
Bestaand en Uitbreiding cos ϕ cos ϕ (verschil) 40% van PM Type Kosten Kosten
kW Ø mm² lengte m Pv kW Pv kW Pv kW kVAr LKSLT LKSLT Installatie
Motor 90 95 120 -€ -€
Motor 132 150 100 -€ -€
Motor 37 50 120 -€ -€
Motor 90 70 90 -€ -€
Motor 90 70 80 -€ -€
Motor 30 25 80 -€ -€
-€ -€
Totaal kW 469 0 0 0 0 0 -€ -€
Trafo verliezen kW 8,06 5,43 2,63
Centrale compensatie kVAr 300 8.900,00€ 8.900,00€
Totaal Compensatie kVAr 300 8.900,00€ 8.900,00€
Totaal verliezen kW 8,06 5,43 2,63 Minder Verlies in % 32,6%
Totaal verbruik / jaar kWh 975520 16767 11295 5471 Besparing op totaal kWh 0,6%
Totaal Verbruik / jaar in € 60.970,00€ 1.047,92€ 705,97€ 341,95€ Totaal investering 17.800,00€
Besparing Boete Blindverbruik per jaar 2.231,00€ Totaal besparingen/jaar 2.572,95€
Trafo belasting in kVA 733 494 78% Terugverdientijd in jaren 6,9
Transformator informatie Bedrijfstijd per jaar Energiekosten per kWh
KABELS COMPENSATIE
DECENTRAAL
Kabel
TRAFO COMPENSATIE
CENTRAAL
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 33
Harm. % t.o.v. 1
1 100
2 0
3 0
4 0
5 20
6 0
7 14,2
8 0
9 0
10 0
11 9,1
12 0
13 7,7
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0
21 0
22 0
23 0
24 0
25 0
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
1 360
Power Quality Harmonischen
• Grondharmonische: 50 Hz • Theoretisch zijn hogere
harmonischen omgekeerd evenredig met het ranggetal van de harmonische
• Bij 6 puls gelijkrichter 6h +/-1 5e (negatief) 7e (positief)
• Bij 12 puls gelijkrichter 12h +/-1 11e (negatief) 13e (positief)
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 34
Power Quality Harmonischen OORZAAK • Niet lineaire belastingen; industrieel voornamelijk Frequentie omvormers (6 pulse) en DC regelaars Vlamboogovens en Lasapparatuur GEVOLGEN • Harmonische stromen in het net, die door de net-
impedantie harmonische spanningsvervorming veroorzaken. • Veroorzaakt extra wervelstroomverliezen en joule verliezen Capaciteitsverlies in trafo’s en kabels Rendementsverliezen in motoren Koppelfluctuaties in motoren • Resonanties in laagspanningsnetwerken • Extra blindvermogen D (Distortion Reactive Power) OPLOSSING • Netcapaciteit vergroten • Passieve of actieve harmonische filters toepassen
Totale harmonische vervorming in % t.o.v. de grond harmonische (50Hz)
RMS waarde van de spanning van het harmonische signaal t.o.v. de grond harmonische (50Hz)
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 36
T1 T2
MS ring
M M M
LOAD LOAD LOAD
Hoofdverdeler 1
M
Hoofdverdeler 2
LOAD
Power Quality Harmonischen
• Extra verliezen in kabels, trafo, motoren en schakelmateriaal
• Verhoogde RMS waarde voor
de stroom en spanning
• Hogere kosten op de energie meter
• Harmonische vervorming op andere LS netwerken op dezelfde MS ring
• Extra verliezen in kabels, trafo, motoren en schakelmateriaal
T1 T2
MS ring
M M M
LOAD LOAD LOAD
Hoofdverdeler 1
M
Hoofdverdeler 2
LOAD
C
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 36
Power Quality Harmonischen
𝑓𝑟 = 50 ∗𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜
(𝑈𝑘 ∗ 𝑄)
RESONANTIE
Hoge stromen door de condensatorbatterij met overbelasting van de condensatoren tot gevolg
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016
Frakol Power
Quality
37
Power Quality Resonanties
𝑓𝑟 =1
2π ∗ 𝐿 ∗ 𝐶
C
R
L R L C
ADF MULTIPULSE AFEPASSIVEFILTER
Losses
Total harmonic distortion
Physical size
Meets regulation*
Specific harmonic selection
Resonance elimination
Flicker compensation
Configurable
Seriekring Parallelkring
Resonantie als XL = XC = X0
𝑓𝑟 = 50 ∗𝑃𝑡𝑟𝑎𝑓𝑜
(𝑈𝑘 ∗ 𝑄)
OORZAAK • Net met Inductieve en Capacitieve impedantie • Serieresonantie XL = XC = X0 geeft hoge resonantiestroom • Parallel resonantie geeft hoge resonantie spanningen • Resonantie geeft opslingering van de harmonischen • fh≥10%≤fr=q=4 fh≥20%≤fr=q=2,5 fh≥30%≤fr=q=1,7 GEVOLGEN • Extreem hoge harmonische stromen en spanningen die
direct tot uitval van een installatie of verkeerd reageren van besturingen kunnen leiden.
OPLOSSING • Passief resonantiefilter toepassen (De-tunen) • Netcapaciteit vergroten Frequentie ω0
Imp
edan
tie
MS ring
T1
PASSIEF FILTER
LOAD
Hoofdverdeler 1
M
LOAD
M
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 38
Power Quality Harmonischen
PASSIEF HARMONISCH FILTER • Parallel LC filter met gekozen resonantiefrequentie dicht bij
de harmonische frequentie die uitgefilterd moet worden. • Het filter is een zuigfilter voor deze frequentie. • Elke harmonische frequentie krijgt zijn eigen filter. • Het filter kan de volledige harmonsiche stroom dissiperen • Demping (afzuiging harmonische) tot 90% mogelijk
MS ring
T1
PASSIEF FILTER
LOAD
Hoofdverdeler 1
M
LOAD
M
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 39
Power Quality Harmonischen
GESTUURD PASSIEF HARMONISCH FILTER • Idem Passief harmonisch filter maar met continue
harmonischen meting.
• Instelbare grenswaarden voor aan en uit van het filter.
• Filter alleen aktief bij harmonische vervuiling boven de grenswaarde.
Belangrijk: • Voordat passieve filters goed kunnen worden toegepast
moet het laagspanningsnet worden gemeten om de harmonische stromen en frequenties vast te stellen.
• Bij parallelle passieve filters hoeft niet het gehele vermogen door het filter en hebben daarom minder vermogensverlies.
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 40
Power Quality Harmonischen
GESTUURD PASSIEF FILTER Werking • Power Quality Analyser meet continue de harmonische
vervuiling. • Bij ingestelde minimale en maximale harmonische
vervuiling schakelt het filter in of uit met de ingestelde hysteresis.
Filter uit Filter in
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 41
T1
[P],[Q]
M
LOAD
M
LOAD
[P],[Q],[D]
HV/MV GRID
[Pverliezen]
LS GRID
Power Quality Harmonischen
ACTIEVE FILTERS • Complexe Belastingen ongecompenseerd
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 42
T1
[P],[Q],[D]
[Pverliezen]
M
M
LOAD
LOAD
ADF
HV/MV GRID
LS GRID
[Q],[D] [P],[Q]
Power Quality Harmonischen
ACTIEVE FILTERS • Complexe Belastingen gecompenseerd
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 43
Power Quality Harmonischen
• Het injecteren van een stroom in
tegenfase met de harmonische
stroom
• Vergelijkbaar met tegengeluid
om achtergrond geluiden op te
heffen
ACTIEF FILTER Werking
i compensation
control signal
PROCESSOR
COMPUTER
Measurement Reference
compensation current
POWER
l ine current
CONTROL
load current
v line
i line i load
TRAFO LOAD
T7 [Pverliezen] T6
kabel
l = 80 m
Hoofdverdeler
M
LOAD
M
LOAD
10 kV ring
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 43
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Installatiegegevens: Trafo 1600 kVA 400V-50Hz Uk=6% Pv=1,2% Hoofdverdeler belasting DC motor 132 kW doorn 1 DC motor 132 kW doorn 2 DC motor 132 kW doorn 3 Wikkelaar 22 kW 400V-50Hz Diverse klein 10 kW 400V-50Hz Totaal Belasting 428 kW Cos ϕ gemiddeld 0,41 thdU > 12 % Vaste compensatie 70 kVAr Vraagstelling: Power Quality verbetering door cos ϕ verbetering en filteren van harmonischen.
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 45
Power Quality Blindvermogen
S in kVA P in kW Q in kVAr Cos ϕ
DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 46
Power Quality Blindvermogen
I1 in A I2 in A I3 in A Cos ϕ
DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 47
Power Quality Blindvermogen
thdU L1 thdU L2 thdU L3 thdI L1 thdI L2 thdI L3 Cos ϕ
DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Har 1 L1 Har 5 L1 Har 7 L1 Har 11 L1 Har 13 L1 Har 17 L1 Har 19 L1 Har 19 L1 Cos ϕ
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 48
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
har 1 1200 A
har 5 260 A
har 7 54 A
har 11 82 A
har 13 35 A
har 17 40 A
har 19 22 A
har 23 25 A
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 49
Berekening van de stroomverlaging na toepassing cosinus phi verbetering.
Gebaseerd op gegeven kW en cosinus phi Netspanning: 400 Volt
Huidige kVA belasting 829 kVA = 1197 Ampere
Huidige cosinus phi 0,41
Huidige kW belasting 340 kW
Huidig inductief blindverbruik 756 kVAr
Wenswaarde cosinus phi 0,95
kVA belasting na compensatie 358 kVA = 517 Ampere
Blindverbruik na compensatie 112 kVAr
Benodigd condensatorvermogen 645 kVAr
Wij adviseren u een Frako installatie: 670 kVAr
Na plaatsing installatie van 670 kVAr
is de netsituatie als volgt:
KVA belasting 351 kVA = 506 Ampere
Blindverbruik 86 kVAr
Cosinus phi na compensatie 0,969
Stroom verlaging na toepassing blindwattcompensatie 691 Ampere
kVA verlaging na toepassing blindwattcompensatie 478 kVA
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 50
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Verstemmingsfactor P7 % 𝑠𝑝𝑜𝑒𝑙𝑒𝑛
𝑓𝑟 = 50 ∗1
𝑃
𝑓𝑟 = 189 𝐻𝑧
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 51
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Trafo vermogen 1600 kVA Dagen per jaar 260 Energiekosten per kWH 0,050€
Trafo vollast verlies 1,2% % Uren per dag 24 Energiebelasting per kWh 0,013€
Trafo volast verlies 19,2 kW Uren per jaar 6240 Totaal Energiekosten per kWh 0,063€
Huidige cos phi waarde 0,41 Doel cosinus phi 0,95 Boete Blindverbruik per jaar 12.000,00€
Benodigde comp. in kVAr 670
Installatie info
Type belasting Belasting Huidige Doel Besparing
Bestaand cos ϕ cos ϕ (verschil) 40% van PM Type Kosten Kosten
kW Ø mm² lengte m Pv kW Pv kW Pv kW kVAr LSFC LSFC Installatie
DC motoren 340 3x240 80 8,63 1,60 7,03 -€ -€
-€ -€
-€ -€
-€ -€
-€ -€
-€ -€
-€ -€
Totaal kW 340 8,63 1,60 7,03 0 0 -€ -€
Trafo verliezen kW 9,95 4,29 5,66
Centrale compensatie kVAr 670 22.000,00€ 9.000,00€
Totaal Compensatie kVAr 670 22.000,00€ 9.000,00€
Totaal verliezen kW 18,58 5,89 12,69 Minder Verlies in % 68,3%
Totaal verbruik / jaar kWh 2.121.600 115.947 36.783 79.164 Besparing op totaal kWh 3,7%
Totaal Verbruik / jaar in € 132.600,00€ 7.246,68€ 2.298,95€ 4.947,73€ Totaal investering 31.000,00€
Besparing Boete Blindverbruik per jaar 12.000,00€ Totaal besparingen/jaar 16.947,73€
Trafo belasting in kVA 829 358 22% Terugverdientijd in jaren 1,8
Kabel
TRAFO COMPENSATIE
CENTRAAL
Transformator informatie Bedrijfstijd per jaar Energiekosten per kWh
KABELS COMPENSATIE
DECENTRAAL
T7 [Pverliezen] T6
kabel
l = 80 m
M
COS PHI LOAD
M
LOAD
10 kV ring
Hoofdverdeler
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 52
Power Quality Blindvermogen DECENTRALE / CENTRALE COMPENSATIE case 2 Cos ϕ verbetering en harmonischen onderdrukken
Installatiegegevens: Trafo 1600 kVA 400V-50Hz Uk=6% Pv=1,2% NA INSTALLATIE VAN DE COS ϕ INSTALLATIE MET P7 FILTER: • Cos ϕ verbetering van 0,41 naar 0,95 gemiddeld • thdu van >12% naar < 5% • Demping harmonischen 59%
• Energiebesparing ca 80.000 kWh per jaar • Energiebesparing ca 3,7 % op jaarverbruik v/d machine
• Kostenbesparing op Energie ca € 5.000,- per jaar • Kostenbesparing op Blindvermogen ca € 12.000,- per jaar
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 54
Power Quality & Energy Efficiency SAMENVATTEND: • Een goede Power Quality verbetert de Energy Efficiency • Cos ϕ verbetering geeft de volgende besparingen: (Cos ϕ ≤0,85 naar 0,95)
• Trafo 0,6 – 0,9% van het vermogen van de trafobelasting. • (Motor)Kabels 0,3 - > 2% van het aangesloten (motor)vermogen. • Totaal 0,9 tot 3% van het afgenomen vermogen • Kostenbesparing indien boete voor blindverbruik. • EIA investeringsaftrek (Bedrijfsmiddelcode 220911 Condensatoren) • Minder warmteontwikkeling , langere levensduur componenten • Lagere onderhoudskosten voor de elektrische installatie
SAMENVATTEND: • Een goede Power Quality verbetert de Energy Efficiency • Filtering van harmonische vervuiling uit het L.S. net geeft de volgende voordelen en besparingen:
• Lagere RMS stromen dus lagere verliezen en lagere kostenberekening • Trafo minder energieverlies en geen de-rating van kVA trafo vermogen • (Motor)Kabels minder energieverlies en geen de-rating door skin-effect • Totale energie besparingen kunnen oplopen tot >5% van afgenomen vermogen
• Motoren minder rendementsverliezen , de-rating en koppelfluctuaties • Beveiligingen Minder extra opwarming en foutieve afschakelingen • Algemeen Langere levensduur en lagere onderhoudskosten voor de componenten in de elektrische installatie
Power Quality & Energy Efficiency 20-9-2016 Frakol Power Quality 55
Power Quality & Energy Efficiency