Fagyártmánytermelő üzemeink villamosgépeinek (motorjainak) gazdaságos üzemeltetése L A I J í C S Á K
I S T V Á N
Előző tanulmányom elején — Az Erdő 1963. 12. számában — röviden rámutattam a meddőenergia-gazdálkodás országos jelentőségére. Ez alkalom mal a fogyasztói oldalon a háromfázisú aszinkron (indukciós) motorokat — a hálózati kedvezőtlen teljesítménytényező fő okozóit — vizsgálom. A tel jesítménytényező váltóáramú berendezéseknél az induktív terhelés következ tében a feszültség és az áram vektor között beállott fáziseltolás eredménye. Geometriailag a fázisszög cosinusaként fejezhető ki : cos (p —
PujS
(Jm) 1. ábra: Hatásos (wattos), meddő és lászólagos teljesítmény
vektoros ábrázolása
A váltakozóáramú indukciósmotor működéséhez olyan mágnesező áram szükséges, amely időben — fázisban — 90°-kal marad el a feszültségtől. E mágnesező áram vektora merőlegesen áll a feszültségvektorra ; a két vektor szorzata nulla, tehát a feszültség és mágnesező áram szorzata a meddőteljesít mény (Q). A meddőteljesítmény
és a hasznos teljesítmény
(Ph) vektora összeadó
dik : eredőjük a látszólagos teljesítmény (8). Hasonlóan, a vezetéken tényleg folyó, a hálózatot terhelő áram (I ) felbontható hasznos (I ) és meddő (I ) összetevőkre. A teljesítményvektorok háromszögétől csak léptékben külön bözik az áramok vektordiagramja. Azonos feszültségnél a teljesítmény, illetve az áramháromszög hasonló, a q> fázisszög ugyanaz. Végeredményben teljesen szimmetrikus háromfázisú rendszerre definiálva a teljesítményeket : t
a hatásos
m
teljesítmény
P = V ^ ° 3
o
h
a meddő
w
s
*
kW (watt, kilowatt)
(1)
teljesítmény:
Q = a látszólagos
teljesítmény
V3
UI sn 1
0
0
0
kVAr (var, kilovar)
:
S = ^ Q Q ^ " kVA (voltamper, kilovoltamper) Minél rosszabb a teljesítménytényező, illetve minél nagyobb a meddő (mágnesező) áram, annál nagyobb a látszólagos áram és a látszólagos teljesít-
meny. A hasznos áramnak látszólagos árammá való növekedése azonban nagyon hátrányos. Irányítsuk tehát vizsgálatunkat a teljesítménytényező csökkenésére, amely az alábbi káros hatásokat idézheti elő : a) Az energiaellátási rendszer generátorainak, transzformátorainak stb. teljesítménye és méretei megnövekednek. A kedvezőtlen teljesítménytényező növeli az 1 kW hasznos teljesítményre eső beruházási költséget (nyersanyag szükségletet ! ). A meddőteljesítmény szállítása miatt nagyobb áramra van szükség. b) A villamos teljesítményveszteség és a vezetők szükséges keresztmetszete növekszik. A meddőáram fellépése következtében a berendezések kisebb telje sítmények szállítására lesznek alkalmasak. Ismeretes, hogy az energiaveszteségek az áram négyzetével arányosak (V = I R), így nyilvánvaló, hogy a meddőigény miatt fellépő nagyobb áram négyzetes arányban növekvő veszteségeket okoz. 2
2. ábra: 3 db 8 kVAr-os CPE—380—3— 8—MBF típusfejű kisfeszültségű fázis javító kondenzátor
3. ábra: Lakatfogó, Reich fogó hatásos és meddőteljesítmény, áram- 'és feszültség mérésre
c) A hálózat feszültségesése megnövekszik. A teljesítménytényező csök kenése a vezetékekben, a kábelekben stb. az áramerősség növekedésével jár, ez megnöveli a feszültségesést. A gazdaságos megoldás tehát az, hogy a berendezés feleslegesen terhelő meddőáramát megszüntessük. A meddőáram termelésének okát kiküszöböl jük, vagy csökkentjük, lehetőleg a fogyasztás helyéhez minél közelebb. Kompenzálni kell a meddőigényt beruházást igénylő, egyben műszaki és gazdaságossági intézkedéseket kívánó módszerekkel, fázisjavító (sztatikus) kondenzátorok alkalmazásával. Ezen kondenzátoroknak elektrosztatikus kapacitása negatív irányú fáziseltolódást idéz elő. Ha a beépített kondenzáto rok megfelelő kapacitásúak, akkor nemcsak az adott mező pozitív fáziseltoló dását szüntetik meg, hanem a szomszédos mezőkre is kihatnak, így az egész üzemi elosztóhálózatot mentesítik a meddőáramoktól. Ha pl. a teljesítménytényezőt cos 9? = 0,8-ról csak 1%-kal javítjuk, akkor országos viszonylatban több mint 5000 kW fel nem használt (generátor) teljesítményt szabadíthatunk fel. Tanulmányom célja a teljesítménytényező javításának vizsgálata, a meddő teljesítményű fázisjavító kondenzátor tervezése és gazdasági felül vizsgálata olyan vonatkozásban, hogy a kondenzátor beruházási költségtöbb lete arányban áll-e a megtakarított energiaköltségekkel.
Fagyártmánytermelő üzemeink általában az 50 kW alatt fogyasztó üze mek csoportjába tartoznak. Ezen üzemek fajlagos fogyasztása a gyakorlat szerint jóval nagyobb, mint a nagyüzemeké, mert berendezéseik, munkamód szereik kevésbé felelnek meg a korszerű technológiai követelményeknek. A teljesítménytényező megállapítását célzó méréseimet átlagos terhelés nél a művelet technológiai sajátosságainak megfelelően, különböző típusú biztosítókba, vezetékbontás nélküli belépést biztosító mérőhurok segítségével végeztem. Az árammérés lakatfogóval, a cos 9? és árammérés Reich-fogóval történt. A kihasználási óraszámot üzemi feljegyzésekből vettem. A kondenzátoros fázisjavítás módjai közül egyelőre még legkevésbé elterjedt, de bizonyos feltételek esetén kétségkívül a legolcsóbbat és leg egyszerűbbet, az egyeskompenzációt választottam. Ez a kompenzáció ideálisan elégíti ki a fázisjavítás gazdaságosságának azt a fő szempontját, amely szerint a kompenzációt leghelyesebb mindjárt a meddőigény jelentkezésének helyén végrehajtani.
4. ábra: Egyeskompenzáció aszinkron motornál A motor mágnesezőáram-szükségletét közvetlenül a motor kapcsaira kötött kondenzátor fedezi és így a motor a kondenzátorral villamos egységet képez.' A motorvédővel kikapcsolt motor tekercselésén át a kondenzátor né hány periódus alatt akadálytalanul kisülhet. Külön szerelvények nem szüksé gesek, a kompenzálás a hálózatot egészen a fogyasztóig tehermentesíti. Mivel a kondenzátor fedezi a motor meddőáramának egy részét, s így a betáplálási vonalon csökken az üzemáram, a védőkapcsoló kioldószervét (bimetál relé) erre, a fázisjavítás következtében csökkent áramerősségre kell beállítani, hogy a motort túlterhelés ellen védje. Az egyes kompenzáció elvi hátrányaként megemlíthető, hogy a konden zátorokat 100%-os együttjárásra kell méretezni. Továbbá kis teljesítményű motorok nem kompenzálhatok, az alsó határ 1,5 kVAr-os, háromfázisú kon denzátor alapulvételével hazai vonatkozásban 7—8 LE-nél van. A motorok egyes kompenzációjánál lényeges szempont még az is, hogy csak az évi 2600— 3000 üzemórán át dolgozó motoroknál érdemes kondenzátorokat beépíteni. A gazdaságos teljesítménytényező értéke a fogyasztás helyén mérve általában 0,9—0,95 között mozog. Mint ismeretes az ez idő szerint érvényben levő árszabásnak (7/1958. Á. Sz. 41./Á. H. sz.) a teljesítménytényezővel kapcsolatos rendelkezései szerint minden, legalább 2 kW erőátviteli teljesítményt igénybe vevő fogyasztó, ha a rendeletben előírt módon mért teljesítménytényezője nem éri el a cos 9? = = 0,85 értéket. 4 — 80%-ig terjedő felárat köteles fizetni. E többletköltségek erdőgazdaságaink energetikai számláit súlyosan terhelik. Ezért kívánatosnak
"tartom rakat :
a
gyakorlat
számára ismertetni
a
teljesítménytényező
c o s cp
( c o s 99)
felá
felár
0,82—0,84 0,80—0,82
4% 8%
0,78—0,80 0,76—0,78 0,74—0,76 0,72—0,74 0,70—0,72 0,68—0,70 0,66—0,68 0,64—0,66 0,62—0,64 0,60—0,62 0,58—0,60 0,56^-0,58 0,54—0,56 0,52—0,54 0,50—0,52 0,45—0,50 .0,40—0,45 0,40—alatt A kompenzálandó történt.
'
12% 14% 16% 18% 20% 22% 24% 26% 28% 30% 34% 38% 42% 46% 50% 54% 66% 80%
1
meddő
teljesítmény
kiszámítása,
az
5.
ábra
szerint
5. ábra: Fázisjavításvektor ábrája a wattos teljesítmény állandósága mellett H a a f á z i s j a v í t á s e l ő t t i f á z i s s z ö g cp k o m p e n z á l á s s a l 9? -re c s ö k k e n , a k k o r a z 5. ábra alapján az alábbi, m i n d k é t fázisszöget tartalmazó összefüggések í r h a t ó k fel : 1
Qe =
P„{tg
2
(3)
2
ahol Q a fázisjavítással beépített meddőteljesítmény (kondenzátorteljesít mény) ; P a b e r e n d e z é s n é v l e g e s t e l j e s í t m é n y e ; cp a j a v í t a n d ó f á z i s s z ö g ;
w
1
2
Az Északsomogyi Állami Erdőgazdaság zamárdi fagyártmánytermelő üzeme a kisüzemi alapdíjas tarifa elszámolásúakhoz tartozik. Erőátvételi egységára, nappali fogyasztás után 1,80 Ft/kWó, csúcs-időben 2,16 Ft/kWó. Teljesítménytényezője csak 0,64—-0,76, ezért 26—16 %-os felárat fizet a meddőfogyasztás után, ami kéthavonkint 800—1200 forintnak felel. meg.
A mért 7 kW-os szalagfürész hajtómotor jellemző adatai : U = 660/380 V . I = 8,3/4,4 A, n = 1440, kapcsolás : Y/A, periódusszám : 50 Hz, COSIJ? = 0,86. A választék neve : nyers parkettaléc (friz) hossz : 1,20 m, átmérő : 28 cm, fafaj : tölgy, fürészlap : 35 mm-es Mérési Munkaművelet
eredmények:
Elvolt
I
cos
Amper
Szelvényvágás
380
6 6
5 7
5,6 6
0,60 0,68
0,65 0,75
0,70 0,82
Szeletelés
380
4 6
5 7
5 6
0,50 0,60
0,72 0,62
0,54 0,70
Darabolás
380
5 6,4
6 7
7 6,2
0,40 0,60
0,50 0,72
0,44 0,64
2,6
380
0,26
Az üzemközben kapott mérések számtani átlagolásával értékelve a munka műveletben mért teljesítményeket számításaink így alakulnak : Szelvényvágás Ph = ]A_3 • 380 • 5,7 • 0,70 = 2,623 W = 2,623 k W Q = M 3 -380 -5,7 -0,71 = 2,660 VAr = 2,660 kVAr Szeletelés P = y~3.380-5,5-0,61 = 2,206 W = 2,206 kW Q = y~3.380- 5,5- 0,79 = 2,857 VAr = 2,857 kVAr h
Darabolás
Ph = V 3 • 380 • 6,2 - 0,55 = 2242 W = 2,242 kW Q = V 3-380-6,2.0,83 = 3383 VAr = 3,383 kVAr
Összes
p = 7071 h
Q = 8900 tg
Teljesítménytényező felár : 0,62—0,64, tehát 28 % Méréseink után tervezzük meg, mekkora meddőteljesltményű fázisjavító kon denzátort kell beépíteni, ha a teljesítménytényezőt cos q> = 0,85-re akarjuk javítani. Megjegyezendő, hogy a teljesítménytényezőt nem szokásos 0,95-nél nagyobbra javí tani, mert ehhez akkora meddőteljesítményű kondenzátorok szükségesek, amelyek beruházási költségtöbblete nem áll arányban a megtakarított energiaköltségekkel. Szögfüggvénytáblázatból kikeresve a megfelelő értékeket : cos (p = 0,62-nek tg
= 0,620 felel meg. Ezekkel az értékekkel a beépítendő kondenzátor teljesítménye a (3) összefüggés alapján : Qc = 7/1,266—0,620) = 4 kVAr. A meglevő kondenzátortípusok, illetve csoportok figyelembevételével 1 db 3 kVAr-os (típusjel : OPE-380-3-3-MBF) egységet választunk a motor kompenzációjára. A fázisjavítás gazdaságosságát vizsgálva 1 kVAr kondenzátor beruházási össz költségét 500 Ft/kVAr-ra vehetjük fel. Az évi kihasználási óraszám : (Tké) 300 munka nappal és műszakonkénti 5 órával számítva : Tké = 3600 óra a kétműszakos üzemben. l
2
1
2
Szalagfűrészünk évente kihasznál 7 kW 3600 órát = 25 200 kWó-t. A vizsgáit üzem 1,80 Ft/kWó erőviteli egységára mellett 45 360 Ft a wattos teljesítmény után az áramdíj. A rossz teljesítménytényező miatt az áramszolgáltató vállalat 28 %-os. felárat számol fel : 12 700 Ft. Beruházás : 3 kVAr-500 Ft = 1500 Ft. A térülési idő : beruházott összeg, Ft 1500 0,12 év évi megtakarítás, Ft/év 12 700 A beruházás tehát 1 hónap alatt megtérül. Számítás helyett a szükséges kondenzátorteljesítményt egyszerűbben a nomogrammjából is meghatározhatjuk. A három függőleges skálából álló nomogramm baloldali szélső skáláján megkeressük az üzem mért teljesít ménytényezőjét (cos 9^), majd a jobboldali oszlopon a javítás után kívánt teljesítménytényezőt (cos g? )- Ezt a két pontot vonalzóval összekötve, a középső skálával adódó metszéspont mutatja azt a szorzót, amellyel az üzem nek a mérés pillanatában fennálló terhelését (kW) meg kell szorozni, hogy a szükséges kondenzátorteljesítményt megkapjuk. A motorok egyedi kompenzálásá hoz a gyakorlatban kész táblázatok kVAr cos f. állnak rendelkezésre, amiből közvetle cos % nül is kivehetők a szükséges fázisjavító 2 r-0,50 kondenzátorok, meddő teljesítmények. 1.7 1.0 Ezek, valamint a számítás, illetve a írté F-M szerkesztésből adódó értékek azonban csak tájékoztató jellegűek. Pontos 0.55 0,98 eredményt a gépek egyenkénti lemérésével, átlagos üzemviszonyoknak meg 1,1 [-0,95 felelő terheléssel, a munkafolyamat 1,° technológiai ciklusokra, terhelési sza 0,60 t<>,9 kaszokra vóló bontásával kaphatunk. 0JS 6. ábra
2
h
Összefoglalva:
0,65
0,7
to,s.
Y-0.90
b0,85 A sztatikus kondenzátorok fel 02 használása olcsó és gyors módja a 0,70 0A rossz teljesítménytényező megjavítá 0,80 0,2 sának. A magyar ipar igen jó minőségű 0,1 t-0,75 kondenzátorokat gyárt. Ezek alkal 0,0 0,75 mazása csökkenti a rossz teljesítmény tényezőt. A beruházások költségei 0,80 \-0,70 aránytalanul kisebbek a megtakarí tott energiaköltségeknél. Népgazda OflS sági szinten még nagyobb a megta 0,65 karítás, mert a meddő teljesítmény kompenzálásával véglegesen kiküszö 0,90 böljük a meddő energiát. 0,60 A fázisjavítás annál gazdaságo 0,95 sabb, minél rosszabb cos 99-ről megy végbe. Ha a motor délelőtti időszak -0,55 0,98 ban (országosan jelentkező meddő hiány idején) rendszeresen 6 órát jár, 6. ábra: Nomogramm a szükséges konden az évi átlagos 300 munkanapot százátorteljesítmény meghatározására
mítva 1 8 0 0 órás kihasználás mellett érdemes a motort (keretfűrész, rönkhasító-szalagfűrész, körfűrész) egyes kompenzációval ellátni. A kisfeszültségű fázisjavító kondenzátorok általában nem kényesebbek, mint a legtöbb villamos berendezés vagy gép, de konstrukciójuk és üzemi jellegük mégis megkívánja, hogy bizonyos előírásokhoz feltétlenül ragaszkod junk, mert ellenkező esetben vagy a kondenzátorban, vagy az üzemben eshet kár. A kondenzátorok telepítése szempontjából fontos a helyiség jellegének és állapotának felülbírálata. A fűrészüzemek levegője — különösen nyári időszakban — meleg, faliszttel erősen szennyezett. A kondenzátorokat fedett, száraz, szellős helyen kell elhelyezni. A környezeti hőmérséklet ne legyen több, mint 3 5 C°, a kondenzátoredények külső felületén mérhető hőmérséklet 6 0 C° alatt legyen. Azt, hogy hol van szükség a kondenzátorok felszerelésére, előzetes bejelentés alapján az OVILLEF állapítja meg, elsősorban az áramszolgáltatás érdeke szerinti sorrendben, másodsorban a fogyasztónál jelentkező veszteségek és beruházások figyelembe vételével. Végül a meddő fogyasztások csökkentése, illetve a fázisjavító konden zátorok előnyeiként említhetők : 1. növelik a berendezések terhelhetőségét, ami beruházási megtakarítást eredményez ; 2 . csökkentik az energiatermelés és -elosztás üzemi költségeit ; 3. az energiaátviteli hálózatban a feszültségesések csökkennek, ezáltal a feszültségtartás műszaki problémái és költségei is csökkennek ; 4 . üzemük zajtalan ; 5 . szikrázó részek hiánya miatt tűzveszély nem állhat elő ; 6. súlyuk kicsi, ezért különleges alapozásra nincs szükség ; 7. szerelésük egyszerű ; 8. a veszteség a kondenzátorban jelentéktelen : a teljes meddőteljesít ménynek mindössze 0 , 3 — 1 , 0 % - a ; 9. üzemük a forgó- és súrlódórészek hiánya miatt megbízható, feleslegessé teszi a különösebb ellenőrzést; 1 0 . a berendezés bővítése, a kondenzátorok számának növelésével egy szerű és könnyű, ha a fogyasztók száma növekszik, és a hálózat terhelése változik. Szeretném, ha tanulmányom ösztönzést adna fagyártmánytermelő üze meink energetikai költségeinek fázisjavító-kondenzátorokkal történő csökken tésére. Javaslat a női s z a k m u n k a e r ő foglalkoztatására. Szaklapunk idei 2. számának „Egyesületi Közleményei" között olvashattuk, hogy az oktatási bizottság feladatává tette annak vizsgálatát, milyen mérvű lehetőség van a jövőben az erdőmérnöknők foglalkoztatására. A magam részéről ezt a feladatot még azzal is kiegészíteném., hogy az erdészeti technikumból kikerülő nők foglalkoztatását is mérlegre tenném. Javaslatom az volna, hogy mindkét végzettségű nőket a számvevőségi és adminiszt rációs munkakörben alkalmaznám olyan formán, hogy ezen munkakörök ismeretei nek megtanulására adnék módot, s így a vezető munkakörökbe a mérnöknőket, míg a könyvelőségi, SZTK, számlázás, anyag- és egyéb nyilvántartások, pénzkezelés, lel tári stb. munkáit főleg a technikumból kikerülő nőkkel végeztetném. Elgondolásom azt célozza, hogy a szakma bizonyos mértékben elfoglalhatná helyét a számvevőség ben és az adminisztrációban is, aminek erdőgazdálkodásunk csak hasznát látná. Füry Mihály ny, erdőmérnök
