Voltaj optimizasyonu - Voltage optimisation
Voltaj optimizasyonu , enerji kullanımını, güç talebini ve reaktif güç talebini azaltmak için bir enerji tüketicisi tarafından alınan voltajlarda sistematik kontrollü azalmaya verilen bir terimdir. Bazı voltaj 'optimizasyon' cihazları sabit bir voltaj ayarına sahipken, diğerleri voltajı elektronik olarak otomatik olarak düzenler.
Gerilim optimizasyon sistemleri tipik olarak bir binaya giden ana elektrik beslemesi ile seri olarak kurulur ve tüm elektrikli ekipmanlarının optimize edilmiş bir beslemeden faydalanmasını sağlar.
Arka fon
Voltaj optimizasyonu, saha ekipmanı için daha düşük bir besleme voltajı sağlamak için ana elektrik kaynağı ile seri olarak kurulan bir elektrik enerjisi tasarrufu tekniğidir. Tipik olarak, voltaj optimizasyonu, her zaman olmasa da, faz voltajlarını dengeleyerek ve beslemedeki harmonikleri ve geçişleri filtreleyerek güç kalitesini iyileştirebilir. Voltaj optimize ediciler, esas olarak, ham şebeke kaynağından düşük voltajda güç sağlamak için kullanılan transformatörlerdir .
Gerilim optimizasyonu terimi, bir bina içindeki enerji tüketimini iyileştirecek bir tür seçici gerilim azaltma biçimini ima ettiğinden, sıklıkla yanlış kullanılır, oysa genellikle bu birimler bir kutu içinde bir transformatörden oluşur, hiçbir seçicilik ve tüm kaynaklarda gerilim düşürmez , bunun ticari bir fayda sağlayıp sağlayamayacağı. Bazı VO üniteleri yüksek frekanslı aydınlatma devrelerine monte edilmiştir ve çok az ticari fayda sağlar veya hiç fayda sağlamaz, bu nedenle terim kullanıldığında dikkatli olunmalıdır.
Çoğu VO ünitesi, ticari tesislerde, ham şebeke trafosu ile ana alçak gerilim dağıtım panosu arasına kurulur. Ancak bu, seçicilik sağlamaz ve elektrik mühendisliği açısından zayıf bir çözüm olarak kabul edilir. Tesis yöneticisi ve VO şirketi, voltajı düşürerek hangi malzemelerin sahibine fayda sağlayabileceğini ve hangi malzemelerin hiçbir ticari fayda sağlamayacağını seçmek için tam bir çalışma gerçekleştirmelidir. Bu şekilde mal sahibi, tüm sarf malzemeleri için değil, yalnızca doğru boyutta bir VO satın alır. Tüm malzemeleri 'optimize etmek' için bir VO ünitesi kurmak, daha uzun bir yatırım getirisi, daha yüksek bir sermaye harcaması sağlar ve çok az ticari anlam ifade eder.
Birleşik Krallık
2002 Elektriksel Güvenlik, Kalite ve Süreklilik Düzenlemelerine göre Birleşik Krallık'ta beyan edilen düşük voltajlı elektrik beslemesi, şimdi +%10 ila -%6 toleransla 230 V'tur. Bu, yerel koşullara bağlı olarak besleme voltajının teorik olarak 216 V ile 253 V arasında herhangi bir yerde olabileceği anlamına gelir. Ancak, ulusal şebekeden (İngiltere anakarasında) sağlanan ortalama voltaj, tipik Avrupa voltajı olan 218-222 V ile karşılaştırıldığında 242 V'tur. (Kuzey İrlanda'daki ortalama besleme voltajı yaklaşık 239 V ve Cumhuriyet'te 235 V'tur. İrlanda.)
Birleşik Krallık için üretilen daha eski elektrikli ekipman 240 V olarak ve Kıta Avrupası için üretilen eski ekipman 220 V olarak derecelendirilmiştir (bkz. Dünya Çapında Şebeke Voltajları ). Yeni ekipman 230 V için tasarlanmalıdır. Eski tesislerde bir ekipman karışımı bulunması muhtemeldir. 1995'te voltaj uyumlaştırmasından bu yana AB içinde piyasaya sürülen tüm ekipmanlar, 230 V +/-%10 aralığındaki voltajlarda tatmin edici bir şekilde çalışmalıdır. 220 V olarak derecelendirilmiş ekipman 200 V'a kadar tatmin edici bir şekilde çalışmalıdır. Besleme voltajlarını yasal voltaj aralığının alt ucuna verimli bir şekilde getirerek, voltaj optimizasyon teknolojisi ortalama %13 civarında enerji tasarrufu sağlayabilir.
Gerilim ne kadar yüksek olursa, saf direnç yükü durumunda güç tüketimi o kadar yüksek olur. Atmosferik kayıplar nedeniyle işlerini yapması daha uzun sürecek olan su ısıtıcısı ve tost makinesi gibi cihazlar dışında, rezistif yük kullanan ev aletlerinin kullandığı voltajdaki azalma, kullanılan enerjiyi etkilemez. VO ünitelerini kurarken ana ticari fayda, pompaları, fanları ve benzerlerini çalıştıran motorlar gibi endüktif yükler üzerindedir. Evde, elektrik faturalarında potansiyel enerji tasarrufu %12'ye kadar çıkabilir. Bir VO cihazı, elektrik tüketimindeki tasarrufu en üst düzeye çıkarmak için voltajı en verimli seviyeye düşürür, bu nedenle, su ısıtıcısının kaynaması biraz daha uzun sürebilir gibi bazı şeylerin biraz daha uzun sürdüğünü fark edebilirsiniz.
Buzdolapları ve dondurucuların termostat ile donatıldıkları için voltaj optimizasyonu yoluyla tasarruf sağlamadıkları yaygın bir yanılgıdır. Buzdolapları ve dondurucular, dirençli ısıtma cihazlarından tamamen farklı çalışır. Dirençli bir ısıtma cihazı daha yüksek bir voltajdan çalıştırılırsa, sonuç, amaçlanan amacına (ısıtma) yardımcı olan ısıdır. Bir buzdolabı veya dondurucu daha yüksek bir voltajdan çalıştırılırsa, sonuç da ısıdır, ancak bu, amaçlanan amacına (soğutma) yardımcı olmaz. Kompresör motorunun güç çıkışı voltaj optimizasyonu ile biraz düşürülür, bu nedenle buzdolabı/dondurucu termostatı motoru biraz daha uzun süre açık tutacaktır, ancak genel olarak etki, motorun çok daha düşük kayıplarda biraz daha uzun çalışmasıdır. Manchester üniversitesindeki testler, motordaki azalan kayıplar nedeniyle voltaj optimizasyonu altında motor sıcaklığında 10 °C'lik bir azalma gösterdi.
Yaygın güç kalitesi sorunları
aşırı gerilim
Aşırı gerilim, ekipmanın en etkin şekilde çalışmak üzere tasarlandığı gerilimden daha yüksek gerilimi ifade eder. Performansta herhangi bir iyileşme olmaksızın ekipman ömründe bir azalmaya ve tüketilen enerjide artışa neden olabilir. Kablolama Düzenlemeleri BS 7671 ile ilgili bir yorum, aşırı voltajla ilgili olarak aşağıdaki ifadeleri yapar: "240'ta kullanılan 230 V nominal bir lamba, nominal ömrünün yalnızca %55'ini sağlar" ( akkor lambalara atıfta bulunarak ) ve "Kullanılan 230 V doğrusal bir cihaz 240 V'luk bir beslemede %4,3 daha fazla akım alacak ve neredeyse %9 daha fazla enerji tüketecektir".
Aşırı voltajı önlemek için çeşitli teknolojiler kullanılabilir, ancak doğru voltajın kullanılmasından kaynaklanan enerji tasarruflarının, bunu yapmak için kullanılan cihazda boşa harcanan enerji ile dengelenmemesi için çok verimli bir şekilde yapılmalıdır. Güvenilirlik de önemlidir ve gelen gücün tamamını servo kontrollü değişken ototransformatörler gibi elektro-mekanik cihazlar aracılığıyla çalıştırmanın doğasında var olan potansiyel sorunlar vardır.
Düşük voltaj, ekipmanın en etkili şekilde çalışması için tasarlandığı voltajdan daha düşük voltajı ifade eder. VO'nun tasarımı, uzak güç kullanıcılarına olan mesafe boyunca voltaj düşüşünü dikkate almıyorsa, bu, erken ekipman arızasına, başlatma hatasına, motor sargıları durumunda artan sıcaklığa ve hizmet kaybına neden olabilir.
harmonikler
Harmonikler , 50 Hz (veya 60 Hz) ana beslemenin temel frekansının katlarında akım ve gerilim dalga biçimleridir. Harmonikler, bilgisayar ekipmanı için güç kaynakları, değişken hızlı sürücüler ve deşarj aydınlatmasını içeren doğrusal olmayan yüklerden kaynaklanır. "Üçlü" harmonikler (üçüncü harmoniğin tek katları), üç fazlı güç sistemlerinde faz voltajları dengelenmediğinde ve nötr eklendiğinde , atık akımların akmasına neden olduğunda ortaya çıkar.
Toplam harmonik bozulma olarak bilinen harmonik seviyesinin çok yüksek olması halinde olası etkiler arasında hassas elektronik ekipmanlarda hasar ve HV transformatörünün veriminde azalma sayılabilir. Elektrik yüklerinin verimliliği, beslemedeki harmonikleri azaltarak veya bunların oluşumunu önleyerek iyileştirilebilir. Bazı voltaj optimizasyon cihazları ayrıca harmonikleri azaltarak elektrik sistemindeki harmonik içerikle ilişkili kayıpları azaltır.
geçici durumlar
Geçici olaylar , voltajda büyük, çok kısa ve potansiyel olarak yıkıcı artışlardır. Nedenleri arasında yıldırım düşmeleri, motorlar, transformatörler ve elektrikli sürücüler gibi büyük elektrik yüklerinin değiştirilmesi ve arz ve talebi dengelemek için güç üretim kaynakları arasında geçiş yapılması sayılabilir. Geçici olaylar genellikle saniyenin binde biri veya milyonda biri kadar sürse de, elektronik sistemlere zarar vererek veri kaybına, ekipman bileşenlerinin bozulmasına ve ekipman ömrünün kısalmasına neden olabilir. Bazı voltaj optimizasyon cihazları, geçici koruma içerir.
Faz voltajı dengesizliği
Sanayi ve ticari sitelere 3 fazlı elektrik verilmektedir . Fazlar arasındaki dengesizlik, motorlarda ısınma ve mevcut kablolama gibi sorunlara neden olarak israfa neden olan enerji tüketimine neden olur. Bazı voltaj optimizasyon cihazları, binanın elektrik beslemesindeki dengeyi iyileştirebilir, kayıpları azaltabilir ve üç fazlı asenkron motorların ömrünü uzatabilir.
Güç düşüşleri
Güç düşüşleri , çoğunlukla kısa süreli (<300 ms) ancak bazen daha uzun süreli voltaj düşüşleridir . Ekipmanda bir takım sorunlara neden olabilirler, örneğin kontaktörler ve röleler düşebilir ve makinelerin durmasına neden olabilir. Kesintisiz Güç Kaynakları, düşük voltajlı DC kontrol devrelerinde kapasitör kullanımı, Değişken Hızlı Sürücülerin DC barasında kapasitör kullanımı dahil olmak üzere bir dizi düşük voltajlı sürüş tekniği vardır. Voltaj Optimizasyonu önlemlerinin voltajı, ekipmanın güç düşüşlerine karşı daha savunmasız hale getireceği ölçüde düşürmemesine dikkat edilmelidir.
Güç faktörü ve reaktif güç
Güç faktörü , bir elektrik besleme oranıdır gerçek güç için görünür güç kaynağı. Site tarafından kullanılan faydalı gücün, çekilen toplam güce bölümüdür. İkincisi, kullanılamayan gücü içerir, bu nedenle 1'lik bir güç faktörü arzu edilir. Düşük güç faktörü, elektrik tedarikçisinin, tüketicinin faturasının gösterdiğinden daha fazla enerji tedarik edeceği anlamına gelir ve tedarikçilerin düşük güç faktörleri için ücret talep etmesine izin verilir.
Reaktif güç , kullanılamayan güce verilen isimdir. Elektrik sisteminde çalışmaz, ancak kapasitörleri şarj etmek veya bir indüktörün alanı çevresinde bir manyetik alan oluşturmak için kullanılır. Proseslerin çalışmasını sağlamak için yeterli gerçek gücü sağlamak için reaktif gücün bir devre aracılığıyla üretilmesi ve dağıtılması gerekir. Reaktif güç , ekipmanın reaktansı arttıkça artan voltajla önemli ölçüde artar. Bunu voltaj optimizasyonu ile düzeltmek bu nedenle reaktif güçte bir azalmaya ve güç faktöründe iyileşmeye yol açacaktır.
Elektrik yükleri üzerindeki etkiler
Voltaj Optimizasyonu ile ilgili yaygın bir yanlış anlama, voltajdaki bir azalmanın akımda ve dolayısıyla sabit güçte bir artışa neden olacağını varsaymaktır. Bu, belirli sabit güç yükleri için doğru olsa da, çoğu sahada, bir bütün olarak bir sahada toplanan enerji tasarrufları ile daha fazla veya daha az ölçüde fayda sağlayacak çeşitli yükler vardır. Üç fazlı sahalardaki tipik ekipmanın faydası aşağıda tartışılmaktadır.
Üç fazlı motorlar
Üç fazlı asenkron motorlar muhtemelen en yaygın üç fazlı yük türüdür ve soğutma, pompalar, klima, konveyör sürücüleri ve bunların daha belirgin uygulamaları dahil olmak üzere çeşitli ekipmanlarda kullanılır. Aşırı gerilimin ve üç faz dengesizliğinin AC motorlar üzerindeki değer düşürme etkileri iyi bilinmektedir. Aşırı aşırı gerilim, demir çekirdeğin doymasına, girdap akımları yoluyla enerji israfına ve histerezis kayıplarının artmasına neden olur. Aşırı akım çekilmesi, bakır kayıpları nedeniyle aşırı ısı çıkışına neden olur. Motorlar üzerindeki ek aşırı gerilim gerilimi motor ömrünü kısaltacaktır.
Doygunluğa neden olacak kadar yüksek aşırı gerilimden kaçınmak verimliliği düşürmez, bu nedenle demir ve bakır kayıplarını azaltarak önemli miktarda enerji tasarrufu yapılabilir. Bununla birlikte, nominal voltaj (örn. 400 V) için tasarlanmış motorlar, besleme limitleri (+/-%10) dahilindeki normal voltaj değişimleriyle doyma olmadan başa çıkabilmelidir, bu nedenle bunun önemli bir sorun olması olası değildir.
Asenkron motora giden voltajın azaltılması, kayma artacağından motor hızını biraz etkileyecektir, ancak hız esas olarak besleme frekansının ve kutup sayısının bir fonksiyonudur. Motor verimliliği makul yükte (tipik olarak %75) ve tasarlanan voltajda optimumdur ve bu voltajın her iki tarafında küçük değişikliklerle hafifçe düşecektir. Daha büyük varyasyonlar verimliliği daha fazla etkiler.
Çok hafif yüklü motorlar (<%25) ve küçük motorlar, voltajın düşürülmesinden en çok fayda sağlar.
Değişken Hızlı Sürücüler tarafından tahrik edilen motorlar için, giriş voltajı düşürüldüğünde, VSD'den çıkış voltajında orantılı bir azalma olacak ve motor daha az akım çekecek ve sonunda daha az güç tüketecektir. Bununla birlikte, motor yüksek yükte (>%80) çalışıyorsa, voltajdaki azalma torkun düşmesine neden olur ve motor daha fazla akım ve güç çeker.
Aydınlatma
Aydınlatma yükleri zamanın büyük bir bölümünde kullanıldığında, aydınlatma ekipmanındaki enerji tasarrufu son derece değerlidir. Elektrikçiler Kılavuzundan önceki alıntıların gösterdiği gibi, voltaj düşürüldüğünde, akkor aydınlatma, çekilen güçte büyük bir düşüş, ışık çıkışında büyük bir düşüş ve kullanım ömründe bir artış görecektir. Işık çıkışındaki azalma, çekilen güçteki düşüşü aşacağından, aydınlatmanın enerji verimliliği - ışık verimliliği - düşecektir.
Bununla birlikte, dirençli veya reaktif balastlı sistemler de dahil olmak üzere diğer aydınlatma türleri de iyileştirilmiş güç kalitesinden yararlanabilir. Floresan ve deşarj aydınlatması, akkor aydınlatmadan daha verimlidir. Geleneksel manyetik balastlara sahip floresan aydınlatma, daha az güç tüketimi ve aynı zamanda lambadan daha düşük bir lümen çıkışı görecektir. Modern elektronik balastlardaki floresan lambalar yaklaşık olarak aynı gücü kullanacak ve aynı ışığı verecektir.
Düşük voltajda aynı gücü sağlamak için daha büyük bir akım gerekir ve kablo kayıplarını artırır. Bununla birlikte, aydınlatma kontrolörleri ve balastlar, aydınlatma kontrolörlerine olan ihtiyacı azaltmanın yanı sıra bazı voltaj optimize edicilerle filtrelenebilen yüksek seviyede harmonik bozulma üretmekten sorumludur. Yaygın bir endişe, bazı aydınlatmaların daha düşük voltajlarda çarpmamasıdır. Bununla birlikte, voltaj optimizasyonunun amacı sadece voltajı mümkün olduğunca azaltmak değil, onu en verimli şekilde çalışmak üzere tasarlandığı servis seviyesi voltajına getirmek olduğu için bu gerçekleşmemelidir.
Isıtma
Isıtıcılar daha az güç tüketir, ancak daha az ısı verir. Termostatik olarak kontrol edilen alan veya su ısıtıcıları çalışırken daha az güç tüketecek, ancak gerekli çıktıyı üretmek için her saat daha uzun süre çalışması gerekecek ve bu da tasarruf sağlamayacaktır.
Anahtarlamalı mod güç kaynakları
Anahtarlamalı mod güç kaynakları öncekiyle aynı gücü kullanacak, ancak bunu başarmak için biraz daha fazla akım çekecek, kablo kayıpları biraz artacak ve artan akım tetikleme MCB'leri için hafif bir risk oluşacaktır .
Enerji tasarrufu
Voltaj Optimizasyonu ile elde edilen enerji tasarrufları, yukarıda ana hatları verilen güç kalitesi problemlerindeki iyileştirmelere yanıt olarak bir sahadaki tüm ekipmanların geliştirilmiş verimliliğinin bir toplamıdır. Belirli durumlarda enerji tüketiminde tasarruf için olası teknik.
Tayvan'da yapılan bir araştırma, endüstriyel bir besleme için, transformatörün yukarısındaki voltaj düşüşü için, voltaj %1 düşürüldüğünde enerji tüketiminde %0.241 azalma ve voltaj 1 artırıldığında %0.297 artış olduğunu göstermiştir. %. Bu, %7 floresan aydınlatma, %0,5 akkor aydınlatma, %12,5 üç fazlı klimalar, %5 motorlar, %22,5 küçük 3 fazlı motorlar, %52,5 büyük 3 fazlı motorlar dahil olmak üzere yüklerin bir karışımını varsayıyordu.
Modern bir kurulumun daha az fırsatı olması muhtemeldir: neredeyse hiç akkor aydınlatma, kısmen yüksek frekanslı floresan aydınlatma (tasarruf yok), bazı değişken hızlı sürücüler (tasarruf yok), daha yüksek motor verimliliği (yani daha az atık tasarrufu). Bir kuzey Avrupa kurulumunda klima için çok sayıda küçük tek fazlı motor bulunmaz.
Daha eski aydınlatma ile, daha düşük ışık çıkışı pahasına enerji tasarrufu mümkündür (örneğin, verimsiz balast veya kontrol tertibatı ile akkor veya floresan ve deşarj aydınlatması). Bu nedenle, eski ticari ve ofis binaları, modern binalardan veya sanayi sitelerinden daha fazla tasarruf sağlayabilir. Bununla birlikte, modern aydınlatma sistemleri (tipik olarak LED), bir voltaj optimize edicinin kurulumunu takiben eski aydınlatma sistemlerinde tasarruf edilen enerjiden daha yüksek verimlilik nedeniyle önemli ölçüde daha fazla enerji tasarrufu sağlayacaktır.
Modern aydınlatma sistemlerinde kullanılan bir voltaj optimize edici ile enerji tasarrufu elde etmek oldukça tartışmalıdır. LED veya floresan aydınlatma sistemleri için modern elektronik anahtarlama kontrolörleri, ışıkları optimum ışık çıkışında ve yüksek verimlilikle uzun ömürlü olarak çalıştırmak üzere tasarlanmıştır. Besleme voltajındaki değişiklikler bu nedenle bu tür ışıkların genel enerji kullanımında herhangi bir fark yaratmayacaktır. Bununla birlikte, enerjiyi ısı olarak yayarak voltajı azaltan düşük maliyetli LED ve floresan lamba kontrolörleri türleri vardır (örneğin, seri dirençli birden fazla LED). Besleme voltajının değiştirilmesi, bu tür ışıklar tarafından kullanılan enerjiyi etkiler, ancak bu tür lambalar genellikle düşük güçlüdür ve ışık çıkışı da etkilenir.
Çalışılan örnek
Tipik bir 100 watt'lık akkor lamba, watt başına (l/W) 17,5 lümeni aşmayan bir verimliliğe sahiptir ve bu nedenle, nominal voltajında 1750 lümen üretecektir. Tipik bir modern LED lamba, watt başına yaklaşık 150 lümen verimliliğe sahiptir ve bu nedenle aynı ışık çıkışı için 12 watt'tan fazla gerektirmez. Göre rerating Lamba % 10 bir akkor lamba arasındaki gerilimi azaltıcı, formüller ile yaklaşık 16% gücü (ve bu nedenle enerji) azaltır ve yaklaşık 31%, ışık çıkışını azaltır.
Bu nedenle, bir akkor lambadaki voltajı %10 azaltan bir voltaj iyileştirici, enerjiyi %16 ve ışık çıkışını %31 oranında azaltarak yalnızca 1210 lümen üretir ve 84 watt tüketir. Akkor lambayı benzer ışık çıkışına sahip bir LED lambayla değiştirmek, tüketimi 12 watt'a kadar daha etkili bir şekilde azaltabilirdi. Ayrıca, ışık çıkışı çok azaldığından, voltaj optimize edicisi olmayan 75 watt'lık bir akkor lambaya geçilerek daha yüksek tasarruf sağlanabilir (17,5 L/W varsayıldığında 1312,5 lümen). Sadece 1210 lümen gerekliyse LED lambanın boyutu da 8W'a düşürülebilir.