Zasilanie pompowni, stacji uzdatniania wody i oczyszczalni ścieków

Agregat dobiera się do prądu rozruchu silnika o największym prądzie rozruchu i do kolejności załączania odbiorów, a nie do sumy mocy z tabliczek. Silnik załączony bezpośrednio pobiera w czasie rozruchu kilkakrotność prądu znamionowego, a prądnica agregatu ma mniejszą rezerwę prądową niż sieć operatora, więc napięcie przy takim załączeniu spada.

Przykład rachunkowy z założonymi danymi, nie dobór. Pompa z silnikiem 30 kW ma przy 400 V prąd znamionowy około 54 A. Przy rozruchu bezpośrednim i założonej krotności 6 pobierze około 320 A. Agregat 100 kVA ma prąd znamionowy około 144 A, więc rozruch bezpośredni przekracza go ponad dwukrotnie. Softstart ograniczający prąd do 2,5-krotności znamionowego daje około 135 A i mieści się poniżej. Dochodzi jeszcze druga pompa i pozostałe odbiory, dlatego sterownik załącza je kolejno, a nie jednocześnie.

Ostatecznie rozstrzyga spadek napięcia przy rozruchu, który liczy się z danych producenta agregatu. Sam prąd znamionowy do tego nie wystarcza. Do doboru potrzebne są też dane z poniższej listy.

• – Zapis obciążenia pompowni w zwykłej godzinie i w godzinie największego obciążenia, a nie moc z dokumentacji sprzed modernizacji.
• – Sposób rozruchu każdej pompy: bezpośredni, softstart albo falownik.
• – Kolejność i opóźnienia załączania po przełączeniu na agregat oraz po powrocie sieci.
• – Zapas paliwa na czas, którego wymaga obiekt, i warunki ustawienia agregatu: wentylacja, hałas, dojazd cysterny.

Falownik pobiera prąd w impulsach, nie sinusoidalnie, a w tym prądzie dominują harmoniczne piąta i siódma. Prądy o tych częstotliwościach dodatkowo nagrzewają uzwojenia i rdzeń transformatora, więc grzeje się on bardziej, niż wynikałoby z jego obciążenia w kilowoltoamperach.

Dmuchawy bywają największym odbiorem oczyszczalni. W opisanym przypadku z Rzeszowa napowietrzanie i mieszanie pochłaniały około połowy energii, a wodociągi krakowskie podają dla napowietrzania 40–50 %. Jeśli te napędy pracują z falownikami, są zwykle głównym źródłem harmonicznych.

Drugi skutek dotyczy kondensatorów. Bateria kondensatorów i indukcyjność transformatora tworzą obwód rezonansowy. Gdy jego rezonans wypada blisko rzędu, który wytwarzają falowniki, prąd tej harmonicznej rośnie wielokrotnie i kondensatory się przegrzewają. Przykład rachunkowy, obliczenie własne: transformator 1 000 kVA o napięciu zwarcia 6 % ma po stronie nN moc zwarciową około 16 700 kVA (bez impedancji sieci SN). Bateria 400 kvar daje rezonans równoległy przy rzędzie √(16 700 / 400), czyli około 6,5. To dokładnie między piątą a siódmą harmoniczną. Impedancja sieci SN obniża ten rząd nieco, więc rzeczywistą wartość pokazuje dopiero pomiar.

Pomiar polega na rejestracji prądu na wyjściu transformatora przez kilka dni obejmujących pełny cykl pracy dmuchaw. Z zapisu odczytuje się odkształcenie prądu, widmo harmonicznych i, jeśli bateria już jest, obciążenie kondensatorów. Wynik bywa uspokajający: falowniki z dławikami albo z prostownikiem aktywnym mogą nie sprawiać kłopotu i wtedy filtr jest zbędny.

Jeżeli problem jest, wyjściem bywa aktywny filtr harmonicznych, dławiki w baterii kondensatorów albo inny sposób kompensacji. Opis sprzedawcy aktywnych filtrów dla zakładu przemysłowego (nie oczyszczalni) podaje spadek odkształcenia prądu z około 30 % do 4–5 % po filtracji, co jest deklaracją dostawcy, a nie niezależnym pomiarem. Nie znaleźliśmy polskich pomiarów pokazujących, jak często ten kłopot występuje w oczyszczalniach.