JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ - ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA

Transkrypt

1 JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ - ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Zbigniew HANZELKA Wykład nr 2

2 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Generacja Sieć zasilająca Odbiorniki Generacja dostosowuje się do zmieniających się warunków obciążenia, utrzymując równowagę pomiędzy produkcją i konsumpcją energii Sieć zasilająca zmieniająca swoja strukturę na skutek łączeń i podlegająca wpływom np. zwarć, Odbiorniki o zmiennym poborze mocy czynnej i biernej (odbiorniki niespokojne)

3 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Z S E R S I 0 X S I 0 U 0 I 0

4 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Z S I 0 E X S I 0 U 0 I 0 R S I 0 U Wykres wskazowy

5 zw S S S S Q U P R U Q X U P R U U U U E S ZW Q U U 0 P, Q - moce: czynna i bierna odbiornika, SZW - moc zwarciowa w miejscu przyłączenia ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA

6 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Z j Z j R 2 X 2 sin cos 1

7 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Z j X cos cos sin tg

8 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA napięcie 120,500 Permanent recording graph , , , , , , , , , , ,000 prąd 11/02/02 12:00:00 12/02/02 00:00:00 12/02/02 12:00:00 13/02/02 00:00:00 13/02/02 12:00:00 14/02/02 00:00:00 14/02/02 12:00:00 15/02/02 00:00:00 Time (Range = 7 day(s) ) 15/02/02 12:00:00 16/02/02 00:00:00 16/02/02 12:00:00 17/02/02 00:00:00 17/02/02 12:00: /02/02 00:00:00

9 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Napięcie 121,000 Permanent recording graph 42,000, ,500 40,000, ,000 38,000, ,500 36,000, ,000 34,000, ,500 32,000, ,000 30,000, ,500 28,000, ,000 26,000, ,500 24,000, ,000 22,000, ,500 20,000, ,000 18,000, , ,000 Moc bierna Q 08/04/02 12:00:00 09/04/02 00:00:00 09/04/02 12:00:00 10/04/02 00:00:00 10/04/02 12:00:00 11/04/02 00:00:00 11/04/02 12:00:00 12/04/02 00:00:00 Time (Range = 7 day(s) ) 12/04/02 12:00:00 13/04/02 00:00:00 13/04/02 12:00:00 14/04/02 00:00:00 14/04/02 12:00:00 16,000,000 14,000,000 15/04/02 00:00:00

10 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA

11 11:41:04 11:41:34 11:42:04 11:42:34 11:43:04 11:43:34 11:44:04 11:44:34 11:45:04 11:45:34 11:46:04 11:46:34 11:47:04 11:47:34 11:48:04 11:48:34 11:49:04 11:49:34 11:50:04 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA 15 kv 400 V Prąd... sekcje łączone automatycznie Napięcie

12 ZMIANY WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA amplituda wzrosty U N +10% U N Szybka zmiana napięcia Wahania napięcia U N -10% zapady krótkie przerwy długie przerwy 10%U N 10 ms 1s 1 min 1 h czas trwania zaburzenia

13 ZMIANA WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Max. napięcie Min.

14 ZMIANY WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA Miary statystyczne (a) Zmiana w czasie wartości skutecznej napięcia w okresie jednego tygodnia (100%); (b) Charakterystyka uporządkowana oraz percentyle CP05 i CP95 (dopisać CP05 i CP95)

15 ZMIANY WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA

16 ZMIANY WARTOŚCI SKUTECZNEJ NAPIĘCIA W każdym tygodniu 95 % ze zbioru 10-minutowych średnich wartości skutecznych napięcia zasilającego powinno, wyłączając przerwy w zasilaniu mieścić się w przedziale odchyleń: Grupa przyłączeniowa I i II (a) +/-10 % napięcia znamionowego dla sieci o napięciu znamionowym 110 kv i 220 kv (b) +5%/-10% napięcia znamionowego dla sieci o napięciu znamionowym 400 kv Grupa przyłączeniowa III-V W każdym tygodniu 95 % ze zbioru 10-minutowych średnich wartości skutecznych napięcia zasilającego powinno, wyłączając przerwy w zasilaniu mieścić się w przedziale odchyleń +/- 10 % napięcia znamionowego

17 ROZPORZĄDZENIE SYSTEMOWE.. warunkiem utrzymania parametrów napięcia zasilającego w określonych granicach jest pobieranie przez odbiorcę mocy czynnej nie większej od mocy umownej, przy współczynniku tgφ nie większym niż 0,4. Z analizy statystycznej będącej podstawą oceny jakości napięcia należy wykluczyć te wyniki pomiarów, które zostały zmierzone w warunkach przekroczenia mocy umownej lub wartości współczynnika tg φ 0,4...

18 POMIAR NAPIĘCIA

19 POMIAR NAPIĘCIA U RMS 1 T T 0 u 2 ( t) dt maksymalna średnia minimalna

20 POMIAR NAPIĘCIA U RMS 1 T T 0 u 2 ( t) dt U N i1 rms0,2 N u 2

21 POMIAR NAPIĘCIA Agregacja pomiarów przedział 3 s U 15 i1 rms3s U 2 rms0, 2s 15 przedział 10 min U N i1 rms10min U 2 rms0,2s k ( i) przedział 2 h gdzie: U 12 i1 rms2h U 2 rms10min 12 U rms-0,2 wartość skuteczna zmierzona w oknie 10 okresowym, k liczba próbek 10 okresowych w czasie 10 minut, dla 50 Hz k=3000,

22 POMIAR NAPIĘCIA U rms(1/ 2) N i1 u N 2 10 ms ruchoma średnia Czas

23 EN : Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC), Część 4-30: Metody badań i pomiarów - Metody pomiaru jakości energii Klasa A Polski Komitet Normalizacyjny 10 min znacznik czasu RTC U rms10min 200 i1 U 2 rms3s 200 przedział 10 min (x) przedział 10 min (x + 1) U rms200ms N i1 N u 2 i 10/12 okresów j 10/12 okresów /12 okresów k Nakła dka /12 okresów 10/12 okresów 10/12 okrsów U rms3s 15 i1 U 2 rms200ms 15 przedział 150/180 okresowy (n) przedział 150/180 okresowy (n + 1) U rms2h 12 i1 U 2 rms10min 12 Nakładka 2 (150/180)

24 POMIAR NAPIĘCIA Max. Average Min.

25 Węgry EN : Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Zmiany napięcia powinny zawierać się w przedziale Un ±7,5% dla CP95 (10. minutowe wartości skuteczne) Wszystkie 10. minutowe wartości skuteczne muszą być w przedziale +10% i -15% napięcia znamionowego Powyższe wartości dopuszczalne dotyczą zarówno nn jak i SN

26 POMIAR NAPIĘCIA 207 V 4h50 10 min 3,5%

27 POMIAR NAPIĘCIA 207 V 10 min 3,5% 1 min 28,5% 28 %

28 EN : Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Węgry Maksymalny poziom napięcia: Un + 15 % dla wartości średnich 1. minutowych Powyższe wartości dopuszczalne dotyczą zarówno nn jak i SN

29 STABILIZACJA NAPIĘCIA autotransformatory lub transformatory z przełącznikami zaczepów stosowane w wersji zarówno mechanicznej (od 15 do nawet 45s) jak i energoelektronicznej skracanie obwodów sieci nn przez zwiększanie liczby stacji transformatorowych SN/Nn szeregowe transformatory regulacyjne (jedno- lub trójfazowe) urządzenia regulacyjne tj. UPS, transformatory ferrorezonasowe, układy silnik-generator itp. regulacja napięcia poprzez zmianę rozpływu mocy biernej (kondensatory: równoległe i szeregowe)

30 STABILIZACJA NAPIĘCIA odbiorni k odbiornik U Wzrost napięcia spowodowany obecnością kondensatora U Wzrost napięcia spowodowany obecnością kondensatora Redukcja napięcia spowodowana pracą odbiornika

31 RODZAJE ZMIAN NAPIĘCIA

32 RODZAJE ZMIAN NAPIĘCIA U Zmiany napięcia: wolne lub szybkie, pojedyncze lub powtarzalne, gwałtowne lub o skończonym czasie Whania napięcia nagła zmiana napięcia o powtarzalnym charakterze t

33 RODZAJE ZMIAN NAPIĘCIA U(t) Rodzaj a: Prostokątne i okresowe o stałej amplitudzie (np. łączenie rezystancyjnego odbiornika, zgrzewarka oporowa itp.), U(t) t t Rodzaj b: szeregi nieregularnych zmian napięcia o różnych amplitudach, i identycznych (lub nie) dolnych lub górnych wartościach

34 RODZAJE ZMIAN NAPIĘCIA U(t) U(t) t Rodzaj c: oddzielone zmiany napięcia, nie zawsze o gwałtownym charakterze (rozruchy silników, łączenie odbiorników nierezystancyjnych itp.) Rodzaj d: seria losowych zmian napięcia (np. praca pieca łukowego t

35 ZMIANY NAPIĘCIA charakterystyka RMS - U(t) EN charakterystyka zmian napięcia ΔU(t)

36 SZYBKIE ZMIANY NAPIĘCIA napięcie Przykładowa zmiana wartości skutecznej napięcia i prądu podczas przełączania zaczepów transformatora WN/SN

37 SZYBKIE ZMIANY NAPIĘCIA napięcie

38 EN : Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Polski Komitet Normalizacyjny Pojedyncza, szybka zmiana wartości skutecznej napięcia pomiędzy dwoma kolejnymi jego poziomami, które utrzymują się przez skończony, lecz nie określony przedział czasu Minimalna wartość (du/dt) Minimalny czas trwania warunków ustalonych Wartość zmiany napięcia: maksymalna i/lub ustalona Które napięcie przyjmuje się za napięcie referencyjne

39 EN : Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Polski Komitet Normalizacyjny Ustalona zmiana napięcia - 10 V.

40 EN : Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Polski Komitet Normalizacyjny Zmiana skutecznej wartości napięcia występująca w przedziale ±10% napięcia znamionowego/deklarowanego, o szybkości zmian większej niż 0,5% napięcia znamionowego/deklarowanego na sek. Szybkie zmiany napięcia są opisane poprzez wartość ustalonej i maksymalnej zmiany napięcia.

41 EN : Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Polski Komitet Normalizacyjny Szybkie zmiany napięcia: 1. Brak definicji i miar liczbowych zaburzenia nn: 5%UN, rzadko 10%UN SN: 4-6%UC

42 EN : Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Polski Komitet Normalizacyjny W normalnych warunkach pracy szybkie zmiany napięcia nie przekraczają z reguły 4 % Uc, jednakże w pewnych okolicznościach, kilka razy w ciągu dnia, mogą wystąpić zmiany napięcia o krótkim czasie trwania, osiągające wartość do 6 % Uc

43 WAHANIA NAPIĘCIA

44 WAHANIA NAPIĘCIA Przykład zmian wartości skutecznej napięcia w sieci komunalnej

45 WAHANIA NAPIĘCIA

46 WAHANIA NAPIĘCIA

47 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA Zmiana mocy biernej odbiorników niespokojnych np. piece łukowe, walcownie, maszyny wyciągowe itp. Łączenie baterii kondensatorów, praca przełącznika zaczepów transformatora, rozruchy silników, spawarki, odbiorniki elektrotermiczne, regulatory mocy, młoty, pompy, kompresory, dźwigi, windy odbiorniki o dużych zmianach mocy w relacji do mocy zwarcia w punkcie przyłączenia, Interharmoniczne napięcia.

48 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA moc bierna 1s napięcie czas Piec łukowy

49 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA Zgrzewarka

50 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA Spawarka

51 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA ( f i l e K o n d e n s. p l 4 ; x - v a r t ) v : V A c : X A - V A t : U A R M S

52 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA (file Kondens.pl4; x-var t) v:va c:xa -VA t: UARMS U U Q S C sc

53 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA Rozruch silnika

54 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA 150 0,1 s (T) ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 t [s] u(t ) U ( 1 mcos t )cos t m

55 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA u(t ) = U (1+ mcos Ωt )cos ωt m ω Ω m u( t) U pulsacja (= 2 x 50 (60) Hz) pulsacja modulacji = ΔU/2U gdzie ΔU jest różnicą pomiędzy min. i max. wartością skuteczna napięcia; U jest skuteczną wartością napięcia wyznaczoną np. za pomocą filtru o stałej czasowej równej 1 min. m cos U 2 m t cos t cos t

56 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA u( t) U U m cos U 2 m t cos t cos t U m 2 mu m

57 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA Zależność max. skutecznej wartości zmian napięcia od częstotliwości interharmonicznej o stałej amplitudzie (0.2% składowej podstawowej)

58 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA

59 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA Faza L1 Faza L2 Prąd i napięcie podczas rozruchu turbiny wiatrowej

60 ŹRÓDŁA WAHAŃ NAPIĘCIA Przebiegi napięcia na wyjściu UPS Hz Hz

61 Źródło: Tomasz Sikorski ENERGETYKA SŁONECZNA

62 SKUTKI WAHAŃ NAPIĘCIA

63 SKUTKI WAHAŃ NAPIĘCIA Φ ~ U γ U3,1 3,7 Lampy fluorescencyjne:

64 SKUTKI WAHAŃ NAPIĘCIA Przebieg strumienia świetlnego (t) Przebieg napięcia zasilającego u(t) Wahania napięcia mogą wywołać: - irytację, - uczucie zmęczenia - trudności z koncentracją, - obniżenie efektywności pracy i jej jakości - zmniejszenie bezpieczeństwa pracy. Czytanie i oglądanie TV

65 SKUTKI WAHAŃ NAPIĘCIA 120V żarówka 230V żarówka l. fluorescencyjna

66 SKUTKI WAHAŃ NAPIĘCIA Ograniczone pasmo postrzegania ( Hz). Zależność od częstotliwości (granica postrzegania i irytacji). Częstotliwość rezonansowa (8-9 Hz). Efekt psychofizyczny zależny od amplitudy, częstotliwości, czasu trwania zaburzenia, powtarzalności. Problemy epileptyczne Testy pilotów

67 U/U[%] CHARAKTERYSTYKA CENELEC V 120 V 100 V 1 0,1 0, Liczba prostokątnych zmian napięcia na minutę

68 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ... Zbigniew Hanzelka Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków, Al.. Mickiewicza 30 Tel.: ,