ZJAWISKA ENERGETYCZNE I MOCE W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH Z PRZEMIENNYMI PRZEBIEGAMI NAPIĘĆ I PRĄDÓW

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ZJAWISKA ENERGETYCZNE I MOCE W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH Z PRZEMIENNYMI PRZEBIEGAMI NAPIĘĆ I PRĄDÓW"

Edward Mazurkiewicz
7 lat temu
Przeglądów:

1 ZJWK ENERGEYCZNE MOCE W OWODCH ELEKRYCZNYCH Z RZEMENNYM RZEEGM NĘĆ RĄDÓW dr nż. ndrzej Frlt KDEM GÓRNCZO-HNCZ KRKÓW, 19 LOD 015

roblemy roblem z blansowanem mocy energ w stacjach elektroenergetycznych (GZ, RZ, ) kweste dokładnośc, nepewnośc, nedoskonałośc zastosowanych urządzeń w torze pomarowym nelegalny pobór energ

2 roblemy roblem z blansowanem mocy energ w stacjach elektroenergetycznych (GZ, RZ, ) kweste dokładnośc, nepewnośc, nedoskonałośc zastosowanych urządzeń w torze pomarowym nelegalny pobór energ elektrycznej straty dystrybucyjne/przesyłowe realzacja praktyczna, a teora (algorytm program) nne Charakter rosnącego udzału energ generowanej przez OZE RZE Zjawska zachodzące w obwodach elektrycznych są bardzej złożone nż nam sę dotychczas wydawało

3 rzykład 1 3-fazowy, 3-przewodowy system 3-fazowy symetryczny rezystancyjny, lnowy odbornk 1 przebeg napęć prądów są współfazowe brak przesunęca fazowego ϕ = 0, cos(ϕ) = 1 p(t) const.

4 rzykład 1 3-fazowy, 3-przewodowy system 3-fazowy nesymetryczny rezystancyjny, lnowy odbornk przebeg napęć prądów ne są współfazowe występuje przesunęce fazowe <1 ϕ 0, cos(ϕ) < 1 p(t) var. brak C L

5 rzykład Moc pozorna w układach 3-fazowych 5 R R G Q R R moc pozorna arytmetyczna moc pozorna geometryczna moc pozorna uchholza G G F F F,, Jaką wartość będą mały współczynnk mocy F x?

6 Moc pozorna w ukł. 3-faz. odbornk symetryczny 0 V 65,9 m R 159,1 1,317 09,5 V 09,5 V 159,1 159,1 09,5 V Odbornk Zaslane Z = 5 kw = 100 kw G 100 kv F F F G G F 1 R Q Q R Q Q

7 Moc pozorna w ukł. 3-faz. odbornk nesymetryczny 0 V 65,9 m R 9 03,6 V 9 1, ,6 V 0 Zaslane = 11, kw Z 0 V Odbornk = 100 kw 119 kv G 100 kv 149,6 kv F F G G F F 0,84 FG 1 F 0, 67

8 Moc pozorna w ukł. 3-faz. odbornk symetryczny Z = 0,879 e j48,0 0 V 65,9 m R 38 0,659 0, ,7 V 08,7 V Zaslane = 11, kw Z 08,7 V Odbornk = 100 kw 149,4 kv G 149,4 kv 149,4 kv F F G G F F 0,67 8

Cele dla teor mocy EOR MOCY Realzacja celów poznawczych nterpretacja ops zjawsk energetycznych poprawny aparat matematyczny korelujący z fzyką obserwowanych zjawsk eora mocy ne pownna zależeć od

9 Cele dla teor mocy EOR MOCY Realzacja celów poznawczych nterpretacja ops zjawsk energetycznych poprawny aparat matematyczny korelujący z fzyką obserwowanych zjawsk eora mocy ne pownna zależeć od rodzaju układu: 1-fazowy, 3-fazowy tp. Realzacja celów praktycznych metody modyfkacj właścwośc energetycznych systemów elektrycznych, np. poprawa współczynnka mocy pomarowa dentyfkacja zdefnowanych welkośc (właścwośc) wnosk do metod poprawy jakośc energ elektrycznej podstawa dla kształtowana taryf rozlczenowych

MOCE W OWODCH RĄD RZEMENNEGO eora mocy poszukuje odpowedz na pytana: Dlaczego odbornk o mocy czynnej wymaga zwykle źródła zaslana o mocy pozornej wększej od mocy czynnej?

10 MOCE W OWODCH RĄD RZEMENNEGO eora mocy poszukuje odpowedz na pytana: Dlaczego odbornk o mocy czynnej wymaga zwykle źródła zaslana o mocy pozornej wększej od mocy czynnej? Jak można zmnejszyć moc pozorną źródła ne zmnejszając mocy czynnej odbornka? Co to jest moc berna(-e) (defncje, nterpretacja)? (obwód z odbornkem lnowym/nelnowym, obwody 1-fazowe/3- fazowe, symetryczne/nesymetryczne, stan ustalony/przejścowy)

11 ZEWENE WYRNYCH ROOZYCJ EOR MOCY

12 Moce NERRECJ NCZEJ Q ˆ sn( ) moc berna Q moc berna Q moc pozorna moc czynna cos() Q

13 Moc czynna Zarówno w teor, jak w praktyce stotne znaczene ma pojęce mocy czynnej. Jest ona marodajna dla określena energ elektrycznej dostarczonej ze źródła do odbornka przekształconej w nm na nne formy energ: ceplną, mechanczną, śwetlną tp., a węc jest ona wskaźnkem dla procesów produkcyjnych. Moc czynna poberana przez odbornk jest zatem defnowana jako wartość średna za okres mocy chwlowej p(t): ˆ 1 t0 t 0 p( t) dt 1 t0 t 0 u( t) ( t) dt cos( ) W Moc jest lczbą rzeczywstą nezależną od czasu. 13

14 (t Moc czynna, berna Q pozorna - nterpretacja ) cos( )cos( t ) sn( )sn( t ) cos( t ) Q sn( t ) Q Q Moc berna Q w obwodach jednofazowych z przebegam snusodalnym zawdzęcza swoje znaczene m.n. powyższym zależnoścom. rzy znanym napęcu źródła, moc berna Q określa, wraz z mocą czynną, wartość skuteczną prądu źródła. 14

15 rójkąt mocy Współczynnk mocy - cos (DF) j m( ) jq re( ) cos( ) cos() nformuje o stopnu wykorzystana mocy pozornej Q cos( ) sn( ) tg( ) Q rójkąt mpedancj Z R cos( ) jx R Z cos( ) a cos( ) prąd czynny sn( ) b sn( ) prąd berny 15

Rozporządzene, norma JEE Rozporządzene Mnstra Gospodark w sprawe szczegółowych warunków funkcjonowana systemu elektroenergetycznego z dna 04 maja 007 r. (+późnejsze zmany) Dz. st. z 007 Nr 93, poz.

16 Rozporządzene, norma JEE Rozporządzene Mnstra Gospodark w sprawe szczegółowych warunków funkcjonowana systemu elektroenergetycznego z dna 04 maja 007 r. (+późnejsze zmany) Dz. st. z 007 Nr 93, poz. 63 (poprzedna wersja 004 r.) N-EN 50160:010/C:011/1:015 arametry napęca zaslającego w publcznych secach elektroenergetycznych (poprzedna wersja 008 r. w języku angelskm poprzedna wersja 005 r. w języku polskm) 16

17 arametry jakoścowe wg Rozporządzena ZMNY NĘC częstotlwość (10 s) dla nn: 49,5 Hz 50,5 Hz wartość skuteczna napęca dla nn: = 07 V 53 V współczynnk asymetr napęca dla nn: K < % współczynnk mgotana śwatła dla nn: L < 1 współczynnk odkształcena napęca HD HD < 8% harmonczne napęca 3.h 5%, 5.h 6%, 7.h 5% do 5.h 1,5% współczynnk tg() < 0,4 brak wymagań dla prądu NORMLNE WRNK RCY!!! (mary lczbowe C95, )

18 Odkształcony prąd nusodalne napęce, odkształcony prąd - zawera wyższe harmonczne o częstotlwoścach będących welokrotnoścą częstotlwośc podstawowej f 1 (=f 1 ). u( t ) sn( t ) ( t ) ( n ) sn( nt ( n ) ) n1 Wartość skuteczna prądu: y u( t ) Y m 0 / ( t ) t t 1 1 ( t ) dt Moc pozorna 1 n ( n) n ( n) H Q H D 18

19 rostopadłoścan mocy Współczynnk mocy - cos( ) (DF), cos() (F) D H ( 1 ) ( 1 ) Q ( 1 ) Współczynnk przesunęca DF : (dzedzna podstawowej harmoncznej) DF cos( ( 1) ) Współczynnk mocy F: F cos ( ) cos( 1) )cos( ( γ ) cos( ) (1 ) 19

20 Relacja mędzy F DF F cos( ) n 1 gr n gr ( n) n cos( cos( ) ) 1 cos( ( n) n ) cos( ) 1 1 HD DF HD współczynnk odkształcena harmoncznym (ang. total harmonc dstorton) (n gr = 40 - Europa, n gr = 50 - ): HD ˆ n n n gr ( n) 0

21 proszczony rozważanego obwodu elektrycznego = Z (n) = Z (n) (n) + (n) Z (na,nb) W ODORNK nelnowy nesymetryczny = Z (na),(nb) = Z (na),(nb) (na),(nb) + (na) + (nb) (na) Z (na,nb) W ODORNK nelnowy nesymetryczny 1

22 eora mocy p-q - układ 3-faz., 3-przew. eora mocy p-q kag, Nabae, Kanazawa p q h f rąd odbornka/ln zaslającej (t) wyrażono za pomocą czterech składowych zwązanych z odrębnym zjawskam fzycznym: p zwązany z p, czyl z tradycyjne defnowaną mocą czynną q zwązany z (W przypadku symetrycznego, snusodalnego źródła napęca q lnowego, symetrycznego odbornka jest równa konwencjonalnej mocy bernej ( )Q.) q ~ h zwązany z oraz, czyl obecnoścą wyższych harmoncznych h p~h w przebegach napęć oraz prądów zwązany z oraz, czyl asymetrą prądów odbornka f ~ p f q ~ f

23 eora mocy wg L.. Czarneckego eora mocy wg L.. Czarneckego Na podstawe teor mocy według Czarneckego prąd trójfazowego, nezrównoważonego odbornka nelnowego został rozłożony na pęć składowych: a r u s R,, wektor prądów fazowych Każda składowa zwązana jest z nnym zjawskem energetycznym jest ortogonalna do pozostałych składowych 3

24 eora mocy wg L.. Czarneckego a prąd czynny (actve current) - transmsja energ czynnej do odbornka ( > 0) (n N ), prąd generowany (load generated current) - przepływ energ z odbornka do źródła zaslana, stnejący wtedy, gdy odbornk ma nezerową moc czynną > 0 (n N ), r prąd berny (reactve current) - przesunęce fazowe harmoncznych prądu względem harmoncznych napęca, pojawające sę wtedy, gdy odbornk ma nezerową susceptancję n dla częstotlwośc harmoncznych, u prąd nezrównoważena (unbalanced current) występuje tylko w systemach trójfazowych, gdy odbornk ma nezerową admtancję nezrównoważena n, s prąd rozrzutu (scattered current)) - zmana konduktancj odbornka G en ze wzrostem rzędu wyższych harmoncznych (ze wzrostem częstotlwośc f) a s Re : 1 n N n N G e en n e G jn t : 1 Re ( G e ) n e jn t n N n r u jn1 : Re j e n N n en n jn1 : Re e N n n t t 4

25 5 eora mocy wg L.. Czarneckego Moce wg teor prof. Czarneckego: u r s F Q Q D, F D u u Q r r Q u r s a a a F u r s Q Q D F Współczynnk mocy w F:

26 EEE EEE td tandard Defntons for the Measurement of Electrc ower Quanttes nder nusodal, Nonsnusodal, alanced or nbalanced Condtons Opracowany przez EEE (nsttute of Electrcal and Electroncs Engneers) tandard ten wprowadza stotną systematykę w omawanym obszarze. rzedstawa defncje mocy elektrycznych wraz z matematycznym formułam oblczenowym. Jest punktem odnesena dla dzsejszych urządzeń pomarowych. tandard wprowadza klka nowych welkośc takch jak moc neaktywną N oraz moc pozorna odkształcena en. Należy podkreślć, że standard ne zaleca dotychczas stosowanej defncj mocy bernej według teor udeanu.

27 Na zakończene ÓŁ ŻREM ÓŁ ERO 7

28 dr nż. ndrzej Frlt kadema Górnczo-Hutncza Katedra Energoelektronk utomatyk ystemów rzetwarzana Energ Kraków, l. Mckewcza , , andrzej.frlt@keaspe.agh.edu.pl 8

Podobne dokumenty

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 2)

Politechnika Wrocławska Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych. Materiał ilustracyjny do przedmiotu. (Cz. 2) Poltechnka Wrocławska nstytut Maszyn, Napędów Pomarów Elektrycznych Materał lustracyjny do przedmotu EEKTOTEHNKA (z. ) Prowadzący: Dr nż. Potr Zelńsk (-9, A10 p.408, tel. 30-3 9) Wrocław 005/6 PĄD ZMENNY