JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ - PROCES ŁĄCZENIA BATERII KONDENSATORÓW

Transkrypt

1 Studia Podyplomowe EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ w ramach projektu Śląsko-Małopolskie Centrum Kompetencji Zarządzania Energią JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ PROCES ŁĄCZENIA BATERII KONDENSATORÓW dr hab. inż. Zbigniew Hanzelka, prof. AGH

2 JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ - PROCES ŁĄCZENIA BATERII KONDENSATORÓW Zbigniew HANZELKA Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych KGHM 2013

3 Kondensatory służą do realizacji trzech podstawowych celów: - kompensacja mocy biernej

4 Moc czynna

5 Moc bierna

6 Współczynnik mocy

7 Pasywna filtracja wyższych harmonicznych

8 Regulacja napięcia

9 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów L S K U S L B C 2,0 1,5 1,0 napięcie [j.w.] 0,5 0,0-0,5 czas [ms] -1,0-1,5

10 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów L S K U S L B C I 2U ( µ F) S B max. = = 2U S = 2 ZC ( LS + LB )( µ H ) C I ZW. I CN

11 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów 2,0 1,5 1,0 napięcie [j.w.] 0,5 0,0-0,5 1,5 1,0 czas [ms] -1,0-1,5 0,5 0,0-0, czas [ ms] -1,0-1,5-2,0 napięcie strony wtórnej transformatora [j.w.] -2,5-3,0-3,5

12 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów 2,0 1,5 1,0 f = f S I I ZW. CN napięcie [j.w.] 0,5 0,0-0,5-1,0 czas [ms] f = 2 π 1 ( LS + LB ) C -1, Hz (900 Hz)

13 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów 150 U [%] U [%] czas [ms] czas [ms] Umax = % (200 %) Czas trwania: 0,5 3 okresów

14 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów 150 U [%] I U [%] [%] (a) (b)

15 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów Faza A Faza B Faza C U

16 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów 6,43 kv 12,2 kv 6,48 kv Proces załączania baterii kondensatorów napięcia międzyfazowe (wartości chwilowe, wartości RMS 10 ms)

17 Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów 198,55 A 404,03 A 229,44 A Dominującą wyższą harmoniczną w przebiegu prądu jest 17. i jej maksymalna wartość wynosi 14,05 A (zmierzone w fazie 3) podczas procesu załączenia.

18 1,22 ms Łączenie pojedynczej baterii kondensatorów Oscylacje tłumione wskazują na występowanie częstotliwości rezonansowej ok. 820 Hz (16,4 f 1 ). 820 Hz

19 Proces wzmacniania oscylacji szyny średniego napięcia inne odbiorniki 480 V załączana bateria kondensatorów C1 bateria kondensatorów C2 do kompensacji mocy biernej C1=3 MVAr C2 = 200 kvar

20 Proces wzmacniania oscylacji U [j.w.] 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 średnie napięcie U [j.w.] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5-2,0 480 V

21 Proces wzmacniania oscylacji 3,0 wartość napięcia na szynach nn 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 moc transformatora 1,5 MVA moc dołączonej baterii 3 MVAr moc baterii (C2) w kvar

22 Proces wzmacniania oscylacji 3,0 wartość napięcia na szynach nn 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0 filtr harmonicznej moc transformatora 1,5 MVA moc dołączonej baterii 3 MVAr bateria nn moc baterii (C2) w kvar

23 Transmission System Feed1 138 kv Feed2 138 kv 36 MVAR 36 MVAR N.C. N.O. AutoPlant 138 kv 12 kv T3 18 MVA N.C. T4 18 MVA 12 kv 2100 kvar 7200 volts N.O. Feeder 401 Loads 2100 kvar 7200 volts (1200 kvar in service) Feeder 301 Loads TPS2L 2000 kva TPS6L 2000 kva TPS8L 5000 kva 480 volts 480 volts 4160 volts Other Load Substations

24 Robot Cell Paint Line Model V Waveshape Disturbance Three Phase Delta 10.0A 1 Model V Waveshape Disturbance Three Phase Delta 10.0A 3 0.0V 0.0A 0.0V 0.0A V 36.33ms KUKA Cell 2 7/ A 1.43 ms/div 64.84ms 07/25/97 03:09:38.04 PM V -10.0A 33.72ms 1.18 ms/div 57.29ms Chrysler Center Line 480 7/25 07/26/97 08:42:30.24 AM

25 Dołączanie kolejnej baterii L S U S L 1 L 2 L 3 C 1 C 2 C 3 L C Σ = L1 L2 L + L 1 + Σ 1 2 = C C 2 L = L L L + + Σ zew. 3 C = C C Σ Σ C + 3 C 3

26 Dołączanie kolejnej baterii I max. = 2U Z C S = 2U S C L = 2U S I ωl ( I zew. CN1 CN1 I + CN 2 I CN 2 ) f 2π 1 = 1 8,5 khz LC

27 Dołączanie kolejnej baterii I [A] I [ka] (a) (b)

28 Dołączanie kolejnej baterii napięcie I max prąd załączanego kondensatora U/I chwila załączania kondensatora

29 Dołączanie kolejnej baterii

30 Dołączanie kolejnej baterii

31 Dołączanie kolejnej baterii

32 Event Details/Waveforms Volts 0 Dołączanie kolejnej baterii A-B V B-C V C-A V 250 Amps A I B I C I 13:58: Tuesday 13:58: :58: :58: :58:04.37 Event #79 at :58: Pre-tri gger

33 Event Details/Waveforms Volts 0 Dołączanie kolejnej baterii A-B V B-C V C-A V 250 Amps A I B I C I 10:06: Monday 10:06: :06: :06: :06: :06:45.68 Event #59 at :06: Pre-tri gger

34 Szczególne warunki łączenia baterii: załączanie baterii wstępnie naładowanej zapłon łuku podczas procesu wyłączania baterii.

35 a) L s a U aa' a' U s C s U c C b) Restiking restiking time time U C Current current 2 U s U B t 1 t 2 t Voltage Zero zerocurrent current time time 3 2 U s

36 Sposoby redukcji przepięć i przetężeń: - ochrona przecięciowa - szeregowa rezystancja 1,5 1,5 1,0 1,0 U [j.w.] 0,5 0 U [j.w.] 0,5 0-0,5-0,5-1,0-1,0-1,5-1,5 (a) (b) Szeregowy dławik

37 FAZA A U A I A FAZA B U B 150 I B FAZA C U C 150 I C

38 Awaryjne wyłączenia czułych odbiorników I U U dc

39 Awaryjne wyłączenia czułych odbiorników U I

40 Awaryjne wyłączenia czułych odbiorników I U U dc

41 Awaryjne wyłączenia czułych odbiorników

42 Awaryjne wyłączenia czułych odbiorników

43 Awaryjne wyłączenia czułych odbiorników U AB [V] U AB [V] ,04 0,06 0,08 0,10 0, ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 U dc [V] 700 U dc [V] ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 I A [A] I A [A] ,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 (a) (b)

44 Filtry pasywne Łączenie synchroniczne U A B C Chwile łączenia możliwe chwile załączenia poszczególnych faz Uziemiona gwiazda

45 Łączenie synchroniczne

46 U1 U2 U3 chwila załączenia fazy C chwila załączenia faz A i B (t) faza (t+5ms) faza 3 Nie uziemiona gwiazda

47 Łączenie synchroniczne 120 U c u(t) i(t) U C u(t) i(t) a) b) u = U m sin( ωt + ϕ u ) i(t ) = I m cos( ωt + ϕ u ) nb C U C0 2 n U 2 n 1 m sinϕ u sinω n t I m cosϕ u cosω n t n = X C / X L ωn = 1/ LC = nω

48 Sieć zasilająca Odbiornik Układ sterowania TSC = ± = ϕ n n U U cos m C u t cos cos I t sin sin U n n U nb ) t cos( I ) (t i n u m n u m C C u m ω ϕ ω ϕ + ϕ ω =

49 u i u t u co =u u c u moment załączenia (a) moment wyłączenia Łączenie synchroniczne u co < u u c moment załączenia i u=u c (b) moment wyłączenia t u co > u u u c t i moment załączenia moment wyłączenia (c)

50 Thyristor switched capacitors (TSC) W3NA W33AN I T = 0,71 I I C = I U T = 1,63 U U c = 0,82 U U dc = ±0,82U ±0,82U ±0,82U I T = 0,41 I I C = 0,58 I U T = 2,83 U U c = 1,41 U U dc = ±1,41U ±1,41U ±1,41U W33AA T on = 1 T 2 T off = 1 T 2 T rec = T

51 W33YA W33AY I T = 0,71 I I C = I U T = 1,93 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U I T = 0,71 I I C = 0,58 I U T = 1,93 U U c = 1,93 U U dc = ±1,93U ±0,52U ±1,41U W33AD T on = 5 T 12 T off = 5 T 12 T rec = 21 T 12 W33YA W33AY I T = 0,71 I I C = I U T = 1,93 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U I T = 0,71 I I C = 0,58 I U T = 1,93 U U c = 1,93 U U dc = ±1,93U ±0,52U ±1,41U W33AD T on = 7 T 12 T off = 7 T 12 T rec = 21 T 12 W33YA W32DA W32AY I T = 0,71 I I C = I U T = 3,35 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U I T = 0,71 I I C = 0,58 I U T = 3,35 U U c = 1,93 U U dc = ±1,93U ±0,52U ±1,41U W32AD T on = 7 T 12 T off = 7 T 12 T rec = 21 T 12

52 Thyristor switched capacitors (TSC) W33DA I T = 0,41 I I C = I U T = 3,35 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U T on = 5 T 12 T off = 1 T 2 T rec = 21 T 12 U33DA I T = 0,82 I I C = I U T = 3,35 U U c = 1,12 U U dc = ±1,12U ±0,82U ±0,30U T on = 7 T 12 T off = 7 T 12 T rec =

53 Thyristor switched capacitors (TSC)

54

55

56

57

58

59

60

61

62 W przypadku instalacji kondensatorów ważne jest, aby: wykorzystać istniejące możliwości redukcji negatywnych efektów procesu łączenia baterii szczególnie w przypadku odbiorców przemysłowych posiadających dużą liczbę regulowanych napędów lub innego sprzętu energoelektronicznego energetyka zawodowa posiadała informacje oraz informowała swoich głównych przemysłowych odbiorców odnośnie lokalizacji i procedury łączenia (czasu, sposobu łączenia itp.) dużych baterii kondensatorów nie zapominać, że instalowanie wejściowych dławików dla urządzeń energoelektronicznych, szczególnie regulowanych napędów, podwyższa ich odporność na przebiegi łączeniowe baterii kondensatorów (również zmniejsza odkształcenie prądu wejściowego) baterie kondensatorów, szczególnie w sąsiedztwie odbiorników nieliniowych wyposażyć w dławiki odstrajające lub instalować jako filtry harmonicznych

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