JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów

Transkrypt

1 JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ Odkształcenie napięć i pradów Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Wykład nr 5

2 Spis treści 1.WPROWADZENIE. Źródła odkształcenia napięć i prądów 3. Sposoby redukcji odkształcenia 4. Interharmoniczne 5. Lokalizacja źródeł harmonicznych 6. Kondensator jako element systemu elektroenergetycznego (filtracja pasywna)

3 Klasyfikacja zaburzeń Środowisko komunalne wartość napięcia wahania napięcia przerwy w zasilaniu zapady napięcia przepięcia Odkształcenie napięcia asymetria zmiany częstotliwości Środowisko przemysłowe zapady napięcia przerwy w zasilaniu wartość napięcia Odkształcenie napięcia przepięcia asymetria wahania napięcia zmiany częstotliwości

4 Benchmarking report on quality of electricity supply (CEER)

5 Zawartość 5. harmonicznej w stosunku do podstawoj [%] Wprowadzenie 6,5 6, 5,5 5, 4,5 4, 3,5 3,,5, Rok Zawartość 5. harmonicznej w sieci zasilającej nn w Niemczech

6 Harmoniczne: 3 i 5 (Holandia)

7 Wprowadzenie Napięcie (zmiana mocy zwarciowej) Prąd THDU

8 Założenia Okresowość przebiegu f - do 5 Hz

9 Zapad napięcia i krótka przerwa w zasilaniu (IEC )

10 Synteza przebiegu odkształconego 5 Hz 5 Hz U (1) U (3) 1, 5 Hz,3 15 Hz U S 1 Hz (a) 5 Hz 15 Hz (b) 5 Hz U (1) (a) harmoniczna podstawowa U (3) trzecia harmoniczna Hz (c) 5 Hz (d) (b) U S

11 Dekompozycja przebiegu odkształconego = + + n=1 n=5 n=7 a) 1-1%, 5-15%, 15 =, b) 1-1%, 5-3%, 15 =, c) 1-1%, 5-15%, 15 = 18

12 Analiza Fouriera f ( t) 1 a nft b sin nft an cos n n1 a T T f T ( t) dt an f t)cosnft dt T ( b f ( t)sin nft n T T dt f ( t) 1 a sin n1 c n fnt n c n a b arctg b / a ) n n n ( n n

13 Analiza Fouriera Harmoniczne składowa stała f = n f 1 n = Interharmon. f nf 1 Subharmon. < f < f 1 f 1 - składowa podstawowa napięcia (5 Hz)

14 Analiza Fouriera Rząd harmonicznej Częstotliwość [Hz] Względna wartość amplitudy t 1 5 1, / / / / n 5n 1/n

15 Analiza Fouriera

16 Układ kolejności zgodnej i I sint m 1(1) (1) i I sin( t 1 (1) m(1) ) i 1(1) i I sin( t 3(1) m(1) 4 ) i 3(1) i (1)

17 Układ kolejności przeciwnej i I m sin5 t 1(5) (5) i(5) I m(5) sin5( t 1 ) I m(5) sin(5 t 4 i3(5) I m(5) sin5( t 4 ) I m(5) sin(5 t 1 ) ) i 1(5) i (5) i 3(5)

18 Układ kolejności zerowej i I sin3 t m 1(3) (3) i I sin 3( t 1 ) I sin 3t (3) m(3) m(3) i I m t I 3(3) (3) sin 3( 4 ) m(3) sin 3 t i 1(3) i 3(3) i (3)

19 Faza T Faza S Faza R Wyższe harmoniczne i składowe symetryczne 1-1,5,1,15, 1 System trójfazowy symetryczny z 3. harmoniczną -1,5,1,15, 1-1,5,1,15, czas [ms]

20 Harmoniczne potrójne trójfazowe nieliniowe obciążenie

21 Harmoniczne potrójne

22 Harmoniczne potrójne

23 Harmoniczne potrójne P v R I ph I ph I ph ( 3Iph)

24 Harmoniczne napięcia I I ( 1) ( n) U PCC U( 1) U( 1) U ( n )

25 Harmoniczne napięcia

26 Przykładowe przebiegi napięcia i prądu oraz widma napięcia środowisko przemysłowe środowisko komunalne

27 Miary liczbowe całkowity współczynnik odkształcenia: napięcia THD U, prądu TDD I (n gr = 4 - Europa, n gr = 5 - USA): n gr U n n THDU 1% U 1 n gr I n n THDI 1% I 1 TTHD U U U U 1 1 1% TTHD I I I 1 I 1 1%

28 Miary liczbowe wartość skuteczna odkształconego napięcia (analogicznie dla harmonicznych prądu): U n1 U współczynnik udziału n-tej harmonicznej napięcia: D n n U 1 współczynnik udziału składowej podstawowej napięcia: współczynnik szczytu i kształtu: k s U ( n) (1) 1 U U U max THD k D k 1 U U 1 U U k 1,41, k 1, 11 U s k avr _ s U wh U( n n )

29 Miary liczbowe U n U n U 1 THD U n g n U U 1 n 1% CP95, CP99

30 [%] Harmoniczne napięcia,5 THD i harmoniczne napięcia fazowego L1, 1,5 1, CP99 CP95 CP5 CP5,5, THD H3 H5 H7 H11

31 Harmoniczne napięcia ut () ut () t t u ( n) u (1) u ( n) u (1) n n (a) (b)

32 Spis treści 1. Wprowadzenie.ŹRÓDŁA ODKSZTAŁCENIA NAPIĘĆ I PRĄDÓW 3. Sposoby redukcji odkształcenia 4. Interharmoniczne 5. Lokalizacja źródeł harmonicznych 6. Kondensator jako element systemu elektroenergetycznego (filtracja pasywna)

33 Źródła odkształcenia prądu nasycenie rdzenia transformatora I IN I OUT U IN Znamionowy punkt pracy U N UIN U OUT Obszar nasycenia Wzrost napięcia 1-%I N I IN

34 Źródła odkształcenia prądu nasycenie rdzenia transformatora czas 1 % 5 % 7 % 9 %,5 %

35 B (pu) B (pu) t (s) Źródła odkształcenia prądu nasycenie rdzenia transformatora H (pu) Znamionowy Nominal operation point punkt pracy H (pu) t (s)

36 B (pu) B (pu) t (s) Źródła odkształcenia prądu nasycenie rdzenia transformatora H (pu) Operation point: over-voltage Zwiększone napięcie H (pu) t (s)

37 Źródła odkształcenia prądu nasycenie rdzenia transformatora 1% 5% % Przykładowy prąd magnesowania transformatora

38 B (pu) B (pu) t (s) Źródła odkształcenia prądu nasycenie rdzenia transformatora H (pu) Operation point: DC injection Składowa stała H (pu) t (s)

39 Źródła odkształcenia prądu silniki i generatory Charakterystyka magnesowania silnika jest znacznie bardziej liniowa w porównaniu z charakterystyką magnesowania transformatora. Poskok uzwojeń silnika może być także przyczyną wystąpienia harmonicznych. Typowe uzwojenia silnika posiadają 5 do 7 żłobków na biegun, co powoduje wytworzenie 5 lub 7 harmonicznej. W napięciu generatorów wystąpią harmoniczne (o małych wartościach), nie jest bowiem możliwy ani celowy z praktycznego i ekonomicznego punktu widzenia, taki rozkład przestrzenny uzwojeń stojana, który gwarantowałby sinusoidalność napięcia. Indukowane napięcia są więc lekko odkształcone, dominuje często 3-cia harmoniczna. Powoduje ona przepływ prądu dla tej harmonicznej w przypadku obciążenia generatora (osiąga on przykładowo wartość około A w przewodzie neutralnym jednostek o mocach 3-4MVA).

40 Źródła odkształcenia prądu łuk elektryczny Prąd pieca łukowego w okresie roztapiania 1% 1% 5% 7-8% (a) (b) Typowe widmo prądu pieca: a) roztapianie, b) rafinacja...

41 Źródła odkształcenia prądu łuk elektryczny prąd wh (%) % czas (a) F THD (b) (a) CFL (THD I = 8-13 %); (b) lampa fluorescencyjna (THD I =-3 %)

42 Dziękuję za uwagę Zbigniew HANZELKA Akademia Górniczo-Hutnicza 3-19 Kraków, Al.. Mickiewicza 3 Tel: , hanzel@agh.edu.pl