JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ ZAPADY NAPIĘCIA

Transkrypt

1 JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ ZAPADY NAPIĘCIA Zbigniew HANZELKA Wykład nr 9

2 SPIS TREŚCI Wprowadzenie Definicje Opis zaburzenia Skutki zaburzenia Sposoby redukcji skutków Poprawa odporności sprzętu (napędy elektryczne) Przykładowe pomiary Metody analizy Normalizacja Kontrakt Podsumowanie i wnioski

3 PRZYKŁADY NAJCZĘŚCIEJ ROZWAŻANYCH ZABURZEŃ ELEKTROMAGNETYCZNYCH Zapad Wzrost Przerwa

4 ZAPADY NAPIĘCIA napięcie Wartość progowa (np.10%)

5 ZAPADY NAPIĘCIA Przemysł odzieżowy Przemysł chemiczny Przemysł szklarski Specjalizowane procesy przemysłowe Custom Power state of art. Working Group CIGRE Elementy półprzewodniko we $1K $10K $100K $1M $10M

6 Zapad napięcia Nagła redukcja wartości skutecznej napięcia w określonym punkcie systemu zasilającego poniżej zadanej wartości progowej ( o czasie trwania nie krótszym od 10 ms), po której, po krótkim okresie czasu, następuje powrót do wartości pierwotnej Zapad napięcia jest zaburzeniem opisywanym dwoma współrzędnymi: wartością napięcia (resztkowego lub amplitudą) i czasem trwania. Próg zapadu jest wartością skuteczną napięcia określoną w celu wyznaczenia początku i końca zapadu. Może być on wyrażony w V lub lub procentach napięcia referencyjnego. Instantaneous: 0.5 cy - 30 cy Momentary: 30 cy - 3 sec Temporary: 3 sec - 1 min (USA)

7 ZAPADY NAPIĘCIA Napięcie refrencyjne Próg (np. 90%) U = 0 Czas trwania zapadu Napięcie resztkowe Próg krótkiej przerwy

8 ZAPADY NAPIĘCIA voltage t phase Zmiana jump fazy Regulacje pomijają także fazę początkową zapadu

9 KRÓTKA PRZERWA W ZASILANIU Krótka przerwa w zasilaniu Nagła redukcja wartości skutecznej napięcia w określonym punkcie systemu zasilajacego poniżej zadanej wartości progowej, po której, po krótkim okresie czasu, następuje powrót do wartości pierwotnej. Krótka przerwa w zasilaniu jest szczególnym przypadkiem zapadu napięcia (100%).

10 KRÓTKA PRZERWA W ZASILANIU

11 Phase rms voltage, [pu] 3F, 75%, 50%, 25%, 100ms phase A phase B phase C phase A phase B phase C Phase voltage, [pu] Time, [ms] /2 cycle window Time, [ms]

12 Zapad trójfazowy

13 U N U N 10 % Wartość progowa t Zastępczy zapad trójfazowy t Wpływ wartości progowej na czas trwania zapadu.

14 Przyczyny zapadów napięcia

15 ŹRÓDŁA ZAPADÓW

16 Zwarcia HV MV Odbiornik 1 Odbiornik 2

17 Zwarcia U 1 Zwarta linia I N 0 t I 1 Odb. 1 t U 2 Szyny główne t Odb. 2 t 0 t 1 t 2

18 Przyczyny zapadów napięcia S Z 1 O 1 Z 2 O 2 SC U S = 1 U 01 Z 1 Z 2 Z Z 2 3 Z 3 U 02 Z 1 Z Z 3 2 Z 3 U SC = 0

19 Voltage (V pu) Voltage (V pu) Voltage (V pu) Połączenie transformatora 1.5 Phase A-B 480 Voltage kv SLGF 115 kv Time (ms) 1.5 Phase B-C 480 Voltage kv Time (ms) 1.5 Phase C-A 480 Voltage 480 V kv SLGF Time (ms)

20 ŹRÓDŁA ZAPADÓW

21 AUTOMATYKA SAMOCZYNNEGO POWTÓRNEGO ZAŁĄCZANIA (SPZ)

22 ŹRÓDŁA ZAPADÓW

23 ŹRÓDŁA ZAPADÓW Rozruch silnika

24 ŹRÓDŁA ZAPADÓW

25 LOKALIZACJA ŻRÓDŁA prąd napięcie prąd napięcie

26 Skutki

27 SKUTKI ZAPADÓW

28 1996 ITIC Curve1 Information Technology Industry Council

29 1996 ITIC Curve - 2 Information Technology Industry Council

30 1999 SEMI 2844 Semiconductor Equipment and Materials International

31 Voltage, [%] CBEMAs/ITIC/SEMIF Time, [s] CBEMA1 CBEMA2) CBEMA3 ITIC SEMIF47

32 SKUTKI ZAPADÓW NAPIĘCIA Styczniki i przekaźniki Silniki indukcyjne Maszyny synchroniczne Regulowane napędy elektryczne system sterowania część energoelektroniczna utrata kontroli nad prędkością i momentem nie tolerowana przez wiele technologii. Lampy wyładowcze

33 Styczniki

34 Voltage, [%] Styczniki Phase shift 0 o 90 o 45 o o point on wave 0 o point on wave Time, [ms]

35 Voltage, [V] PC PC1, influence of non-ideal supply conditions - cum ulative effect (±10% voltage magnitude and 3 rd harmonic 20% THD) 200 current process lockup OS lockup shutdow n/restart 90% of V nom & 3 rd harm. (0 o ) 100% of V nom fund. only 110% of V nom & 3 rd harm. (180 o ) Time, [ms]

36 Voltage, [%] Regulowane napędy elektryczne ASD3 single-graph representation 3-ph sags 1-ph sags (98%) 1-ph sags (80%) 2-ph sags (100%) 1-ph sags (97%) 1-ph sags (75%) 2-ph sags (90%) 1-ph sags (95%) 2-ph sags (80%) 1-ph sags (90%) Time, [ms]

37 Zapady napięcia ac control devices Variable speed drives Industrial automatic systems Office-science equipment air conditioning lighting

38 Sposoby redukcji skutków

39 SPOSOBY POPRAWY - redukcja liczby zwarć - skrócenie czasu eliminacji zwarć - usprawnienie lokalizacji uszkodzeń - eliminacja zwarć za pomocą automatyki SPZ - zmiana konfiguracji systemu zasilającego - rezerwowanie zasilania - stosowanie odpornego sprzętu - stabilizatory napięcia - układy gromadzące energię (UPS, SMES, koła zamachowe...) - układy bez możliwości gromadzenia energii

40 ZMNIEJSZENIE LICZBY ZWARĆ Zastępowanie linii napowietrznych liniami kablowymi (długi czas naprawy) Stosowanie pokrytych przewodów w liniach napowietrznych Rygorystyczne przestrzeganie okresów przycinania drzew Stosowanie odgromników Podwyższenie poziomu izolacji Zwiększenie dbałości podczas napraw i przeglądów

41 SKRÓCENIE CZASU ELIMINACJI ZWARĆ Zmiana systemu zabezpieczeń, brak redukcji liczby zwarć szybkie bezpieczniki ograniczające prąd zwarciowy (mniej niż połowa okresu, głównie odbiorcy końcowi niskiego napięcia) czas działania wyłącznika + czas podejmowania decyzji przez zabezpieczenie

42 USPRAWNIENIE LOKALIZACJI USZKODZEŃ Nowoczesne środki łączności, transportu i zdalnego sterowania łącznikami (telemechanika) Wskaźniki przepływu prądu zwarciowego (średnie napięcie) Systemy zdalnego monitorowania stanu sieci

43 POPRAWA ODPORNOŚCI SPRZĘTU

44 POPRAWA ODPORNOŚCI SPRZĘTU Zgromadzenie informacji o systemie Uzyskanie informacji o czułości sprzętu Okreslenie kosztów potecjalnego zakłócenia

45 POPRAWA ODPORNOŚCI SPRZĘTU Dla układów jednofazowych stosowanie bardziej złożonych zasilaczy dc/dc tolerujących większe zmiany napięcia wejściowego Zasilacze dc nie powinny być przeciążone Wspólne sterowanie układami zasilaczy Projektowanie sprzętu z wykorzystanie odpornych elementów składowych np. przekaźników, styczników, układów rozruchowych; unikanie stosowania w odpowiedzialnych układach styczników powszechnego zastosowania Unikanie stosowania sprzętu o niedostosowanym napięciu zasilajacym

46 POPRAWA ODPORNOŚCI SPRZĘTU Wyłączniki i bezpieczniki powinny być wymiarowane na większe prądy łączeniowe Unikanie stosowania pamięci ulotnych Przewidzieć na etapie projektowania możliwość zmiany parametrów procesu technologicznego na skutek zapadu napięcia

47 kgm kgm 2 Zapad: 30 % i 167 ms, M=const kgm 2

48 Zapad: 30 % i 167 ms Δω M=const Δω * P=const

49 Podwyższenie odporności regulowanego napędu na zapady napięcia Zmiana trybu pracy napędu i modyfikacja układu sterowanial; Modyfikacja topologii układu energoelektronicznego; Alternatywne zasilanie; Instalacja układów kompensujących.

50 Podwyższenie odporności regulowanego napędu na zapady napięcia INVERTOR Sieć zasilająca Prostownik U dc Schemat ideowy regulowanego napędu VSI

51 Podwyższenie odporności regulowanego napędu na zapady napięcia

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