Measurements of Voltage Harmonics in 400 kv Transmission Network

Transkrypt

1 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 Measurements of Voltage Harmoncs n 400 kv Transmsson etwork Authors Ryszard Pawełek Irena Wasak Maran Jurek Keywords voltage harmoncs, power qualty, power qualty measurements Abstract The paper deals wth the analyss of voltage harmoncs measurements performed n the 400 kv transmsson network. The voltage was measured by means of three transducers: resstve voltage dvder, nductve measurng transformer and capactve voltage measurng transformer. Instrument errors were estmated for measurng transformers wth reference to the harmonc values obtaned from the voltage dvder. DOI: 0.736/ssn Introducton Voltage harmoncs n hgh voltage networks are usually measured wth voltage measurng transformers. Varous types of voltage measurng transformers used n the power sector are desgned to work at the frequency of 50 Hz, and ther transfer characterstcs for hgher frequences are unknown. When analysng the equvalent crcut dagrams t should be noted how the nductance, capacty and numerous non-lneartes affect ther transfer characterstcs n respect of frequency. The need to montor the power qualty parameters n power networks has been ndcated for a long tme []. In order to perform an accurate measurement of voltage harmoncs (wh), frequency and ndvdual dsturbances (e.g. levels of overvoltages or dps), the transmsson network operator, PSE Operator SA, has nstalled a measurng resstve dvder n one of 400 kv statons n cooperaton wth Transformex sp. z o.o. A detaled techncal descrpton of the dvder s ncluded n [, 3]. Generally, a resstve dvder should be a lnear element n respect of frequency, and therefore should transfer voltage waveforms n transent and steady states of network operaton wthout any dstortons. Thus, t should be free from most defects that can be found n voltage measurng transformers. The dvder measurng propertes n ths respect have been confrmed by laboratory tests carred out by the Insttute of Electrcal Engneerng (Warszawa-Mędzylese) []. A resstve dvder was used to compare and evaluate the results of voltage harmonc measurements carred out wth the selected types of hgh voltage measurng transformers. On the bass of comparatve measurements t wll be possble to determne the usefulness of voltage measurng transformers n measurements of voltage harmoncs, and n some cases to specfy the correcton factors.. Measurements Measurements of voltage harmoncs n the transmsson network of 400 kv were performed usng the UP-0 analyser produced by the Swedsh company Unpower. Measurement sgnals of the same phase voltage were smultaneously entered to three ndependent voltage nputs n the analyser; the sgnals came from: resstve voltage dvder, nductve measurng voltage transformer and capactve voltage measurng transformer. The measurements were carred out for 7 days ( December 0, 9, December 0, ). Respectve values were measured contnuously (every half perod of voltage curve) and averaged n 0-mnute ntervals. The followng were measured: phase voltage ampltude, voltage dstorton factors, relatve (percentage) values of ndvdual harmoncs and ther phase angles. The results of measurements obtaned usng the resstve dvder, the transfer functon of whch s ndependent of frequency, were adopted as reference values and compared wth the results obtaned from the measurng transformers. Phase angles of respectve voltage harmoncs were determned n relaton to the phase angle of the fundamental harmonc measured usng the resstve dvder (φu(d) = 0 ). The 400 kv feld n whch the resstve dvder s nstalled s swtched perodcally; therefore the number of samples for each measured quantty s 494 n a perod of one week (rather than 008). Fg. shows changes n the rms value of phase voltage measured n dvder swtchng perods. Fg. shows changes n the rms value of voltage measured usng all three measurng transducers. 7

2 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 U [kv] tme [dd-mm-yy/hh:mm] Fg.. Changes n the dvder rms voltage n the measurement perod 3. Evaluaton of measurement results The accuracy of measurements of voltage harmoncs and ther phase angles by voltage measurng transformers were carred out accordng to the followng procedure: ( U U ) h%, h% σ Uh% = (). By analogy, the average values were determned based on the sets of harmonc phase angles measured usng respectve transducers: ϕh, ϕ h = (3) where: φ h, the value of h-th harmoncs n -th 0-mnute nterval and the standard devaton was specfed: = ( ϕh, ϕh) σ ϕ h (4) Resstve voltage dvder Relatve error was establshed for each ndvdual voltage harmonc obtaned usng (nductve or capactve) voltage measurng transformers wth the result from the resstve dvder used as a reference value: U [kv] 40 U h%, ( p) U h%, ( d ) δ Uh%, = 00% U (5) h%, ( d ) 0 00 tme [dd-mm-yy/hh:mm] where: U h%,(p) the relatve value of h-th harmonc n -th 0-mnute nterval measured usng the voltage measurng transformer, U h%,(d) the relatve value of h-th harmonc n -th 0-mnute nterval measured usng the resstve dvder, Fg.. Changes n voltage n the measurement perod then the average value and standard devaton for that error were establshed n accordance wth [6] and [7]:. The followng average values were determned based on the sets of relatve values of hgher harmoncs measured usng ndvdual transducers (resstve voltage dvder, nductve voltage measurng transformer and capactve voltage measurng transformer): U U h%, h% = 8 where: U h%, the average value of h-th harmonc n -th 0-mnute nterval, = 494 number of measurements and the standard devaton was specfed: () δuh%, δ Uh% = (6) ( δ δ ) Uh%, Uh% σ Uh% = (7) δ The angle error for measurements of respectve voltage harmoncs obtaned usng measurng transformers was determned n the same way: δ ϕ h, = ϕh, ( p) ϕh, ( d ) (8) where: φ h,(p) the phase angle value of h-th harmonc n -th 0-mnute nterval measured usng the voltage measurng transformer, φ h,(d) the phase angle value of h-th harmonc n -th 0-mnute nterval measured usng the resstve dvder, then the

3 THD [%] R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 average value and standard devaton for that error were establshed n accordance wth [9] and [0]: δϕh, δ ϕh = (9) σ δϕh = ( δ δ ) ϕh, ϕh 4. Results of measurements (0) 4.. Total harmonc dstorton Fg. 3 shows the changes n the total harmonc dstorton (THD) n the measurement perod. Whle we can observe a hgh complance of the results of measurements carred out usng the dvder and nductve voltage measurng transformer, the measurements performed wth the capactve measurng transformer have much hgher values of THD. δt HD [%] Tab. shows the average values and standard devatons of errors n THD factor measurements carred out by voltage measurng transformers. Measured quantty tme [dd-mm-yy/hh:mm] Indctve voltage transformer Measurng transducer Fg. 4. Errors n voltage THD measurements n the measurement perod 5.0 Resstve voltage dvder δ THD [%] σ δthd [%] tme [dd -mm-yy/hh:mm] Tab.. Average values and standard devatons of errors n THD factor measurements 4.. Voltage harmoncs Fg. 5 shows the frequency spectrum and average values (shares) of voltage harmoncs recorded n the measurement perod. Fg. 3. Changes n voltage THD n the measurement perod The average values and standard devatons of THD measured usng respectve measurng transducers are lsted n Tab.. Measured quantty Resstve voltage dvder Measurng transducer Inductve voltage transformer Capactve voltage transformer U h [%] Resstve voltage dvder THD [%] σ THD [%] HARMOIC UMBER [-] Tab.. Average values and standard devatons of total harmonc dstorton (THD) Fg. 5. The average values of voltage harmoncs n the measurement perod Changes n errors n THD measurements carred out by voltage measurng transformers are shown n Fg. 4. 9

4 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 The average values and standard devatons of selected voltage harmoncs domnant n the frequency spectrum are compared n Tab Resstve voltage dvder wh no. Resstve voltage dvder Inductve voltage transformer Capactve voltage transformer U [%] 0. U h% δ Uh% U h% δ Uh% U h% δ Uh% tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg. 7. Changes n the second voltage harmonc Resstve voltage dvder Tab. 3. The average values of voltage harmoncs U 3 [%] For comparson, Fg. 6 shows the maxmum (0-mnute) voltage harmoncs recorded n the measurement perod. The followng fgures (7 0) show the changes n values of selected: (even), 3 (order 3n; zero sequence), 5 (odd, order 3n-; negatve sequence) and 7 (odd, order 3n+; postve sequence) voltage harmoncs recorded n the measurement perod usng varous measurng transducers. Sgnfcant dfferences may be noted only for the second harmonc, where the values measured usng the resstve dvder are much hgher than n the case of voltage measurng transformers. Tab. 4 shows the average values and standard devatons of errors n measurements of selected voltage harmoncs. tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg. 8. Changes n the thrd voltage harmonc Resstve voltage dvder U 5 [%] Uh [%] Resstve voltage dvdre tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg. 9. Changes n the ffth voltage harmonc HARMOIC UMBER [-] Fg. 6. The maxmum values of voltage harmoncs 30

5 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 r wh δ UH% σ δuh% δ Uh% σ δuh% Φ U [ o ] Resstve voltage dvder tme [dd-mm-yy/hh: mm] Tab. 4. Errors n measurements of voltage harmoncs usng measurng transformers The lowest values of errors n measurements of voltage harmoncs usng measurng transformers occurred for harmoncs 5 and 7,.e. the harmoncs wth the hghest values. Hgh error values for the other harmoncs (especally even harmoncs) may result from ther low values (less than 0.%), nsgnfcant from the pont of vew of voltage dstorton. Fg. shows the changes n errors n measurement of the ffth harmonc. δu5 [%] tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg.. Changes n errors n measurement of the ffth voltage harmonc 4.3. Phase angles of voltage harmoncs The average values and standard devatons of angles of selected voltage harmoncs are compared n Tab. 5. Fg. shows the changes n phase angles for the fundamental voltage harmonc (n the case of the measurement carred out usng the resstve dvder the phase angle s constant and equal to zero), whereas Fg. 3 llustrates the changes n phase angles for the ffth harmonc. Fg.. Changes n phase angles of fundamental voltage harmonc n the measurement perod wh no. Resstve voltage dvder Inductve voltage transformer Capactve voltage transformer φ h [º] σ φh [º] φ h [º] σ φh [º] φ h [º] σ φh [º] ,6 57,64 5,45 63,464 49,79 37,630 Tab. 5. The average values of phase angles of selected voltage harmoncs Φ U [ o ] Resstve voltage dvder tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg. 3. Changes n phase angles of the ffth voltage harmonc n the measurement perod Fg. shows that n the case of the fundamental voltage harmonc there are also dfferences n phase angles measurements carred out usng the measurng transformers. 3

6 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 Tab. 6 shows the average values and standard devatons of errors n measurements of harmonc phase angles. wh no. ϕh δ [º] σ δφh% [º] δ ϕh [º] σ δφh% [º] Tab. 6. Errors n measurements of phase angles of selected voltage harmoncs δ φ [ o ] tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg. 4. Changes n errors n measurements of phase angles for the fundamental voltage harmonc The lowest errors n phase angles measurements were observed for the fundamental voltage harmonc and for the ffth harmonc. Relatvely large errors occurred for the seventh harmonc. Fg. 4 and 5 show the changes n errors n phase angles measurements for the fundamental and ffth harmonc, respectvely. δ Φ [ o ] tme [dd-mm-yy/hh: mm] δ φ [ o ] - - Fg. 5. Changes n errors n measurements of phase angles of the ffth voltage harmonc n the measurement perod tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg. 4. Changes n errors n measurements of phase angles for the fundamental voltage harmonc 4.4. DC voltage component The transfer of DC voltage component by measurng transducers requres a separate analyss. Fg. 6 shows the values of DC component measured n the measurement perod usng respectve measurng transducers. 3

7 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 U 0 [%] tme [dd-mm-yy/hh: mm] Fg. 6. Changes n the DC voltage component Resstve voltage dvder DC component wth practcally constant values was recorded n measurements usng the voltage measurng transformers; however, the values dffered sgnfcantly between the nductve and capactve measurng transformers. In the measurements usng the resstve dvder the values of DC component were changng over tme. 5. Summary The voltage dvder was made by Transformex as a result of mplementaton of the development project Desgn and constructon of resstve voltage dvder for measurements of voltage harmoncs n a network of 400 kv ordered and funded by PSE SA (agreement: IF/RB/IF/0/TK/008). The results of voltage harmonc measurements were analysed by the Insttute of Electrcal Power Engneerng at the Lodz Unversty of Technology under the research project Voltage harmonc measurements n a network of 400 kv ordered by PSE SA (agreement: DS/RB/DE/8/TK/0). The results of research are owned by PSE SA. Installaton of the resstve dvder made t possble to carry out comparatve measurements of voltage harmoncs n the network of 400 kv usng nductve and capactve measurng transformers, and the dvder. The measurements were used to estmate the errors occurrng n measurements of values and phase angles of voltage harmoncs carred out wth the use of conventonal measurng transformers. The followng were observed: a hgh complance of the THD values measured wth the use of the dvder and nductve measurng transformer (the average measurement error of 4.5%), and a relatvely hgh value (4.96%) of the average error of measurements carred out usng the capactve measurng transformer. The best accuracy for harmonc measurements carred out usng measurng transformers was obtaned for the ffth and seventh harmoncs, domnant n the voltage frequency spectrum. A sgnfcantly lower accuracy was found n measurement of harmoncs wth shares of less than 0.%. The results suggest that odd and even harmoncs should be treated separately. In measurements of phase angles of voltage harmoncs satsfactory accuracy whle usng nstrument transformer was obtaned only for the fundamental and ffth harmonc. For other harmoncs the errors are relatvely large and characterzed by hgh varablty of values. A separate ssue s a completely dfferent nature of transfer of the DC voltage component by voltage measurng transformers and the resstve dvder. For measurng transformers those values are practcally constant over tme, but vary dependng on the type of transformer, whereas the value of DC component n the case of dvder changes over tme. Although the measurement results obtaned n the course of a one-week sesson are unque n the world, they may not be used as a bass for general conclusons. However, they ndcate problems that should be explaned n further research. More general conclusons can be drawn once the measurements are carred out n a longer tme. References. Meńsk R., Pawełek R., Wasak I., On the eed to Control Power Qualty n Polsh Electrcal etworks, Electrcal Power Qualty and Utlsaton 999, Vol. 5, o., pp. 7.. Błajszczak G., Olak J., Rezystancyjny dzelnk napęca do pomarów wyższych harmoncznych w secach 400 kv [Resstve Voltage Dvder for Hgher Harmoncs Measurement n 400 kv etworks], conference Aktualne problemy w elektroenergetyce (APE ), Jurata, 8 0 June 0, pp Błajszczak G, Resstve Voltage Dvder for Hgher Harmoncs Measurement n 400 kv etwork, IEEE th Internatonal Conference on Electrcal Power Qualty and Utlsaton (EPQU 0), Lsbon (Portugal), 7 9 October 0, pp

8 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) 7 34 Ryszard Pawełek Lodz Unversty of Technology e-mal: ryszard.pawelek@p.lodz.pl Graduated from the Faculty of Electrcal Engneerng at Lodz Unversty of Technology (977). He s currently employed at the Insttute of Electrcal Power Engneerng at hs home unversty as a lecturer, where he works as the Deputy Drector of the Insttute. Hs scentfc nterests nclude: qualty of electrcty, dstrbuted electrcty generaton, power mcro-systems. He s a member of The Polsh Commttee for Qualty and Effcent Use of Electrcty, n whch he acts as Vce-Presdent for Scence. Expert of the Polsh Assocaton of Electrcal Engneers (SEP) n the feld of electrcty qualty. Irena Wasak Lodz Unversty of Technology e-mal: rena.wasak@p.lodz.pl She graduated from Lodz Unversty of Technology. Snce the begnnng of her career she has been workng at the Insttute of Electrcal Power Engneerng. She obtaned doctoral and postdoctoral degrees n the feld of electrcal power engneerng. In she was Vce Dean of the Faculty of Electrcal, Electronc, Computer and Control Engneerng at Lodz Unversty of Technology. She currently s the Drector of the Insttute and Head of the Department of Electrcal Power etworks. She s also a member of The Insttuton of Engneerng and Technology and The Polsh Commttee for Qualty and Effcent Use of Electrcty, The Polsh Assocaton of Electrcal Engneers (SEP), and an assocate member of the Electrcal Power Systems Secton at the Polsh Academy of Scences (PA). She s the deputy edtor of the journal Electrcal Power Qualty and Utlsaton and the co-presdent of the nternatonal conference wth the same name. Her scentfc actvtes nclude the ssues of power qualty, ntegraton of dstrbuted energy sources n power networks, operaton of power mcro-systems. Maran Jurek Polske Sec Elektroenergetyczne SA e-mal: pawel.kelm@p.lodz.pl In he was employed n Polske Sec Elektroenergetyczne (Polsh Power Grd), currently PSE Operator SA, where he handled system servces, then nternatonal energy exchange settlement. ow he s responsble for mplementaton of new technologes, energy qualty and reactve power management. Snce February 0 he has mplemented a half-year project on the power plant control systems n Emerson Process Management Power & Water Solutons. He currently collaborates wth Cty Energy sp. z o.o. A member of the followng: The Polsh Assocaton of Electrcal Engneers (SEP), IEEE, Eurelectrc, The Scentfc and Techncal (OT) Commttee for Energy Management and The Polsh Commttee for Qualty and Effcent Use of Electrcty. An expert n electrcty qualty, and author of over 0 scentfc and techncal publcatons. 34

9 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) translaton 7 34 Ths s a supportng translaton of the orgnal text publshed n ths ssue of Acta Energetca on pages When referrng to the artcle please refer to the orgnal text. Pomary wyższych harmoncznych napęca w sec 400 kv PL Autorzy Ryszard Pawełek Irena Wasak Maran Jurek Słowa kluczowe wyższe harmonczne, jakość energ elektrycznej, pomary jakośc energ elektrycznej Streszczene W artykule przedstawono analzę wynków pomarów wyższych harmoncznych napęca, wykonanych w sec przesyłowej 400 kv. Sygnały pomarowe napęć uzyskano z trzech przetwornków pomarowych: rezystancyjnego dzelnka napęca, napęcowego przekładnka ndukcyjnego oraz napęcowego przekładnka pojemnoścowego. Wynk pomarów z dzelnka rezystancyjnego przyjęto jako referencyjne, odnosząc do nch wynk pomarów uzyskane przy wykorzystanu przekładnków. Dokonano oszacowana błędów pomarowych wyższych harmoncznych napęca powodowanych przez przekładnk.. Wprowadzene ajczęścej do pomaru wyższych harmoncznych w secach najwyższych napęć wykorzystywane są transformatory pomarowe (przekładnk napęcowe). Przekładnk napęcowe różnych typów stosowane w energetyce projektowane są do pracy przy częstotlwośc 50 Hz, a ch charakterystyk przenoszena dla wyższych częstotlwośc ne są znane. Analzując schematy zastępcze przekładnków, należy zauważyć wpływ ndukcyjnośc, pojemnośc lcznych nelnowośc na ch charakterystyk przenoszena w dzedzne częstotlwośc. Potrzeba montorowana parametrów jakośc energ elektrycznej w secach elektroenergetycznych od dawna była sygnalzowana []. Chcąc wykonać dokładny pomar wyższych harmoncznych (wh) napęca, częstotlwośc oraz pojedynczych zakłóceń (np. stromośc przepęć lub zapadów), operator sec przesyłowej PSE Operator SA, przy współpracy z frmą Transformex sp. z o.o., zanstalował w jednej ze stacj 400 kv pomarowy dzelnk rezystancyjny. Szczegółowy ops technczny dzelnka został zameszczony w [, 3]. Dzelnk rezystancyjny z założena pownen być elementem lnowym w dzedzne częstotlwośc w zwązku z tym przenosć przebeg chwlowe napęca w stanach przejścowych ustalonych pracy sec bez żadnych znekształceń. Pownen być węc pozbawony wększośc wad, które mają przekładnk napęcowe. Własnośc pomarowe dzelnka w tym zakrese zostały potwerdzone badanam laboratoryjnym, wykonanym przez Instytut Elektrotechnk (Warszawa-Mędzylese) []. Dzelnk rezystancyjny wykorzystano do porównana oceny wynków pomarów harmoncznych napęca pomerzonych, przy wykorzystanu wybranych typów przekładnków napęcowych wysokego napęca. a podstawe pomarów porównawczych będze można określć przydatność przekładnków napęcowych do pomarów wyższych harmoncznych, a w nektórych przypadkach określć współczynnk korekcyjne.. Wykonane pomarów Pomary wyższych harmoncznych w sec 400 kv wykonane zostały przy użycu analzatora typu UP-0 produkcj szwedzkej frmy Unpower. a trzy nezależne wejśca napęcowe analzatora zostały wprowadzone jednocześne sygnały pomarowe tego samego napęca fazowego, pochodzące z: rezystancyjnego dzelnka napęca, napęcowego przekładnka ndukcyjnego oraz napęcowego przekładnka pojemnoścowego. Pomary były wykonywane przez 7 dn ( grudna 0, godz. 9 grudna 0, godz. ). Poszczególne welkośc merzone były w sposób cągły (co pół okresu krzywej napęca) uśrednane w przedzałach 0-mnutowych. Merzone były wartośc napęca fazowego, wartośc współczynnków odkształcena napęca, wartośc względne (procentowe) poszczególnych harmoncznych ch kąty fazowe. Wynk pomarów, uzyskane z wykorzystanem dzelnka rezystancyjnego o charakterystyce przenoszena nezależnej od częstotlwośc, przyjęto jako referencyjne, odnosząc do nch wynk pomarów uzyskane przy wykorzystanu przekładnków. Kąty fazowe poszczególnych harmoncznych wyznaczane były względem kąta fazowego podstawowej harmoncznej napęca merzonego przy wykorzystanu dzelnka rezystancyjnego (φ U(d) = 0 ). Pole 400 kv, w którym zanstalowany jest dzelnk rezystancyjny, jest załączane okresowo, dlatego lczebność próbek dla poszczególnych merzonych welkośc wynos 494 w okrese tygodnowym (zamast 008). a rys. pokazano zmany wartośc skutecznej napęca fazowego, merzonego w okresach załączena dzelnka. U [kv] czas [dd-mm-rr/gg:mm] Rys.. Zmany napęca dzelnka w okrese pomarowym a rys. przedstawono zmany wartośc skutecznej napęca merzonego przy wykorzystanu wszystkch trzech przetwornków pomarowych. U [kv] Rys.. Zmany napęca w okrese pomarowym 3. Metoda oceny wynków pomarów Ocenę dokładnośc pomaru wyższych harmoncznych ch kątów fazowych przez przekładnk napęcowe przeprowadzono według następującej procedury:. Ze zborów względnych wartośc wyższych harmoncznych, zmerzonych przy wykorzystanu poszczególnych przetwornków (rezystancyjnego dzelnka napęca, napęcowego przekładnka ndukcyjnego oraz napęcowego przekładnka pojemnoścowego), wyznaczono wartośc średne: U h%, U h = () % gdze: U h%, wartość względna h-tej harmoncznej w -tym przedzale 0-mnutowym, = 494 lczba pomarów oraz określono odchylene standardowe: czas [dd-mm-rr/gg:mm] ( U U ) h%, h% Dzelnk rezystancyjny () σuh% =. Analogczne ze zborów wartośc kątów fazowych harmoncznych, zmerzonych przy wykorzystanu poszczególnych przetwornków, wyznaczono wartośc średne: 35

10 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) translaton 7 34 ϕh, (3) ϕh = gdze: φ h, wartość kąta fazowego h-tej harmoncznej w -tym przedzale 0-mnutowym oraz określono odchylene standardowe: ( ϕh, ϕh) (4) σ ϕ h = Dla poszczególnych harmoncznych napęca uzyskanych przy wykorzystanu przekładnków napęcowych (ndukcyjnego bądź pojemnoścowego) wyznaczono błąd względny, przyjmując jako wartość referencyjną wynk pomaru uzyskany za pomocą dzelnka rezystancyjnego: U h%, ( p) U h%, ( d ) δ Uh%, = 00% (5) U h%, ( d ) gdze: U h%,(p) wartość względna h-tej harmoncznej w -tym przedzale 0-mnutowym, zmerzona przy wykorzystanu przekładnka napęcowego, U h%,(d) wartość względna h-tej harmoncznej w -tym przedzale 0-mnutowym, zmerzona przy wykorzystanu dzelnka rezystancyjnego, a następne wyznaczono wartość średną odchylene standardowe dla tego błędu, zgodne z zależnoścam (6) (7): δuh%, δ Uh% = (6) = ( δ δ ) Uh%, Uh% σ δ Uh% (7) W analogczny sposób wyznaczono błąd kątowy dla pomarów poszczególnych harmoncznych napęca uzyskanych przy wykorzystanu przekładnków napęcowych (ndukcyjnego bądź pojemnoścowego): δ ϕ h, ϕh, ( p) ϕh, ( d ) = (8) gdze: φ h,(p) wartość kąta fazowego h-tej harmoncznej w -tym przedzale 0-mnutowym, zmerzona przy wykorzystanu przekładnka napęcowego, φ h,(d) wartość kąta fazowego h-tej harmoncznej w -tym przedzale 0-mnutowym, zmerzona przy wykorzystanu dzelnka rezystancyjnego, oraz wyznaczono wartość średną odchylene standardowe dla tego błędu, zgodne z zależnoścam (9) (0): δ δϕh, ϕh = = ( δ δ ) ϕh, ϕh (9) σ δϕh (0) 4. Wynk pomarów 4.. Całkowty współczynnk odkształcena napęca a rys. 3 pokazano zmany wartośc całkowtego współczynnka odkształcena napęca (THD) w okrese pomarowym. O le można zauważyć dużą zgodność wynków pomarów wykonanych przy wykorzystanu dzelnka przekładnka ndukcyjnego, o tyle pomary dokonane za pomocą przekładnka pojemnoścowego 5.0 THD [%] Dzelnk rezystancyjny czas [dd-mm-rr/gg:mm] Rys. 3. Zmany wartośc THD napęca w okrese pomarowym Welkość merzona THD Dzelnk rezystancyjny dają znaczne wększe wartośc współczynnka THD. Wartośc średne oraz odchylena standardowe współczynnka THD, zmerzone za pomocą poszczególnych przetwornków pomarowych, zestawono w tab.. Zmany wartośc błędów pomaru współczynnka THD przez przekładnk napęcowe pokazano na rys. 4. Przetwornk pomarowy Przekładnk pojemnoścowy [%],80,73,0 σ THD [%] 0,59 0,59 0,79 Tab.. Wartośc średne odchylena standardowe całkowtego współczynnka odkształcena napęca THD Welkość merzona -3 Przetwornk pomarowy δ THD [%] 4,50 4,96 σ δthd [%],9 6,03 Rys. 4. Błędy pomarowe THD napęca w okrese pomarowym Tab.. Wartośc średne odchylena standardowe błędów pomaru współczynnka THD r wh δ T HD [%] Dzelnk rezystancyjny U h% σ Uh% U h% σ Uh% U h% σ Uh% 0,67 0,005 0,05 0,005 0,0 0, ,96 0,040 0,5 0,037 0,73 0, ,075 0,0 0,0 0,009 0,05 0,009 5,98 0,3,66 0,3,30 0, ,057 0,04 0,06 0,03 0,03 0,05 7,54 0,66,098 0,659,49 0, ,055 0,05 0,047 0,0 0,5 0,073 0,45 0,3 0,48 0, 0,6 0, ,04 0,0 0,039 0,00 0,037 0,05 Tab. 3. Wartośc średne wyższych harmoncznych napęca 36

11 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) translaton 7 34 W tab. podano średne wartośc odchylena standardowe błędów pomaru współczynnka THD przez przekładnk napęcowe. 4.. Wyższe harmonczne napęca a rys. 5 pokazano spektrum częstotlwoścowe (wdmo) wartośc średne (udzały) wyższych harmoncznych zarejestrowanych w okrese pomarowym. Wartośc średne odchylena standardowe wybranych domnujących w wdme częstotlwoścowym harmoncznych napęca, zestawono w tab. 3. r wh U h [%] Dzelnk rezystancyjny UMER HARMOICZEJ [-] Rys. 5. Wartośc średne wyższych harmoncznych napęca w okrese pomarowym δ Uh% σ δuh% δ Uh% σ δuh% 85,5,94 86,6 3,44 3,60 4,,43 8,47 4 8,59 0,85 78,36,7 5 3,00,97 9,, ,6,08 47,50 3,30 7 6,30 3,34 7,8 5,60 9 5,34 5,87 3,05,50 0,93,58 33,7 8, 3 4,77,80 6,4 5,89 Tab. 4. Błędy pomaru wyższych harmoncznych napęca za pomocą przekładnków r wh Dzelnk rezystancyjny φ h [º] σ φh [º] φ h [º] σ φh [º] φ h [º] σ φh [º] 0,000 0,000 0,0 0, Dla porównana na rys. 6 pokazano wartośc maksymalne (0-mnutowe) wyższych harmoncznych zarejestrowane w okrese pomarowym. a kolejnych rysunkach (7 0) przedstawono zmany wartośc wybranych: (parzysta), 3 (rzędu 3n; kolejność zerowa), 5 (neparzysta rzędu 3n ; kolejność przecwna) 7 (neparzysta rzędu 3n+; kolejność zgodna) wyższych harmoncznych napęca, zarejestrowane w okrese pomarowym przy wykorzystanu różnych przetwornków pomarowych. Istotne różnce można zauważyć tylko w przypadku drugej harmoncznej, gdze wartośc zmerzone przy zastosowanu dzelnka rezystancyjnego są zdecydowane wyższe nż przy wykorzystanu przekładnków. W tab. 4 podano średne wartośc odchylena standardowe błędów pomaru, przeprowadzonego za pomocą przekładnków napęcowych, wybranych wyższych harmoncznych. Uh [%] Dzelnk rezystancyjny UMER HARMOICZEJ [-] Rys. 6. Wartośc maksymalne wyższych harmoncznych napęca 0.3 Dzelnk rezystancyjny 87,44 0,79 6,5 5,497 98,495 5,95 3 3,85 6,863 4,984 4,05 4,858, ,978 7,4 84,640 65,79 09,467 69, ,967 4,866 6,057 4,59 3,33 4,79 6 0,06 7,476 8,87 37,989 3,36 5,879 U [%] ,87 58,503,843 58,863 7,3 58, ,585 3,70 4,69 7,09 4,43 3,889 4,67,034,403,404 06,55 0,776 Rys. 7. Zmany wartośc drugej harmoncznej napęca 3,6 57,64 5,45 63,464 49,79 37, Dzelnk rezystancyjny Tab. 5. Wartośc średne kątów fazowych wybranych harmoncznych napęca U 3 [%] r wh δ φh [º] Przekładnk ndukcyjny σ δφh% [º] δ φh [º] Przekładnk pojemnoścowy σ δφh% [º] 0,0 0,57 0,37 0,56 5,6 5,0,08 4, ,33 9,877 9,007 8, ,68 67,50 00,446 7, ,090 0,966,644,8 6 7,6 34,909,74 49,50 7 4,30 98,67 4,56 77,40 9 3,36 55,459 59,558 49,856 8,36 0,758 0,79 0, ,96 30,377 6,35 7,447 Tab. 6. Błędy pomarów kątów fazowych wybranych harmoncznych napęca Rys. 8. Zmany wartośc trzecej harmoncznej napęca U 5 [%] Dzelnk rezystancyjny Rys. 9. Zmany wartośc pątej harmoncznej napęca 37

12 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) translaton 7 34 Dzelnk rezystancyjny r wh Przekładnk ndukcyjny Przekładnk pojemnoścowy δ φh [º] σ δφh% [º] δ φh [º] σ δφh% [º] Uh [%] Rys. 0. Zmany wartośc sódmej harmoncznej napęca ajmnejsze wartośc błędów pomaru wyższych harmoncznych za pomocą przekładnków wystąpły dla harmoncznych 5 7, czyl dla harmoncznych o najwększych wartoścach. Duże wartośc błędów dla pozostałych harmoncznych (szczególne harmoncznych parzystych) mogą wynkać z ch małych wartośc (ponżej 0,%), nestotnych z punktu wdzena odkształcena przebegu napęca. a rys. pokazano zmany wartośc błędów pomaru wartośc pątej harmoncznej. 0,0 0,57 0,37 0,56 5,6 5,0,08 4, ,33 9,877 9,007 8, ,68 67,50 00,446 7, ,090 0,966,644,8 6 7,6 34,909,74 49,50 7 4,30 98,67 4,56 77,40 9 3,36 55,459 59,558 49,856 8,36 0,758 0,79 0, ,96 30,377 6,35 7,447 Tab. 6. Błędy pomarów kątów fazowych wybranych harmoncznych napęca? U5 [ o ] 8 Dzelnk rezystancyjny ?? 5 [ o ] ?U5 [%] Rys.. Zmany wartośc błędów pomaru pątej harmoncznej napęca 4.3. Kąty fazowe harmonczne napęca Wartośc średne odchylena standardowe kątów wybranych harmoncznych napęca zestawono w tab. 5. a rys. pokazano zmany kątów fazowych dla podstawowej harmoncznej napęca (w przypadku pomaru z wykorzystanem dzelnka rezystancyjnego kąt fazowy jest stały równy zeru), a na rys. 3 zmany kątów fazowych dla pątej harmoncznej.? U [ o ] Dzelnk rezystancyjny Rys.. Zmany wartośc kątów fazowych harmoncznej podstawowej napęca w okrese pomarowym Rys. 3. Zmany wartośc kątów fazowych pątej harmoncznej napęca w okrese pomarowym Z rys. wynka, że także w przypadku harmoncznej podstawowej występują różnce kątów fazowych przy pomarach z wykorzystanem przekładnków. W tab. 6 podano średne wartośc odchylena standardowe błędów pomaru kątów fazowych harmoncznych za pomocą przekładnków napęcowych. ajmnejsze błędy pomarów kątów fazowych zaobserwowano dla harmoncznej podstawowej dla harmoncznej pątej. atomast stosunkowo duże błędy wystąpły dla sódmej harmoncznej. a rys. 4 5 pokazano zmany wartośc błędów pomaru wartośc kątów fazowych odpowedno dla podstawowej pątej harmoncznej.?? [ o ] Rys. 4. Zmany wartośc błędów pomarowych kątów fazowych harmoncznej podstawowej napęca Rys. 5. Zmany wartośc błędów pomarowych kątów fazowych pątej harmoncznej napęca w okrese pomarowym 4.4. Składowa stała napęca Oddzelnego potraktowana wymaga problem przenoszena przez przetwornk pomarowe składowej stałej napęca. a rys. 6 pokazano zmany wartośc składowej stałej, zmerzone w okrese pomarowym za pomocą poszczególnych przetwornków U 0 [%] Dzelnk rezystancyjny Rys. 6. Zmany wartośc składowej stałej napęca pomarowych. Przy pomarach z wykorzystanem przekładnków napęcowych zarejestrowano składową stałą o praktyczne stałych wartoścach, różnących sę jednak znaczne dla przekładnka ndukcyjnego pojemnoścowego. atomast dla pomarów z użycem dzelnka rezystancyjnego składowa stała ma wartośc zmenające sę w czase. 5. Podsumowane Dzelnk napęca został wykonany przez frmę Transformex w wynku realzacj pracy rozwojowej pt. Projekt budowa rezystancyjnego dzelnka napęca do pomarów wyższych harmoncznych napęca w sec 38

13 R. Pawełek et al. Acta Energetca /9 (04) translaton kv, zleconej sfnansowanej przez PSE SA (umowa: IF/RB/IF/0/TK/008). Analza wynków pomarów wyższych napęca została przeprowadzona przez Instytut Elektroenergetyk Poltechnk Łódzkej w wynku realzacj pracy badawczej pt. Pomary wyższych harmoncznych napęca w sec 400 kv, zleconej przez PSE SA (umowa: DS/RB/DE/8/TK/0). Wynk badań stanową własność PSE SA. Zanstalowane dzelnka rezystancyjnego umożlwło wykonane pomarów porównawczych wyższych harmoncznych napęca w sec 400 kv przy zastosowanu przekładnków napęcowych: ndukcyjnego pojemnoścowego oraz dzelnka. a podstawe pomarów oszacowano błędy powstające przy pomarach wartośc kątów fazowych harmoncznych napęca, wykonywanych z wykorzystanem przekładnków. Stwerdzono dużą zgodność wartośc współczynnka THD, pomerzonych przy wykorzystanu dzelnka przekładnka ndukcyjnego (średn błąd pomarów wynosł 4,5%), oraz stosunkowo dużą wartość (4,96%) średnego błędu pomarów wykonanych za pomocą przekładnka pojemnoścowego. ajlepszą dokładność pomaru harmoncznych za pomocą przekładnków uzyskano dla harmoncznej pątej sódmej, domnujących w spektrum częstotlwoścowym napęca. Znaczne mnejszą dokładnoścą charakteryzuje sę pomar harmoncznych o udzałach ponżej 0,%. Wynk sugerują, że w sposób odrębny należy traktować harmonczne neparzyste parzyste. Przy pomarach kątów fazowych wyższych harmoncznych zadowalającą dokładność pomaru za pomocą przekładnków uzyskano tylko dla harmoncznej podstawowej harmoncznej pątej. Dla pozostałych harmoncznych błędy są stosunkowo duże, a poza tym cechuje je duża zmenność wartośc. Oddzelnym problemem jest całkowce różny charakter przenoszena składowej stałej napęca przez przekładnk napęcowe przez dzelnk rezystancyjny. Dla przekładnków są to wartośc praktyczne stałe w czase, ale różne w zależnośc od rodzaju przekładnka, natomast dla dzelnka wartość składowej stałej zmena sę w czase. Wynk pomarów, uzyskane w trakce jednotygodnowej sesj, chocaż unkatowe w skal śwatowej, ne mogą być podstawą do wnosków ogólnych. Sugerują jednak problemy, które należy próbować wyjaśnć w dalszych badanach. Bardzej ogólne wnosk będze można sformułować po wykonanu pomarów w dłuższym czase. Bblografa. Meńsk R., Pawełek R., Wasak I., On the eed to Control Power Qualty n Polsh Electrcal etworks, Electrcal Power Qualty and Utlsaton 999, Vol. 5, o., s. 7.. Błajszczak G., Olak J., Rezystancyjny dzelnk napęca do pomarów wyższych harmoncznych w secach 400 kv, konferencja Aktualne problemy w elektroenergetyce (APE ), Jurata, 8 0 czerwca 0, s Błajszczak G, Resstve Voltage Dvder for Hgher Harmoncs Measurement n 400 kv etwork, IEEE th Internatonal Conference on Electrcal Power Qualty and Utlsaton (EPQU 0), Lsbon (Portugal), 7 9 October 0, s. 4. Ryszard Pawełek dr nż. Poltechnka Łódzka e-mal: ryszard.pawelek@p.lodz.pl Absolwent Wydzału Elektrycznego Poltechnk Łódzkej (977). Obecne jest zatrudnony w Instytuce Elektroenergetyk swojej macerzystej uczeln na stanowsku adunkta, gdze pełn funkcję zastępcy dyrektora Instytutu. Obszar zanteresowań naukowych obejmuje: jakość energ elektrycznej, generację rozproszoną, mkrosystemy elektroenergetyczne. Jest członkem Polskego Komtetu Jakośc Efektywnego Użytkowana Energ Elektrycznej, w którym pełn funkcję wceprzewodnczącego ds. nauk. Rzeczoznawca SEP w dzedzne jakośc energ elektrycznej. Irena Wasak dr hab. nż., prof. nadzw. Poltechnka Łódzka e-mal: rena.wasak@p.lodz.pl Absolwentka Poltechnk Łódzkej. Od początku karery zawodowej pracuje w Instytuce Elektroenergetyk tej uczeln. Uzyskała stopne naukowe doktora doktora habltowanego z dzedzny elektroenergetyk. W latach była prodzekanem Wydzału Elektrotechnk, Elektronk, Informatyk Automatyk PŁ. Obecne pełn funkcję kerownka Zakładu Sec Elektroenergetycznych Mkrosystemów. Członkn The Insttuton of Engneerng and Technology oraz Komtetu ds. Jakośc Efektywnego Użytkowana Energ Elektrycznej SEP, członek stowarzyszony Sekcj Systemów Elektroenergetycznych PA. Pełn funkcję zastępcy redaktora naczelnego czasopsma Electrcal Power Qualty and Utlsaton oraz współprzewodnczącej mędzynarodowej konferencj o tej samej nazwe. Obszar dzałalnośc naukowej obejmuje zagadnena jakośc zaslana, ntegracj rozproszonych źródeł energ w secach elektroenergetycznych, funkcjonowana mkrosystemów elektroenergetycznych. Maran Jurek dr nż. Polske Sec Elektroenergetyczne SA e-mal: pawel.kelm@p.lodz.pl W latach pracował w Polskch Secach Elektroenergetycznych, obecne PSE Operator SA, gdze zajmował sę usługam systemowym, następne rozlczenam mędzynarodowej wymany energ, a w ostatnch latach wdrażanem nowych technolog oraz jakoścą energ zarządzanem mocą berną. Od lutego 0 roku realzował półroczny projekt dotyczący układów sterowana elektrown w Emerson Process Management Power & Water Solutons. Aktualne współpracuje z Cty Energy sp. z o.o. Jest członkem m.n.: SEP, IEEE, Eurelectrc, Komtetu OT ds. Gospodark Energetycznej, Polskego Komtetu Jakośc Efektywnego Użytkowana Energ Elektrycznej. Rzeczoznawca w dzedzne jakośc energ elektrycznej, a także autor ponad 0 publkacj naukowych techncznych. 39