ZŁA JAKOŚĆ DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ ZAGROŻENIEM DLA POPRAWNEJ PRACY ODBIORNIKÓW PRZEMYSŁOWYCH

ZŁA JAKOŚĆ DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ ZAGROŻENIEM DLA POPRAWNEJ PRACY ODBIORNIKÓW PRZEMYSŁOWYCH prof. dr hab. inż. Zbigniew Hanzelka dr inż. Andrzej Firlit IV KONFERENCJA WYTWÓRCÓW ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPLNEJ SKAWINA 25-27.09.2013

Zła (niska) jakość energii elektrycznej wartość, wahania, zapady oraz odkształcenie przebiegu czasowego napięcia

Cel pomiarów? harmoniczne i interharmoniczne prądu asymetria prądów moc bierna Gwarancje odbiorcy energii w zakresie ograniczenia emisji zaburzeń elektromagnetycznych? Granica własności stron ZNACZENIE SYSTEMU CIĄGŁEGO MONITOROWANIA JEE Gwarancje dostawcy w zakresie jakości dostawy energii wartość napięcia wahania napięcia odkształcenie napięcia symetria napięcia zapady/wzrosty napięcia ciągłość zasilania (przerwy w zasilaniu)

Cel pomiarów? harmoniczne i interharmoniczne prądu asymetria prądów moc bierna emisja zaburzeń elektromagnetycznych ZASILANIE PWP? ODBIORNIK(-KI) źródło energii elektrycznej wartość napięcia wahania napięcia odkształcenie napięcia symetria napięcia zapady/wzrosty napięcia ciągłość zasilania (przerwy w zasilaniu)

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ W PWP jakość napięcia PWP jakość prądu

jakość napięcia zasilającego zmiany (wolne zmiany napięcia, wahania, asymetria, harmoniczne i interharmoniczne itp.) Zmiany napięcia są fizjologią funkcjonowania systemu i najczęściej wartość wskaźnika opisującego te zaburzenia nie różni się znacząco od poziomu znamionowego. zdarzenia szybkie zmiany napięcia, zapady, wzrosty i przejściowe przepięcia, krótkie przerwy w zasilaniu itp.

220 V 231 V zmiana zmiana U r = 100 V 120 ms duża dobowa zmienność THD napięcia zasilającego od 2,5% do 7,5% zdarzenie

PN-EN 50160:2010/AC:2011 w języku angielskim Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych (poprzednia wersja 2008 r. w języku angielskim poprzednia wersja 2005 r. w języku polskim) Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego z dnia 04 maja 2007 r. (+późniejsze zmiany) Dz. Ust. z 2007 Nr 93, poz. 623 (poprzednia wersja 2004 r.)

ZMIANY NAPIĘCIA (PRĄDU) normalne warunki pracy!!! prądu prądu prądu prądu THD I współczynnik tg( )!!! Brak ZDARZEŃ!!! moce: P, Q, S, D, energie: E P, E Q współczynniki mocy: DPF, PF

IEC/TR 61000-3-6 ed2.0 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-6: Limits - Assessment of emission limits for the connection of distorting installations to MV, HV and EHV power systems IEC/TR 61000-3-7 ed2.0 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-7: Limits - Assessment of emission limits for the connection of fluctuating installations to MV, HV and EHV power systems PN-EN 61000-2-2:2003 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) -- Część 2-2: Środowisko -- Poziomy kompatybilności zaburzeń przewodzonych małej częstotliwości i sygnałów przesyłanych w publicznych sieciach zasilających niskiego napięcia (oryg.). Wprowadza: EN 61000-2-2:2002 [IDT] IEC/TS 61000-3-4 ed1.0 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-4: Limits - Limitation of emission of harmonic currents in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A IEC/TS 61000-3-5 ed2.0 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-5: Limits - Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 75 A IEC 61000-3-2 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-2: Limits - Limits for harmonic current emissions (equipment input current 16 A per phase) IEC 61000-3-3 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-3: Limits - Limitation of voltage changes, voltage fluctuations and flicker in public low-voltage supply systems, for equipment with rated current 16 A per phase and not subject to conditional connection PN-EN 61000-2-2:2003 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) -- Część 2-2: Środowisko -- Poziomy kompatybilności zaburzeń przewodzonych małej częstotliwości i sygnałów przesyłanych w publicznych sieciach zasilających niskiego napięcia (oryg.)wprowadza: EN 61000-2-2:2002 [IDT] PN-EN 61000-2-4:2003 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) -- Część 2-4: Środowisko -- Poziomy kompatybilności dotyczące zaburzeń przewodzonych małej częstotliwości w sieciach zakładów przemysłowych (oryg.) Wprowadza: EN 61000-2-4:2002 [IDT] Zastępuje: PN-EN 61000-2-4:1997

ZAGROŻENIA SPOWODOWANE ZMIANĄ WARTOŚCI NAPIĘCIA

ZAGROŻENIA SPOWODOWANE WAHANIAMI NAPIĘCIA

ZAGROŻENIA SPOWODOWANE WAHANIAMI NAPIĘCIA generację harmonicznych niecharakterystycznych i interharmonicznych przerzutu falownikowego

Przekształtniki statyczne

PROCESY ŁĄCZENIOWE KONDENSATORÓW kontrolujących napięcie stałe dc uaktywnieniem zabezpieczeń wielkość baterii kondensatorów w obwodzie prądu stałego przemiennika, poziom nastawy zabezpieczenia napięciowego oraz wartość zastępczej indukcyjności pomiędzy dwoma kondensatorami załączanym w obwodzie ac i istniejącym w obwodzie dc napędu

Wyłączenia napędów czas [ms] czas [ms]

Wyłączenia napędów czas [ms]

Wzmocnienie oscylacji

KLASYFIKACJA ZABURZEŃ wahania napięcia zapady napięcia zapady napięcia wahania napięcia

Koszty złej jakości energii elektrycznej Leonardo ENERGY 2007 rok Sumaryczne koszty złej jakości energii elektrycznej w EU-25 oszacowano na ponad 150 mld. Dominujący udział przemysłu. Zapady i krótkie przerwy w zasilaniu odpowiadają za 60% kosztów w przemyśle i ponad 50% całościowo.

Zapad napięcia amplitudą czasem trwania resztkowego Próg zapadu

RMS U 100% U ref Wartość progowa Napięcie resztkowe 0 Czas trwania zapadu Czas

wartosć napięcia resztkowego czas trwania

WPŁYW ZAPADÓW NAPIĘCIA

Układy mikroprocesorowe w przedziale 90-110%

Sprzęt informatyczny / układy sterowania Charakterystyka ITIC (Information Technology Industry Council)

sterowniki logiczne PLC układy mikroprocesorowe i programowalne Jednym ze słabszych/krytycznych elementów w PLC jest jego zasilacz. Odporność zasilacza jeżeli zapad napięcia spowoduje w czasie kilku okresów obniżenie wartości sygnału wejściowego, może wyniknąć problem właściwego rozpoznania stanu logicznego

Styczniki i przekaźniki problem, gdy stycznik/przekaźnik rozłączy się w sposób nieplanowany podczas zaburzenia elektromagnetycznego. Prowadzi to zwykle do niekontrolowanego przerwania procesu. 50% U N jeden okres 70%U N kilkadziesiąt ms

styczników normą IEC 60947-4-1 zamykać od 75% do 10% U N dc rozwierać od 85 % do 110% U N od 75% do 20% U N ac To nie opisuje zachowania się stycznika w stanie dynamicznym podczas zapadu

Styczniki i przekaźniki Sygnałem, że stycznik może być na swojej napięciowej granicy jest jego charakterystyczne brzęczenie.

Styczniki i przekaźniki prądu Wystąpienie tego zjawiska zależy od rodzaju stycznika oraz charakteru załączanego odbiornika (dominacja indukcyjności lub rezystancji).

stycznika prócz amplitudy zapadu oraz czasu jego trwania także punkt przebiegu czasowego napięcia w którym rozpoczyna się zapad (faza początkowa zapadu) oraz punkt w którym napięcie wraca do pierwotnej wartości (faza końcowa zapadu) Podczas zapadu występuje składowa stała prądu mająca zasadniczy wpływ na zachowanie się stycznika niewielka wartość prądu stałego może spowodować

Regulowane napędy elektryczne

Stanowią jeden z największych problemów, jeżeli chodzi o zapady napięcia i krótkie przerwy w zasilaniu. Są szczególnie czułe na ten rodzaj zaburzenia, a ich często znaczące moce jednostkowe czynią wszelkie sposoby redukcji skutków problemem trudnym technicznie i najczęściej kosztownym. zbyt dużym uproszczeniem

Są trzy główne przyczyny, które sprawiają, że napędy są czułe na zapady napięcia. zasilanie układu sterowania napędu groźby wystąpienia stanu awaryjnego w części siłowej układu wiele procesów nie toleruje utraty precyzyjnej kontroli prędkości lub momentu nawet przez bardzo krótki okres

Regulowane napędy elektryczne

WPŁYW WYŻSZYCH HARMONICZNYCH

Wzrost temperatury stres dla izolacji Wzrost strat zjawiska naskórkowości dodatkowych strumieni magnetycznych Dodatkowe momenty harmoniczne prądy wirowe zakłóceń akustycznych

Układy przekształtnikowe jest także wrażliwy na zaburzenia, w tym również na obecność harmonicznych Sprzęt informatyczny Wyższe poziomy odkształcenia mogą powodować błędy w działaniu, często przekłamania lub utratę danych, charakterystyczne brzęczenie napędów dysków itp.

Czułość styczników i przekaźników na harmoniczne prądu lub napięcia maleje wraz ze wzrostem rzędów harmonicznych. Większość z nich jest niewrażliwa na odkształcenie napięcia nie przekraczające 20%. szczytowej o pomiar wartości

Kondensatory należą do tej kategorii urządzeń, które w bardzo dużym stopniu doświadczają skutków pracy w środowisku elektromagnetycznym z przebiegami odkształconymi wartości graniczne napięć i prądów wg norm IEEE

Baterie kondensatorów X S X Tr X ON R OL I (n) X OL X BK

Baterie kondensatorów

TR1 250 MVA 400kV P2 TR2 250 MVA 110kV P3 P1 Odbiorcy komunalni Odbiorcy przemysłowi Odbiornik niespokojny

Parametry JEE częstotliwość wartość skuteczna wahania asymetria odkształcenie THD U harmoniczne Analiza wyników pomiarów pozwoliła na stwierdzenie, że z punktu widzenia Rozporządzenia parametrami, które nie spełniały warunków określonych w Rozporządzeniu jest współczynnik odkształcenia napięcia THD U oraz poziomy niektórych wyższych harmonicznych napięcia.

Parametr JEE częstotliwość wartość skuteczna wahania asymetria odkształcenie THD U harmoniczne zapady wzrosty przerwy Analiza wyników pomiarów pozwoliła na stwierdzenie, że z punktu widzenia Rozporządzenia parametrami, które nie spełniały warunków określonych w Rozporządzeniu jest współczynnik odkształcenia napięcia THD U oraz poziomy niektórych wyższych harmonicznych napięcia.

Wielkość Wartości dopuszczalne [%] Seria 1 - marzec % czasu w granicy tolerancji CP95 [%] L1 L2 L3 L1 L2 L3 THD 8 0 0 0 12,51 12,51 12,41 H. 3 5 0 0 0 8,1 8,09 8,37 H. 5 6 99,91 99,82 99,82 4,06 4,24 3,96 H. 7 5 100 100 100 3,23 3,11 2,95 H. 11 3,5 36,36 28,92 31,46 5,42 5,77 5,71 WARTOŚĆ H. 13 3 25,02 CP95 30,37 28,56MAKSYMALNA 6,62 6,4 6,07 L1 L2 L3 L1 L2 L3 H. 15 0,5THD U 42,16 27,29 27,74 0,81 1,03 0,95 % % % % % % H. 17 2 99,91 100 99,37 1,59 1,45 1,68 12,51 12,51 12,41 15,88 15,84 15,42

U rms THD U weekend I rms

Parametry JEE częstotliwość wartość skuteczna wahania asymetria odkształcenie THD U harmoniczne Analiza wyników pomiarów pozwoliła na stwierdzenie, że z punktu widzenia Rozporządzenia warunki zasilania są poprawne.

PRZERWY W ZASILANIU (wartości 20 ms minimalne) ±10%U N 18-22 kv JAKIEGO RODZAJU SĄ TO PRZERWY?

mikroprzerwy (< 1 s), W Rozporządzeniu nie zawarto zapisów precyzujących wymagania w zakresie tego typu zdarzeń.

dr inż. Andrzej Firlit Akademia Górniczo-Hutnicza Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przetwarzania Energii 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30 tel.: 012 617 35 93, 012 633 22 84, +48 603 877 809 e-mail: firlit@kaniup.agh.edu.pl