České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky

Transkript

1 České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky Kolísání napětí, flicker, napěťová nesymetrie. přednáška Z 20/202 Ing. Tomáš ýkora, Ph.D.

2 Kolísání napětí základní pojmy změna napětí -změna efektivních (maximálních) hodnot napětí mezi dvěma sousedními úrovněmi napětí, mezi nimiž stoupá či klesá v nespecifikovaném čase amplituda změny napětí rozdíl mezi efektivními (maximálními) hodnotami napětí před a po změně napětí relativní změna napětí poměr amplitudy změny napětí ku specifikované hodnotě napětí doba trvání změny napětí interval času, v němž napětí stoupá či klesá z počáteční na konečnou hodnotu. přednáška Z 20/202 2

3 Kolísání napětí základní pojmy kolísání napětí série změn napětí nebo cyklická změna obálky napětí sinusové kolísání napětí kolísání napětí, u níž je křivka kolísání sinusová amplituda kolísání napětí rozdíl mezi maximální a minimální hodnotou napětí v průběhu kolísání napětí četnost výskytu změn napětí počet změn napětí za jednotku času blikání (flicker) subjektivní vjem blikání. přednáška Z 20/202

4 Flicker základní pojmy opakované změny v napájení kolísání (míhání) napětí napěťové změny jsou v reálných situacích často pod hranicí citlivosti běžných elektrických přístrojů. přednáška Z 20/202 4

5 Důvody měření flickeru a mezní hodnoty kolísání napětí činí jen několik desetin procenta (pro frekvenci periodického kolísání 8,8Hz cca 0,25%) může způsobit velmi nepříjemné změny ve světelném záření světelných zdrojů zejména při kolísání napětí s frekvencí 5 8Hz protože je lidské oko velice citlivé na změny světelného toku, musí být změny napětí udrženy na velmi úzkých mezích tímto se zabývají normy pro omezování kolísání napětí a flickeru u zařízení jednotlivých odběratelů je nutné ověřit, zda změny zátěže, vyvolané zařízeními způsobující časté zapínání či vypínání velké zátěže, nevedou k nepřístupným hodnotám flickeru dodržení tolerančního pásma dle IEC pro pravoúhlé změny je limitem hodnota % pro kolísání napětí s kmitočtem okolí 8 Hz je rozhodujícím kritériem flicker a z hlediska kolísání napětí je mezní hodnota přibližně 0, %. přednáška Z 20/202 5

6 Hodnocení flickeru u žárovky Je tendence zrušit výrobu a prodej žárovek. Jak se to projeví na hodnocení flickeru? Jakékoliv změny amplitudy napájecího napětí vedou ke změnám světelného toku φ světelného zdroje, kdy tento subjektivní jev je označován jako flicker. větelný tok φ žárovky je velmi citlivý na změny napájecího napětí: Φ U y y od, do,7 napěťová tolerance 0 % U N : - 0 % U N 207 V ~ 70 % Φ N + 0 % U N 25 V ~ 40 % Φ N další světelné zdroje: zářivky s indukčním předřadníkem zářivky s elektronickým předřadníkem kompaktní zářivky výbojky. přednáška Z 20/202 6

7 Důvody vzniku flickeru k spínání velké zátěže rozběh velkých motorů proměnlivá zátěž (katr) svářecí stroje EOP symetrické a nesymetrické zkraty (doba natavování vsázky) tyristorový měnič různé otevírání ventilů. přednáška Z 20/202 7

8 EOP začátek tavby Začátek tavby: přechodné děje různé typy zkratu změny proudu. typu - vznikají proudové impulsy (0,5 až krát za sekundu) změny proudu 2. typu - velikost proudu kolísá v rozmezí 5 až ± 50 % I N (nelze přesně definovat četnost a amplitudy). přednáška Z 20/202 8

9 Výpočet relativní změny napětí k relativní změna napětí: d ΔU UN Δ k A ΔU amplituda kolísání napětí (změna) v napájecím bodě (V) U N. amplituda kolísání napětí (změna) v napájecím bodě (V) Δ A změna výkonu odběratele (VA) k... zkratový výkon v napájecím bodě (VA) přesnější výpočet pomocí impedance sítě Z kv a připojeného zařízení Z odb : d abs R. + jx + j relativní změna lze určit na základě změny činného a jalového výkonu: d U 2 N o jednofázovou zátěž, připojenou mezi dvě fáze: kv + R R odb odb. ( X + ) kv Xodb.. přednáška Z 20/202 9 odb. ( Rkv ΔPA + Xkv ΔQA) d Δ k A

10 Matematický model flickeru U +.U * ( I.R + I.X ) U ( P.R ) 2 U č j Q.X δu U * ( δp.r + δq.x ) ΔI.R + ΔI.X δ( ΔU) č j. přednáška Z 20/202 0

11 Výpočet rušivého činitele flickeru činitel flickeru se určí jako součet trvání účinků flickeru, vztaženého na sledovaný časový interval, ve kterém se kolísání napětí vyskytuje: A st 0 min A st střední rušivý činitel flickeru během 0 minut (-) A lt... dlouhodobý rušivý činitel flickeru během 20 minut (-) t f.. doba působení flickeru (min) t f A lt t f 20 min činitelé rušení od různých zdrojů v síti se určí jako součet trvání účinku flickeru, vztaženého na sledovaný časový interval, ve kterém se kolísání napětí vyskytuje A celk. A + A2 + A A N. přednáška Z 20/202

12 ,2 Doba působení flickeru t f 2, (00.d.F) t f doba působení flickeru (s) F činitel tvaru (-) d relativní změna napětí (-) 2,. přizpůsobovací koeficient (s),0 0,8 Činitel tvaru F 0,6 0,4 0,2 0,0 0,,0 0,0 00,0 činitele tvaru pro pravoúhlé (plná čára) a sinusové (čárkovaná čára) kolísání napětí f (Hz). přednáška Z 20/202 2

13 Výpočet míry vjemu blikání Vztah mezi A st resp. A lt a P st resp. P lt je následující: A st Pst A lt Plt P st (P lt ) krátkodobá (dlouhodobá) míra vjemu blikání Krátkodobá míra vjemu blikání P st v intervalu 0 minut je vhodná pro ověření jednotlivých zdrojů rušení s krátkým pracovním cyklem. Pro ověření kombinovaných účinků skupiny zdrojů rušení pracujících náhodným způsobem nebo zdrojů rušení s dlouhým a nebo proměnlivým pracovním cyklem je nutné určení dlouhodobé míry vjemu blikání. Přípustné hodnoty relativních změn a činitele flickeru: Přípustná velikost rušení A lt A st P lt P st d v síti zařízení jednoho odběratele nn 0,4 0, vn 0, 0,75 0,7 0, vvn 0,2 0,5 0,6 0, nn 0,05 0,2 0,4 0,6 0,0 vn 0,05 0,2 0,4 0,6 0,02 vvn 0,05 0,2 0,4 0,6 0,02. přednáška Z 20/202 P lt 2 P 2 i st i

14 Výpočet rušivého činitele flickeru Pst K0,. P0, + Ks. P s + K0s. P0s + K0s. P0s + K50s. P50s K x váhový koeficient P x.percentil úrovně překročení pro x % doby během jedné periody Váhové koeficienty: K 0, pro úroveň 0, % 0,04 K s pro úroveň % 0,0525 K s pro úroveň % 0,0657 K 0s pro úroveň 0 % 0,28 K 50s pro úroveň 50 % 0,08 P0,7 + P + P,5 P s P2,2 + P + P4 P s P6 + P8 + P0 + P + P0 s 5 P0 + P50 + P80 P50 s P 7. přednáška Z 20/202 4

15 Příklad výpočtu činitele tvaru Kontrolní přibližný výpočet činitele tvaru vpřípadě, že na vstup měřiče blikání přivedeme modulovaný signál s parametry dle tabulky, tak krátkodobá míra vjemu blikání má mít hodnotu Pst. nejdříve vypočteme odpovídající krátkodobý činitel rušení A st, pro který platí: Ast Pst 2. z tabulky si vybereme testovací signál se 0 změnami za minutu tzn., že relativní změna napětí bude mít hodnotu (určíme z tabulky): ΔU U d% d d% 00 0,725% 0, ,00725 Změny za ΔU/U (%) minutu 2, ,2 7, , , ,402. přednáška Z 20/202 5

16 Příklad výpočtu činitele tvaru. nyní určíme dobu účinků flickeru: A st tf 0min tf A st 0min 0min 0min 4. pro 0 změn za minutu dostaneme 00 změn za 0 minut tzn., že i po tuto dobu bude působit flicker; z toho pak dostaneme dobu jednoho cyklu flickeru: tf 0 tf 00 tf tf 9, 0 min 0, 55s pro závěrečnou kontrolu určíme kmitočet změn: f 0min 2,8 2 s 0,92 Hz. přednáška Z 20/202 6

17 Příklad výpočtu činitele tvaru 6. v posledním kroku výpočtu určíme činitel tvaru F, pro který můžeme psát: t f 2, F ( 00 d F) tf 2, 00 d d na závěr provedeme srovnání s hodnotou činitele tvaru pro pravoúhlé periodické změny dle obrázku po odečtení z grafu získáme hodnotu F 0,86 kdybychom chtěli vypočítat konkrétní činitel vnímání kolísání, tak budeme postupovat tak, že nejdříve z obrázku odečteme příslušný činitel tvaru a potom obrátíme postup výpočtu v uvedeném příkladě 2, 00 F 0,55 2, 00 0,00725 Činitel tvaru F,2,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,86 0,0 0,,0 0,0 00,0 f (Hz). přednáška Z 20/202 7

18 Opatření ke zmírnění flickeru připojení zařízení způsobující flicker do sítě s vyšším zkratovým výkonem zvětšení průřezu napájecího vedení snížení potřeby jalového výkonu kompenzace aktivními filtry připojení nového generátoru či synchronního kompenzátoru. přednáška Z 20/202 8

19 Měření flickeru měřící přístroj v sobě obsahuje matematický model podle UIE/IEC simulace odezvy 60 W žárovka zrakový orgán včetně statistického vyhodnocování. přednáška Z 20/202 9

20 Příklad šíření flickeru v E zdroj flickeru na napěťové hladině: nn vn vvn U : U : U FA. přednáška Z 20/ FB FC (A) K : (B) K : (C) K

21 Příklad šíření flickeru v E příklad šíření flickeru lze řešit pomocí prg. E-Vlivy:. přednáška Z 20/202 2

22 Příklad šíření flickeru zdroj na hladině nn Pst (-) 0,8 Zdroj flickeru na hladině nn 0,6 0,4 0, bez zátěže Pst (-) se zátěží nn Pst (-) uzel U FA : UFB : UFC (A) K : (B) K : (C) K uzel bez zátěže Pst (-) se zátěží nn Pst (-) 0,255 0,2 2 0,27 0,224 0,288 0,2 4 0,65 0,66. přednáška Z 20/202 22

23 Příklad šíření flickeru zdroj na hladině vn Pst (-) 0,5 0, 0,25 0,2 0,5 0, 0,05 0 Zdroj flickeru na hladině vn U FA : UFB : UFC (A) K : (B) K : (C) K 2 4 bez zátěže Pst (-) se zátěží nn Pst (-) U FA : UFB : UFC (A) K : (B) K : (C) K. přednáška Z 20/202 2 uzel uzel bez zátěže Pst (-) se zátěží nn Pst (-) 0,255 0,2 2 0,27 0,224 0,288 0,2 4 0,288 0,2

24 Příklad šíření flickeru zdroj na hladině vvn Pst (-) 0,26 0,25 0,24 0,2 0,22 0,2 0,2 0,9 Zdroj flickeru na hladině vvn 2 4 bez zátěže Pst (-) se zátěží nn Pst (-) uzel U : U : U FA FB FC (A) K : (B) K : (C) K se zátěží nn Pst (-) 0,255 0,2 2 0,255 0,2 0,255 0,2 4 0,255 0,2. přednáška Z 20/ uzel bez zátěže Pst (-)

25 Šíření flickeru v radiální síti ( ) (2) () (4) (5) st : Pst : Pst : Pst : Pst : : : : () (2) () (4) (5) K K K K K P zdroj flickeru P st 0,5. přednáška Z 20/202 25

26 Napěťová nesymetrie je dána nerovnoměrným rozložením zatížení na tři fáze z má za následek vznik nesymetrických proudů z tyto nesymetrické proudy vlivem impedance sítě způsobují nesymetrii napětí Zdroje nesymetrie v sítích vn a vvn: indukčními pecemi pracující se síťovou frekvencí 50 Hz odporovými tavicími pecemi obloukovými ocelářskými tavicími pecemi odporovými svářečkami Zdroje nesymetrie v sítích nn: jednofázové spotřebiče zapojené mezi fázový a střední vodič Potlačení nesymetrie: při současném působení více jednofázových spotřebičů, provede se stejnoměrné rozdělení těchto odběrů na jednotlivé fáze. přednáška Z 20/202 26

27 Napěťová nesymetrie - měření minimální požadavek na vzorkování je 2 ample / periodu nižší vzorkovací frekvence lze použít při zapojení analogového filtru, který potlačí vyšší harmonické metoda je nenáročná na měřící techniku a výpočet, možnost chyby až % napěťová nesymetrie (fázové hodnoty napětí): u u Uˆ Uˆ a a 2 + aˆ. Uˆ + au ˆ. ˆ b + au ˆ. ˆ 2 + aˆ. Uˆ b napěťová nesymetrie (sdružené hodnoty napětí): u u + 6β 6β c c β U 4 ab ( U + U + U ) 2 ab + U 4 bc bc + U 4 ca ca u u U u u max U a Uˆ Uˆ ab [ U U ] U + U ab b i + U au ˆ. ˆ 2 aˆ. Uˆ bc c bc. přednáška Z 20/202 27

28 Napěťová nesymetrie dlouhodobější účinky stanovení dlouhodobých hodnot napěťové nesymetrie u u vrůzných intervalech CIGRE CIRED Working Group 02 doporučuje intervaly: s, 0 min a 2 hod 00 napěťová nesymetrie (%) 0 Přípustné hodnoty napěťové nesymetrie okamžité hodnoty s interval měřený interval povolená mez u us u u0min m i u m 2 u i 200 i u s i 0min 2 hod interval interval 0, čas (s) u u 2hod 2 i u 2 0min i 2 přípustnou hodnotu napěťové nesymetrie u u 2 % přípustné hodnoty závisí i na délce vyhodnocovaného intervalu. přednáška Z 20/202 28

29 Opatření ke snížení napěťové nesymetrie rozdělení jednofázové zátěže mezi fázové vodiče symetrizační zařízení s kondenzátory a tlumivkami oddělení měniči připojení přes usměrňovač (pozor na vznik vyšších harmonických) připojení k místům s vyšším zkratovým výkonem transformátor s lomenou hvězdou (u menších výkonů ) použitím cottova a nebo teinmetzova transformátoru. přednáška Z 20/202 29

30 Kolísání napětí, flicker, napěťová nesymetrie Literatura Tlustý J.: Energetická rušení v distribučních a průmyslových sítích antarius P., Gavlas J., Kužela M.: Kvalita dodávané elektrické energie v sítích nízkého napětí chlabbach J., Blume D., tephanblome T.: Voltage Quality in Electrical Power ystem, 200 EnerGoConsult ČB, s.r.o.: E-Vlivy. přednáška Z 20/202 0