České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra elektroenergetiky Kolísání napětí, flicker, napěťová nesymetrie. přednáška Z 20/202 Ing. Tomáš ýkora, Ph.D.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
,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
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 0,75 ----- vn 0, 0,75 0,7 0,9 ----- vvn 0,2 0,5 0,6 0,8 ----- 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
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
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% 0,725 00 0,00725 Změny za ΔU/U (%) minutu 2,724 2 2,2 7,459 9 0,906 0 0,725 620 0,402. přednáška Z 20/202 5
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 00 00 5. pro závěrečnou kontrolu určíme kmitočet změn: f 0min 2,8 2 s 0,92 Hz. přednáška Z 20/202 6
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
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
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
Příklad šíření flickeru v E zdroj flickeru na napěťové hladině: nn vn vvn U : U : U FA. přednáška Z 20/202 20 FB FC (A) K : (B) K : (C) K
Příklad šíření flickeru v E příklad šíření flickeru lze řešit pomocí prg. E-Vlivy:. přednáška Z 20/202 2
Příklad šíření flickeru zdroj na hladině nn Pst (-) 0,8 Zdroj flickeru na hladině nn 0,6 0,4 0,2 0 2 4 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
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
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 20/202 24 uzel bez zátěže Pst (-)
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
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
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 2 2 2 ( 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
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 200 2 s i 0min 2 hod interval interval 0, 0 00 000 0000 00000 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
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
Kolísání napětí, flicker, napěťová nesymetrie Literatura Tlustý J.: Energetická rušení v distribučních a průmyslových sítích http://www.lpqi.org/ 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