ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499

Transcript

1 ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ~ ΕΙΔΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΙΣΧΥΟΣ Cuom Power Device Δρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τα Θέματα ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ Αιτίες προβλημάτν Ποιότητας Ανασκόπηση ανμαλιών Μεταβατική, βραχύχρονη διακύμανση τάσης Σχέσεις στην αρμονική παραμόρφση Πρότυπα

2 Αιτίες προβλημάτν ποιότητας Βλάβες ή πτώση κεραυνών σε γραμμές μεταφοράς ή διανομής Πτώση δέντρν ή κλαδιών και άλλν αντικειμένν σε περιόδους ανώμαλου καιρού Υποχώρηση εξοπλισμού Ενεργοποίηση μετασχηματιστών, πυκντών ή άπ/ενεργοποίηση τροφοδοτικών αναχρήσεν Φορτία ηλεκτρονικών ισχύος όπς συστήματα αδιάλειπτου παροχής ισχύος UPS, ελεγχόμενοι κινητήρες ASD, κάμινοι τόξου, επαγγικά συστήματα θέρμανσης, άπ/ενεργοποίηση μεγάλν φορτίν Ανασκόπηση ανμαλιών Διακοπή-nerrupion Βύθιση -Sag Φούσκμα -Swell Υπόταση -Undervolage Υπέρταση -Overvolage Παραμόρφση Κυματομορφής- Waveform diorion: Σκαμπανεβάσματα Τάσης-Volage flucuaion Ανμαλίες Συχνότητας -Frequency variaion Αρμονικές- Harmonic Θόρυβος -Noie Αιχμές - Nocing Μετάθεση DC -DC offe

3 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΑΙΤΙΕΣ Γενικές Κατηγορίες Ειδικές Κατηγορίες Μέθοδος χαρακτηρισμού Τυπική αιτία Μεταβατικό στικό μέτρο πλάτους, χρόνος ανύψσης, διάρκεια κεραυνός, ενεργοποίηση μετασχηματιστή ή πυκντή κυματικό μέτρο πλάτους, συνιστώσες συχνότητες διακοπή ή κλείσιμο γραμμής, πυκντή, φορτίου Βραχύχρονη διακύμανση τάσης Βύθιση φούσκμα πλάτος, διάρκεια πλάτος, διάρκεια μονοφασικά σφάλματα προς τη γη, είδη μετασχηματιστών μονοφασικά σφάλματα προς τη γη, είδη μετασχηματιστών σύντομη διακοπή διάρκεια αυτοαναιρούμενα σφάλματα Χρονικά μακρά διακύμανση τάσης υπόταση υπέρταση πλάτος, διάρκεια πλάτος, διάρκεια Ενεργοποίηση φορτίν, απενεργοποίηση πυκντών απενεργοποίηση φορτίν, ενεργοποίηση πυκντών διακοπή διάρκεια βλάβες Ασύμμετρη τάση Συμμετρικές συνιστώσες Μονοφασικά φορτία, βλάβη που οδηγεί σε μονοφασική κατάσταση Παραμόρφση κυματομορφής Αρμονικές Αιχμές Φάσμα συχνοτήτν, HD Φάσμα συχνοτήτν, HD Ελεγχόμενοι κινητήρες, άλλα μη γραμμικά φορτία Μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος Μετατόπιση Τάση, ρεύμα Ημιανόρθση, γεμαγνητική επίδραση Αναλαμπή τάσης Συχνότητα παρουσίας Κάμινοι τόξου, Λαμπτήρες Ωστικό μεταβατικό φαινόμενο mpulive ranien Αιτίες: χτύπημα κεραυνού, χειρισμός για ενεργοποίηση μετασχηματιστή ή πυκντή Ένα στικό μεταβατικό φαινόμενο έχει αρνητική ή θετική πολικότητα Χαρακτηρίζεται από το χρόνο ανύψσης rie ime και το χρόνο εξασθένησης decay ime - που είναι ο χρόνος για να πέσει στο μισό της μέγιστης τιμής Μαθηματικά μπορεί να περιγραφεί: α β A e e 3

4 Μοντέλο Κεραυνού σαν στικό μεταβατικό φαινόμενο Συμβολίζεται με./5 μ και σημαίνει ότι έχει: χρόνο ανύψσης rie ime.μ χρόνο εξασθένησης decay ime5μ j j Μεταβατική διακύμανση τάσης Ωστική τάση από κεραυνό Τάση στους ζυγούς όταν ο πυκντής είναι συνδεδεμένος Τάση στους ζυγούς όταν ο πυκντής δεν είναι συνδεδεμένος 4

5 Βραχύχρονη διακύμανση τάσης Διακύμανση λιγότερη του λεπτού Βύθιση ag συμβαίνει όταν η rm τάση σε οποιαδήποτε φάση πέσει κάτ από το 75% της ονομαστικής της τιμής. Βύθιση κάτ του % της ονομαστικής της τιμής θερείται διακοπή Volage RMS V ::8:433 7::8:633 7::8: Curren RMS A imehh:mm::uuu Βύθιση στη ΜΤ κατά τη διάρκεια βλάβης σε γραμμή μεταφοράς Volage RMS V Curren RMS A 6 Κανονική τάση Φούσκμα Βύθιση Διακοπή 4 7:6:5:5 7:6:5:45 7:6:5:85 imehh:mm::uuu Βύθιση κατά τη διάρκεια βλάβης μέσης τάσης Μετρήσεις βυθίσεν Έχουν προταθεί αρκετές μέθοδοι για τον υπολογισμό δεικτών βύθισης: Μέτρηση βυθίσεν με τον Deroi Edion ag core: Μέτρηση βυθίσεν με την ενέργεια βύθισης: δεν λαμβάνει υπόψη του τη διάρκεια, έτσι δεν μπορεί να καταδείξει τη ζημιά στα φορτία V τάση κατά τη βύθιση - διάρκεια Δείκτης απώλειας ενέργειας Volage Sag Lo Energy ndexvsle VSLE: Ο δείκτης δίνει την απλεσθήσα ενέργεια στη διάρκεια βύθισης σαν V/V nom -p.u. φασική τάση κατά τη διάρκεια της βύθισης - διάρκεια σε m Το 3.4 προέρχεται από την εφαρμογή ελάχιστν τετραγώνν στην καμπύλη SBEMA Ο δείκτης για τριφασική βύθιση: 5

6 Παράδειγμα Υπολογίστε τον Δείκτη απώλειας ενέργειας VSLE Διακοπές από τη προστασία συστήματος διανομής Ασφάλειες Καμπύλες λειτουργίας Διακόπτες αυτόματης επαναφοράς auorecloer Γρήγορα και αργά επανακλεισίματα 6

7 Ικανότητα εξοπλισμού σε βυθίσεις Για διαστήματα πέραν του δευτερολέπτου,εξοπλισμός που είναι κατασκευασμένος σύμφνα με την καμπύλη CBEMA-μπορεί να αντέξει μέχρι 6% υπέρταση και 87% υπόταση Καμπύλη CBEMA Compuer and Buine Equipmen Manufacurer Aociaion Αργότερα έχει αντικατασταθεί από τις καμπύλες nformaion ecnology ndury Council, Μέρος της καμπύλης έχει περιληφθεί στο πρότυπο EEE 446 Ικανότητα εξοπλισμού σε βυθίσεις Τυπικές καμπύλες ικανότητας αντοχής εξοπλισμού σε βυθίσεις 7

8 Ανμαλίες τάσης σε εργοστάσιο επεξεργασίας μετάλλν kv 77 A 3 kv coφ.5 9kV 9.5kV Δείκτες αξιοπιστίας συστημάτν διανομής SAF: Syem average inerrupion frequency index SAF αρ. πελατών που διακόπηκαν Χαρ. διακοπών συνολικός αρ. πελατών SAD: Syem average inerrupion duraion index SAD Σαρ. πελατών που επηρεάστηκαν Χ διάρκεια διακοπής συνολικός αρ. πελατών CAF: Cuomer average inerrupion frequency index Συνολικός αριθμός διακοπών πελατών CAF συνολικός αρ. πελατών που επηρεάστηκαν CAD: Cuomer average inerrupion duraion index CAD ΣΔιάρκεια διακοπών πελατών Συνολικός αριθμός διακοπών πελατών ASA: Average yem availabiliy index πελατο ώρες διαθέσιμης υπηρεσίας ASA πελατο ώρες απαιτούμενης υπηρεσίας Για 876 ώρες οι ετήσιοι στόχοι είναι SAF. SAD CAD ASA

9 9 Γραμμικό φορτίο- Μη γραμμικό φορτίο Αρμονικές Συνιστώσες π π π π in co } in co { d f b d f a b a a f F f d f d f a F π π j a b b a F F e b a f an, F in co + + ϕ ϕ,., + rm F F F Να θυμηθούμε την ανάλυση σε σειρά Fourier περιοδικής συνάρτησης

10 Σχέσεις στην Αρμονική παραμόρφση rm di di i i i i % di HD + rm d i Έννοιεςισχύοςκατάτην παραμόρφση co in in ϕ ϕ V d V P d i v d p P DPF HD PF DPF PF % + Συντελεστής ισχύος Συντελεστής μετατόπισης Diplacemen power Facor co co ϕ ϕ V V S P PF

11 Οι αρμονικές συνιστώσες μειώνουν το συντελεστή ισχύος Επιπτώσεις αρμονικών ρεύματος Απώλειες ισχύος στο δίκτυο γραμμές μεταφοράς - διανομής, μετασχηματιστές, γεννήτριες Υπερφόρτση πυκντών αντιστάθμισης με πιθανά φαινόμενα συντονισμού Επηρεασμός της κυματομορφής τάσης δικτύου η οποία με τη σειρά της θα επηρεάσει άλλα φορτία

12 Όρια αρμονικών Οι οδηγίες ορίζουν ευθύνες στους καταναλτές και στις εταιρείες δικτύου Οι χρήστες ενέργειας θα πρέπει να έχουν όριο στην παραμόρφση του ρεύματος που αντλούν Λόγος βραχυκύκλσης Οι εταιρείες δικτύου θα πρέπει να διατηρούν ταμέγισταεπιτρεπτάόριαπαραμόρφσης της τάσης. Όρια αρμονικών Διεθνής Ηλεκτροτεχνική επιτροπή EC Πρότυπο του ινστιτούτου ηλεκτρολόγν και ηλεκτρονικών μηχανικών EEE Κανόνες Μεταφοράς Διανομής Όρια αρμονικών ρεύματος HD%

13 Όρια αρμονικών Όρια αρμονικών τάσης στο Πρότυπο EΕΕ 59 Όρια αρμονικών ρεύματος για ηλεκτρονικούς υπολογιστές και άλλο εξοπλισμό γραφείου cla A στο Πρότυπο EC -3- Πρότυπα ποιότητας ισχύος Φαινόμενα Κατηγοριοποίηση ποιότητας ισχύος Μεταβατικά φαινόμενα Βύθιση, φούσκμα τάσης, διακοπή Αρμονικές Αναλαμπές τάσης EC 6--5:995, EC 6--:99 EEE 59:995 EC 6--:99, EC 86:984 EEE c6.4:99 EEE 59:995 EC 69--:99, EEE 59:995 EC 6--:99, EC 6-4-7:99 EEE 59:99 EC 6-4-5:997 Πρότυπα 3

14 ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499 ΕΙΔΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΙΣΧΥΟΣ Cuom Power Device Δρ Ανδρέας Σταύρου ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ Τα Θέματα Είδη ειδικών συσκευών ισχύος Στατική συσκευή περιορισμού ρεύματος Saic Curren Limier SCL Στατικοί διακόπτες ισχύος, Saic Circui BreakerSCB Στατικοί διακόπτες μεταφοράς πηγής ισχύος, Saic ranfer Swic SS Ενεργά φίλτρα Acive Filer 4

15 Είδη ειδικών συσκευών ισχύος Οι ειδικές συσκευές ισχύος είναι δύο ειδών: αυτές που χρησιμοποιούνται για απομόνση και προστασία και αυτές που χρησιμοποιούνται για αντιστάθμηση. Τύποι αναδιάταξης δικτύου: Στατική συσκευή περιορισμού ρεύματος Saic Curren Limier SCL Στατικοί διακόπτες ισχύος, Saic Circui BreakerSCB Στατικοί διακόπτες μεταφοράς πηγής ισχύος, Saic ranfer Swic SS Τύπου αντιστάθμισης: Ενεργά φίλτρα Acive Filer Στατικός αντισταθμιστής άεργου ισχύος διανομής DSACOM Δυναμικός αποκαταστάτης τάσης, DVR Ενοποιημένος ρυθμιστής ποιότητας ισχύος, UPQC Στατική συσκευή περιορισμού ρεύματος Saic Curren Limier SCL Περιορίζει το ρεύμα κατά τη διάρκεια σφαλμάτν με τη γρήγορη προσθήκη πηνίου σε σειρά με τη διαδρομή του σφάλματος Το ρεύμα i z χρίς SCL 5

16 Εφαρμογή Saic Curren Limier SCL Στατικοί διακόπτες ισχύος Saic Circui Breaker SCB Ανοίγει το κύκλμα σε περίπτση βλάβης πολύ πιο γρήγορα από τους μηχανικούς διακόπτες. yrior Σε κανονική λειτουργία το ρεύμα περνά από τα GO Όταν διαπιστθεί βλάβη συμπεριφέρνονται σαν διακόπτες αυτόματης επαναφοράς σε διάστημα περιόδου Σε περίπτση μόνιμης βλάβης τα GO σταματούν να άγουν και τα yrior άγουν οπόταν το ρεύμα ρέει μέσ του πηνίου. Το ρεύμα διακόπτεται τελικά διακόπτοντας τα yrior 6

17 Στατικοί διακόπτες μεταφοράς πηγής ισχύος Συνήθης τάση στα 5, 5, 5 & 34.5 kv Ισχύς μέχρι, kva / 6, kw Συστήματα Μεταφοράς Πηγής Μηχανικά και ηλεκτρομηχανικά Λιγότερο τν 3 ec Λιγότερο τν κύκλν Ηλεκτρονικών Ισχύος -4 mec /4 κύκλου Στοιχείο 5 kw Στατικοί διακόπτες μεταφοράς πηγής ισχύος Solid Sae ranfer Swice SSS Είναι εγκατεστημένοι σε ζυγούς που τροφοδοτούν ευαίσθητο φορτίο από δύο διαφορετικές αναχρήσεις διανομής. Προστατεύει το φορτίο σε περίπτση βλάβης μεταφέροντας την τροφοδοσία του από την αναχώρηση με βλάβη στην υγιή αναχώρηση Προτιμητέα πηγή Εναλλακτική πηγή i l i l Για βυθίσεις η διακοπτική διαδικασία είναι «Make before break» 7

18 Ενεργά φίλτρα Τα ενεργά φίλτρα έχουν αναπτυχθεί για να καλύψουν τα μειονεκτήματα τν παθητικών φίλτρν: Η αποτελεσματικότητα τους μειώνεται όσο μειώνεται η εμπέδηση συστήματος τροφοδοσίας Βασίζονται στην ακρίβεια τν παραμέτρν L,C και επηρεάζονται από τη συχνότητα του δικτύου Υπερφορτώνονται από αρμονικές που παρήχθησαν κάπου αλλού στο δίκτυο, είναι επιρρεπή σε συντονισμό με το δίκτυο Χρειάζονται επισταμένη μελέτη στο σχεδιασμό. Βασίζονται σε μετατροπείς πηγής τάσης Volage Source Converer Οι αρχές λειτουργίας τέτοιν φίλτρν προτάθηκαν πριν 3 χρόνια αλλά οι τελευταίες εξελίξεις στην τεχνολογία τν ημιαγγών GB, GC και τν κυκλμάτν ελέγχου έκαναν εφικτή την εφαρμογή τους. Εγκάρσιο ενεργό φίλτρο Sun acive filer Το χρησιμοποιούμε από μόνο του η παράλληλα με παθητικό φίλτρο για καταστολή του συντονισμού Ισοδύναμο κύκλμα χρίς ενεργό φίλτρο Το παθητικό φίλτρο σχηματίζει με την αυτεπαγγή του συστήματος συντονισμό στη συχνότητα fre π LF + LS CF Εάντοενεργόφίλτροπαράγειρεύμα: dis ia GAF υ GAF LS d Τότε η αγγιμότητα του στην συγκεκριμένη συχνότητα θα καταστείλει τον συντονισμό 8

19 Ενεργό φίλτρο σειράς Serie acive filer Τα ενεργά φίλτρα σειράς συνδέονται σε σειρά με το δίκτυο με τη χρήση μετασχηματιστή. Εάν το φορτίο παράγει αρμονικές τάσης τότε εγχέει τάση για να μπλοκάρει τη μεταφορά τους στο σύστημα. Οι αρμονικές που υπάρχουν στο σύστημα επίσης εμποδίζονται να φθάσουν στο φορτίο. Το ενεργό φίλτρο σειράς ενεργεί σαν απομοντής και σαν καταστολέας συντονισμού. Συνήθς ο έλεγχος γίνεται σαν υ AF k i S i S -αρμονικό ρεύμα γραμμής Το ενεργό φίλτρο σειράς για τις αρμονικές συχνότητες εμφανίζεται σαν μεγάλη αντίσταση Υβριδικά ενεργά φίλτρα Hybrid acive filer Ενεργό φίλτρο σειράς με εγκάρσιο παθητικό φίλτρο Ο έλεγχος βασίζεται στην ανίχνευση αρμονικού ρεύματος και έγχυση τάσης Ενεργό φίλτρο σειράς σε σειρά με εγκάρσιο παθητικό φίλτρο υ AF k i S Ισοδύναμο κύκλμα ενεργού φίλτρου σειράς σε σειρά με εγκάρσιο παθητικό φίλτρο επιλέγουμε k >> Z S + Z F 9