ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα εργασία που αποτελεί διπλωµατική εργασία δύο φοιτητών του τµήµατος ηλεκτρολόγων µηχανικών και µηχανικών Η/Υ του ΑΠΘ πραγµατεύεται τη συµπεριφορά του ηλεκτρικού συστήµατος της ΕT-3 στη Θεσσαλονίκη. Η εργασία αυτή διεκπεραιώθηκε ύστερα από την επιθυµία της ΕΤ-3, η οποία ήθελε να αποτυπωθεί το σύστηµα τροφοδότησης της, να εκτιµηθεί η συµπεριφορά των φορτίων της και να διαγνωστούν τυχόν σφάλµατα που έχουν σχέση µε την αρµονική παραµόρφωση της τάσης και του ρεύµατος. Στα κεφάλαια που θα ακολουθήσουν µέσα από µία σειρά από διαγράµµατα δίνεται µια συνολική εικόνα του τρόπου λειτουργίας του συστήµατος που είναι απαραίτητη προκειµένου να γίνουν οι διάφορες διορθώσεις σφαλµάτων. Προτού όµως γίνει η παρουσίαση των αποτελεσµάτων των µετρήσεων, επιβάλλεται να ευχαριστήσουµε τους ανθρώπους εκείνους που µας βοήθησαν για να περατωθεί αυτή η εργασία. Κατ αρχήν πρέπει να ευχαριστήσουµε τον καθηγητή µας κύριο Χάρη ηµουλιά για την εµπιστοσύνη που µας έδειξε και για την αµέριστη συµπαράσταση και βοήθεια που µας παρείχε λόγω και της µεγάλης του εµπειρίας πάνω σε θέµατα που άπτονται της παρούσας διπλωµατικής εργασίας και παρά το µεγάλο φόρτο εργασίας που ο ίδιος είχε. Χωρίς τη βοήθειά του θα ήταν δύσκολο να ολοκληρωθεί αυτή η εργασία. Επίσης, ευχαριστούµε τον καθηγητή µας και πρόεδρο του τµήµατος κύριο Πέτρο Ντοκόπουλο, γιατί µας παρείχε τον απαραίτητο τεχνικό εξοπλισµό για να µπορέσουµε να πραγµατοποιήσουµε τις µετρήσεις. Ακόµη, ευχαριστούµε τον υπεύθυνο µηχανικό της ΕΤ-3 κύριο ηµήτρη Κεραµίδα, γιατί όσες φορές τον χρειαστήκαµε ήταν πάντα πρόθυµος να µας βοηθήσει. Τέλος, ευχαριστούµε τους ηλεκτρολόγους της ΕΤ-3 και ιδιαίτερα τον κύριο ηµήτρη Καραγιαννίδη, οι οποίοι µας εξυπηρετούσαν πάντα και µας βοηθούσαν στη σύνδεση και αποσύνδεση του οργάνου µετρήσεων στα διάφορα σηµεία του γενικού πίνακα χαµηλής τάσης και µας παρείχαν µε χρήσιµες πληροφορίες σχετικά µε τα φορτία του κάθε υποπίνακα. Ένα µεγάλο ευχαριστώ σε όλους.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 1.1 οµή του ηλεκτρικού συστήµατος τροφοδοσίας της ΕΤ-3...1 1.1.1 Φωτισµός µε Dimmer...4 1.1.2 Σύστηµα αδιάλειπτης τροφοδοσίας (UPS).6 1.1.3 Ηλεκτρονικοί υπολογιστές 9 1.1.4 Αρνητικές επιπτώσεις από την ύπαρξη αρµονικών..9 1.2 ιατοµές καλωδίων 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΥΤΕΡΟ Η ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 2.1 Η διαδικασία των µετρήσεων...12 2.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά του MICROVIP3 PLUS..13 2.3 Τρόπος λειτουργίας του MICROVIP3 PLUS.14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 3.1 Ολική παροχή.19 3.2 Υποπίνακας 1.24 3.3 Υποπίνακας 3.29 3.4 Υποπίνακας 4.34 3.5 Υποπίνακας 5.39 3.6 Υποπίνακας 6.44 3.7 Υποπίνακας 7.49 3.8 Υποπίνακας 8.54 3.9 Υποπίνακας 9.59 3.1 Υποπίνακας 1.64 3.11 Υποπίνακας 13.69 3.12 Υποπίνακας 14.74 3.13 Υποπίνακας 16.79 3.14 Υποπίνακας 18.84 3.15 Υποπίνακας 19.89 3.16 Υποπίνακας 2.94 3.17 Υποπίνακας 21.99
ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΤΑΡΤΟ ΠΡΟΤΥΠΑ ΑΡΜΟΝΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ 4.1 Θεωρητική εισαγωγή...14 4.2 Εφαρµογή της ΙΕΕΕ-519/1992 στο ηλεκτρικό σύστηµα της ΕΤ-3 16 4.2.1 Όρια αρµονικής παραµόρφωσης ρεύµατος 16 4.2.2 Όρια αρµονικής παραµόρφωσης τάσης...111 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΕΜΠΤΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 5.1 Ολική παροχή...114 5.2 Υποπίνακας 1...116 5.3 Υποπίνακας 3...117 5.4 Υποπίνακας 4...118 5.5 Υποπίνακας 5...119 5.6 Υποπίνακας 6...12 5.7 Υποπίνακας 7...121 5.8 Υποπίνακας 8...122 5.9 Υποπίνακας 9...123 5.1 Υποπίνακας 1..124 5.11 Υποπίνακας 13..125 5.12 Υποπίνακας 14..126 5.13 Υποπίνακας 16..127 5.14 Υποπίνακας 18..128 5.15 Υποπίνακας 19..129 5.16 Υποπίνακας 2..13 5.17 Υποπίνακας 21..131 5.18 Ενεργειακό Ισοζύγιο.132 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΚΤΟ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 6.1 Συµπεράσµατα.134
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρούσα διπλωµατική εργασία έχει ως σκοπό να περιγράψει τη δοµή του ηλεκτρικού συστήµατος της ΕΤ-3 στη Θεσσαλονίκη και κυρίως να αναλύσει τη λειτουργία του συστήµατος τροφοδότησης της. Σε περίπτωση που θα εντοπιστούν σφάλµατα που επιδρούν σηµαντικά στην οµαλή λειτουργία του συστήµατος θα προταθούν τρόποι αντιµετώπισής τους. Συνοπτικά η εργασία έχει χωριστεί στα παρακάτω κεφάλαια. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση της δοµής του συστήµατος της ΕΤ-3. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η διαδικασία των µετρήσεων και παρουσιάζεται και το όργανο µε το οποίο έγιναν οι µετρήσεις. Στο επόµενο κεφάλαιο γίνεται η ανάλυση των αποτελεσµάτων των µετρήσεων µε τη βοήθεια διαγραµµάτων. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση των προτύπων αρµονικής παραµόρφωσης κατά ΙΕΕΕ 519 και CENELEC καθώς και η σύγκριση των αποτελεσµάτων µας µε τα παραπάνω πρότυπα. Στο πέµπτο κεφάλαιο γίνεται το ενεργειακό ισοζύγιο του συστήµατος που δείχνει πως κατανέµεται η µέση ισχύς στους διάφορους υποπίνακες. Τέλος το έκτο κεφάλαιο περιέχει τα συµπεράσµατα που βγήκαν από την ανάλυση του συστήµατος τροφοδοσίας της ΕΤ-3. 1.1 οµή του ηλεκτρικού συστήµατος τροφοδοσίας της ΕΤ-3 Η εγκατάσταση της ΕΤ-3 τροφοδοτείται από το δίκτυο ΜΤ της ΕΗ µε συµπεφωνηµένη ισχύ 5 kva µέσω ενός µετασχηµατιστή ισχύος 63 kva. Ο µετασχηµατιστής αυτός είναι ξηρού τύπου της εταιρείας ΑΒΒ µε ονοµαστική τάση βραχυκύκλωσης u k =5.85%. Παράλληλα υπάρχει και µία εφεδρική γεννήτρια ισχύος 5 kva. Η γεννήτρια είναι µηχανικά µανδαλωµένη µε την παροχέτευση από την πλευρά της ΕΗ. Έτσι η γεννήτρια ενεργοποιείται µόνο όταν διαπιστωθεί σφάλµα στο δίκτυο της ΕΗ. Στη συνέχεια ακολουθεί το πεδίο ΧΤ (γενικός πίνακας ΧΤ). Στο πεδίο ΧΤ υπάρχουν εκτός από τα διάφορα όργανα µετρήσεων (βολτόµετρο, αµπερόµετρο κτλ.) και οι αναχωρήσεις για τους επιµέρους υποπίνακες. Η κάθε αναχώρηση ασφαλίζεται µε τριφασικούς διακόπτες φορτίου. Στο σχήµα 1.1 φαίνεται το µονογραµµικό διάγραµµα της συνολικής ηλεκτρολογικής εγκατάστασης της ΕΤ-3.
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 2 Σχήµα 1.1 Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνονται τα φορτία που εξυπηρετεί κάθε υποπίνακας. α/α Φορτία υποπίνακα υποπίνακα 1 Υποπίνακας κλιµατιστικών, ροής κεντρικού ελέγχου 2 και οπτικών ινών 2-3 Υποπίνακας α ορόφου, δορυφορικών, φωτισµού και γενικών φορτίων 4 Γενικά φορτία ηµικυκλικού (φώτα, Α/C, Η/Υ) 5 Υποπίνακας Υ/Σ 5.1γεννήτρια 5.2 κενό 5.3 A/C 5.4 A/C 5.5 ΕΗ Υ/Σ 5.6 πρίζες 5.7 φωτισµός πίνακα 5.8 λάµπες φθορισµού 5.9 φωτισµός 5.1 κοντεϊνερ ηλεκτρολόγων 5.11 κοντεϊνερ ηλεκτρολόγων 5.12 κοντεϊνερ ηλεκτρολόγων
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 3 6 Υποπίνακας διαδρόµου, ισογείου (γενικά φορτία) 7 Υποπίνακας διαδρόµου ηλεκτρολόγων στο ισόγειο 7.1 αποθήκη ειδών καθαριότητας (λάµπες) 7.2 ρευµατοδότης χώρου βιντεοθήκης Νο1 7.3 φωτισµός 7.4 φωτισµός 7.5 ρευµατοδότης χώρου βιντεοθήκης Νο2 7.6 ρευµατοδότης χώρου ηλεκτρολόγων 7.7 ρευµατοδότης χώρου ηλεκτρολόγων 7.8 φωτισµός 7.9 ρευµατοδότης πίνακα ΟΤΕ 7.1 φωτισµός 8 UPS 1KVA, Η/Υ υπογείου 9 Φωτισµός ηµικυκλικού STUDIO 1 1 Φωτισµός STUDIO 2, φωτισµός µε DIMMER 11-12 CHILLER 13 Υποπίνακας κλιµατιστικών υπογείου 14 A/C STUDIO 2 15 A/C STUDIO 1 CONTROL 16 A/C STUDIO 1 17-18 Φωτισµός υπογείου, ΟΤΕ, A/C, θερµοσίφωνας 19 Κυλικείο (A/C, φούρνοι, ψυγεία) 2 Εργαστήριο (πρίζες, λάµπες φθορισµού) 21 UPS 6KVA κύρια παροχή 22 - Πίνακας 1.1 Όπως γίνεται αντιληπτό από τον πίνακα 1.1 τα φορτία είναι κατά την πλειοψηφία τους µη γραµµικά. Tα µη γραµµικά φορτία δηµιουργούν αρµονική παραµόρφωση.. Αυτό έχει ως αποτέλεσµα το σύστηµα να επιβαρύνεται από αρµονικές ρεύµατος και τάσης. Το συνολικό ρεύµα δηλαδή περιλαµβάνει συνιστώσες ρεύµατος στις αρµονικές συχνότητες (εκτός της συχνότητας του δικτύου 5 Hz και στις πολλαπλάσιες της συχνότητας αυτής). Αυτό έχει ως αποτέλεσµα την παραµόρφωση της κυµατοµορφής του ρεύµατος. Η παραµόρφωση του ρεύµατος προκαλεί παραµόρφωση στην τάση. Τα κυριότερα φορτία που µπορούν να χαρακτηριστούν ως πηγές παραγωγής αρµονικών είναι: Φωτισµός µε DIMMER (υποπίνακας 1) UPS (υποπίνακες 8 και 1) Ηλεκτρονικοί υπολογιστές Στη συνέχεια γίνεται µια µικρή ανάλυση για το είδος των αρµονικών ανώτερης τάξης που παράγονται σε κάθε ένα από τα παραπάνω φορτία.
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 4 1.1.1 Φωτισµός µε Dimmer O έλεγχος του φωτισµού γίνεται µε τα Dimmers. Τα DIMMERS είναι ηλεκτρονικοί ρυθµιστές τάσης. Η διάταξη ενός µονοφασικού ρυθµιστή τάσης φαίνεται στο σχήµα 1.2. Σχήµα 1.2 Όπως φαίνεται και στο σχήµα, οι ρυθµιστές τάσης αποτελούνται από ένα ζεύγος αντιπαράλληλων thyristors. Όταν εφαρµοστούν κατάλληλοι παλµοί στις πύλες των thyristors, ενώ αυτά είναι ορθά πολωµένα, τότε ρέει ρεύµα προς το φορτίο. Στην περίπτωση που χρησιµοποιούµε την παραπάνω διάταξη για τον έλεγχο του φωτισµού η έναυση των thyristors γίνεται σε κάποια γωνία α της ηµιεριόδου που το thyristor είναι ορθά πολωµένο. Εάν η έναυση των δύο thyristors είναι συµµετρική, τότε οι κυµατοµορφές της τάσης και του ρεύµατος έχουν ίδια θετικά και αρνητικά µέρη. Αυτό έχει σαν συνέπεια οι κυµατοµορφές αυτές να περιέχουν µόνον περιττές αρµονικές. Αν έχουµε ωµικό φορτίο (φωτισµός) και αν θεωρήσουµε ότι η γωνία έναυσης των thyristors είναι α τότε τα διαγράµµατα που δείχνουν την τάση στο φορτίο e L και την τάση στα thyristors e T φαίνονται στο σχήµα 1.3. Στο σχήµα 1.3 επίσης φαίνεται η ηµιτονοειδής τάση e της πηγής καθώς επίσης και η χρονική διάρκεια επιβολής των παλµών e g.
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 5 Σχήµα 1.3 Οι τάσεις δίνονται από τις παρακάτω σχέσεις: t E e m ω sin = (1.1) { π ω α π ω α π ω + = t t t E e m L 2 sin (1.2) { α ω α π ω π ω + = t t t E e m T sin (1.3) ενώ τo ρεύµα του φορτίου είναι t R E R e i m L ω sin = = { π ω α π ω α π + t t 2 (1.4) Αν κάνουµε ανάλυση Fourier για τo ρεύµα του φορτίου (αντίστοιχα γίνεται και για την τάση του φορτίου) τότε προκύπτουν οι παρακάτω συντελεστές Fourier: + Ε = = π π π α π α ω ω π ω ω π 2,2, ) sin( 2 1 ) ( 2 1 2 t d t R t d t i a m (1.5)
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 6 1 2π Ε 2π m α h = i( ωt)cos( hωt) dωt = sin( ωt) cos( hωt) dωt (1.6) π πr 1 2π Ε 2π m bh = i( ωt)sin( hωt) dωt = sin( ωt)sin( hωt) dωt (1.7) π πr όπου h είναι η τάξη της αρµονικής. Από τη σχέση 1.5 συµπεραίνεται ότι ο συντελεστής α είναι µηδέν. Αυτό σηµαίνει ότι το ρεύµα (ή αντίστοιχα η τάση) δεν περιέχει dc συνιστώσα, είναι δηλαδή συµµετρική ως προς τον άξονα του χρόνου. Από τις σχέσεις 1.6 και 1.7 προκύπτουν οι τελικές εκφράσεις των συντελεστών Fourier του ρεύµατος a h Em 1 = 2πR h + 1 h+ 1 1 h 1 { 1+ ( 1) }{ cos( h + 1) a 1} { 1+ ( 1) }{ cos( h 1) a 1} h 1 (1.8) b h Em sin( h + 1) a = 2πR h + 1 h+ 1 sin( h 1) a h 1 { 1+ ( 1) } { 1+ ( 1) h 1 } (1.9) Αν h=2*k (άρτιος ή µηδέν) τότε από τις σχέσεις 1.8 και 1.9 προκύπτει ότι α h =b h =.Αυτό σηµαίνει ότι το ρεύµα αποτελείται µόνο από περιττές αρµονικές. Το ίδιο συµβαίνει και µε την τάση. Αντίστοιχο είναι το φάσµα και για την τάση. 1.1.2 Σύστηµα αδιάλειπτης τροφοδοσίας (UPS) Για την τροφοδοσία ευαίσθητων φορτίων πρέπει να χρησιµοποιηθεί µια διάταξη UPS. Το UPS παρέχει προστασία έναντι των διακοπών της τροφοδοσίας και σταθεροποίηση της τάσης έναντι των υπερτάσεων ή των υποτάσεων του δικτύου. Το σύστηµα της ΕΤ-3 αποτελείται από δύο UPS: ένα των 1 kva και ένα των 6 kva. Tα UPS τροφοδοτούν κυρίως ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Το λειτουργικό διάγραµµα ενός UPS δίνεται στο σχήµα 1.4. Για τη µετατροπή της ac τάσης σε dc χρησιµοποιείται τριφασικός ανορθωτής. Αυτός τροφοδοτεί τον αντιστροφέα και τη συστοιχία µπαταριών, ώστε αυτή να διατηρείται φορτισµένη.
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 7 Σχήµα 1.4 Στα UPS χρησιµοποιούνται συνήθως ανορθωτές µε διόδους. Η διάταξη ενός τριφασικού ανορθωτή φαίνεται στο σχήµα 1.5. Σχήµα 1.5 To ρεύµα i d του φορτίου ρέει µέσω µιας από τις διόδους της πάνω οµάδας (Τ1, Τ3, Τ5) και µέσω µιας από τις διόδους της κάτω οµάδας (Τ2, Τ4, Τ6). Αν γίνει ανάλυση Fourier για τα ρεύµατα γραµµής i a, i b,i c προκύπτει ότι α = και ότι για h=2*k (για k=1,2,3 ) οι συντελεστές α h και b h µηδενίζονται (όπως και στην περίπτωση του ρυθµιστή τάσης). Επιπλέον, όµως, στην περίπτωση του τριφασικού ανορθωτή οι συντελεστές Fourier α h και b h είναι µηδέν και όταν h=3*k ( για k=1,2,3 ). ηλαδή, τα ρεύµατα γραµµής αποτελούνται από τη βασική αρµονική στα 5 Hz και τις περιττές µη τριπλές αρµονικές. Έτσι,
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 8 θεωρώντας για λόγους απλότητας τη συνολική αυτεπαγωγή του συστήµατος ίση µε µηδέν τα ρεύµατα γραµµής δίδονται από τους παρακάτω τύπους: i ( ωt) = a + 2I s13 2I s1 sin( ωt) sin[13( ωt)] 2I 2I 17 s5 sin[5( ωt)] sin[17( ωt)]... 2I s7 sin[7( ωt)] + 2I s11 sin[11( ωt)] (1.1) i ( ωt) = b + 2I s11 2I s1 sin( ωt + 12 ) sin[11( ωt + 12 )] + 2I 2I s13 s5 sin[5( ωt + 12 )] sin[13( ωt + 12 )] 2I 2I s7 17 sin[7( ωt + 12 )] (1.11) sin[17( ωt + 12 )]... i ( ωt) = c + 2I s11 2I s1 sin( ωt + 24 ) sin[11( ωt + 24 )] + 2I 2I s13 s5 sin[5( ωt + 24 )] sin[13( ωt + 24 )] 2I 2I s7 17 sin[7( ωt + 24 )] (1.12) sin[17( ωt + 24 )]... Όπως φαίνεται και από τις παραπάνω σχέσεις εµφανίζονται οι µη τριπλές αρµονικές h και h=6n±1 (n=1, 2, 3 ) (1.13) H ενεργός τιµή των αρµονικών είναι αντιστρόφως ανάλογη της τάξης της αρµονικής, δηλαδή I sh I s1 = (1.14) h Στο σχήµα 1.7 φαίνεται το φάσµα των αρµονικών από τις οποίες αποτελείται το ρεύµα σε έναν τριφασικό ανορθωτή. Σχήµα 1.6
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 9 1.1.3 Ηλεκτρονικοί υπολογιστές Oι ηλεκτρονικοί υπολογιστές χρησιµοποιούν για την τροφοδοσία των διαφόρων κυκλωµάτων dc τροφοδοτικά ισχύος διακοπτικού τύπου. Ακόµη αποτελούνται από διακοπτικούς µετατροπείς υποβιβασµού ή ανύψωσης τάσης, οι οποίοι εισάγουν µη γραµµικότητες στις κυµατοµορφές ρεύµατος και τάσης. Τα µικροκυκλώµατα των ηλεκτρονικών υπολογιστών όχι µόνο είναι ευαίσθητα στις αρµονικές παραµορφώσεις, αλλά µπορούν επίσης να δηµιουργήσουν αρµονικές στην τάση και στο ρεύµα. Γενικά το φάσµα του ρεύµατος των ηλεκτρονικών υπολογιστών περιλαµβάνει όλες τις περιττές αρµονικές, συµπεριλαµβανοµένων και των τριπλών δηλαδή h=2k±1 1.1.4 Αρνητικές επιπτώσεις από την ύπαρξη αρµονικών. Οι επιπτώσεις των αρµονικών συνδέονται µε την αύξηση είτε του πλάτους είτε της ενεργού τιµής είτε του φάσµατος τόσο της τάσης όσο και της έντασης. Εξαιτίας των αρµονικών ενδέχεται να λειτουργήσουν λανθασµένα συσκευές προστασίας ειδικά αυτές που χρησιµοποιούν θερµικά µοντέλα. Αν ο υπολογισµός της ενεργού τιµής της έντασης γίνεται χρησιµοποιώντας της µέγιστη τιµή της κυµατοµορφής της αυξάνεται η πιθανότητα λάθους και ανεπιθύµητης λειτουργίας της προστασίας. Για τον ίδιο λόγο λάθη παρουσιάζονται σε µετρητικές συσκευές. Οι αρµονικές επίσης είναι η αιτία για προβλήµατα στην λειτουργία ηλεκτρονικών συστηµάτων. Οι αρµονικές επίσης προκαλούν υπερφόρτιση (δηλαδή υπερθέρµανση) και αυξάνουν τις δονήσεις και τον θόρυβο (µηχανική καταπόνηση) σε συσκευές όπως µετασχηµατιστές, µηχανές και πίνακες χαµηλής τάσης. Μακροχρόνια οι αρµονικές προκαλούν πρόωρη γήρανση των συσκευών. Οι πυκνωτές είναι ευαίσθητοι στις αρµονικές ιδιαίτερα αν η συχνότητα του συνδυασµού πυκνωτή και δικτύου παροχής µέχρι το σηµείο σύνδεσης είναι ίδια µε την αρµονική που παράγεται από το φορτίο. Κάτω από αυτές τις συνθήκες προκαλείται συντονισµός, αύξηση του µεγέθους της αρµονικής, υπερθέρµανση του πυκνωτή και ενδεχοµένως καταστροφή του διηλεκτρικού του υλικού ή λειτουργία της προστασίας του (συνήθως ασφάλεια) και αποσύνδεση του. Οι αρµονικές τέλος υπερθερµαίνουν τον αγωγό ουδετέρου καθώς προστίθενται και δίνουν ρεύµατα κατά πολύ µεγαλύτερα από όταν τα φορτία είναι γραµµικά.
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1 1.2 ιατοµές καλωδίων Οι διατοµές των καλωδίων των φάσεων και των ουδετέρων για κάθε αναχώρηση του γενικού πίνακα ΧΤ της ΕΤ-3 παρουσιάζονται στον πίνακα 1.2. α/α αναχώρησης ΦΑΣΗ(mm 2 ) ΟΥ ΕΤΕΡΟΣ(mm 2 ) 1 25 25 2 - - 3 25 25 4 25 25 5 1 1 6 1 1 7 1 1 8 6 6 9 12 9 1 5 5 11 - - 12 35 35 13 16 16 14 25 25 15 25 25 16 25 25 17 1 1 18 6 6 19 6 6 2 6 6 21 5 35 Πίνακας 1.2 Στον παραπάνω πίνακα φαίνεται ότι η διατοµή του ουδετέρου δεν ακολουθεί το άρθρο 19 των ΚΕΗΕ και IEC 364. Στην εγκατάστασή της ΕΤ-3 ο ουδέτερος είναι µεγαλύτερος από τις προδιαγραφές αυτές προκειµένου να µπορεί να αντέξει το αυξηµένο ρεύµα λόγω αρµονικών. Πράγµατι, όταν υπάρχουν µη γραµµικά φορτία τότε το ρεύµα της κάθε φάσης δίνεται από τους τύπους: i a = ia + iah = 2I s1 sin( ω1t φ1) + 2I sin( ω t φ ) 1 sh h h h= 2k+ 1 h= 2k+ 1 (1.15) i b = ib 1 + ibh = 2I s1 sin( ω 1t φ1 12 ) + 2I sh sin( ωht φh 12 h) (1.16) h= 2k+ 1 h= 2k+ 1 i c = ic 1 + ich = 2I s1 sin( ω 1t φ1 24 ) + 2I sh sin( ωht φh 24 h) (1.17) h= 2k+ 1 h= 2k+ 1
Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 11 Αυτά τα φασικά ρεύµατα προστίθενται στον ουδέτερο κι έτσι ο ουδέτερος διαρρέεται από ρεύµα i = i + i + i (1.18) n a b c Στην περίπτωση συµµετρικών φορτίων οι µη τριπλές αρµονικές και η θεµελιώδης συχνότητα έχουν άθροισµα µηδέν. Οι τριπλές αρµονικές έχουν άθροισµα το τριπλάσιο των τιµών γραµµής. Εποµένως ο ουδέτερος διαρρέεται από ρεύµα i n = 3 = h 3(2k 1) 2I sh sin( ω t φ ) (1.19) h h Όταν το φορτίο δεν είναι συµµετρικό τότε ο ουδέτερος διαρρέεται από το ρεύµα της σχέσης (1.19) προσαυξηµένο µε το διανυσµατικό άθροισµα των ρευµάτων στη θεµελιώδη συχνότητα. Εποµένως οι τριπλές αρµονικές αυξάνουν το ρεύµα του ουδετέρου και για αυτό το λόγο επιδιώκονται µεγαλύτερες διατοµές στον ουδέτερο, όπως έχουµε και στην περίπτωση της ΕΤ-3 (πίνακας 1.2). Μάλιστα, η διατοµή το ουδετέρου µπορεί να ξεπεράσει και αυτήν της φάσης.
Κεφάλαιο 2: Η διαδικασία των µετρήσεων 17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΥΤΕΡΟ Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται αναφορά στον τρόπο µε τον οποίο έγιναν οι µετρήσεις και παρουσιάζονται αναλυτικά τα τεχνικά χαρακτηριστικά του οργάνου. 2.1 Η διαδικασία των µετρήσεων. Για να γίνει η ανάλυση της λειτουργίας του ηλεκτρικού συστήµατος της ΕΤ-3, αρχικά έγιναν µετρήσεις για να υπολογιστεί η συµπεριφορά των φορτίων. Οι µετρήσεις έγιναν στον πίνακα Χ.Τ. σε κάθε µία αναχώρηση. Τα σηµεία των µετρήσεων φαίνονται στο µονογραµµικό σχέδιο (σχήµα 2.1) µε κόκκινο χρώµα. Σχήµα 2.1
Κεφάλαιο 2: Η διαδικασία των µετρήσεων 17 Για να επιτευχθεί µία συνολική εκτίµηση της συµπεριφοράς κάθε φορτίο αποφασίστηκε οι µετρήσεις να διαρκούν τουλάχιστον 24 ώρες. Με αυτήν την τακτική τα αποτελέσµατα των µετρήσεων που θα ακολουθήσουν στα επόµενα κεφάλαια θα είναι πιο κοντά στην πραγµατικότητα καθώς θα καλύπτουν ένα ευρύτερο φάσµα χρόνου. Στον πίνακα που ακολουθεί φαίνεται η χρονική διάρκεια της µέτρησης κάθε υποπίνακα. Όνοµα υποπίνακα ΠΙΝΑΚΑΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Ηµεροµηνία έναρξης µετρήσεων Ηµεροµηνία λήξης µετρήσεων Υποπίνακας 1 2/2/24 14:45 4/2/24 15:5 Υποπίνακας 3 19/1/24 15:4 21/1/24 11:4 Υποπίνακας 4 21/1/24 12:55 23/1/24 12:45 Υποπίνακας 5 21/11/23 12:24 23/11/23 19:24 Υποπίνακας 6 24/11/23 12:21 25/1123 16:51 Υποπίνακας 7 25/11/23 18:55 27/11/23 9:3 Υποπίνακας 8 16/1/24 11:44 17/1/24 17:39 Υποπίνακας 9 29/1/24 15:37 31/1/24 12:12 Υποπίνακας 1 5/12/23 17:27 8/12/23 16:7 Υποπίνακας 13 1/12/23 1:38 2/12/23 15:38 Υποπίνακας 14 13/2/24 11:48 15/2/24 2:8 Υποπίνακας 15 16/2/24 11:36 18/2/24 11:46 Υποπίνακας 16 18/2/24 13:2 19/2/24 16:56 Υποπίνακας 18 27/11/23 11:9 28/11/23 17:24 Υποπίνακας 19 4/12/23 15:48 5/12/23 16:3 Υποπίνακας 2 2/12/23 2:21 4/12/23 13:56 Υποπίνακας 21 8/12/23 17:16 1/12/23 1:1 Ολική παροχή 2/3/24 14:34 4/3/24 13:34 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1.Πίνακας χρονικής διάρκειας µετρήσεων σε κάθε αναχώρηση (υποπίνακας) και στην ολική παροχή. 2.2 Τεχνικά χαρακτηριστικά του MICROVIP3 PLUS. Οι µετρήσεις έχουν γίνει µε τη χρήση του οργάνου MICROVIP3 PLUS. Το MICROVIP3 PLUS διαθέτει 4 εισόδους τάσης(µια για κάθε φάση και µία για τον ουδέτερο), 3 εισόδους ρεύµατος µε αµπεροτσιµπίδες. Οι αµπεροτσιµπίδες που χρησιµοποιήθηκαν ήταν των 2 Α για όλες τις αναχωρήσεις προς τα φορτία. Για την µέτρηση της ολικής παροχής του συστήµατος χρησιµοποιήθηκαν αµπεροτσιµπίδες των 1 Α. Το MICROVIP3 PLUS διαθέτει σαν εσωτερική µνήµη µια non-volatile flash memory 1Mbyte για αποθήκευση δεδοµένων σε µακρές περιόδους µελετών όπως και τη συγκράτηση κυµατοµορφών για το ρεύµα και την τάση. Έχουµε δύο επιλογές αποθήκευσης: -Την STANDARD, µε µέγιστο τις 784 εγγραφές όλων των µετρήσεων.
Κεφάλαιο 2: Η διαδικασία των µετρήσεων 17 -Την SAMPLE, µε µέγιστο τις 677 εγγραφές όλων των κυµατοµορφών ρεύµατος και τάσης. Το MICROVIP3 PLUS λειτουργεί µε τη µέθοδο της δειγµατοληψίας, δηλαδή λαµβάνει τα σήµατα εισόδου ανά τακτά χρονικά διαστήµατα. Η συχνότητα δειγµατοληψίας είναι 2,5 khz. Τα σήµατα αυτά δεν αποθηκεύονται όλα στη µνήµη του οργάνου. Τα δεδοµένα αποθηκεύονται στη µνήµη µε µια συχνότητα σαφώς µικρότερη της συχνότητας δειγµατοληψίας. Αυτή εκλέγεται µε κριτήριο το µέγεθος της µνήµης και τον απαιτούµενο αριθµό δειγµάτων για µια αξιόπιστη µέτρηση. Η συχνότητα αυτής της δειγµατοληψίας µπορεί να είναι από ένα δείγµα το λεπτό ως ένα δείγµα ανά 99 λεπτά Όλα τα δεδοµένα µπορούν να µεταφερθούν σε υπολογιστή µέσο ειδικής θήρας στο όργανο και αντίστοιχου software που το συνοδεύει. Το όργανο µετά την µεταφορά των µετρήσεων στον υπολογιστή µας προσφέρει αναλυτικό πίνακα µετρήσεων που περιλαµβάνει τα εξής µεγέθη: Ισοδύναµη τριφασική Τάση Ισοδύναµο τριφασικό Ρεύµα Συντελεστή ισχύος P.F Ενεργό ισχύ Άεργο ισχύ Φαινόµενη ισχύ Συχνότητα Κατανάλωση ενεργού ενέργειας (kwh) Κατανάλωση άεργου ενέργειας (kvαrh) Την τάση κάθε φάσης Το ρεύµα κάθε φάσης Την ενεργό ισχύ κάθε φάσης Την άεργο ισχύ κάθε φάσης Την φαινόµενη ισχύ κάθε φάσης Τον συντελεστή ισχύος ανά φάση Την παραµόρφωση της τάσης για κάθε φάση ως προς τη θεµελειώδη αρµονική της τάσης (THD V ) Την παραµόρφωση της τάσης για κάθε φάση ως προς την rms τιµή της τάσης (THD V ) Την παραµόρφωση του ρεύµατος για κάθε φάση ως προς τη θεµελειώδη τιµή του ρεύµατος (THD I ) Την παραµόρφωση της τάσης για κάθε φάση ως προς την rms τιµή του ρεύµατος (THD I ) Το MICROVIP3 PLUS κάνει ανάλυση Fourier και παρουσιάζει τις τιµές των αρµονικών έως την 23. Το software του οργάνου επιτρέπει να έχουµε και οπτική άποψη της ανάλυσης αυτής, αφού παρουσιάζει τα µετρούµενα µεγέθη σε διαγράµµατα σε συνάρτηση µε το χρόνο, όπου µπορούµε να παρατηρούµε την ποσοστιαία τιµή των αρµονικών της τάσης και του ρεύµατος κάθε χρονική στιγµή.. Επίσης το software εµφανίζει σε διαγράµµατα τη µεταβολή της τάσης κάθε φάσης και του ρεύµατος συναρτήσει του χρόνου..
Κεφάλαιο 2: Η διαδικασία των µετρήσεων 17 2.3 Τρόπος λειτουργίας του MICROVIP3 PLUS Το MICROVIP3 PLUS λειτουργεί µε σήµατα τάσης. Στη συνέχεια αυτά τα σήµατα τα επεξεργάζεται και προκύπτουν τα τελικά αποτελέσµατα. Για τη µέτρηση τιµών τάσης η µέγιστη είσοδος είναι τα 75 V rms. Το ελάχιστο µετρήσιµο σήµα είναι της τάξης του 1V. Για τη µέτρηση του ρεύµατος η είσοδος είναι και πάλι σήµατα τάσης. Στη συνέχεια ανάλογα µε το σήµα εισόδου και την αναλογία ρεύµατος προς τάση των αµπεροτσιµπίδων µετασχηµατίζεται το σήµα εισόδου στην τιµή του ρεύµατος σύµφωνα µε τη σχέση: i = r (2.1) v in όπου i είναι η τιµή του ρεύµατος r είναι ο λόγος ρεύµατος προς τάση των αµπεροτσιµπίδων v in είναι το σήµα της τάσης. Όπως προαναφέρθηκε στην παρούσα εργασία χρησιµοποιήθηκαν αµπεροτσιµπίδες των 2Α και των 1Α. Ο λόγος ρεύµατος προς τάση A είναι αντίστοιχα r = 2 1 1V και A r = 1 2 1 V. Το ελάχιστο ανιχνεύσιµο σήµα στην περίπτωση µέτρησης ρεύµατος είναι 2mV. Χρησιµοποιώντας τη σχέση 2.1 µπορεί να υπολογιστεί η ελάχιστη ένταση που µπορεί να µετρηθεί από το όργανο χωρίς να υπάρχουν σφάλµατα. Έτσι για αµπεροτσιµπίδες των 2 Α προκύπτει ελάχιστη ένταση ρεύµατος.4 Α, ενώ για αµπεροτσιµπίδες 1 Α προκύπτει ελάχιστο µετρήσιµο ρεύµα έντασης 2Α. Εφόσον γίνουν τα παραπάνω γίνεται από το όργανο µία σειρά από υπολογισµών. Για τους υπολογισµούς αυτούς γίνεται η εφαρµογή διάφορων εξισώσεων οι οποίες παρουσιάζονται παρακάτω. Μετρήσεις σε µονοφασικά κυκλώµατα. Πραγµατική rms τάση : V 1 n 2 1 N = ( v1n ) i n 1 n 1 Ενεργή ισχύς : W = ( v1n ) i ( i n 1 1) i 1 Συντελεστής ισχύος : W1 P. F. = VA 1
Κεφάλαιο 2: Η διαδικασία των µετρήσεων 17 Πραγµατικό rms ρεύµα : n 1 I1 = ( i1 ) n 1 2 i Φαινόµενη ισχύς : VA = 1 V 1N I1 n 1 Άεργος ισχύς : VAr = ( v1 N ) i ( i1 ) i+ n Στις παραπάνω σχέσεις όπου (v 1N ) i και (i 1Ν ) i είναι οι διάφορες τιµές της τάσης και του ρεύµατος που προκύπτουν από τη δειγµατοληψία του οργάνου. Επίσης όπου j είναι ο αριθµός των δειγµάτων που αντιστοιχούν σε 9 (ηλεκτρικές µοίρες). Αναφέρεται δηλαδή στο φανταστικό µέρος του ρεύµατος. 1 j Μετρήσεις σε τριφασικά κυκλώµατα. Ισοδύναµη 3φασική τάση : (αστέρας) V Σ = (V 1N + V 2N + V 3N ) / 3 (τρίγωνο) V Σ = (V 12 + V 23 + V 31 ) / 3 όπου V 12 =(V 2 23 +V 2 31 -V 23 * V 31 ) 1/2 (για 2 φάσεις) V Σ = (V 1N + V 2N ) Τριφασική άεργος ισχύ : (αστέρας) VAr Σ =(VAr 1 + VAr 2 + VAr 3 ) (τρίγωνο) VAr Σ =(VAr 1 + VAr 2 ) Ισοδύναµο 3φασικό ρεύµα : Α Σ = (VA Σ ) / (3V Σ ) (για 2 φάσεις) Α Σ = VA Σ / V Σ 3φασική ενεργή ισχύς : (αστέρας) W Σ =W 1 +W 2 +W 3 (τρίγωνο) W Σ =W 1 +W 2 3φασική φαινόµενη ισχύς : VA Σ =(W Σ +VAr Σ 2 ) 1/2
Κεφάλαιο 2: Η διαδικασία των µετρήσεων 17 Ισοδύναµος 3φασικός συντελεστή ισχύος : CosΦ Σ =W Σ / VA Σ Αρµονικές παραµορφώσεις Συνολικός συντελεστής αρµονικής παραµόρφωσης τάσης : THDF V = 24 V 2 V rms 2 k ή 24 V k 2 V 1 2 Συνολικός συντελεστής αρµονικής παραµόρφωσης ρεύµατος : THDF Ι = I I 24 2 rms 2 k ή 24 2 I k 2 I 1 όπου k είναι η τάξη των αρµονικών της τάσης ή του ρεύµατος.
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται η παρουσίαση των µετρήσεων που πραγµατοποιήθηκαν στα σηµεία που αναφέρθηκαν στο δεύτερο κεφάλαιο. Η δοµή του κεφαλαίου είναι η εξής: Για κάθε µία παροχή, συµπεριλαµβανοµένης και της ολικής παροχής του συστήµατος, παρουσιάζεται µε τη µορφή διαγραµµάτων η συµπεριφορά των φορτίων της ΕΤ-3 σε ένα φάσµα χρόνου µεγαλύτερο των 24 ωρών. Πιο αναλυτικά στα διαγράµµατα εµφανίζονται τα παρακάτω µεγέθη συναρτήσει του χρόνου. Τα ρεύµατα των τριών φάσεων και οι κυριότερες αρµονικές τους. Το ποσοστό των κυριότερων αρµονικών του ρεύµατος κάθε φάσης σε σχέση µε τη θεµελειώδη αρµονική στα 5 Hz. Η εκατοστιαία ασυµµετρία της τάσης που εµφανίζεται σε κάθε παροχή σε σχέση µε το χρόνο. Η ασυµµετρία της τάσης είναι ένα µέγεθος που προσδιορίζει τη διαφοροποίηση των φασικών τάσεων ενός τριφασικού συστήµατος. Η εκατοστιαία ασυµµετρία τάσης ορίζεται από τη σχέση: 3( Vmax Vmin ) εκατοστιαία ασυµµετρία τάσης = 1 V + V + V a b c όπου V α, V b και V c είναι οι τάσεις των τριών φάσεων. Το όριο της ασυµµετρίας της τάσης, που δίνει το standard της ΙΕΕΕ για µία σωστή λειτουργία ενός τριφασικού συστήµατος, είναι το 5%. Ο συντελεστής ισχύος (ΡF) κάθε παροχής. Στιγµιότυπο της τάσης και του ρεύµατος κάθε υποπίνακα µια τυχαία χρονική στιγµή της ηµέρας. Με όλα αυτά τα διαγράµµατα αποκτάται µια συνολική εικόνα του τρόπου λειτουργίας του ηλεκτρικού συστήµατος της ΕΤ-3 και µπορούν να εξαχθούν χρήσιµα συµπεράσµατα. 3.1 Ολική Παροχή Σε αυτήν την παράγραφο παρουσιάζονται οι µετρήσεις που έγιναν για τη συνολική παροχή του συστήµατος της ΕΤ-3.Αρχικά, παρατίθενται οι κυµατοµορφές του ρεύµατος και της τάσης µια τυχαία χρονική στιγµή. Στο σχήµα που ακολουθεί φαίνονται στιγµιότυπα της τάσης και του ρεύµατος κάθε φάσης.
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 19 Οι πραγµατικές τιµές προκύπτουν µε διαίρεση µε το 1 Σχήµα 3.1.1 Από το σχήµα 3.1.1 φαίνεται η µορφή που έχει το ρεύµα και η τάση της ολικής παροχής του συστήµατος. Τα διαγράµµατα αυτά προέρχονται από το πρόγραµµα του MICROVIP3 PLUS.Το γεγονός ότι η τάση και το ρεύµα έχουν τιµές της τάξης των kv και των ka οφείλεται στην ενίσχυση των σηµάτων εισόδου του οργάνου κατά 1, προκειµένου να επιτευχθεί µεγαλύτερη ακρίβεια στην ανάλυση των µετρήσεων που ακολουθεί. Έτσι, οι πραγµατικές τιµές της τάσης και του ρεύµατος είναι µειωµένες κατά 1 φορές αυτών που φαίνονται στο σχήµα 3.1.1.
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 2 Στη συνέχεια ακολουθεί η ανάλυση των ρευµάτων κάθε φάσης στις αντίστοιχες αρµονικές τους. Έτσι, παρουσιάζονται τα διαγράµµατα των rms τιµών των ρευµάτων κάθε φάσης µαζί µε των πιο σηµαντικών αρµονικών ανώτερης τάξης. Φάση 1 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 25 I(A) 2 15 1 5 IL1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 Σχήµα 3.1.2 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL1 I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) I15(%) 2% 1% % 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 Σχήµα 3.1.3 Στο σχήµα 3.1.3 µε µπλε χρώµα συµβολίζεται η κύρια αρµονική του ρεύµατος και οι υπόλοιπες ορίζονται ως ποσοστό αυτής. Από τα διαγράµµατα αυτά προκύπτει ότι στην πρώτη φάση της ολικής παροχής οι άρτιες αρµονικές του ρεύµατος είναι µηδέν, ενώ οι περιττές δεν ξεπερνούν το 1% της θεµελιώδους αρµονικής.
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 21 Φάση 2 Ι(Α) 25 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής ξαι των αρµονικών ανώτερης τάξης 2 15 1 IL2 I2 I3 I5 I7 I9 I11 I13 5 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 14:34 Xρόνος 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 Σχήµα 3.1.4 Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 11% Ι(%) 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL2 I2 I3 I5 I7 I9 I11 I13 2% 1% % 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 Σχήµα 3.1.5 Όπως φαίνεται και σε αυτά τα διαγράµµατα οι περιττές αρµονικές του ρεύµατος είναι µικρές. Η τρίτη αρµονική που υπερισχύει φτάνει περίπου µέχρι το 1% της κύριας αρµονικής. Αντίθετα παρουσιάζεται έντονη δεύτερη αρµονική συνιστώσα. Η τιµή της σε ορισµένα χρονικά διαστήµατα προσεγγίζει το 2% της κύριας αρµονικής συνιστώσας.
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 22 Φάση 3 25 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης Ι(Α) 2 15 1 IL3 I3 I5 I7 I9 I11 I13 5 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 Σχήµα 3.1.6 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL3 Ι3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) 2% 1% % 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 14:34 16:34 18:34 2:34 22:34 :34 2:34 4:34 6:34 8:34 1:34 12:34 Σχήµα 3.1.7 Από το διάγραµµα τρία φαίνεται και πάλι ότι και στην τρίτη φάση της ολικής παροχής το ποσοστό των αρµονικών του ρεύµατος δεν ξεπερνούν το 1 %. Επίσης, από τα διαγράµµατα 3.1.2, 3.1.4 και 3.1.6 φαίνεται ότι υπάρχει συµµετρία στο ρεύµα και των τριών φάσεων. Από τα διαγράµµατα αυτά µπορεί επίσης να παρατηρηθεί ότι η κυµατοµορφή του ρεύµατος επαναλαµβάνεται σχεδόν η ίδια µε περίοδο µιας µέρας. Στο διάγραµµα του σχήµατος 3.1.8 παρουσιάζεται η εκατοστιαία ασυµµετρία της τάσης της ολικής παροχής. Από αυτό συµπεραίνεται ότι η ασυµµετρία της
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 23 τάσης της ολικής παροχής είναι µέσα στα επιτρεπτά όρια εφόσον αυτή δεν φτάνει το 5%.Οι διακυµάνσεις που παρουσιάζονται στην κυµατοµορφή της ασυµµετρίας της τάσης οφείλονται σε θόρυβο. 3,% ΑΣΥΜΕΤΡΙΑ ΤΑΣΗΣ 2,5% 2,% 1,5% 1,%,5%,% 16:29 18:29 2:29 22:29 :29 2:29 4:29 6:29 8:29 1:29 12:29 14:29 16:29 18:29 2:29 22:29 :29 2:29 4:29 6:29 8:29 1:29 12:29 Σχήµα 3.1.8 Στη συνέχεια ακολουθείται η ίδια διαδικασία παρουσίασης της ανάλυσης λειτουργίας κάθε υποπίνακα ξεχωριστά. Οι υποπίνακες οι οποίοι δεν αναφέρονται είναι ανενεργοί. 3.2 Υποπίνακας 1 Ο υποπίνακας 1 εξυπηρετεί φορτία κλιµατισµού, τη ροή του κεντρικού ελέγχου 2 όπως και οπτικές ίνες. Στη συνέχεια παρατίθενται οι κυµατοµορφές της τάσης και του ρεύµατος σε κάποια τυχαία χρονική στιγµή.
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 24 Οι πραγµατικές τιµές προκύπτουν µε διαίρεση µε το 1 Σχήµα 3.2.1 Από το διάγραµµα των στιγµιαίων τιµών του ρεύµατος και της τάσης προκύπτει ότι η παραµόρφωση που παρατηρείται στις κυµατοµορφές είναι µικρή. Η ανάλυση του ρεύµατος στις αρµονικές του συνιστώσες που ακολουθεί θα τεκµηριώσει την παραµόρφωση που παρατηρείται στο σχήµα 3.2.1 Φάση 1
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 25 Ι(Α) Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 25 2 15 IL1 I3 I5 1 I7 5 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 Xρόνος Σχήµα 3.2.2 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 Ι(%) 11% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% IL1(%) I3(%) I5(%) I7(%) 3% 2% 1% % 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 χρόνος Σχήµα 3.2.3 Στα διαγράµµατα της πρώτης φάσης φαίνεται ότι η τρίτη και πέµπτη αρµονική παίρνουν µικρές τιµές,οι οποίες φτάνουν ως το 1% της κύριας αρµονικής. Φάση 2
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 26 Ι(Α) 25 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 2 15 1 IL2 I3 I5 I7 I9 I11 5 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 χρόν ος Σχήµα 3.2.4 Ι(%) Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 11% 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% IL2(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) 3% 2% 1% % 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 χρόνος Σχήµα 3.2.5 Από το διάγραµµα 3.2.5 προκύπτει ότι µόνο οι περιττές αρµονικές κυµαίνονται κάτω από το 1% στη µεγαλύτερη διάρκεια των µετρήσεων. Τα µεγάλα ποσοστά των περιττών αρµονικών εµφανίζονται στα χρονικά διαστήµατα όπου η κύρια αρµονική του ρεύµατος έχει σχεδόν µηδενική rms τιµή κι έτσι είναι ναι µεν σαν ποσοστά µεγάλα αλλά σαν τιµές εκφρασµένες σε amperes
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 27 είναι µικρές και οφείλονται σε θόρυβο. Γι αυτό το λόγο δεν επηρεάζουν σηµαντικά την κυµατοµορφή του ρεύµατος. Φάση 3 Ι(Α) 25 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 2 15 1 IL3 I3 I5 I7 I9 I11 5 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 χρόνος Σχήµα 3.2.6 Ι(%) Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 11% 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% IL3(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) 3% 2% 1% % 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 χρόνος Σχήµα 3.2.7 Από τα διαγράµµατα της τρίτης φάσης προκύπτει ό,τι ακριβώς και στα διαγράµµατα των άλλων δύο φάσεων, δηλαδή µικρές τιµές της τρίτης και πέµπτης αρµονικής, οι οποίες κυµαίνονται στο 1% της βασικής αρµονικής
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 28 του ρεύµατος στη µεγαλύτερη διάρκεια των µετρήσεων. Οι µεγάλες τιµές κι εδώ εµφανίζονται όταν η ενεργός τιµή της κύριας αρµονικής είναι µηδενική. Στη συνέχεια παρατίθεται το διάγραµµα της ασυµµετρίας της τάσης, στο οποίο φαίνεται ότι οι τιµές δε ξεπερνούν το όριο του 3%. 3,% ΑΣΥΜΕΤΡΙΑ ΤΑΣΗΣ 2,5% 2,% 1,5% 1,%,5%,% 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 16:45 17:45 18:45 19:45 2:45 21:45 22:45 23:45 :45 1:45 2:45 3:45 4:45 5:45 6:45 7:45 8:45 9:45 1:45 11:45 12:45 13:45 14:45 15:45 χρόνος Σχήµα 3.2.8 3.3 Υποπίνακας 3
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 29 Ο υποπίνακας 3 είναι ο υποπίνακας του πρώτου ορόφου και περιλαµβάνει γενικά φορτία και φωτισµό. Οι κυµατοµορφές της τάσης και του ρεύµατος σε µια τυχαία χρονική στιγµή δείχνονται στο σχήµα 3.3.1 Οι πραγµατικές τιµές προκύπτουν µε διαίρεση µε το 1 Σχήµα 3.3.1 Από τα παραπάνω διαγράµµατα προκύπτει ότι η κυµατοµορφή του ρεύµατος είναι παραµορφωµένη σε σχέση µε την ηµιτονοειδή µορφή. Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη αρµονικών ρεύµατος. Η ανάλυση Fourier στο ρεύµα κάθε φάσης έχει τα εξής αποτελέσµατα. Φάση 1
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 3 25 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης I(A) 2 15 1 IL1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 5 15:4 17:4 19:4 21:4 23:4 1:4 3:4 5:4 7:4 9:4 11:4 13:4 15:4 17:4 19:4 21:4 23:4 1:4 3:4 5:4 7:4 9:4 11:4 Σχήµα 3.3.2 Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 8% 6% 4% IL1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 2% % 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 12:4 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 Σχήµα 3.3.3
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 31 Από το διάγραµµα 3.3.3 προκύπτει ότι η τρίτη και η πέµπτη αρµονική του ρεύµατος σε ορισµένα διαστήµατα ξεπερνάει και το 2% της κύριας αρµονικής. Φάση 2 25 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης Ι(Α) 2 15 1 IL2 I3 I5 I9 I11 I13 I15 5 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 12:4 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 Xρόνος Σχήµα 3.3.4 Ι(%) 11% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL2 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 2% 1% % 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 12:4 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 Xρόνος Σχήµα 3.3.5
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 32 Όπως και στη φάση 1 έτσι και εδώ η τρίτη αρµονική του ρεύµατος παίρνει αρκετά µεγάλες τιµές σε σχέση µε την rms τιµή της κύριας αρµονικής µε αποτέλεσµα να παραµορφώνεται η µορφή του ρεύµατος. Φάση 3 25 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης Ι(Α) 2 15 1 IL3 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 5 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 12:4 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 Σχήµα 3.3.6 Ι(%) 11% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL3 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 2% 1% % 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 12:4 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 Σχήµα 3.3.7
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 33 Σε αυτή τη φάση όπως προκύπτει από το διάγραµµα του σχήµατος 3.3.7 εκτός από την τρίτη και την πέµπτη αρµονική και η δέκατη τρίτη αρµονική του ρεύµατος παίρνει σηµαντικές τιµές ξεπερνώντας σε ορισµένα σηµεία το 2% της θεµελιώδους αρµονικής. Με την ανάλυση του ρεύµατος στις αρµονικές του συνιστώσες προηγήθηκε δικαιολογείται η παραµόρφωση της κυµατοµορφής του ρεύµατος και η απόκλισή της από την ηµιτονοειδή µορφή, όπως φαίνεται στο σχήµα 3.3.1. Στο διάγραµµα που ακολουθεί φαίνεται η ασυµµετρία της τάσης που παρουσιάζει ο υποπίνακας 3. 3,% AΣΥΜΕΤΡΙΑ ΤΑΣΗΣ (%) 2,5% 2,% 1,5% 1,%,5%,% 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 12:4 15:4 18:4 21:4 :4 3:4 6:4 9:4 Σχήµα 3.3.8 Όπως φαίνεται η ασυµµετρία της τάσης είναι κάτω από τα όρια της ΙΕΕΕ αφού δεν ξεπερνάει το 3%..
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 34 3.4 Υποπίνακας 4 O υποπίνακας µε αριθµό 4 εξυπηρετεί τα γενικά φορτία του ηµικυκλικού της ΕΤ-3. Αυτά αποτελούνται από ηλεκτρονικούς υπολογιστές, κλιµατιστικά και φωτισµό. Οι µορφές των ρευµάτων και των τάσεων κάθε φάσης παρουσιάζονται στο σχήµα 3.4.1. Οι πραγµατικές τιµές προκύπτουν µε διαίρεση µε το 1 Σχήµα 3.4.1 Όπως φαίνεται στο σχήµα η κυµατοµορφή της τάσης είναι σχεδόν καθαρό ηµίτονο. Αντιθέτως, οι κυµατοµορφές των ρευµάτων παρουσιάζουν αρκετές
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 35 παραµορφώσεις, πράγµα που συνεπάγεται ύπαρξη αρµονικών ανώτερης τάξης. Το γεγονός αυτό θα φανεί και µε την ανάλυση που ακολουθεί. Φάση 1 Στο σχήµα 3.4.1 φαίνονται η ενεργές τιµές της κύριας αρµονικής του ρεύµατος και των αρµονικών ανώτερης τάξης. Οι τιµές αυτές παρουσιάζονται και εκφρασµένες ως ποσοστό της θεµελιώδους (κύριας) αρµονικής συνιστώσας του ρεύµατος (σχήµα 3.4.3). 3 Ι(Α) Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 25 2 15 1 IL1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 5 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 Σχήµα 3.4.2 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL1(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) I15(%) 2% 1% % 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 Xρόνος Σχήµα 3.4.3
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 36 Από το σχήµα 3.4.3 προκύπτει ότι οι περιττές αρµονικές του ρεύµατος κυµαίνονται περίπου στο 1% της κύριας αρµονικής. Επιπλέον, οι αρµονικές που υπερισχύουν είναι η τρίτη, η πέµπτη και η δέκατη τρίτη. Οι διακυµάνσεις στις κυµατοµορφές που φαίνονται στο σχήµα 3.4.3 οφείλονται σε θόρυβο του οργάνου κατά τη διάρκεια των µετρήσεων. Φάση 2 3 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης Ι(Α) 25 2 15 1 IL2 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 I17 5 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 Σχήµα 3.4.4 11% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. Ι(%) 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL2(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) I15(%) I17(%) 2% 1% % 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 Σχήµα 3.4.5
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 37 Από τα παραπάνω διαγράµµατα προκύπτει ότι και στη δεύτερη φάση οι αρµονικές ανώτερης τάξης, και κυρίως η τρίτη, η πέµπτη, η έβδοµη και η ένατη αρµονική συνιστώσα του ρεύµατος έχουν τιµές πάνω από το 1% της βασικής αρµονικής, προκαλώντας έτσι την παραµόρφωση της κυµατοµορφής του ρεύµατος της δεύτερης φάσης. Φάση 3 Ι(Α) 3 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 25 2 15 1 IL3 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 I17 5 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 Σχήµα 3.4.6 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL3(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) I15(%) I17(%) 2% 1% % 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 Σχήµα 3.4.7
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 38 Στα παραπάνω σχήµατα φαίνονται οι ενεργές τιµές των αρµονικών του ρεύµατος, καθώς και το ποσοστό τους σε σχέση µε την αρµονική συνιστώσα του ρεύµατος στα 5Hz. Προκύπτει λοιπόν ότι στην τρίτη φάση του υποπίνακα 3 το ρεύµα αποτελείται και από περιττές αρµονικές ανώτερης τάξης µερικές εκ των οποίων ξεπερνούν το 2% της βασικής αρµονικής. Έτσι οι κυµατοµορφή του στιγµιαίου ρεύµατος έχει τη µορφή του σχήµατος 3.4.1, η οποία είναι σαφώς διαφοροποιηµένη από τη µορφή του ηµιτόνου. Από τις µετρήσεις που έγιναν προκύπτει, τέλος, ότι η ασυµµετρία της τάσης του υποπίνακα 4 είναι πολύ µικρή, καθώς δεν ξεπερνά το 2% (σχήµα 3.4.8). 3,% ΑΣΥΜΕΤΡΙΑ ΤΑΣΗΣ (%) 2,5% 2,% 1,5% 1,%,5%,% 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 12:55 15:55 18:55 21:55 :55 3:55 6:55 9:55 Σχήµα 3.4.8
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 39 3.5 Υποπίνακας 5 Ο υποπίνακας 5 είναι ο υποπίνακας του υποσταθµού. Τα φορτία του αποτελούνται από κλιµατιστικά σώµατα, φωτιστικά σώµατα και λάµπες φθορισµού. Στο σχήµα 3.5.1 αποτυπώνεται ένα στιγµιότυπο της κυµατοµορφής του ρεύµατος και της τάσης µια τυχαία χρονική στιγµή. Οι πραγµατικές τιµές προκύπτουν µε διαίρεση µε το 1 Σχήµα 3.5.1 Από το σχήµα προκύπτει ότι η κυµατοµορφή του ρεύµατος της πρώτης φάσης είναι ηµιτονοειδής, ενώ οι κυµατοµορφές του ρεύµατος των άλλων φάσεων έχουν κάποια παραµόρφωση. Έτσι, από την ανάλυση Fourier που
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 4 ακολουθεί αναµένεται να βρεθούν αρµονικές ρεύµατος σε µεγάλο ποσοστό για τις φάσεις 2 και 3. Φάση 1 14 Ι(Α) Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 12 1 8 6 IL1 I3 I5 I7 4 2 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 Xρόνος 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 Σχήµα 3.5.2 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% IL1 I3(%) I5(%) I7(%) 3% 2% 1% % 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 Σχήµα 3.5.3 Από τα παραπάνω σχήµατα φαίνεται ότι στη φάση 1 του υποπίνακα 5 οι αρµονικές ανώτερης τάξης που εµφανίζονται στο ρεύµα είναι πολύ µικρές µε
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 41 αποτέλεσµα να µην προκαλούν παραµόρφωση στην κυµατοµορφή του ρεύµατος (σχήµα 3.5.1). Φάση 2 Ι(Α) 14 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 12 1 8 6 IL1 I2 I3 I5 I7 4 2 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 Σχήµα 3.5.4 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% ΙL2 I2 I3 I5 I7 3% 2% 1% % 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 Σχήµα 3.5.5
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 42 Από τα παραπάνω σχήµατα φαίνεται ότι στη φάση 2 του υποπίνακα 5 η τρίτη και η πέµπτη αρµονική του ρεύµατος παίρνουν σηµαντικές τιµές προκαλώντας έτσι την παραµόρφωση που φαίνεται και στο σχήµα 3.5.1. Ένα αξιοσηµείωτο γεγονός είναι ότι σε αυτή τη φάση εµφανίζεται και ζυγή (η δεύτερη) αρµονική του ρεύµατος σε ποσοστό περίπου στο 1% της βασικής συνιστώσας του ρεύµατος. Φάση 3 14 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης Ι(Α) 12 1 8 6 4 IL3 I3 I5 I7 I9 I11 I13 2 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 Σχήµα 3.5.6 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αν αλογία των αρµον ικών σε σχέση µε την κύρια αρµον ική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% ΙL3 I3 I5 I7 I9 I11 I13 3% 2% 1% % 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 Σχήµα 3.5.7
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 43 Όπως φάνηκε και στο σχήµα 3.5.1 η κυµατοµορφή του ρεύµατος της τρίτης φάσης είναι αρκετά παραµορφωµένη. Αυτό οφείλεται στην εµφάνιση µεγάλων τιµών των αρµονικών του ρεύµατος (σχήµα 3.5.7). Το ποσοστό των περιττών αρµονικών κυµαίνονται περίπου στο 2% για το µεγαλύτερο χρονικό διάστηµα. Οι σηµαντικότερες από αυτές τις αρµονικές είναι η τρίτη, η πέµπτη, η έβδοµη και η δέκατη τρίτη. Η εκατοστιαία ασυµµετρία της τάσης του υποπίνακα 5 κυµαίνεται µέχρι το 1% (σχήµα 3.5.8). 3,% ΑΣΣΥΜΕΤΡΙΑ ΤΑΣΗΣ 2,5% 2,% 1,5% 1,%,5%,% 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 12:24 14:24 16:24 18:24 2:24 22:24 :24 2:24 4:24 6:24 8:24 1:24 Σχήµα 3.5.8
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 44 3.6 Υποπίνακας 6 O υποπίνακας 6 εξυπηρετεί τα γενικά φορτία του διαδρόµου και του ισογείου της ΕΤ-3. Από τις µετρήσεις που έγιναν στη συγκεκριµένη αναχώρηση προέκυψε ότι το ρεύµα και η τάση έχουν την µορφή που φαίνεται στο παρακάτω σχήµα. Οι πραγµατικές τιµές προκύπτουν µε διαίρεση µε το 1 Σχήµα 3.6.1
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 45 Από αυτό το σχήµα προκύπτει οπτικά ότι λόγω της παραµόρφωσης της κυµατοµορφής του ρεύµατος θα πρέπει να υπάρχουν αρµονικές ανώτερης τάξης. Το γεγονός αυτό θα αποδειχθεί και µε την ανάλυση και τα διαγράµµατα που ακολουθούν. Φάση 1 16 Ι(Α) 14 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 12 1 8 6 IL1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 4 2 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 Xρόνος Σχήµα 3.6.2 11% Ι(%) 1% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL1(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) 2% 1% % 12:55 15:25 17:55 2:25 22:55 1:25 3:55 6:25 8:55 11:25 13:55 16:25 18:55 21:25 23:55 2:25 4:55 7:25 9:55 12:25 Σχήµα 3.6.3 Από τα παραπάνω διαγράµµατα φαίνεται ότι οι περιττές αρµονικές συνιστώσες του ρεύµατος, µε κυριότερες την τρίτη, την πέµπτη και τη δέκατη
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 46 τρίτη, έχουν τιµές που φτάνουν και ξεπερνούν σε ορισµένα διαστήµατα το 2% της βασικής αρµονικής. Φάση 2 16 Ι(Α) Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης 14 12 1 8 6 IL2 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 4 2 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 Σχήµα 3.6.4 Ι(%) 11% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL2(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) I15(%) 2% 1% % 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 Σχήµα 3.6.5
Κεφάλαιο 3: Αποτελέσµατα των µετρήσεων 47 Όπως φαίνεται και στο σχήµα 3.6.5 οι αρµονικές του ρεύµατος παίρνουν σηµαντικές τιµές και οδηγούν στην παραµόρφωση της κυµατοµορφής του ρεύµατος. Η τρίτη, η πέµπτη και η δέκατη τρίτη αρµονική είναι η πιο σηµαντικές στη φάση αυτή. Φάση 3 16 Μέγεθος της rms τιµής του ρεύµατος της κύριας αρµονικής και των αρµονικών ανώτερης τάξης Ι(Α) 14 12 1 8 6 IL3 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 4 2 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 Σχήµα 3.6.6 Ι(%) 11% Ποσοστιαία αναλογία των αρµονικών σε σχέση µε την κύρια αρµονική του ρεύµατος. 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% IL3(%) I3(%) I5(%) I7(%) I9(%) I11(%) I13(%) I15(%) 2% 1% % 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 12:55 13:55 14:55 15:55 16:55 17:55 18:55 19:55 2:55 21:55 22:55 23:55 :55 1:55 2:55 3:55 4:55 5:55 6:55 7:55 8:55 9:55 1:55 11:55 Σχήµα 3.6.7 Από το διάγραµµα 3.6.7 συµπεραίνεται ότι η αρµονική παραµόρφωση είναι αρκετά σηµαντική και στην τρίτη φάση.