05 naponske prilike i kvaliteta elektricne energije
DESCRIPTION
vvTRANSCRIPT
-
RAZDJELNE MREE I DISTRIBUIRANA PROIZVODNJA
Odravanje naponskih prilika u razdjelnim mreama
-
Kvaliteta opskrbe elektrinom energijom
Idealno, sinusoidalni valni oblik stalne magnitude i frekvencije
Kvaliteta elektrine energije je pojam koji oznaava koliko je stvaran valni oblik blizu idealnom
Visok stupanj kvalitete elektrine energije -> siguran i uinkovit pogon troila
Nizak stupanj kvalitete elektrine energije -> smanjenje ivotnog vijeka troila, sniena uinkovitost pogona
-
Kvaliteta opskrbe elektrinom energijom
Posljedice loe kvalitete elektrine energije: neoekivani ispad napajanja (okidanje prekidaa,
osiguraa) Kvar opreme Pregrijavanje transformatora i motora koje smanjuje
ivotni vijek opremeOteenje osjetljive opreme (osobna raunala,
proizvodni procesi i sl.) Poveani gubici u sustavu Potrebno predimenzionirati elemente mree Poveane emisije CO2
-
Harmonika distorzija
THD Total Harmonic Distorsion
Udio viih harmonika naruava sinusoidu
-
Flickeri (treperenje)
Definicija prema IEC: Impression of unsteadiness of visual sensation induced by a light stimulus whose luminance or spectral distribution fluctuates with time
Promjene napona uzrokuje promjenu svjetline arulja, ime nastaje vizualni poremeaj zvan flicker
-
Flickeri
Pst = 1 -> flickeri smetaju 50% ispitanika
-
Kvaliteta opskrbe elektrinom energijom
trite elektrinom energijom zahtjeva da se kvaliteta elektrine energije (eng. powerquality) promatra kao kvaliteta usluge (eng. quality of service) odnosno kao kvaliteta opskrbe elektrinom energijom (eng. qualityof electricity supply)
-
Komponente kvalitete opskrbe elektrinom energijom
stalnost isporuke (SAIDI i SAIFI)
kvaliteta napona
zbrojtrajanjasvihprekida
ukupnibrojkupaca
ukupnibrojsvihprekida
ukupnibrojkupaca
-
Preporuke,norme,standardi
EN 50160 Kvaliteta napona u razdjelnim (distribucijskim) mreama u normalnom pogonu.
IEC 61000-3-2 Preporuka IEC 61000-3-2 daje doputene emisije strujnih harmonika za optereenja od In16 A po fazi koji se prikljuuju na niskonaponsku razdjelnu elektroenergetsku mreu
IEC 61000-3-4 Ova preporuka slui distributeru da procijeni troila to se tie emisije viih harmonika, te da
odlui da li su troila prikladna za prikljuak na elektroenergetsku mreu, gledano s aspektaharmonikog izoblienja. Preporuka daje doputene emisije strujnih harmonika za teretenazivnih struja veih od 16 A, koji se prikljuuju na niskonaponsku razdjelnu elektroenergetskumreu.
IEC 61000-3-6 Preporuka IEC 61000-3-6 daje principe kojima se treba voditi prilikom odreivanja uvjeta
prikljuenja kupca s velikim teretima koji bi mogli izazvati harmonika i meuharmonikaizoblienja u srednje i visokonaponskoj elektroenergetskoj mrei na koju se prikljuuju.
IEEE 519 Preporuka IEEE 519 (Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric
Power Systems) je ameriki standard po pitanju viih harmonika i kvalitete elektrine energijeopenito na svim naponskim razinama, od niskog napona pa sve do napona veih od 161 kV
-
EN 50160
Preporuka EN 50160 promatra kvalitetu napona uelektrodistribucijskim mreama u sluaju normalnog pogonskogstanja. Ona ne vrijedi za vrijeme kvarova u sustavu ili kad seprovode mjere privremene opskrbe.
Preporuka daje kvantitativne odlike kvalitete napona. Svrha jojje opisati i utvrditi obiljeja distribucijskog napona. Parametri kojipo EN 50160 karakteriziraju kvalitetu napona su: mrena frekvencija, veliina opskrbnog napona, jakost treperenja (flikeri), propadi napona, prekidi napona, kratkotrajni prenaponi, nesimetrija napona, naponi viih harmonika i naponi meuharmonika.
-
dozvoljeni pad napona u redovnom pogonu - 5% dozvoljeni pad napona u izvanrednom pogonu - 8% zanemarujui kapacitet i induktivitet koritenjem metode
momenta optereenja postie se zadovoljavajua tonost
n
ij
njijj
ijjj
nii
sK
ssdd
KU
dPU
3701
','
,1
2,2
',1
,2Pi - optereenje u voritu i [kW]U - pogonski napon [kV]dij - duljina voda izmeu vorita i i j [m]dij - nadomjesna duljina [m]sn - tipski presjek kabela [mm2]sij - stvarni presjek voda [mm2]sij- nadomjesni presjek voda [mm2]
sij=sij za Al vodiesij=sij*57/37 za Cu vodie
Proraun pada napona(metoda momenta optereenja)
-
Zadatak 1.
-
Regulacija napona u mreama
uzduna utjee na promjenu napona po iznosu primjenjiva u zrakastim mreama (pogonski otvorenim) -
karakteristino za distribucijske mree
poprena utjee na promjenu faznog kuta napona primjenjiva u zamkastim mreama (pogonski
zatvorenim) karakteristino za prijenosne mree
-
Principi odravanja napona
dimenzioniranjem mree uteda na instalacijama ureaja za regulaciju
napona
ugradnjom ureaja za regulaciju napona uteda na investicijama u mreu uteda na gubicima u pogonu kvalitetniji pogon
-
Dimenzioniranje mree
promjena presjeka vodia promjena pogonskog napona promjena strukture mree
-
Djelovanje ureaja za regulaciju napona
na generatoru promjenom uzbude na transformatoru promjenom broja zavoja na vodu promjenom parametara voda kod troila promjenom jalove snage
-
Elementi EES-a koji utjeu na jalovu snagu
Transformatori su potroai jalove snage U praznom hodu troe jalovu snagu u iznosu oko
1% nazivne prividne snage, dok pri punom optereenju potronja jalove snage dostie i do 10% nazivne
Naime, u praznom hodu jalova snaga se koristi za magnetiziranje magnetske jezgre, dok pri optereenju nastaju gubici jalove snage na rasipnim induktivitetima transformatora
-
Elementi EES-a koji utjeu na jalovu snagu
Vodovi i kabeli posjeduju znaajne vlastite kapacitete i induktivitete, tako da i oni troe ili proizvode jalovu snagu
Pri odreenom optereenju voda pri stalnom naponu, proizvodnja i potronja jalove snage samog voda bit e jednake, tako da on nee niti troiti niti davati jalovu snagu
Ta snaga optereenja zove se prirodna snaga voda
-
Regulacija jalove snage
Ureaji koji se ugrauju u elektroenergetski sustav sa svrhom regulacije jalove snage su:
sinkroni kompenzatori, kondenzatorske baterije, prigunice, statiki VAR kompenzatori i FACTS ureaji.
-
Regulacija napona na transformatoru
regulacijski transformator promjenjivi prijenosni omjer regulacija napona regulacijskim transformatorom2 izvedbe
s premjetaem (engl. off-circuit tap changer ili no-load tap changer)
s regulacijskom sklopkom (engl. on-load tapchanger skraeno OLTC)
-
Regulacijska sklopka
regulacija napona pod optereenjem promjena prijenosnog omjera - napona promjena tokova snaga i bolja iskoristivost vaan dio opreme (96% transformatora iznad
10 MVA u Njemakoj posjeduje OLTC)
-
Regulacijska sklopka
neprekinut tok struje tereta teretna preklopka
prijelaz sa jednog na drugi otcjepsmanjenje struje prijelaznim otporom
birabiranje poloaja bez prekida struje
2 izvedbe: teretna preklopka-bira teretni bira
-
Princip rada teretne preklopke
-
Upravljanje regulacijskim sklopkama
runo elektromotorni pogonautomatski regulatori naponaelektromehanikipoluvodiki naponski relejidigitalni
odravanje podeenog izlaznog napona vrijeme zatezanja, postavljanje granica
-
Digitalni regulatori napona
Postavke granica napona regulatora napona
-
problem prijenosa jalove energije u ees-u zbog troila koja rade s malim faktoromsnage
poveani pad napona, poveani gubici snage, poveano dimenzioniranje vodia, poveaniiznosi izdvajanja za jalovu energiju
Kompenzacija jalove energije-uvod
-
utjecaj faznog pomaka izmeu struje i napona navrijednosti snage u krugu izmjenine struje najlake jerazmatrati na grafikom prikazu trenutnih vrijednostisnaga u toku jedne periode
vremenski dijagram snage za strujni krugs radnim otporom - struja i napon su u fazi(cos =1)
trenutne snage su pozitivnog iznosa u intervalu vrijednosti [0,Pmax], gdje je P srednja vrijednost snage u toku jedneperiode
snaga preuzeta iz mree sva se pretvarau koristan rad - korisna ili radna snaga
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (2)
-
vremenski dijagram snage zastrujni krug koji posjedujesamo induktivitet (struja kasniza naponom za 90o)
vremenski dijagram snage zastrujni krug koji posjedujesamo kapacitet (strujaprethodi naponu za 90o)
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (3)
-
1. u oba prethodna sluaja cos =02. trenutne vrijednosti snaga kreu se izmeu +/- Smax3. troilo u intervalima pozitivnog predznaka snage uzima
energiju iz mree i energija se pretvara u energijumagnetskog polja
4. u intervalima negativnog predznaka snage, energija se vraa u mreu
5. srednja snaga tijekom jedne periode je nula (0)6. snaga oscilira unutar kruga generator-troilo i ne vri
koristan rad - jalova ili reaktivna snaga
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (4)
-
vremenski dijagram snage zastrujni krug koji osim induktivitetaposjeduje i radni otpor
trenutne vrijednosti snage imaju pozitivne i negativne vrijednosti s tim da su intervali pozitivne snage vei od intervala negativnesnage - postoji radna komponenta snage koja je uvijek pozitivna
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (5)
-
intervali negativne snage su vei kod veeg faznogpomaka izmeu struje i napona
troilo u takvim sluajevima iz mree uzima veu snagunego to je potrebna za vrenje korisnog rada - izmree se uzima jalova snaga
ukupna snaga koju troilo uzima iz mree zove se prividna snaga
trokut snaga
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (6)
-
odnos izmeu radne i prividne snage naziva se faktorsnage - cos - to je vei uz odreeni iznos radnesnage prenosi se manji iznos jalove snage
radna snaga
SPcos
jalova snaga
coscos IUSP
sinsin IUSQ
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (7)
-
snaga nesinusoidalnih veliinaako se frekvencija strujerazlikuje od frekvencijenapona
prikazano je meusobnodjelovanje osnovnog valanapona u1 i treeg harmonikastruje i3
radna snaga za vrijeme jedneperiode jednaka je nuli
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (8)
-
uz pretpostavku nesinusoidalne veliine struje, to je u realnim mreama gotovo uvijek ostvareno, za radnusnagu vrijedi odnos:
11 cos IUPI1 je efektivna struja osnovnog
harmonika1 je fazni pomak izmeu
napona U i struje I1
prividna (S1) i jalova snaga (Q1) takoer su definiraneza osnovni harmonik
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (9)
-
zbog svoenja rauna na sinusoidalne veliine osnovnogharmonika uvodi se nadomjesni faktor:
1cos gSP cos 1 je faktor snage osnovnog
harmonika
g je faktor koji predstavlja udio osnovnog harmonika u nesinusoidalnoj struji
...2322
21
1
IIIIg
Kompenzacija jalove energijeosnovni pojmovi (10)
-
osim prikljuenih troila jalovu energiju troe i pojedinielementi ees-a - transformatori i vodovi
nadomjesna shema transformatora
Kompenzacija jalove energijetransformator (1)
-
22
22
2
n
Cuk
n
Cu
n
nT S
PujUP
SUZ
2
020n
Fe
n
Fe
n
n
SPij
SP
USY
Kompenzacija jalove energijetransformator (2)
-
u svrhu promatranja potrebe za kompenzacijom dovoljno je tonoraunati samo s reaktancijama odnosno admitancijamatransformatora, pa je tada ukupna jalova snaga transformatora
tnq XjIYjUQQQ 2020 kn umijSQ 20
nn SS
IIm
transformator u praznom hodu troi relativno malo jalove snageQ0, a pri optereenju potroak jalove snage Qq raste s kvadratomstruje optereenja
Kompenzacija jalove energijetransformator (3)
-
gubici jalove snage se u vodu promatraju preko gubitakau uzdunoj grani (strujno ovisni) i gubitaka u poprenojgrani (naponsko ovisni)
Kompenzacija jalove energijevodovi (1)
-
za poprenu granu vrijedi:
CULIjQQQ nPU 223
LIjQU 23za uzdunu granu vrijedi:
ukupna jalova snaga voda iznosi:
CjUQ nP 2
Kompenzacija jalove energijevodovi (2)
-
posljedice tokova jalovih snaga kroz elementemree mogu se opisati:
1. dodatnim padovima napona2. poveanim gubicima3. nunou dimenzioniranja elemenata mree
za poveanu prividnu snagu
Kompenzacija jalove energijetokovi jalovih snaga
-
Kompenzacija jalove energijeprincipi kompenzacije
s obzirom na mjesto ugradnje izvora jalove energijekompenzacija moe biti izvedena kao:pojedinana kompenzacija,grupna kompenzacija i centralna kompenzacija
-
koristi se kod troila vee ili velike snages veim brojem pogonskih sati (motoricrpki ili kompresora, transformatori, indukcione pei,...)
1. zahtjeva veu snagu kondenzatora, jer se oni dimenzioniraju s obzirom na punu snagu troila koje se kompenzira,
2. izostaju ureaji za iskljuivanje,3. izostaje prijenos jalove snage, jer se troi na mjestu proizvodnje,4. nije potreban ureaj za regulaciju kompenzacije
Kompenzacija jalove energijepojedinana kompenzacija
-
grupa troila se kompenzira zajednikim kompenzatorom ili grupom kondenzatora
pogodna za grupe manjih motora
zahtjeva manju snagu kond. nego pojedinana komp. mrea je djelomino rastereena prijenosom jalove snage potrebni ureaji za ukljuivanje kondenzatora
Kompenzacija jalove energijegrupna kompenzacija
-
industrijsko postrojenje ili vei broj troila koji se napajaju iz jedne TS kompenziraju se iz jednog, centralnog mjesta
potrebna najmanja ukupna snaga kondenzatora djelomino rastereena mrea potrebni ureaji za ukljuivanje potrebni ureaji za automatsku kompenzaciju jalove snage
Kompenzacija jalove energijecentralna kompenzacija
-
s obzirom na nain spajanja dodatnih izvora jalove energije danas se u praksi susreu:
paralelna kompenzacija
serijska kompenzacija kombinirana kompenzacija
efekti koji se postiu kompenzacijom1. kompenzacijski efekt koji se sastoji u popravku faktora
snage i smanjenju gubitaka elektrine energije,2. regulacijski efekt koji se sastoji u smanjenju pada napona3. poveanje propusne moi vodova
Kompenzacija jalove energijenain spajanja
-
snaga ureaja za kompenzaciju: CUQc 22potrebna snaga kondenzatora se odreuje na bazi srednjesnage u promatranom razdoblju:
k
rsr t
WP Wr - radna energija unutar vremena Ttk - broj sati koji ureaj za komp. korisno djeluje
Kompenzacija jalove energijeparalelna kompenzacija (1)
-
potrebna snaga ureaja za kompenzaciju tada iznosi:
kVA ' tgtgPQ src
r
j
WW
tg prosjeni faktor snage definiran je kao:
Kompenzacija jalove energijeparalelna kompenzacija (2)
-
gubitak snage prije kompenzacije odreen je izrazom:
RU
QPPg 22
22
dok nakon kompenzacijeiznosi:
RU
QQPP cg 22
22'
razlika je gubitaka: kW 2 22
' RU
QQQPPP ccggg
Kompenzacija jalove energijeparalelna kompenzacija (3)
-
pad napona prije kompenzacije odreen je izrazom:
XIIRU j
dok nakon kompenzacije iznosi: XIIIRU cj 'razlika je:
CXUXIUUu c '
Kompenzacija jalove energijeparalelna kompenzacija (4)
-
Kompenzacija jalove energijeserijska kompenzacija (1)
-
CIjUc
ukupna struja tereta I tee kroz kondenzator i stvarapad napona
pri emu je gubitak snage na kondenzatoru:
CIjQc
2
Kompenzacija jalove energijeserijska kompenzacija (2)
-
2UQXPRXIRIUU Ljru
ukupni pad napona prije kompenzacije iznosi:
dok je nakon kompenzacije:
2
'U
XXQPRXXIRIU cLCLjr
odnosno dobitak je:
CCj XUQXIUUu
2
' 22 U
XtgPcU
XQcu LL ako se uzme c=Xc/XL
stupanj serijske kompenzacije odreen je dozvoljenim ili eljenimpadom napona
Kompenzacija jalove energijeserijska kompenzacija (3)
-
XQRPUtgPPRR
UUtgPPR
UQPPg
222
1
222
22
21
222
22
22
22
22
2
gubitak snage prije kompenzacije jednak je:
uz zanemarenje U2 i uzimajui da je U1/U2=1 nakonkompenzacije gubici iznose
nakon sreivanja razlika gubitaka iznosi:
cXQRPUtgPPRR
UUtgPPPg
12 222
1
222
22
21
222
22
2
222
' 2PQ
URQPPP Cggg uz 2
2
22
222
2 i UQPI
XIQc C
Kompenzacija jalove energijeserijska kompenzacija (4)
-
Kompenzacija jalove energijeserijska kompenzacija (5)
iz prethodnih jednadbi vidljivo je da efekt smanjenjagubitaka nije konstantan, ve se smanjuje poveanjemfaktora snage
kompenzacijski efekt poboljanja faktora snage ne dobiva se kao kod paralelne kompenzacije na raunsmanjenja jalove komponente struje, ve na raunpoboljanja naponskih prilika, odnosno smanjenjauzdune reaktancije voda
-
tangens kuta prije kompenzacije:
2
22
2
'2' 1
PXcIQ
PQtg tangens kuta nakon kompenzacije:
2
22
2 PXIQ
PQtg
to uz pretpostavku da je RL=0 uz Cmax=12
2max
'
PQtg
maksimalni faktor snage koji se moe postii serijskomkompenzacijom jednak je faktoru snage potroaa, toje u ees-u gdje se jalova snaga naplauje velikinedostatak ser. kompenzacije
Kompenzacija jalove energijeserijska kompenzacija (6)
-
ureaji za kompenzaciju su:
1. sinkroni motori (regulacija uzbudom istosmjerne struje)2. sinkroni kompenzatori3. kondenzatori
Kompenzacija jalove energijeureaji za kompenzaciju
-
razlikujemo dva sluaja: kompenzacija iz tehnikih razloga kompenzacija iz ekonomskih razloga
dozvoljena potronja jalove energije unutar mjesec danaiznosi:
rmrmjdm WtgWW 33.095.0arccos
jcmjdmjm WWW
ostatak se jalove energije obraunski naplauje ipredstavlja jalovu snagu koju treba kompenzirati, tako da je
kcjcm tQW
Kompenzacija jalove energijeodreivanje potrebne snage kond.
-
Zadatak 2.
-
Harmonijsko izoblienje napona i struje
-
Izvori harmonika
nelinearni tereti komutacijska napajanja - SMPS (engl. Switched Mode
Power Supply) Fluorescentna rasvjeta i pripadajue elektronike
priguniceMale jedinice neprekidnog napajanja Ureaji promjenjive brzine i Velike UPS jedinice
-
Harmoniki spektar SMPS
-
Harmoniki spektar fluoroscentne rasvjete
-
Problemi uzrokovani izoblienjima
Problemi uzrokovani harmonikom strujom su: struja u nul-vodiu utjecaji na transformator nepotrebna prorada prekidaa preoptereenje baterija za popravak faktora snage skin efekt
Problemi uzrokovani harmonikim naponom: izoblienje napona problemi u radu asinkronih motora nepravilan rad elektronikih upravljaa
-
Mjere smanjenja harmonika
poveanje presjeka nul-vodia pasivni filteri serijski spoj kondenzatora i zavojnice ugraen
paralelno sustavu aktivni filteri DSP analizator energetska elektronika za proizvodnju harmonike
struje nelinearnih tereta uklanjaju vie harmonika ne mogu ui u rezonantni rad sa sustavom
-
Zadatak 1.
-
Zadatak 2.
-
Pitanja i diskusija