sabah elmasarawy power quality harmonics
TRANSCRIPT
POWER QUALITY HARMONICS
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&E د
23/3/20111
جودة التغذية الكهربائية
التوافقيات
Dr. Sabah Elmasarawy
Egyptian Technology Systems
التوافقيات HARMONICS
المعصراوي/ 23/3/2011 صباح 23/3/2011الى 22/3للفترة KEC&E د 2
وله األوجه ثالثي هو الكهرباء توليد محطات في المنتج الجهد: التالية الخواص
صافية- 1 جيبية pure sinusoidalموجة
محددة- 2 Specified Valueقيمة
ومحدد- )3 واحد / 50تردد ث /60أو ذ ث One and Fixed (ذFrequency
الطور- 4 وزاوية القيمة حيث من الثالثة األوجه جهود اتزان
Balanced 3-phases
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&E د
23/3/20113
ωt
النظام جهد موجات شكلاألوجه الثالثي
120º 120º
في التوافقيات تظهر لماذاالكهربائية؟ الشبكة
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/20114
: نوعان الشبكة في األحمال
خطيةlinear – الجهد موجة شكل نفس التيار موجة شكل فيهاالتشبع لحالة الوصول بدون الملفات المكثفات، المقاومات،
. حديدي قلب على الملفوفة حالة في
خطية شكل nonlinearغير يطابق ال التيار موجة شكل فيها – .) القوى، ) الكترونيات دوائر الموجة شكل تشوه الجهد موجة
المحتوية األجهزة الكهربائي، القوس أفران التفريغ، مصابيح. الكترونية دوائر على
لموج اتأمثلة
جيبية غير
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/20115
المشوهة الموجة تحليل
المعصراوي/ 23/3/2011 صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد23/3/2011
6
المشوهة Fourier Analysisباستخدام الموجة نمثل أن يمكن: اآلتي بمجموع
مستمرة - DCقيمة
الشبكة - تردد يساوي ترددها أساسية جيبية موجة
لتردد - الصحيحة المضاعفات يساوي ترددها جيبية موجاتالموجة عن ازاحة زاوية منها ولكل األساسية الموجة
التوافقيات. تسمى الموجات وهذه Harmonicsاألساسية
2110 (sin)(sin)
hhh thItItiti
في التوافقيات سريانالكهربائية الشبكة
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/20117
Zs Z1Z2
vp1 vLvp2vs iLh() 21 ShThhhLhLh ZZZZiv
() 21 ShThhLhhP ZZZiv
()2 ShThLhhP ZZiv
ShLhSh Ziv
() 21 ShThhhLhLh ZZZZiv
المشتركة الربط نقطةPoint of Common Coupling
PCC
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/20118
من أكثر ُت�َغ�ذي الكهربائية الشبكة في نقطة وهيمشترك
Zs Z1Z2
vp1
vL
vp2vs iLh
PCCPCCi2h
أحمال (1أخرى )
ZL1
أحمال أحمال (2أخرى )
(3أخرى )
i3h
i1h
hL
Lhh Z
vi
1
1
للتوافقيات الشبكة معاوقةNetwork Impedance for Harmonics
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/20119
112
2
llh
l
XhLhfX
LfLX
h
X
ChfX
CfCX
cch
c
1
12
1
2
11
) ومقاومة ) والكابالت الكهربائية الخطوط موصالت مقاومةالى ُتصل قد بنسبة ُتزيد المحوالت للتوافقيات% 30ملفات
األساسي للتردد .50مقارنة هرُتز
الرنين Resonance حاالت
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201110
chlh XX
LChf
ChfLhf
2
1
2
12
1
1
1
الشبكة لعناصر الحثية الممانعات مع مكثفات وجود . يكون قد والرنين رنين حالة حدوث الى يؤدي الكهربائية
قيمة على ُتأثير له مما ُتوالي رنين أو ُتوازي رنينُتعظيم الى ُتؤدي قد وبالتالي التيار أو الجهد ُتوافقيات
. الكهربائية الشبكة في التوافقيات مشكلة
للتوافقيات المولدة األحمال) الالخطية)
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201111
القدرة الكترونيات وحدات ُتستخدم التي المعداتمثل:
Converters
المميزة characteristic harmonicsالتوافقيات
أن النبضات Pحيث عدد
التوافقية hو رُتبة
هي بالمعادلتين المعطاة ونسبها التوافقيات رُتبعدم. حالة في مميزة غير ُتوافقيات وُتظهر نظرية
للثايرستور االشعال زاوية unsymmetrical firingُتماثلof thyristors ُتكون التوافقيات لنسب العملية والقيم
أمام الحثية بالممانعة وُتتأثر النظرية من أقلconverter
h
II
KKPh
h1
.......,3,2,11
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201112
h=3, 5, 7, ….
V الخط جهد
X الواحد للوجه الحثية الممانعة
Inverters
Electronic Phase Control
23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 3 1 رُتبة التوافقية
.24 .29 .35 .44 .57 .75 1 1.6 2.6 5 13.8 100 نسبتها المئوية
للـ التيار لتوافقيات نسبة TCRأقصى
hh
h
h
h
X
VIh
sinhcos
(1)2
(1sin)
(1)2
(1sin)4
Static Var Compensator
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201113
Cycloconverter
Switch Mode Power Supply )in computers, TVs,… etc.(
Pulse Width Modulated Drive
: مثل الكهربائي التفريغ أجهزة
الكهربائي القوس أفران
،الهالوجين الصوديوم، الزئبقية، مثل التفريغ مصابيحالفلورسنت Zوأيضا الهااليد،
المحوالت مثل الكهرومَغناطيسية المعدات
التوافقيات خصائص بعض
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201114
الشبكة الى الالخطية األحمال من عادة التوافقيات ُتسريالكهربائية
قيم زيادة الى يؤدي قد فيها المكثفات ووجود الشبكة شكل ) الرنين ) حاالت حدوث نتيجة ُتضخيمها Resonanceالتوافقيات
: اآلُتي الى التوافقيات وُتصنيف ُتقسيم يمكن
......(,9,6,3)3
.....,3,2,1......(,8,5,2)13
......(,7,4)13
sequencezeroKh
KsequenceveKh
sequenceveKh
السالب التتابع ذات التوافقيات مرورها ve sequence-ُتولد عندانخفاض الى يؤدي مما سالب ُتدوير عزم المحركات في
. المحرك كفاءة
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201115
22
4
2
3
2
2
2
1...
22
4
2
3
2
2
2
1...
......
......
hsmr
hsmr
IIIIII
VVVVVV
. األساسية الموجة مثل طور وزاوية قيمة لها ُتوافقية كلالقيمة على ُتأثير لها الطور وزاوية القيمة من وكل
. الكلية للموجة الفعالة القيمة بينما الكلية للموجة العظمىوللتوافقيات االساسية للموجة الفعالة القيمة على ُتعتمد
. الطور زاوية على ُتعتمد وال
األوجه ثالثية الشبكات حالة التوافقيات 4في أن نجد موصلالصفري التتابع ، zero sequence)3 ذات 6 ،9 …، ُتمر ). والتي
نقطة موصل في Zجبريا بعضها الى ُتضاف الثالثة األوجه فينقطة. موصل في يمر ما فان التوافقيات بقية بينما التعادل
لتيارات االُتجاهي الجمع عن ناُتج ُتوافقية أي من التعادل . الثالثة األوجه في التوافقية
%100......
%
%100%
1
22
4
2
3
2
2
1
V
VVVVV
V
VV
hTHD
hh
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201116
الشبكة معدات على للتوافقيات السلبية التأثيرات: المشتركين وأحمال
: رئيسية مجاالت ثالث الى تقسيمها ويمكن
:Z (أوال الحراري ) االجهاد الحرارية التأثيرات
:Z (ثانيا العزل ) اجهاد الكهربائي العزل على السلبية التأثيرات
:Z األجهزة ثالثا وبعض الحمل اضطراب
S
PPF
DPF
V
VCF
smr
peak
1
...
cos
%100......
%
%100%
1
22
4
2
3
2
2
1
I
IIIII
I
II
hTHD
hh
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201117
N
hhhc IRP
1
2
النحاسية المفاقيد
Rh التوافقية ُتردد عند المعدة hمقاومة
المفاقيد لها يضاف المحوالت حالة فيstray lossesالشاردة
الحديدية المفاقيد
. الحديدية المفاقيد في زيادة ُتسبب الجهد ُتوافقياتمفاقيد أما التردد مربع مع ُتتناسب الدوامة التيارات فمفاقيد
. التردد مع طردي فتتناسب المَغناطيسية التخلف العزل مفاقيد
أساس على التوافقيات وجود بسبب المفاقيد زيادة وُتحسب. التوافقيات مفاقيد مجموع
N
hhhd ChVP
2
2tan
في خاصة أهمية ذات العزل مفاقيد وُتعتبروالمكثفات الكابالت
التأثيرات الحرارية
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201118
العزل اجهاد: مايلي على التوافقيات بسبب العزل اجهادات تشمل
.) للجهد ) القصوى القيمة زيادة زائدة جهود
كل على ُتعتمد المشوهة الموجة في للجهد قيمة أقصىمن :
نسبة • منها كل طور وزاوية الجهد ُتوافقيات نسب. األساسي التردد لموجة
عدمه • من رنين حالة وجود
االستعادة جهد لزيادة كبير زمني transientالعابرة معدلrecovery voltage
زيادة الشبكة في التيار ُتوافقيات وجود بسبب يحدث قدdi/dt السيني االحداثي مع التيار موجة ُتقاطع نقطة عند
جهد لزيادة الزمني المعدل ارُتفاع الى يؤدي مماالعابر عن dv/dtاالستعادة الكهربائية القواطع على
العزل انهيار الى يؤدي قد والذي االعتيادي المعدل. الكهربائية الدائرة فصل في القاطع وفشل
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201119
اضطراب األحمال ُتشَغيل فشل أو فيه المرغوب وغير االعتيادي غير التشَغيل
: مثل االلكترونية األجهزةللطاقة • الحثية القياس أجهزة وخاصة القياس أجهزة
. القدرة معامل قياس وأجهزة الفعالة وغير الفعالةالقيمة • نسبة على ُتعتمد التي ُتلك وخاصة الحماية مرحالت
/ مع الجهد موجة ُتقاطع نقاط على أو التيار للجهد القصوى . قد التوافقيات فوجود السيني من يؤاالحداثي كل على ثر
. ُتتأثر قد الحثية الحماية مرحالت فان Zوأيضا العاملين هذينبين. ُتميز ال فانها االرضية الحماية مرحالت أما بالتوافقيات
الصفري التتابع األساسي zero sequenceُتيار التردد لموجة . وجود فان لذلك ومضاعفاُتها الثالثة التوافقية ُتيار وبينيؤدي قد مضاعفاُتها أو الثالثة التوافقية من عالية نسب
. األرضية الحماية مرحالت ُتشَغيل الى• : خاصة االلكترونية االجهزة من كثير االلكترونية األجهزة
موجة ُتقاطع نقاط على عملها في ُتعتمد التحكم أجهزة . ووجود الموجة شكل أو السيني االحداثي مع الجهد
. ذلك على يؤثر التوافقيات
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201120
• :) ( فوجود التليفوني التداخل االُتصاالت أنظمةيؤدي المؤرضة وخاصة الكهربائية الشبكة في التوافقيات . الجهد وهذا التلفون شبكات في محتث جهد ظهور الىعلى التشويش الى يؤدي فانه صَغره رغم المحتث
ومضاعفاُتها. الثالثة للتوافقية يكون ما وعادة االُتصاالت(zero sequence. ذلك( في الرئيسي التأثير
الكهربائية لآلالت الكهرومَغناطيسي العزم انخفاض
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201121
المرشحات: باستخدام Zثانيافعالة- 1 غير Passive filtersالمرشحات
الفعالة- 2 Active filtersالمرشحات
مرشحات: استخدام بدون طرق Zأوالحجم- 1 / ُتَغيير مكانها أو و المكثفات
الشبكة -2 ُتشَغيل عمليات في المكثفات وُتوصيل فصلالكهربائية.
الدلتا- 3 ُتوصيل
الـ- 4 في النبضات عدد converterزيادة
أعلى- 5 جهد مستوى من الخطية غير األحمال ُتَغذية
التوافقيات سريان في التحكم
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201122
* Passive Filter
* Active Filter
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201123
IEC 61000-3-2 )2005-11( Limits for Harmonic Current Emissions )Equipment input Current <= 16 A per phase(
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201124
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201125
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201126
23/3/2011المعصراوي/ صباح الى 22/3للفترة KEC&Eد
23/3/201127
Supplytype
CurrentTDH (%)
VoltageTDH (%)RSC=20
VoltageTDH (%)RSC=100
Current Waveform
6-pulserectifier
30 10 2
12-pulserectifier
10 6 1.2
IGBTSupply
Unit4 8 1.8