Kompenzacija u Mrezama

7/29/2019 Kompenzacija u Mrezama

1/7

Openito

Nastajanje viih harmonika

Mree niskog i srednjeg napona vode u sve veoj mjeri, pored struje osnovne frekvencije 50 Hz takoer istruje viih harmonika.

Sadraj viih harmonika ovisan je o vie imbenika i stoga vrlo razliit. Viim harmonicima mogu elektrinipotroai biti preoptereeni.Ometajua djelovanja uslijed viih harmonika u opskrbnoj mrei i na prikljuenim potroaima bit evlasnicima elektrinih pogona tek tada poznate, kada nastupe skupe smetnje u radu i pojavi se potreba zaveim popravcima.

Idealne struje i naponi sinusnog oblika pojavljuju se samo u mreama s linearnim potroaima.U dananjim suvremenim industrijskim mreama se uz linearne potroae sve vie ugrauju nelinearnipotroai iji preteni dio ine strujni usmjerivai.

Strujni usmjerivai trebaju induktivnu jalovu snagu i oni proizvode vie harmonike.

Kanjenje strujnog toka prema prolazu kroz nulu faznog napona, uslijed poetnog odreuje potrebu jalove snage strujnog usmjerivaa. Ona moe biti maksimalno toliko velika

kolika je nazivna snaga strujnog usmjerivaa. (Slika 1)

Uz neophodno uzimanje jalove snage predstavlja svaki strujni usmjeriva generator viih harmonika. Pritomsu generirane frekvencije viih harmonika ovisne o broju pulseva, tj. kako se esto za vrijeme jedne periodedogaa usmjeravanje (ispravljanje). Najee primjenjivani trofazni mosni spoj prema slici 2 je est-pulsni.

,

kuta strujnogusmjeriva a,

a

6Kompenzacija u mreama sprisustvom viih harmonika

0,5

1

-1 1-0.5 0 0.5

QU IdiO d

PU IdiO d

Uzimanje jalove snage 6-pulsnog strujnog usmjerivaa

P: djelatna snagaQ: jalova snagaU :idealni istosmjerni

napon praznog hodaI : istosmjerna struja

: kut upravljanja

diO

d

a

Slika 1

ERG 20 /110 6

M

Strujni usmjeriva u trofaznom mosnom spoju

Slika 2

L1 L2 L3

Id


2/7

Razloi li se dobivena opteretna struja strujnog usmjerivaa s pomou Fourierove analize, dobivaju se poredosnovnog titraja frekvencije mree, redom vii titraji. (Slika 3)

n

n

= pk1uz = f /f

f : frekvencije viegtitrajaf : frekvencija osnovnog titraja (mrena frekvencija = 50 Hz)p: broj pulsevak: prirodnibroj(1,2,3)

Struje viih titraja uzrokuju na mrenim impedancijama izobli enje mrenog napona (Slika 4)

n

n

1

1

6

0 p 2p

wtI7

I5

I

I1

Uph

j

Naelni tok strujestrujnog usmjerivaarazloen na osnovni ivie titraje

Slika 3

2wt

UMreni napon izoblien viim titrajima

Slika 4

ERG 20 0 /21 6


3/7

6

TransformatorLw

Usmjeriva

Kondenzator

In a I n

1Cw

Paralelna rezonancija

Kondenzatorskiureaj

Paralelnarezonancija

Transformator1000 kVA, u =5%k

415 V nivo

11 kV nivo

In

In

132 kV nivo

In

Kondenzatorskiureaj

Serijskarezonancija

415 V nivo

Transformator630 kVA, u =5%k

DC pogon600 kWcos = 0,65j

300 kWcos = 0,65jM

ERG 20 0 /31 6

Slika 5

Ako se u pogonima s prisustvom viih harmonika za kompenzaciju jalove snage primijene nepriguenikondenzatori moe doi do poveanih problema.

Harmonici mogu preopteretiti kondenzatore za kompenzaciju jalove snage prenaponima ipoveanim strujama na frekvencijama viih harmonika zbog smanjenja reaktancije kondenzatora naviim frekvencijama.

Mnogo kritinija situacija je kada kompenzacijski kondenzator i induktiviteti transformatora i mreeine jedan paralelni titrajni krug. Njihova impedancija poprima pri rezonantnoj frekvenciji titrajnogkruga vrlo visoku razinu. Lei li rezonantna frekvencija u blizini frekvencija, koje su uzrokovaneizvorom viih harmonika, tada e ove struje viih titraja biti narinute na visoku impedanciju titrajnogkruga. Time prouzroeni veliki pad napona ima sa svoje strane za posljedicu vrlo velike strujetitrajnog kruga koje na postrojenje mogu djelovati kao smetnja ili razaranje.

Rezonancija

Rezonancija je jedan od glavnih razloga kvarova i smanjenja uporabnog vijeka ureaja zakompenzaciju jalove snage.

Primjeri pojave paralelne i serijske rezonancije u jednom elektroenergetskom postrojenjuprikazani su na slici 5.

1

1

Slika 6


4/7

6

to se dogaa u sluaju paralelne rezonancije ?

1) I je konstantan

UZAC

DC

In

Ic IL

1) + 2) napon U (Ohmov zakon)

3) Kada U I = IC L

2) Impedancija Z

Serijska rezonancija

Serijski rezonantni krug tvori serijski spoj induktivnog otpora X i kapacitivnog otpora X spojen na izvorviih harmonika (Slika 8).

L C

Slika 7

S = izvor harmonika

S

C

L

Serijski rezonantni krugako je f = fr nX + X = Z 0L C IREZ

IREZ

Slika 8

Frekventnu karakteristiku impedancije serijskog titrajnog kruga prikazuje slika 9.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

50 100 150 200 250 300 350 350

Serijska rezonancija

Frekvencija

fr

Impedancija|Z|

Induktancija XL

Reaktancija XC

Impedancija Z

Slika 9

ERG 20 0 /41 6


5/7

6

U pogonskom sistemu s prisutnim harmonicima na primarnoj strani transformatora, transformatorzajedno s kondenzatorima na niskonaponskoj strani tvori serijski rezonantni krug za vienaponsku stranu.Ako je rezonantna frekvencija LC kombinacije blizu egzistirajue harmonike frekvencije dolazi donaponskog i strujnog preoptereenja.

Slike 10, 11 i 12 pokazuju praktine posljedice rezonancije na frekvencijama viih harmonika.

Problemi uzrokovani harmonicima

Mjere za sprjeavanje rezonancije

Rezonantna frekvencija f induktiviteta transformatora i pogonskih potroaa s kapacitetomkondenzatorskih ureaja uvijek postoji. Samo je pitanje da li e se pojaviti vii harmonik ija je frekvencijablizu rezonantne frekvencije f pa da nastanu rezonantni problemi s prije navedenim posljedicama.

Da bi se uinci rezonancije izbjegli, spaja se u seriju s kompenzacijskim kondenzatorom antirezonantnaprigunica. Serijski titrajni krug od svitka prigunice i kondenzatora ugaa se na rezonantnu frekvenciju,koja lei ispod najnieg dolazeeg vieg harmonika. Pritom se snaga prigunice odreuje u postotku (faktorpriguenja p) prema snazi kondenzatora, u odnosu na osnovni titraj. Prigueni kondenzatori nazivaju se irazgoeni filterski krugovi.

Dijagram na slici 13 prikazuje frekventnu karakteristiku impedancije razgoenog filterskog kruga (serijskogspoja prigunice i kondenzatora).

R

R

Slika 10 Slika 11 Slika 12

00

1

2

3

-1

-2

-3

100 200 300 400 500 600 700 800

Impedancija serijskog spoja prigunice i kondenzatora

Kapacitivnikarakter

Induktivnikarakter

Induktivna reaktancija

Rezonantna frekvencija fr

Frekvencija

Rea

kta

nc

ija

Oh

mKapacitivna reaktancija

Rezultantna impedancija

Slika 13

ERG 20 0 /51 6


6/7

6

Tablica pokazuje faktore priguenja uobiajene u praksi.Kao to se vidi, s rastuim razgoenjem (p vrijednost) smanjuje se usisno djelovanje a time i uinakienja mree.

Faktor priguenja Rezonantna frekvencija Usisavanje 5. harmonikap = 5,67 % 210 Hz 30 % - 50 %

p = 7 % 189 Hz 10 % - 20 %

p = 14 % 134 Hz 0

U postrojenjima gdje snaga nelinearnih potroaa iznosi preko 50 % ili kod zahtjeva za smanjenjevlastitih viih harmonika, treba rabiti ugoene filterske krugove.

Kod ugoenih filterskih krugova prigunice se dimenzioniraju tako, da zajedno s kondenzatorima ineserijske titrajne krugove. Rezonantna frekvencija jednog takvog filterskog kruga identina je s jednomod frekvencija vieg harmonika ili joj je vrlo blizu.

Prilikom instaliranja kondenzatora u svrhu korekcije faktora snage (PFC), ponekad se suoavamo sproblemom harmonika. Harmonici se moraju uzeti u obzir kada se projektira PFC sistem kako bi se sprijeilonastajanje paralelnih i serijskih rezonantnih uvjeta koji bi otetili cijeli elektrini sistem.

Kod povezivanja PFC kondenzatora, induktivitet transformatora zajedno s kondenzatorima tvori rezonantnistrujni krug koji bi mogao biti pobuen harmonikom strujom koju stvara potroa. Taj rezonantni strujnikrug uvijek ima rezonantnu frekvenciju i ukoliko postoji harmonika struja iste frekvencije, strujni krug edoi u rezonanciju gdje visoke struje prolaze granama (L: induktivitet transformatora i C: kapacitetkondenzatora) preoptereujui ih i podiui napon na njima kao i cijelom elektrinom sistemu koji jeparalelno prikljuen.

PFC neugoeno filtriranje je tehnika korekcije faktora snage kojom se izbjegava rizik rezonancije tako da sefrekvencija rezonancije prebacuje na nie vrijednosti gdje nema harmonikih struja.To se postie modificiranjem osnovnog LC strujnog kruga kojeg tvori transformator i kondenzatorski ureaj,uvoenjem filterske prigunice u seriji s kondenzatorima, tvorei tako sloeniji rezonantni strujni krug, ali srezonantnom frekvencijom niom od prvog postojeeg harmonika. Na taj nain je onemoguen nastanakpravih rezonantnih uvjeta.

Pored ovog glavnog cilja, prigunica povezana u seriju s kondenzatorima tvori serijski rezonantni strujnikrug s odreenom frekvencijom ugaanja na kojoj e ta grana otvoriti niski put impedancije za harmonikustruju te odreene frekvencije. Ukoliko odaberemo frekvenciju ugaanja blizu one koju ima jedna odharmonikih struja, jo e vie struje tog harmonika prolaziti kroz nju umjesto kroz ostale potroaepovezane u paralelu dovodei tako do efekta filtriranja.

Komponente za PFC neugoene filtere moraju biti paljivo odabrane u skladu se eljenom PFC svrhom, sharmonicima prisutnima u sistemu, s nekim karakteristikama sistema poput snage i impedancije kratkogspoja, sa eljenim uinkom filtriranja i s karakteristikama konfiguracije rezonantnog strujnog kruga.

Na primjer, napon kondenzatora e biti vii od nominalnog mrenog napona kada imaju serijski povezanuprigunicu.

Prigunice moraju biti odabrane prema induktivnoj vrijednosti potrebnoj za nastanak eljene frekvencijeugaanja kao i dovoljno velikoj sposobnosti da apsorbira oekivane harmonike struje. PFC neugoenofiltriranje je inenjerska specijalnost koja trai struno znanje kako bi se ono obavilo na zadovoljavajui isiguran nain. Na sljedeoj strani nai ete smjernice za ispravan odabir ureaja za kompenzaciju jalovesnage.

Korekcija faktora snage i harmoniki filteri

ERG 20 0 /61 6


7/7

10 najboljih savjeta za vrhunske performanse PFC-DF(ureaja za kompenzaciju jalove snage)

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11. NAJBOLJI SAVJET

Ako nemate vremena i/ili mogunosti postupanja po savjetima 1. do 10. obratite se ERG-u,koji e to uiniti za Vas.

1.

2.

3.

Odredite potrebnu efektivnu snagu (kvar) kondenzatorskog ure aja kako biste dobili eljeni PF(faktor snage cos ).

Formirajte stupnjeve kondenzatora na takav na in da osjetljivost ure aja bude oko 15-20%cjelokupne raspolo ive snage. Osjetljiviji ure aji koji reagiraju s 5-10% cjelokupne snage nisu korisni

jer bi doveli do velikog broja sklapanja, ime bi se oprema nepotrebno troila jer je njen stvarni ciljpostizanje visokog prosje nog faktora snage.

Pokuajte formirati ure aje sa standardnim vrijednostima stupnjeva efektivne snage, koji bi, pomogu nosti, bili viekratnici 25 kvar.

e u

j

Izmjerite prisustvo harmonikih struja u glavnom napojnom kabelu sistema bez kondenzatora, usvim moguim uvjetima optereenja. Izraunajte ukupnu harmoniku distorziju struje

Izraunajte svaku postojeu HD-I = 100

Izmjerite da li postoje harmoniki naponi koji bi mogli dolaziti iz mre va sistem, po mogunostiizmjerite visoko naponsku stranu.

THD-V=100

Da li postoje harmonike distorzije TDH-I> 10% ili TDH-V > 3% ? (mjereno bez kondenzatora)Ukoliko POSTOJE , koristite harmoniki filter i idite na savjet broj 7.

Da li postoji trea harmonika struja, HD-I > 0,2 HD-I ?Ukoliko POSTOJI, koristite harmoniki filter s p=14%, i preskoite savjet broj 8.Ukoliko NE POSTOJI, koristite harmomiki filter s p=7% ili 5,67% i idite na savjet broj 8.

THD-V je:3 - 7% upotrijebite harmoniki filter s p=7% (standardna apsorpcija harmonika)7 - 10 % upotrijebite harmoniki filter s p=5,67% (za veu apsorpciju harmonika)

> 10 % upotrijebite specijalno dizajnirani harmoniki filter

Odaberite ispravne komponente koristei EPCOS tabele za harmonike filtere, standardnevrijednosti efektivne snage, napon i frekvenciju svoje mree te odreeni faktor priguenja p.

Uvijek koristite originalne EPCOS-ove specijalno dizajnirane komponente za harmonike filtere.Molimo vas da uoite da su prigunice specificirane za svoju efektivnu snagu na mrenom naponu ifrekvenciji. Ova snaga e biti stvarna efektivna snaga cijelog LC sklopa na osnovnoj frekvenciji.Kondenzatori harmonikih filtera moraju se odabrati za vie nazivne napone od onog mrenog, zbogpoveanja napona koji nastaje serijskim povezivanjem s prigunicom.

THD-I=100

Izra unajte napon ukupne harmoni ke distorzije:

N

Ukoliko NE POSTOJE, koristite standardni PFC (ureaj za korekciju faktora snage) i preskoite savjete 7,8 i 9.

3 5

)

6

[(I ) +(I ) + +(I )I

3 5 N

1

2 2 2 ]

II

N

1

[(V ) +(V ) + +(V )V

3 5 N

1

2 2 2 ]

ERG 20 0 /71 6

Documents

Kompenzacija u Mrezama