plik


ÿþMarek GAAA1, Kazimierz JAGIEAA1, Roman GUAA2, Politechnika Czstochowska Instytut Modelowania i Automatyzacji Procesów P. P. (1) ENION S.A. OddziaB w Czstochowie - ZakBad Energetyczny Czstochowa (2) WpByw pracy pieców indukcyjnych na zawarto[ wy|szych harmonicznych napicia w publicznych sieciach rozdzielczych Streszczenie. W pracy zaprezentowano wyniki pomiarów zawarto[ci wy|szych harmonicznych napi w publicznej sieci nn zasilanej za po[rednictwem GPZ dostarczajcego energi do zakBadu przemysBowego, w którym zainstalowane s indukcyjne piece topielne. Dokonano analizy wpBywu pracy pieców indukcyjnych na intensywno[ odksztaBcenia napicia w sieci nn. Abstract. The work presents results of measurements of higher harmonics content in voltage in public low voltage power network fed from CSP (Central Supply Point) that delivers power to an industrial plant in which melting induction furnaces are installed. The analysis of influence of the induction furnaces operation on the voltage distortion in low voltage network is carried out. (The influence of the induction furnaces operation on the voltage distortion in low voltage network). SBowa kluczowe: jako[ energii elektrycznej, wy|sze harmoniczne napicia i prdu odbiorniki nieliniowe. Keywords: electric power quality, higher harmonics of voltage and current, nonlinear loads. 1. Wstp w sieciach elektroenergetycznych, stopieD odksztaBcenia Wy|sze harmoniczne stanowi jedno z najwcze[niej napicia w wyniku ich obecno[ci oraz metody oceny poznanych zaburzeD przewodzonych, powodujce intensywno[ci wystpowania ww. zaburzeD podlegaj odksztaBcenie przebiegów chwilowych napi i prdów, normalizacji oraz regulacjom prawnym [6,7,8,12]. mogce wykazywa decydujcy wpByw na degradacj jako[ci energii elektrycznej dostarczanej do odbiorcy. 2. Parametry opisujce stopieD odksztaBcenia napi Wspomniane zaburzenia powodowane s w zasadniczej StopieD odksztaBcenia napicia powodowany mierze prac nieliniowych odbiorników energii, których wystpowaniem wy|szych harmonicznych najcz[ciej wy|sze harmoniczne prdów powoduj wystpowanie opisywany jest w dziedzinie czstotliwo[ci (dla nieliniowych spadków napicia na impedancji sieci o harmonicznych do rzdu N = 40 lub N = 50 wBcznie) czstotliwo[ciach odpowiadajcych poszczególnym harmo- w ka|dej z faz napicia z wykorzystaniem: nicznym prdu odbiornika, co prowadzi do odksztaBcenia - wspóBczynnika caBkowitej zawarto[ci wy|szych napicia zasilajcego w wyniku powstawania wy|szych harmonicznych THD (ang. Total Harmonic Distortion): harmonicznych napi. W[ród odbiorników majcych decydujcy wpByw na intensywno[ odksztaBcenia napicia N nale|y wyró|ni: piece Bukowe [3] i indukcyjne, spawarki i "U 2 n zgrzewarki, ukBady przeksztaBtnikowe, ukBady zasilania sieci n=2 (1) THD U = Å"100% trakcyjnych [13], wyBadowcze zródBa [wiatBa [10], U1 urzdzenia elektroniczne [2] oraz ukBady napdowe [4]. Na jako[ energii elektrycznej maj równie| wpByw wBasno[ci - wzgldnej zawarto[ci poszczególnych harmonicznych urzdzeD zawierajcych rdzenie magnetyczne i kompo- w danym przebiegu odksztaBconym: nenty sieci przesyBowych oraz rozdzielczych. W szcze- gólnych przypadkach, o jako[ci energii elektrycznej mo|e Un decydowa tak|e jej wytwórca, zwBaszcza, gdy energia ta (2) un = Å"100 U1 podlega wytworzeniu w systemach rozproszonej generacji, wykorzystujcych odnawialne zródBa energii [1,16]. Obecno[ wy|szych harmonicznych napicia wywoBuje Analogiczne wspóBczynniki stanowi miar zawarto[ci dodatkowe straty mocy w urzdzeniach odbiorczych wy|szych harmonicznych w przebiegach chwilowych prdu. i rozdzielczych. W maszynach wirujcych powoduje UzupeBnienie ww. opisu stanowi okre[lenie warto[ci faz wystpowanie dodatkowych momentów harmonicznych poszczególnych harmonicznych napicia i prdu. oraz wzrost temperatury silników i dodatkowy stres dla izolacji, majcy wpByw na skrócenie czasu eksploatacji 3. Charakterystyka sieci zasilajcej urzdzeD i pogorszenie ich sprawno[ci energetycznej [1,5]. Pomiary przeprowadzono w sieci rozdzielczej na OdksztaBcenia napicia powodowane wystpowaniem poziomie SN i nn zasilanej za po[rednictwem GPZ, który wy|szych harmonicznych mog prowadzi do zakBóceD dostarcza energi do zakBadu przemysBowego w pracy urzdzeD elektronicznych, ukBadów automatyki, posiadajcego topielne piece indukcyjne, dla których urzdzeD mikroprocesorowych, teleinformatycznych oraz stosunek pobieranej mocy pozornej SPT do mocy zwarcia medycznych, których zwikszona czuBo[ na zaburzenia, SZW wyznaczonej w punkcie przyBczenia wynosi: wymaga, aby byBy one zasilane energi elektryczn o podwy|szonej jako[ci. (3) SPT SZW = 0,02 . Wzrost zawarto[ci wy|szych harmonicznych napi i prdów powoduje problemy natury metrologicznej Za po[rednictwem GPZ energia elektryczna dostarczana oraz wprowadza dodatkowe bBdy pomiarowe zwizane jest na potrzeby rozdzielni PKP oraz kilku tysicy odbiorców z rozliczeniami stron kontraktu za dostarczan energi komunalnych, którzy zasilani s za po[rednictwem ponad elektryczn [9,11,14,15]. stu stacji transformatorowych 15kV/0,4kV  rysunek 1. Ze wzgldu na istnienie negatywnych skutków obecno[ci wy|szych harmonicznych napi i prdów PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 9/2006 127 Rys. 1. Uproszczony schemat sieci elektroenergetycznej z wyszczególnionymi wzBami, w których realizowano pomiar 4. Wyniki pomiarów piece indukcyjne oraz w wybranych wzBach sieci nn W celu dokonania oceny wpBywu pracy pieców zasilajcej odbiorców komunalnych z uwzgldnieniem indukcyjnych na zawarto[ wy|szych harmonicznych tygodniowego cyklu pomiarowego przy czstotliwo[ci napicia w sieci rozdzielczej nn zasilajcej odbiorców próbkowania równej 10 kHz. Wyniki badaD zaprezentowano komunalnych zrealizowano pomiary z wykorzystaniem na rysunkach 2  6 oraz w tabeli 1 komputerowych analizatorów jako[ci energii wyposa|onych w karty pomiarowe PCI-9118DG, przetworniki napiciowe LV25-P oraz przetworniki prdowe LA55-P. Poszczególne 4,5 systemy komputerowe umo|liwiaj jednoczesn rejestracj 4,0 3,5 warto[ci chwilowych napi i prdów w szesnastu kanaBach 3,0 oraz wyznaczanie warto[ci wybranych parametrów 2,5 2,0 elektrycznych, jak równie| warto[ci wskazników jako[ci 1,5 energii elektrycznej zgodnie z obowizujcymi normami. 1,0 0,5 . 0,0 L3 400 L2 2 L1 8 Piece pracuj, L3 300 14 L2 godz. 5:30 20 L1 200 26 Szczyt wieczorny, L3 n 32 piece nie pracuj, L2 100 38 L1 godz. 20:00 Wczesne godziny ranne, 0 piece nie pracuj, godz. 4:00 -100 -200 -300 Rys. 4. Warto[ci wzgldne wy|szych harmonicznych napi -400 fazowych w sieci nn zasilajcej odbiorców komunalnych 0 4 8 12 16 20 zarejestrowane w ró|nych stanach pracy sieci. Czas [ms] Tabela. 1. Zestawienie warto[ci wskazników THD U dla napi Rys. 2. Warto[ci chwilowe napi fazowych w sieci nn zasilajcej w sieci rozdzielczej nn zasilajcej odbiorców odbiorców komunalnych zarejestrowane podczas wczesnych komunalnych oraz warto[ci ich percentyli CP.. godzin porannych; piece indukcyjne nie pracuj. Piece pracuj Piece nie pracuj Parametr THD U [%] THD U [%] 400 L1 L2 L3 Avg. L1 L2 L3 Avg. 300 200 Min. 1,00 0,90 0,80 0,90 0,90 0,90 0,70 0,83 100 Avg. 3,95 3,94 4,01 3,96 1,98 1,96 1,86 1,94 0 Max. 7,50 7,40 7,80 7,57 4,20 4,20 4,50 4,30 -100 CP05 1,40 1,36 1,40 1,39 1,10 1,00 1,00 1,03 -200 CP50 4,10 4,05 4,10 4,08 2,00 2,00 1,90 1,97 -300 CP95 6,10 6,05 6,25 6,13 2,90 2,90 2,70 2,83 -400 0 4 8 12 16 20 CP99 6,93 6,99 6,83 6,92 3,63 3,47 3,47 3,52 Czas [ms] Rys. 3. Warto[ci chwilowe napi fazowych w sieci nn zasilajcej odbiorców komunalnych zarejestrowane podczas pracy pieców indukcyjnych w zakBadzie przemysBowym. Pomiary zostaBy przeprowadzone na poziomie SN w polu odpBywowym GPZ zasilajcym zakBad posiadajcy 128 PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 9/2006 n L1 nL 2 n L3  U  U  U L1 L2 L3  U  U  U [V] L1 L2 L3  U  U  U [V] LITERATURA 15 160 1. Barlik R., Nowak M.: Jako[ energii elektrycznej  stan obecny 14 140 i perspektywy. Przegld Elektrotechniczny, Rok 81, Nr 7-8, 13 120 12 100 2005, 1-12 11 80 2. Chechelski M., WBodarczyk M., Hanzelka Z., Loziak W., 10 60 Jarocha R., StrzaBka J., Rogoz M.: Measurements of the power 9 40 8 20 quality factors at the coupling point of distribution and 7 0 transmission systems. 17th International Conference on 6 -20 Electricity Distribution, CIRED, Barcelona, 12-15 May 2003, 5 -40 4 -60 Session 2, 1- 6 3 -80 3. JagieBa K., GaBa M.: Parametry elektroenergetyczne 2 -100 charakteryzujce prac pieca Bukowego do topienia zBomu 1 -120 -140 0 stalowego, XII Midzynarodowa Konferencja Naukowo Techniczna  Produkcja i Zarzdzanie w Hutnictwie , UstroD DzieD 1 DzieD 2 DzieD 3 DzieD 4 DzieD 5 DzieD 6 DzieD Jaszowiec 2004, s. 109-112 4. JagieBa K., Rak J., KpiDski M., GaBa M.: WpByw rodzaju silników na parametry elektroenergetyczne napdu walcarki prtów miedzianych, XIV Seminarium techniczne 18-20 maja Rys. 5. Zrednie warto[ci wspóBczynników THD U wyznaczone dla 2005, Zeszyty Problemowe BOBRME-KOMEL "Maszyny napi fazowych w sieci nn zasilajcej odbiorców komunalnych z elektryczne" Nr 71, Katowice 2005, s. 70 uwzgldnieniem warto[ci skutecznej prdu IZ w polu odpBywowym 5. Ku[mierek Z.: WspóBczynnik obci|enia transformatora zakBadu przemysBowego. zasilajcego odbiorniki nieliniowe i jego pomiar. Przegld Elektrotechniczny, Rok 80, Nr 6/2004, 636-638 6,0 6. Norma PN-EN 50160 Parametry napicia zasilajcego 5,5 w publicznych sieciach rozdzielczych. 5,0 7. Norma PN-EN 61000-3-2 Kompatybilno[ elektromagnetyczna Piece pracuj 4,5 (EMC). Dopuszczalne poziomy emisji harmonicznych prdu Piece nie pracuj 4,0 (fazowy prd zasilajcy odbiornika d"16 A). 3,5 8. Norma PN-EN 61000-4-7 Kompatybilno[ elektromagnetyczna 3,0 (EMC). Metody badaD i pomiarów. Ogólny przewodnik 2,5 dotyczcy pomiarów harmonicznych i interharmonicznych oraz 2,0 stosowanych do tego celu przyrzdów pomiarowych dla sieci 1,5 zasilajcych i przyBczonych do nich urzdzeD. 1,0 9. Ogundare A. A., Kumar A.: Effects of harmonics on watt-hour 0,5 meter: computer simulation model. IEEE Proc. of the 32nd 0,0 Midwest Symp. On Circuit and Systems 1, 273, 1990 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 n 10. Radakovic Z., Topalis F. V., Kostnic M.: The voltage distortion in low-voltage networks caused by compact fluorescent lamps Rys. 6. Widmo wy|szych harmonicznych napicia un wyznaczone with electronic gear. Electric Power Systems Research, No. 73, w sieci nn zasilajcej odbiorców komunalnych wraz ze wskazanymi 2005, 129-136 warto[ciami dopuszczalnymi un dop wg. [6,12]. 11. Rozporzdzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 10 lutego 2004 r. w sprawie wymagaD metrologicznych, którym powinny 5. Uwagi i wnioski odpowiada liczniki energii elektrycznej czynnej prdu Analiza wyników przeprowadzonych pomiarów dowodzi, przemiennego, klasy dokBadno[ci 0,2; 0,5; 1 i 2. Dz. U. z 2004 r., Nr 35, poz. 315 i| praca pieców indukcyjnych zasilanych za po[rednictwem 12. Rozporzdzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 20 grudnia wspólnego GPZ wraz z odbiorcami komunalnymi ma istotny 2004 r. w sprawie szczegóBowych warunków przyBczenia wpByw na zawarto[ wy|szych harmonicznych oraz ksztaBt podmiotów do sieci elektroenergetycznych, ruchu i eksploatacji przebiegów chwilowych napicia w badanej sieci tych sieci. Dz. U. z 2005 r., Nr 2, poz. 6 rozdzielczej na poziomie nn (rys. 2  3). Podczas pracy 13. Sutherland P.E., Waclawiak M., McGranaghan M.F.: Analysis pieców indukcyjnych zarejestrowano warto[ci of Harmonics, Flicker and Unbalance of Time-Varying Single- wspóBczynnika THD U na poziomie maksymalnym Phase Traction Loads on a Three-Phase System. International wynoszcym: THD Umax = 7,8 % oraz THD UCP95 = 6,25 %, Conference on Power Systems Transients (IPST 05) in Montreal, Canada on June 19-23, 2005 Paper No. IPST05  natomiast po wyBczeniu indukcyjnych pieców topielnych 091, 1-5 okre[lono odpowiednio: THD Umax = 4,50 % oraz 14. Svensson S.: Power measurement techniques for non- THD UCP95 = 2,90 % (rys. 4  5 oraz tab. 1) przy warto[ci sinusoidal conditions. PhD thesis. Department of Electric dopuszczalnej dla danej grupy odbiorców wynoszcej: Power Engineering, Chalmers University of Technology, THD UCP95 dop = 8 % [6,12]. Göteborg Sweden, 1999 Zaobserwowano przyrost zawarto[ci wszystkich 15. Szubert K.: Pomiar mocy przy przebiegach odksztaBconych. harmonicznych o rzdach N = 2÷25 oraz przekroczenie Jako[ i U|ytkowanie Energii Elektrycznej. Tom II, Zeszyt 2, Rok 1996, 9-13 warto[ci dopuszczalnych przez harmoniczne o rzdach: 16. Larsson Å.: The Power Quality of Wind Turbines. PhD thesis. 8 10,12,14 16,18,20 22  rysunek 6, co powodowaBo Department of Electric Power Engineering, Chalmers University niewBa[ciw prac niektórych odbiorników energii of Technology, Göteborg Sweden, 2000 elektrycznej zainstalowanych u odbiorców komunalnych (m.in. sprztu komputerowego oraz urzdzeD agd wyposa|onych w ukBady automatycznego sterowania Autorzy: dr hab. in|. Kazimierz JagieBa, Politechnika o podwy|szonej wra|liwo[ci na zaburzenia napicia Czstochowska, Instytut Modelowania i Automatyzacji P. P., ul. zasilajcego). Armii Krajowej 19, 42-200 Czstochowa, E-mail: Zaleca si zastosowanie odpowiednich [rodków kazimierz.jagiela@xl.wp.plT; mgr in|. Marek GaBa, Politechnika technicznych (filtrów wy|szych harmonicznych) w celu Czstochowska, Instytut Modelowania i Automatyzacji P. P., ul. Armii Krajowej 19, 42-200 Czstochowa, E-mail: ograniczenia zawarto[ci wy|szych harmonicznych napicia m.gala@mim.pcz.czest.pl; in|. Roman GuBa, ENION S.A. OddziaB lub, co stanowiBoby rozwizanie najskuteczniejsze, w Czstochowie, RE KBobuck, ul. Wojska Polskiego 1, 42-100 zainstalowanie w GPZ dodatkowego transformatora WN/SN KBobuck, E-mail: roman.gula@czest.enion.pl zasilajcego wyBcznie zakBad przemysBowy posiadajcy indukcyjne piece topielne. PRZEGLD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 82 NR 9/2006 129 Z  I [A] L1 L2 L3 19:30 13:30 07:30 01:30 19:30 13:30 07:30 01:30 19:30 13:30  THD U  THD U  THD U [%] n L1 n L2 nL3 n dop. ? U ? U ? U - U [%]

Wyszukiwarka