KVALITET ELEKTRIČNE
ENERGIJE
dr. sc. Tatjana Konjić, docent
Univerzitet u Tuzli, Fakultete elektrotehnike
1
Dio materijala korištenog u ovom predavanju djelimično je baziran
na matrijalima sa predavanja:
Power Quality, Dr J. V. Milanović Dipl.Ing., M.Sc., Ph.D.,
SMIEEE, CEng, MIEE, University of Manchester, 1999-2005
School of
Electrical &
Electronic
Engineering
i seminara:
Power Quality: What is it and should we be worried about it?
Dr J. V. Milanović Dipl.Ing., M.Sc., Ph.D., SMIEEE, CEng, MIEE
10. 01. 2005., University of Tuzla, Bosnia & Herzegovina
11. 01. 2005., University of Novi Sad, Serbia & Montenegro
22. 03. 2005., University of Skopje, Macedonia
2
Preporučena literatura:
„
R.C.Dugan, M.F.McGranaghan, S.Santoso,
H.W.Beaty, Electric power systems quality,
quality
MCGrawHill, 2002
„
G.J.Wakileh, Power Systems Harmonics Fundamentals, Analysis and Filter Design,
Design
Springer, 2001
„
V.Katić, Kvalitet električne energije viši harmonici–
monografija,
monografija Univerzitet u Novom Sadu, Fakultet
Tehničkih Nauka, Edicija Tehničke Nauke Monografije, Novi Sad, 2002.
3
Sadržaj
„
Električna energija kao roba
„
Pojmovi i definicije
„
What is “Good Power Quality”?
„
Why is Power Quality important?
„
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta električne
energije
4
5
Električna energija kao roba
6
„
Proces deregulacije elektroprivrede (EP) i uvođenja
konkurencije među distributerima električne
energije (EE) nameće tretiranje EE kao robe.
„
Kvalitet robe (EE) određuje cijenu i atraktivnost
proizvoda.
„
EE zauzima posebno mjesto u odnosu na ostale
vidove energije (ugalj, nafta, gas, energija vjetra,
sunčeva energija, ...).
„
EE predstavlja jedan od najkvalitetnijih i
najtraženijih oblika.
„
EE se rijetko pojavljuje u prirodi i ima veoma
ograničenu mogućnost akumulacije.
7
Široka postavka pitanja kvaliteta EE
„
Upotrebna kvaliteta
„
Ekološka kvaliteta
„
Komercijalna kvaliteta
„
Tehnička kvaliteta
8
Upotrebni kvalitet EE
„
velika raspoloživost EE
„
jednostavnost primjene
„
primjenjivost na različite aplikacije
„
veliki broj uređaja koji se napajaju EE
„
primjena bez negativnih nuz efkata
9
Ekološki kvaliteta EE
od izuzetne važnosti
„ pogrešno – EE je čista, pa time i kvalitetna
„ Uticaj na okolinu kod
„
… proizvodnje
(uticaj termoelektrena, atomskih
centrala, hidrocentrala i sl.)
… prenosa (elektromagnetna polja, koridori i sl.)
… potrošnje (elektromagnetna polja, i sl.).
10
Komercijalni kvalitet EE
„
Pokriva pitanja kvaliteta
… odnosa
sa potrošačima,
… odnosa sa javnošću,
… odnosa u lancu proizvodnja - prenos - distribucija
„
Složena problematika tržišta EE uključije u
rješavanje problematike i druge struke –
ekonomiste, menadžere, bankare, i dr.
11
Tehnički kvalitet EE
„
Kada se govori o kvalitetu EE najčešće se i
misli na tehnički kvalitet EE
„
Dva glavna spekta:
…
…
kvalitet isporuke,
kvalitet isporučene EE (kvalitet napona).
12
Kvalitet isporuke
„
Obuhvata probleme pouzdanosti i sigurnosti
napajanja, koji se rješavaju u postupku
planiranja, razvoja i tokom redovnog održavanja
EEM.
„
Najčešće su u fokusu aktivnosti i brige inžinjera
EP.
13
Kvalitet isporučene EE
„
Obuhvata probleme vezene za sveukupnu
stabilnost rada sistema, poremećaje u tom
radu i međusobni uticaj sistem-potrošač.
„
Počinje se posvećivati pažnja tek sa pojavom
‘‘osjetljivih potrošača’’
„
Kvalitet napona
14
Pojmovi i definicije
15
Definicija Kvaliteta Električne Energije?
’’Any occurrence manifested in voltage, current, or
frequency deviations which results in failure or
misoperation of end-use (customer) equipment”*
* R.C.Dugan, M.F.McGranaghan, H.W.Beaty, “Electrical Power
Systems Quality”, McGraw-Hill, 1996.
16
Uzroci deformacije napona (1)
„
Rad nelinearnih potrošača:
…
…
…
„
energetski elektronski pretvarači,
indukcione i elektrolučne peći,
zasićene električne mašine, i dr.
Zbog prekidačke prirode rada ili nelinearne
karaktereistike koriste nesinusoidalnu struju i
dovode do deformacije mrežnog napona
(stvaranja viših harmonika, flikera, ureza u
naponu, i dr.)
17
Uzroci deformacije napona (2)
„
„
Normalne operacije u mreži:
…
neophodne prekidačke manipulacije,
…
priključenje i remont opreme.
uzrokuju deformacije tranzijentne prirode i
deformacije u prelaznim režimima
18
Uzroci deformacije napona (3)
„
Dejstvo prirodnih faktora:
atmosferske nepogode,
… grane drveća,
… životinje, itd.
…
„
izazivaju zemljospojeve, međufazne kratke
spojeve, prenapone, podnapone, propade
napona, i sl.
19
Uzroci deformacije napona (4)
„
Rad opreme i lokalnog energetskog sistema:
…
…
…
…
„
startanje velikih elektromotornih pogona,
nagle dinamičke promjene opterećenja,
nelinearnost u električnim mašinama,
fluoroscenteno osvjetljenje, itd.
izazivaju varijacije napona, propade napona, i
sl.
20
Kategorije Kvaliteta EE*
1)
Osnovni parametri
…
…
…
2)
Varijacija napona
Varijacija frekvencije
Nesimetrija
Deformacije talasnih oblika
…
…
…
Tranzijenti
Prijelazni režimi sistema
Ustaljeno stanje sistema
* V. Katić, Kvalitet električne energije – viši harmonici, Fakultete tehničkih
nauka u Novom Sadu, 2002
21
Kategorije Kvaliteta EE*
OSNOVNI PARAMETRI
Kategorije
kvaliteta
Izvor deformacija
Varijacija
napona
Preopterećenje,
pogrešno podešeni
regulac. transfor.
Varijacija
frekvencije
Preopterećenje EES
Nesimetrija
Veliki monofazni
potrošači,
neuravnoteženost
Amplituda
Trajanje
Frekvencija
> ± 10% Un
> 1 min
50 Hz
Negativni efekti
kod potrošača
tipa:
Un
> 1 min
> ± 1% fn
> ± 2%
> 1 min
50 Hz
Asinhroni motori,
elektronika
Svi potrošači (u
dužem periodu)
Trofazni motori,
transformatori
22
Kategorije Kvaliteta EE*
DEFORMACIJE TALASNIH OBLIKA
„ Tranzijenti
Kategorije
kvaliteta
Izvor deformacija
Impulsi
Munje, uključenje
potrošača
Oscilacije
Uključenje
kondenzatora
Amplituda
Trajanje
Frekvencija
< 15 Un
< 200 µs
> 5 kHz
Negativni efekti
kod potrošača
tipa:
< 15 Un
< 50 ms
5 kHz – 5 MHz
Računarska
oprema,
elektronika
Računarska
oprema,
elektronika
23
Kategorije Kvaliteta EE*
DEFORMACIJE TALASNIH OBLIKA
„ Prijelazni režimi sistema - 1
Kategorije
kvaliteta
Izvor deformacija
Propadi
(ulegnuća)
Start motora
Premašenje
K1 (javljaju se u
neoštećenim fazama),
isključenja regulisanih
pogona
Kratka
beznaponska
pauza
Automatski ponovni
uklop
Amplituda
Trajanje
Frekvencija
0.1 – 0.9 Un
10 ms – 1 min
50 Hz
1.05 – 1.8 Un
20 – 200 ms
50 Hz
Negativni efekti
kod potrošača
tipa:
0V
20 – 500 ms
-
Resetovanje
računara,
elektronika
Računari,
elektronika
Računari,
elektronika
24
Kategorije Kvaliteta EE*
DEFORMACIJE TALASNIH OBLIKA
„ Prijelazni režimi sistema - 2
Kategorije
kvaliteta
Izvor deformacija
Podnaponi
Prenaponi
Negativni efekti
kod potrošača tipa:
Naponske redukcije
(planirani), nepodešeni
transformatori
Amplituda
Trajanje
Frekvencija
0.8 – 0.9 Un
> 1 min
50 Hz
Pogrešno podešeni
regulacioni
transformatori
1.2 – 1.4 Un
> 1 min
50 Hz
Sijalice, el. motori,
izolacija, računari,
elektronika
0V
> 1 min
-
Svi potrošači,
posebno računari i
25
elektronika
Beznaponska Kvarovi u mreži
pauza
Računari,
Elektronika,
Kondenzatorske
baterije
Kategorije Kvaliteta EE*
DEFORMACIJE TALASNIH OBLIKA
„ Ustaljeno stanje sistema - 1
Kategorije
kvaliteta
Izvor deformacija
Harmonici
Energetski pretvarači,
regulisani pogoni,
zasićene el. mašine,
fluoroscentna rasvjeta
Urezi, rupe
Energetski pretvarači
Amplituda
Trajanje
Frekvencija
2 – 5% Un
0.3 ms
150 Hz - 50 kHz
0.1 – 0.9 Un
0.3 ms
200 - 300 Hz
Negativni efekti
kod potrošača
tipa:
Rezonancija,
pregrijavanje el.
mašina, lažna
prorada zaštite
Računarska
oprema
26
Kategorije Kvaliteta EE*
DEFORMACIJE TALASNIH OBLIKA
„ Ustaljeno stanje sistema - 2
Kategorije
kvaliteta
Izvor deformacija
Fliker
Elektrolučne peći,
(treperenje) mlinovi za čelik, i sl.
Šum
Energetski pretvarači
Amplituda
Trajanje
Frekvencija
0.3 – 2.5 Un
0.3 ms
< 25 Hz
Negativni efekti
kod potrošača
tipa:
0.9 – 1.1 Un
0.3 ms
> 5 kHz
Računarska
oprema
Sijalice,
elektronika,
računari
27
Tranzijenti (eng. Transients)
Impulsni tranzijenti
(Impulsive transients)
Oscilatorni tranzijenti
(Oscillatory transients)
28
Propad napona i Prekid napajanja
(Voltage Sag and Interaption)
Propad napona
(Voltage Sag: 0.1 p.u. -0.9 p.u.
retained voltage)
Premašenje napona
(Voltage Swell: short duration
overvoltage less than 1 min
between 1.1 p.u. and 1.8 p.u.
retained voltage)
Prekid napajanja
(Interruption: less than 0.1 p.u.
retained voltage)
29
Dugotrajne varijacije napona
(Long duration voltage variations)
„
Overvoltages
„
Undervoltages
„
Voltage unbalance
30
Distorzija talasnog oblika
(Waveform distortion)
„
Harmonics
„
Interharmonics (and subharmonics)
„
Noise (Šum)
„
Notching (Urezi)
31
Naponski fliker (titranje)
(Voltage Flicker)
Voltage Flicker:
„
Typically in the range 125(30)Hz (most sensitive
8-10Hz).
„
The magnitude of voltage
does not normally exceed
the voltage ranges of 0.9
p.u. - 1.1 p.u.
32
Pregled definicija Kvaliteta EE
33
What is
“Good Power Quality”?
34
„
If the voltage:
… Has
a constant sine wave shape with fundamental
frequency only
… Is
supplied at constant frequency
… Forms
… Has
a symmetrical three-phase power system
a constant RMS value, unchanged over time
… Is
unaffected by load changes
… Is
reliable, i.e., energy available when required
35
What we want vs.What we get - 1
Voltage
1 T 2
v (t )dt
r.m.s value =
∫
0
T
1.41
1.00
v(t)
time
-1.41
T
This is what we
want at all times
This is what we
sometimes get
36
What we want vs.What we get - 2
1 T 2
v (t )dt
r.m.s value =
∫
0
T
Voltage
1.41
1.00
v(t)
time
-1.41
T
This is what we
want at all times
B u i l d i n g 'B ' S e r v i c e E n tr a n c e a n d E l e v a to r R o o m V o l ta g e
125
nce
e Entra
Servic
Voltage
120
115
110
M
tor
va
e
l
E
105
8 /3
8 /4
8 /5
eR
hin
ac
8 /6
m
oo
8 /7
8 /8
8 /9
T im e
This is what we
sometimes get
37
Who is responsible for inadequate PQ?
Customer Perception
Natural
60%
Other
3%
Neighbor
8%
Customer
12%
Utility
17%
* From Georgia Power Survey
Cstmr
Utility
Nat.
60%
66%
Utility
17%
1%
Cstmr.
12%
25%
Nghbr.
8%
8%
Other
3%
0%
38
Who is responsible for inadequate PQ?
Utility Perception
Natural
66%
Other
0%
Neighbor
8%
Customer
25%
* From Georgia Power Survey
Utility
1%
Cstmr
Utility
Nat.
60%
66%
Utility
17%
1%
Cstmr.
12%
25%
Nghbr.
8%
8%
Other
3%
0%
39
Why is
Power Quality important?
40
Ultimate reason
ECONOMIC VALUE
41
Most affected industries
Industry
Process affected / Problems
Paper
Paper feed tripping, paper drying, speed of paper, breakage of
web and plant restart.
Interconnection tripping, major design flaws and loss of
production.
Annealing line tripping, winder tripping, high-speed strip, wire
or bar forming, loss of production and re-starting.
Extrusion tripping
Textile
Steel
Rubber
Glass
Process control tripping
Chemicals
Loss of process resulting in scrap and restarting.
Newspaper
Loss of paper, no chance to recover sales.
Wafer etching/lithography, crystal pulling, assembly and testing,
loss of chips, loss of process → scrap, resetting and start up.
Semiconductor
Automobile
Plastics
Vehicle assembly
Extruding and moulding.
Adopted from: J.Amantegui, L.Zabala and F.Pazos,
“Assessment of power quality issues at both side of the meter:
the customer technical assistance service at IBERDROLA”,
9th IEEE ICHQP, Orlando, Florida, USA, October 1-4,
42
2000, pp. 410-415.
Indikatori (kvanifikatori)
kvaliteta električne energije
43
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta EE - 1
Ukupna harmonijska distorzija (THDU, THDI)
„
Definicija:
∞
2
U
∑ h
h =2
U12
„
∞
∑ I2h
h =2
I12
Glavna primjena:
… Opisivanje
nivoa viših harmonika
… Standardi
44
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta EE - 2
Individualna harmonijska distorzija (HD Uh, HD Ih)
„
„
Definicija:
Uh
Ih
U1
I1
Glavna primjena:
… Opisivanje
nivoa viših harmonika
… Standardi
45
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta EE - 3
Faktor snage (PF, λ)
„
Definicija:
Ptot
U ef ⋅ Ief
„
Glavna primjena:
… Naplata
reaktivne i harmonijske snage (mogućnost)
46
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta EE - 4
Fliker faktor
„
Definicija:
∆U
U
„
Glavna primjena:
… Opis
uticaja nelinearnih potrošača preko neregularnog
rada sijalica
47
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta EE - 5
Faktor varijacije napona (efektiv. vrijed. i trajanje)
„
Definicija:
U eff
100 [%]
Un
„
∆t
Glavna primjena:
… Varijacije
napona, propadi ili premašenja napona,
podnaponi, prenaponi, beznaponske pauze
48
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta EE - 6
Faktor nesimetrije
„
Definicija:
U−
U+
„
Glavna primjena:
… Nesimetrija
trofaznih mreža
49
Indikatori (kvanifikatori) kvaliteta EE - 7
Krest faktor
„
Definicija:
U peak
U eff
„
Glavna primjena:
… Vijek
trajanja dielektrika
50
Conclusions
„
„
„
Power Quality is a very broad customer driven issue
The increased importance of Power Quality in recent years
is particularly emphasised by the use of sophisticated
power electronic equipment throughout the industry and
utility networks.
Inadequate Power Quality results in additional (sometimes
quite substantial) financial losses to both utility and
industry.
The increased penetration of renewable energy sources (mostly
connected through power electronic interface) will contribute to even
more complex interactions between different network components
(from generating unit to end user’s equipment) and the assessment of
PQ in these networks will become one of the essential/compulsory
types of studies.
51
Download

kvalitet električne energije - Fakultet elektrotehnike