elektro.info

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

news 100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

100 dni programu „Mój Prąd”. Kiedy rusza drugi nabór?

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych...

Jakie są efekty z pierwszego naboru „Mój Prąd”? Redukcja szkodliwego dla zdrowia dwutlenku węgla o 58,8 tys. ton rocznie, 65 mln zł wypłaconych i zatwierdzonych do przekazania dotacji, 13,5 tys. dofinansowanych instalacji PV przez 100 dni. Wychodząc naprzeciw ogromnemu zainteresowaniu fotowoltaiką prosumencką Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej zapowiada drugi konkurs. Do wykorzystania jest jeszcze ponad 90% z miliardowego budżetu programu.

BradyPrinter A8500: Pełna automatyzacja identyfikowalności płytek drukowanych w liniach SMT

BradyPrinter A8500: Pełna automatyzacja identyfikowalności płytek drukowanych w liniach SMT

Drukarka i aplikator etykiet BradyPrinter A8500 niezawodnie automatyzuje oznaczanie płytek z obwodami drukowanymi, co pozwala uzyskać pełną identyfikowalność. Urządzenie w sposób spójny drukuje i nakłada...

Drukarka i aplikator etykiet BradyPrinter A8500 niezawodnie automatyzuje oznaczanie płytek z obwodami drukowanymi, co pozwala uzyskać pełną identyfikowalność. Urządzenie w sposób spójny drukuje i nakłada nawet najmniejsze etykiety z naszej gamy automatycznie nakładanych etykiet poliimidowych, które są odporne na cały proces produkcji płytek drukowanych.

Zaburzenia elektryczne wewnątrz sieci energetycznej zakładu drukarskiego (część 1)

Rys. 1. Przebiegi prądu zasilającego falowniki zainstalowane w maszynie drukarskiej nr 1

Obecnie można zaobserwować bardzo szybki rozwój elektroniki stosowanej zarówno w gospodarstwach domowych, jak również w zakładach przemysłowych. Ma to wpływ również na jakość energii elektrycznej zasilającej te obiekty. W artykule przedstawiono analizę zakłóceń wprowadzanych przez urządzenia zainstalowane w zakładzie drukarskim.

Niektóre elektroenergetyczne urządzenia odbiorcze mogą pobierać z sieci prąd odkształcony od przebiegu sinusoidalnego. Może to powodować w sieci zasilającej szereg niekorzystnych zjawisk, do których należą:

  • wzrost wartości skutecznej prądu obciążenia,
  • przeciążenie przewodów zasilających (przede wszystkim wzrost obciążenia w przewodzie neutralnym),
  • przeciążenie transformatorów SN/nn,
  • odkształcenie napięcia w sieci zasilającej.

Parametry prądu pobieranego przez poszczególne urządzania zależą głównie od producentów urządzeń oraz w niewielkim stopniu od ich użytkowników (poprzez sposób przyłączenia oraz współoddziaływanie z innymi urządzeniami). Natomiast sposób oraz stopień oddziaływania tych urządzeń na sieć zasilającą zależy od impedancji sieci (mocy zwarciowej w punkcie przyłączenia) oraz mocy i liczby przyłączonych odbiorników nieliniowych, generujących składowe harmoniczne.

W praktyce często pojawia się pytanie, czy nowo instalowane urządzania elektryczne nie spowodują zakłóceń w przebiegu napięcia zasilającego. W artykule analizowano ten problem w obrębie układu elektroenergetycznego zasilającego jeden z zakładów drukarskich.

Streszczenie

W artykule przedstawiono podstawowe informacje oraz wymagania norm dotyczących odkształcenia prądu odbiorników energii elektrycznej. Zamieszczono ponadto wyniki oraz analizę badań odkształceń prądu przeprowadzonych w zakładzie drukarskim.

Abstract

Electrical disturbances in the electric power grid of printing house

Part I – Harmonic distortions of current supply

The article presents the basic information and the standards about the current deformation of electric energy receivers. The article additionally contains the results of research and analysis of current distortion carried out in the printing house.

Odkształcenia prądu wynikające z pracy odbiorników nieliniowych

Najważniejszymi wskaźnikami wykorzystywanymi do oceny stopnia odkształcenia przebiegów są procentowe udziały poszczególnych harmonicznych odniesione do pierwszej harmonicznej oraz całkowity współczynnik odkształcenia THD (Total Harmonics Distortion). Procentowe udziały poszczególnych harmonicznych prądów wyznacza się na podstawie zależności [1]:

holdynski skibko 9 2014 wzor1
Wzór 1

gdzie:

I1 – wartość skuteczna prądu harmonicznej podstawowej,

Ih – wartość skuteczna prądu h-tej harmonicznej,

h – rząd harmonicznej.

Wartości całkowitych współczynników odkształcenia prądów THDI (wyrażonych w procentach) można opisać zależnością [1]:

holdynski skibko 9 2014 wzor2
Wzór 2

Zwykle do analizy przebiegów odkształconych w układach elektroenergetycznych oraz do oceny zgodności z wymaganiami norm i przepisów przy obliczaniu współczynników THDI uwzględnia się harmoniczne do pięćdziesiątego rzędu (n = 50).

W celu zapobiegania nadmiernym poziomom wyższych harmonicznych prądów w układach elektroenergetycznych, Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna ustanowiła limity emisji harmonicznych prądów dla urządzeń elektrycznych przyłączanych do sieci elektroenergetycznej. Zostały one pierwotnie określone w normie IEC 61000-3-2 [2], zaś w Polsce norma ta stosowana jest (z poprawkami) od 1997 roku pod nazwą PN-EN 61000-3-2 [3]. Od 2005 Polski Komitet Normalizacyjny (PKN) przyjął kolejny arkusz tej normy, dotyczący emisji wyższych harmonicznych prądów urządzeń elektrycznych o prądzie znamionowym 16 ÷ 75 A przyłączanych do sieci niskiego napięcia – PN-EN 61000-3-12 [4].

Odbiorniki elektryczne o prądzie znamionowym do 16 A przyłączane do sieci niskiego napięcia, zgodnie z normą [3], podzielone zostały na cztery klasy, dla których określone zostały dopuszczalne wartości poszczególnych harmonicznych prądów:

  • klasa A: symetryczny sprzęt trójfazowy, sprzęt do zastosowań domowych, z pominięciem przynależnego do klasy D, narzędzia z pominięciem narzędzi przenośnych, ściemniacze do żarówek, sprzęt akustyczny (sprzęt, który nie jest wyszczególniony w żadnej z trzech pozostałych klas powinien być traktowany jako przynależny do klasy A).
  • klasa B: narzędzia przenośne, nieprofesjonalny sprzęt spawalniczy.
  • klasa C: sprzęt oświetleniowy.
  • klasa D: sprzęt, o mocy mniejszej lub równej 600 W, typu: komputery osobiste i monitory oraz odbiorniki telewizyjne.

Maksymalne dopuszczalne wartości poszczególnych harmonicznych prądów, emitowanych przez urządzenia elektryczne o prądzie znamionowym do 16 A przyłączane do sieci niskiego napięcia, według normy PN-EN 61000-3‑2, zestawiono w tabeli 1.

Dla urządzeń elektrycznych o prądzie znamionowym większym niż 16 A i mniejszym lub równym 75 A, przyłączanych do sieci niskiego napięcia, maksymalne dopuszczalne wartości poszczególnych harmonicznych prądów uzależnione zostały od wartości współczynnika zwarciowego Rsce, wyznaczanego według zależności [4]:

holdynski skibko 9 2014 wzor3
Wzór 3

gdzie:

Ssc – pozorna moc zwarciowa sieci elektroenergetycznej w punkcie przyłączenia odbiornika,

Sequ – moc pozorna przyłączanego odbiornika.

Maksymalne dopuszczalne wartości poszczególnych harmonicznych prądów, emitowanych przez urządzenia elektryczne o prądzie znamionowym większym niż 16 A i mniejszym lub równym 75 A, przyłączane do sieci niskiego napięcia, według normy PN-EN 61000-3-12, zestawiono w tabeli 2.

Dla określenia wpływu prądów harmonicznych wyższych rzędów, wprowadzony został częściowo ważony współczynnik odkształcenia harmonicznego PWHD. Definiowany jest on jako stosunek wartości skutecznej wybranej grupy harmonicznych wyższych rzędów (w tym przypadku zaczynających się od harmonicznej czternastego rzędu), ważonej przez rząd harmonicznej h, odniesionej do wartości skutecznej składowej podstawowej prądu I1 [4]:

holdynski skibko 9 2014 wzor4
Wzór 4

gdzie:

Ih – wartość skuteczna h-tej harmonicznej prądu,

I1 – wartość skuteczna podstawowej harmonicznej prądu,

h – rząd harmonicznej.

Krótka charakterystyka badanego zakładu

Analizowany zakład drukarski zajmuje się wykonywaniem nadruków na opakowaniach różnomateriałowych. Zasilanie zakładu odbywa się poprzez stację transformatorową 15/0,4 kV z wykorzystaniem transformatora o mocy 1600 kVA i przyłączonym na stałe kondensatorem o mocy 12,5 kvar do kompensacji biegu jałowego transformatora. Do kompensacji mocy biernej zainstalowano dławikową baterię kondensatorów wzmocnionych o łącznej mocy 187,5 kvar.

Z rozdzielnic niskiego napięcia zamontowanych w analizowanym zakładzie przemysłowym zasilane są urządzenia odbiorcze, takie jak wentylatory, komputery, oświetlenie (wykorzystujące świetlówki tradycyjne) oraz inne maszyny (o mocy do 10 kW) biorące udział w procesie produkcyjnym. W analizowanym zakładzie zainstalowane są również trzy maszyny drukarskie o mocach znamionowych 185 kW, 59 kW i 127 kW, zasilane z falowników i wyposażone głównie w silniki indukcyjne oraz lampy UV.

Badania odkształceń prądu wprowadzanych przez zainstalowane maszyny drukarskie

Analizie w zakresie odkształceń przebiegu prądu poddane zostały trzy maszyny drukarskie zainstalowane w badanym przedsiębiorstwie drukarskim. W wyniku przeprowadzonych pomiarów zarejestrowane zostały przebiegi prądów pobieranych przez poszczególne maszyny, wartości poszczególnych harmonicznych oraz współczynnik odkształcenia THDI. Na rysunkach 1. i 2. przedstawiono zarejestrowane przebiegi prądu (rys. 1.) oraz rozkład wartości harmonicznych prądu (rys. 2.) w poszczególnych fazach linii zasilającej falowniki maszyny drukarskiej nr 1. Największy udział w prądzie obciążenia falowników mają piąta, siódma, jedenasta i trzynasta harmoniczna, przy czym wartości piątej i siódmej harmonicznej wynoszą ponad 90% wartości harmonicznej podstawowej, natomiast udziały harmonicznych jedenastego i trzynastego rzędu przekraczają 60%, co powoduje, że przebiegi prądu są bardzo odkształcone od sinusoidy. Mniejsze zakłócenia w prądzie zasilającym wprowadzają zainstalowane w tej maszynie lampy UV (rys. 3. i 4.).

Zarejestrowane przebiegi prądu zasilającego lampy UV w poszczególnych maszynach drukarskich przedstawione zostały na rysunkach 3., 5., 7. Na rysunkach 4., 6., 8. zaprezentowano wartości poszczególnych harmonicznych prądu zasilającego badane lampy. W układzie zasilającym lampy UV pierwszej maszyny drukarskiej największą wartość, wśród wyższych harmonicznych, zarejestrowano w harmonicznej rzędu piątego i siódmego (odpowiednio 76 i 57%). Natomiast w układach zasilających lampy UV w pozostałych dwóch maszynach drukarskich, do harmonicznych piątego i siódmego rzędu (wynoszących odpowiednio 86 i 77% dla drugiej maszyny oraz 76 i 62% dla maszyny nr 3) dołączyły harmoniczne: jedenasta (o wartości maksymalnej 51% dla maszyny drugiej i 41% dla maszyny trzeciej) oraz trzynasta (o wartości maksymalnej 39% dla maszyny drugiej i 37 % dla maszyny trzeciej). Wartości harmonicznych powyżej 19. rzędu, w każdym z analizowanych układów, nie przekraczają 5% wartości pierwszej harmonicznej.

Na rysunkach 9–12 przedstawiono przebiegi prądu oraz rozkład wartości poszczególnych harmonicznych zarejestrowane podczas pracy maszyn drukarskich. Na uwagę zasługuje fakt, że wartości poszczególnych harmonicznych prądu, zarejestrowanych podczas pracy całej maszyny drukarskiej, są znacznie mniejsze niż w układzie zasilającym same lampy UV i nie przekraczają 25% (piąta harmoniczna) dla drugiej maszyny drukarskiej oraz 34% (piąta harmoniczna) dla maszyny trzeciej.

W tabeli 3. przedstawiono zarejestrowane wartości współczynników odkształcenia prądu THDI dla trzech maszyn drukarskich zainstalowanych w analizowanym zakładzie.

Z analizy wartości przedstawionych w tabeli 3. wynika, że największe odkształcenie prądu zasilającego poszczególne maszyny drukarskie wprowadzają falowniki. Mniejsza (o około 15%) jest wartość współczynnika THDI zarejestrowana w przewodach zasilających lampy UV w poszczególnych maszynach drukarskich. Odkształcenie prądu zasilającego całe maszyny jest prawie o połowę mniejsze od odkształcenia prądu zasilającego lampy UV i waha się w granicach 32–42%. Nie zmienia to jednak faktu, że zarejestrowane w analizowanym zakładzie drukarskim wartości współczynników THDI oraz niektórych harmonicznych są większe od wartości dopuszczalnych przez normy [4].

Badania odkształceń prądu w stacji SN/nn, zasilającej zakład drukarski

W celu określenia zakłóceń, jakie wprowadza do sieci zasilającej cały analizowany zakład drukarski zostały zarejestrowane przebiegi prądu zarówno podczas pracy zakładu (rys. 13. i 14.), jak również w czasie jego postoju (rys. 15. i 16.) – pracowało wówczas jedynie oświetlenie oraz urządzenia monitoringu.

W tabeli 4. zestawiono zarejestrowane wartości (minimalne, średnie i maksymalne) współczynnika odkształcenia prądu THDI zarówno podczas pracy, jak i postoju maszyn drukarskich.

Analizując wartości współczynnika odkształcenia prądu zamieszczone w tabeli 4. należy zauważyć nierównomierność zarejestrowanych wartości w poszczególnych fazach, głównie podczas postoju maszyn drukarskich. Wynika to przede wszystkim z nierównomierności obciążenia poszczególnych faz w linii zasilającej zakład. Uruchomienie linii drukarskich spowodowało zmniejszenie wartości współczynnika THDI średnio o około 5%. Jest to wynikiem pracy w układzie odbiorników w przybliżeniu liniowych (silników indukcyjnych).

Podczas rejestracji parametrów sieci w stacji transformatorowej zasilającej analizowany zakład drukarski zaobserwowano również zjawisko przeciążenia cieplnego zamontowanego w niej transformatora 15/0,4 kV. Mimo że zainstalowany w stacji układ pomiarowy wskazywał wartość prądu płynącego przez transformator (w rzeczywistości wartość pierwszej harmonicznej), która wahała się w granicach 60–80% jego znamionowej obciążalności prądowej, w uzwojeniach transformatora występowała temperatura o wartości przekraczającej wartości dopuszczalne. Skutkowało to częstymi wyłączeniami transformatora, a co za tym idzie, częstymi przerwami w zasilaniu maszyn drukarskich.

Wnioski

Na podstawie badań i analiz przeprowadzonych w zakładzie drukarskim można wyciągnąć następujące wnioski i spostrzeżenia:

1. montowanie coraz większej liczby układów elektronicznych sterujących poszczególnymi maszynami powoduje znaczne odkształcenia przebiegów prądów. Fakt ten należy uwzględniać już na etapie projektowania układów zasilających zakłady drukarskie, w celu niedopuszczenia do występowania podczas pracy poszczególnych urządzeń elektrycznych wartości temperatury wyższych od wartości dopuszczalnych długotrwale,

2. największe odkształcenie przebiegu prądu zarejestrowano w układzie zasilającym falowniki zamontowane w jednej z maszyn drukarskich. Mniejsza (o około 15%) jest wartość współczynnika THDI zarejestrowana w przewodach zasilających lampy UV w poszczególnych maszynach drukarskich,

3. odkształcenie prądu zasilającego maszyny drukarskie jest prawie o połowę mniejsze od odkształcenia prądu zasilającego same lampy UV (wynosi około 32–42%) i jest większe od wartości dopuszczalnych przez normy,

4. wartości współczynników odkształcenia prądu THDI zarejestrowane podczas pracy analizowanego zakładu drukarskiego wahały się w granicach od 9 do 32%, przy czym największy udział ma piąta i siódma harmoniczna,

5. występowanie wyższych harmonicznych w prądzie może powodować (w szczególności, gdy urządzenia na etapie projektowania dobierano jedynie na pierwszą harmoniczną) przeciążenia cieplne transformatorów, a w konsekwencji zadziałanie zabezpieczeń termicznych i wyłączenie zasilania całego zakładu.

* * *

Artykuł zrealizowano w ramach pracy statutowej S/WE/2/2013.

Literatura

  1. Z. Kowalski, Jakość energii elektryczne, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2007.
  2. IEC 1000-3-2:1995 (od 1.01.1997 – IEC 61000-3-2:1995) Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 3: Limits – Section 2: Limits for harmonic current emissions (equipment input current < 16 A per phase).
  3. PN-EN 61000-3-2:2007 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC), Część 3-2: Poziomy dopuszczalne. Poziomy dopuszczalne emisji harmonicznych prądu (fazowy prąd zasilający odbiornika < lub = 16 A).
  4. PN-EN 61000-3-12:2007 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 3-12: Dopuszczalne poziomy. Dopuszczalne poziomy harmonicznych prądów powodowanych działaniem odbiorników, które mają być przyłączone do publicznej sieci zasilającej niskiego napięcia z fazowym prądem zasilającym odbiornika większym niż 16 A i mniejszym lub równym 75 A.

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn

Prefabrykowane stacje transformatorowe SN/nn

Elektroenergetyczne stacje rozdzielcze SN/nn zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej...

Elektroenergetyczne stacje rozdzielcze SN/nn zasilane są najczęściej z sieci SN o napięciu znamionowym od 6 do 36 kV. Ze względu na budowę stacje mogą być wnętrzowe lub napowietrzne. Funkcją stacji transformatorowej SN/nn jest transformacja energii elektrycznej ze średniego napięcia na niskie i rozdział tej energii w sposób determinowany konfiguracją sieci nn, z zachowaniem warunków technicznych określonych w obowiązujących przepisach [1, 2]. Wymagania w zakresie wykonania oraz badania prefabrykowanych...

Inicjatywa zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia

Inicjatywa zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia

Artykuł przedstawia rozpoczęte prace badawczo-rozwojowe autorów w zakresie zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia. W publikacji został opisany prototypowy...

Artykuł przedstawia rozpoczęte prace badawczo-rozwojowe autorów w zakresie zastosowania superkondensatorów w układzie zasilania napędów rozłączników średniego napięcia. W publikacji został opisany prototypowy układ zasilania, z doborem superkondensatorów, uzyskane efekty i wyniki oraz wnioski i cele dalszych prac w tym zakresie. Autorzy wskazują na zasadność opracowania kompleksowego rozwiązania zawierającego napęd elektromechaniczny, akumulator bezobsługowy, superkondensator i niestandardowy zasilacz...

Poprawa bezpieczeństwa eksploatacji w sieciach TT

Poprawa bezpieczeństwa eksploatacji w sieciach TT

Stała poprawa bezpieczeństwa eksploatacji instalacji elektrycznych niskiego napięcia jest jednym z powodów procesu normalizacyjnego w zakresie wymagań dotyczących ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach...

Stała poprawa bezpieczeństwa eksploatacji instalacji elektrycznych niskiego napięcia jest jednym z powodów procesu normalizacyjnego w zakresie wymagań dotyczących ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych. Szczególne wymagania w zakresie ochrony przeciwporażeniowej stawiane są instalacjom elektrycznym eksploatowanym w warunkach środowiskowych niekorzystnie wpływających na niezawodność ich pracy. Do instalacji tych można zaliczyć te eksploatowane w warunkach przemysłowych, w których...

Komentarze

Copyright © 2004-2019 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.