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.

Przemienniki częstotliwości jako źródła zaburzeń napięcia w nieuziemionych sieciach zasilania IT

Wyżłobienia w wirniku silnika pompy głębinowej o mocy 75 kW spowodowane wysokoczęstotliwościowymi prądami doziemnymi

W artykule analizowany jest wpływ napędów z niskonapięciowymi przemiennikami częstotliwości dużych mocy zasilanych z sieci nieuziemionych, typu IT, na napięcie zasilania. Prądy upływu, które płyną przez doziemne pojemności pasożytnicze, powodują zaburzenia fazowych napięć zasilających. Negatywne skutki prądów upływu wzrastają w przemiennikach dużych mocy z długimi kablami silnikowymi. Autor wykazał, że stosując pojemnościowy filtr EMC (ang. ElectroMagnetic Capability) na zasilaniu przemiennika częstotliwości można radykalnie zmniejszyć zaburzenia napięć w sieci zasilania.

Zobacz także: Prądy doziemnie w napędach z przemiennikami częstotliwości zasilanymi z sieci górniczych

Przedmiotem analizy są zaburzenia napięć w izolowanej sieci zasilającej wywoływane napięciowymi przemiennikami częstotliwości stosowanymi w napędach przemysłowych. Często mylnie określa się przemiennik częstotliwości nazwą „falownik”, mimo że w obwodzie mocy przemiennika częstotliwości oprócz falownika jest jeszcze prostownik trójfazowy i obwód pośredni (rys. 1.). Moduł przemiennika częstotliwości, który przetwarza napięcie stałe na trójfazowe napięcie przemienne (konwerter dc/ac), można analizować jako trójfazowe symetryczne źródło napięć odkształconych (rys. 2.).

Definicja napięcia zaburzeń wspólnych – uCM

Trójfazowe źródło napięć odkształconych wytwarza napięcia składowych zerowych. Suma tych składowych zerowych przedstawiona w dziedzinie czasu jest napięciem zaburzeń wspólnych – uCM. Napięcie zaburzeń wspólnych uCM można opisać równaniem (1). W przypadku fazowych napięć sinusoidalnych o częstotliwości f napięcie uCM sprowadza się do pojęcia napięcia składowej zerowej sinusoidalnego źródła napięć trójfazowych [5]:

ei 7 8 2010 przemienniki czestotliwosci jako zrodla zaburzen napiecia w nieuziemionych sieciach zasilania it wzor1
(1)

 

 

 

Przy stosowaniu modulacji sinusoidalnej impulsów napięć fazowych falownika, napięcie zaburzeń wspólnych jest przebiegiem o skokowych zmianach napięcia i częstotliwości impulsów napięciowych trzykrotnie większej od częstotliwości impulsów napięć fazowych fp (rys. 4.). Cechą charakterystyczną takich przebiegów jest występowanie jedynie nieparzystych harmonicznych:

Zobacz także: Przekształtniki dwukierunkowe ze zwrotem energii do sieci

Odkształcone napięcia fazowe o przebiegu prostokątnym można zapisać w postaci szeregu Fouriera za pomocą równań (2). Wartość amplitudy 1. harmonicznej przebiegu prostokątnego wynosi Uamp=(4/π)Ep, gdzie Ep jest wartością skuteczną i jednocześnie amplitudą prostokątnego przebiegu napięcia fazowego:

ei 7 8 2010 przemienniki czestotliwosci jako zrodla zaburzen napiecia w nieuziemionych sieciach zasilania it wzor2
(2)

Trójfazowe sieci TN i IT z napięciami odkształconymi

W zależności od wartości impedancji ZZ układ zasilania trójfazowego odbiornika symetrycznego przedstawiony na rysunku 2. może być przekształcony do układu zasilania typu TN lub IT (rys. 5.):

  • dla ZZ=0 i Z0=∞ układ zasilania jest typu TN – tutaj można przyjąć, że rezystancja izolacji zasilania RZ=∞, rezystancja izolacji obciążenia R0=∞ oraz pojemności upływu doziemnego zasilania CZ i obciążenia C0 spełniają relację CZ >> C0,
  • dla ZZ=∞ układ zasilania jest typu IT – tutaj można przyjąć, że rezystancja izolacji zasilania RZ=∞, rezystancja izolacji obciążenia R0=∞ oraz pojemności upływu doziemnego zasilania CZ i obciążenia C0 spełniają relację CZ << C0

 

W sieciach TN napięcie zaburzeń wspólnych powoduje wytwarzanie wysokoczęstotliwościowych prądów doziemnych płynących przez pasożytnicze pojemności doziemne obciążenia, przewód ochronny PE, do punktu neutralnego N trójfazowego źródła napięć odkształconych. Ponieważ w sieci TN punkt neutralny źródła N jest galwanicznie połączony z przewodem PE, to całe napięcie zaburzeń wspólnych uCM odkłada się po stronie obciążenia. W przypadku, gdy obciążeniem jest silnik, napięcie zaburzeń wspólnych odłoży się na izolacjach między uzwojeniami stojana i uziemioną obudową silnika. W wielu przypadkach, np. przy zasilaniu przemiennikiem częstotliwości pompy głębinowej, napięcie zaburzeń wspólnych może powodować uszkodzenie izolacji uzwojeń stojana, a przez to może wywołać zwarcie doziemne.

Sieci górnicze, to sieci nieuziemione typu IT. W tych sieciach duża doziemna pojemność pasożytnicza obciążenia nie wywoła przepływu prądu doziemnego w przewodzie ochronnym PE, ponieważ punkt neutralny N trójfazowego źródła napięć odkształconych, jakim jest moduł falownikowy przemiennika częstotliwości, jest odizolowany od przewodu ochronnego PE, gdyż nieuziemiony jest punkt neutralny transformatora zasilającego przemiennik. W napędach dużych mocy z przemiennikami częstotliwości o ekranowanych/zbrojonych kablach silnikowych występują duże wartości doziemnych pojemności pasożytniczych po stronie obciążenia przemiennika. Doziemne pojemności pasożytnicze po stronie zasilania mają relatywnie małe wartości, gdyż zwykle nie stosuje się do zasilania przemienników częstotliwości ekranowanych/ zbrojonych kabli zasilających. Wielu producentów nie zaleca też stosowania wejściowych filtrów EMC z kondensatorami typu Y dołączonymi do uziemienia przemiennika częstotliwości. Według autora jest to praktyka dyskusyjna, szczególnie w napędach dużych mocy, gdyż może prowadzić do zniekształceń napięć fazowych transformatora zasilającego przemiennik częstotliwości.

Oddziaływanie napięcia uCM na napięcia fazowe nieuziemionej sieci zasilania

Przykład jednofazowej sieci IT z dołączonym generatorem napięcia zaburzeń wspólnych, którym jest falownik trójfazowy, przedstawiono na rysunku 6. Falownik jest generatorem symetrycznego trójfazowego napięcia odkształconego, które jest kształtowane elektronicznie według metody szerokości impulsów o sinusoidalnym przebiegu modulującym, a więc falownik jest także generatorem napięcia zaburzeń wspólnych uCM. Na rysunku 7. przedstawiono fazowe napięcie zasilania UL1, które jest odkształcone wskutek zmodulowania sinusoidalnego napięcia fazowego źródła zasilania EL1 napięciem zaburzeń wspólnych uCM. Do tego typu odkształceń fazowych napięć zasilania dochodzi w sieciach nieuziemionych. W sieciach typu IT występuje zjawisko „pływania” potencjału punktu neutralnego N na skutek występowania napięcia zaburzeń wspólnych uCM. Napięcie zaburzeń wspólnych uCM może przyjmować różne kształty w zależności od zastosowanej metody kształtowania fazowych napięć odkształconych trójfazowego źródła zasilania obciążenia, jakim jest tutaj falownik napięciowy:

  • rysunek 7a przedstawia napięcie fazowe UL1 jako rezultat zmodulowania napięcia sinusoidalnego 230 V/50 Hz napięciem zaburzeń wspólnych trójfazowego źródła z prostokątnymi napięciami fazowymi 230 V/500 Hz (odpowiada to pracy falownika przy częstotliwości harmonicznej podstawowej bliskiej 0 Hz i częstotliwości nośnej 500 Hz),
  • rysunek 7b przedstawia napięcie fazowe UL1 jako rezultat zmodulowania napięcia sinusoidalnego 230 V/50 Hz napięciem zaburzeń wspólnych trójfazowego źródła z napięciami fazowymi 230 V/500 Hz kształtowanymi algorytmem sinusoidalnej modulacji szerokości impulsów (odpowiada to pracy falownika przy częstotliwości harmonicznej podstawowej bliskiej 50 Hz i częstotliwości nośnej 500 Hz).

Jeśli doziemne pojemności pasożytnicze po stronie obciążenia będą dużo większe od pojemności pasożytniczych po stronie zasilania, to praktycznie całe napięcie zaburzeń wspólnych odłoży się po stronie źródła zasilania i wtedy fazowe napięcia zasilania ulegną zmodulowaniu. Zmodulowane napięciem zaburzeń wspólnych uCM fazowe napięcia zasilania można opisać równaniem (3):

ei 7 8 2010 przemienniki czestotliwosci jako zrodla zaburzen napiecia w nieuziemionych sieciach zasilania it wzor3
(3)

Następuje zwiększenie wartości napięć fazowych zasilania przemiennika częstotliwości, co może doprowadzić do uszkodzenia jego elementów półprzewodnikowych mocy, w wyniku nadmiernego stresu napięciowego. W napędach dużych mocy z przemiennikami częstotliwości pasożytnicze pojemności doziemne po stronie obciążenia przemiennika częstotliwości są zwykle dominujące w stosunku do doziemnych pojemności pasożytniczych po stronie zasilania. Wynika to przede wszystkim z dużych pojemności upływu doziemnego silnika i pojemności żyła – ekran ekranowanych/zbrojonych kabli silnikowych. Po stronie zasilania stosowane są zwykle kable bez ekranu, co skutkuje ich znacznie mniejszymi doziemnymi pojemnościami pasożytniczymi.

Napięcie zaburzeń wspólnych uCM jest często przyczyną nieprawidłowej pracy urządzeń elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej zintegrowanej z siecią zasilania dla zabezpieczenia przed skutkami wystąpienia zwarć doziemnych.

Analizując widmo wyjściowych napięć fazowych przemiennika częstotliwości łatwo zauważyć, że duża część energii przenoszona jest za pomocą harmonicznych rozmieszczonych w pobliżu częstotliwości nośnej modulacji szerokościowej napięcia falownika. W sieciach nieuziemionych już w przypadku wystąpienia na zasilaniu przemiennika częstotliwości doziemnych pojemności pasożytniczych o wartościach rzędu kilkudziesięciu nF powstaną wysokoczęstotliwościowe doziemne prądy pasożytnicze o wartościach rzędu kilkudziesięciu miliamperów zagrażających bezpieczeństwu ludzi.

Układy zabezpieczeń przed zwarciem doziemnym wykorzystujące przekładniki typu LEM na wyjściach mocy falownika w przemiennikach częstotliwości dopuszczają prądy doziemne o wartościach rzędu 10 % In przemiennika częstotliwości i nie stanowią zabezpieczenia przeciwporażeniowego. Zabezpieczenia przed nadmiernymi prądami doziemnymi wbudowane do obwodów wyjściowych napędowych przemienników częstotliwości zabezpieczają jedynie obwody mocy przemiennika przed uszkodzeniem wskutek wystąpienia tych prądów. W warunkach normalnej pracy przemienników częstotliwości, płynące przez pojemności pasożytnicze prądy doziemne, już o wartościach kilku miliamperów, mogą powodować nieprawidłowe działanie cewek Ferrantiego w wyłącznikach różnicowoprądowych stosowanych w zabezpieczeniach elektroenergetycznych [8].

Minimalizowanie zaburzeń różnicowych DM i wspólnych CM

Zaburzenia w otoczeniu trójfazowego napędu z napięciowym przemiennikiem częstotliwości powodowane szybkimi zmianami napięcia na wyjściach mocy modułu falownikowego przemiennika częstotliwości dzielimy na dwa podstawowe rodzaje wymagające odrębnego wyjaśnienia i innych środków technicznych ich tłumienia:

  • zaburzenia międzyfazowe – różnicowe DM (ang. Differential Mode),
  • zaburzenia doziemne – wspólne CM (ang. Common Mode) [1].

 

Zaburzenia różnicowe to zaburzenia powodujące odkształcenia napięć międzyfazowych, a prądy tych zaburzeń przepływają między przewodami fazowymi kabla silnikowego napędu z napięciowym przemiennikiem częstotliwości i nie płyną przez przewód ochronny PE. Odfiltrowanie tych zaburzeń filtrem silnikowym DM przedstawionym na rysunku 8. powoduje, że wyjściowe impulsowe napięcie międzyfazowe zasilania silnika dołączonego do napięciowego przemiennika częstotliwości będzie miało kształt sinusoidy (rys. 9.) [3]. Otrzymany na rysunku 9b przebieg napięcia międzyfazowego po zastosowaniu filtra silnikowego typu DM jest zbliżony do sinusoidy.

Ale co z kształtem napięć fazowych? To napięcia fazowe decydują o powstawaniu zwarć doziemnych w silniku w sieciach TN i stresie napięciowym półprzewodników mocy przemiennika częstotliwości w sieciach IT. Przebieg napięcia fazowego przed i za filtrem silnikowym DM przemiennika częstotliwości zasilanego z sieci TN przedstawia rysunek 10. Po odfiltrowaniu składowej różnicowej zaburzeń z wyjściowych napięć międzyfazowych przemiennika częstotliwości zasilanego z sieci TN nastąpiło zwiększenie wartości maksymalnej napięcia fazowego, co może prowadzić do przebicia izolacji uzwojenia fazowego silnika do uziemionego korpusu obudowy.

W wielu aplikacjach stosowane są do filtracji zaburzeń z napięć zasilania silników jedynie silnikowe filtry DM, co może powodować zwiększenie uszkadzalności tych silników. Izolacja uzwojeń fazowych silników pomp głębinowych jest szczególnie narażona na uszkodzenia wskutek zanurzenia w wodzie stojana i wirnika silnika agregatu pompowego. Obserwowane są przebicia izolacji uzwojenia fazowego i przepływ wysokoczęstotliwościowego prądu doziemnego przez wirnik silnika agregatu, co powoduje charakterystyczne wyżłobienia na powierzchni wirnika (fot. 1.).

Relatywnie duża wartość indukcyjności przewodu ochronnego PE dołączonego do korpusu silnika powoduje, że główna część wysokoczęstotliwościowego prądu doziemnego przepływa do przemiennika częstotliwości (trójfazowego zasilacza z napięciami odkształconymi) przez wirnik, wodę i zawilgocone otoczenie instalacji zasilania. Wbudowane zabezpieczenie wewnętrzne przed prądami doziemnymi przemienników częstotliwości powoduje odłączenie zasilania od silnika agregatu dopiero przy prądach upływu osiągających około 10 % wartości prądu nominalnego przemiennika. Do czasu wykrycia przez przemiennik częstotliwości zwarcia doziemnego silnika agregatu może dojść do poważnych ubytków powierzchniowych w wirniku silnika.

W nieuziemionych sieciach zasilania IT należy dążyć do uzyskania sinusoidalnego kształtu fazowych napięć zasilania przy zasilaniu przemienników częstotliwości. Należy minimalizować wpływ przemiennika częstotliwości na odkształcenia napięć fazowych tak, aby zapewnić symetryczne sinusoidalne napięcia fazowe. W symetrycznej sieci trójfazowej z sinusoidalnymi napięciami fazowymi napięcie zaburzeń wspólnych uCM oraz napięcie składowe zerowej są równe zeru.

Przy stosowaniu sieci zasilania typu IT (z nieuziemionym punktem neutralnym) do zasilania napędów dużych mocy z przemiennikami częstotliwości redukowanie napięcia zaburzeń wspólnych uCM ma podstawowe znaczenie dla bezpiecznej i niezawodnej pracy instalacji napędowej. Opisany wcześniej efekt modulacji napięć fazowych zasilania napięciem zaburzeń wspólnych uCM w sieciach nieuziemionych powoduje podwyższenie „stresu” napięciowego elementów półprzewodnikowych mocy przemiennika częstotliwości, prowadząc do ich uszkodzenia.

Dla zmniejszenia oddziaływania napięcia zaburzeń wspólnych uCM na obciążenie przemiennika częstotliwości w sieciach TN oraz na elementy mocy przemiennika częstotliwości w sieciach IT, należy stosować filtry silnikowe dostosowane do tłumienia napięcia zaburzeń wspólnych CM, a nie tylko napięcia zaburzeń różnicowych DM.

W literaturze podawane są różne rozwiązania techniczne filtrów silnikowych do tłumienia zaburzeń różnicowych DM i wspólnych CM [4]. Występują one także w ofertach handlowych specjalistycznych przedsiębiorstw. Przykładową realizację takiego filtru przedstawiono na rysunku 11., a opis jego działania jest przedstawiony w [2].

Zastosowanie silnikowego pasywnego filtru zaburzeń DM+CM włączonego między przemiennikiem częstotliwości i silnikiem umożliwia w sieciach uziemionych TN uzyskanie na zaciskach silnika prądów i napięć sinusoidalnych (fazowych i międzyfazowych), co równocześnie ogranicza prąd płynący od obudowy silnika do przewodu ochronnego PE. W sieciach nieuziemionych IT z właściwie dobranymi filtrami silnikowymi typu DM+CM nastąpi zmniejszenie efektu modulacji napięć fazowych napięciem zaburzeń wspólnych uCM, a tym samym nie będą zwiększone wartości napięć fazowych zasilania przemiennika częstotliwości.

Wadą tego typu filtrów jest konieczność stosowania elementów indukcyjnych w obwodzie zasilania silnika, co powoduje zmniejszenie jego napięcia zasilania i wprowadza opóźnienie reakcji silnika na zmiany napięcia zasilania wskutek wzrostu stałej czasowej obciążenia przemiennika częstotliwości. Ważnym zagadnieniem jest minimalizowanie przesunięcia fazowego między prądami fazowymi przed i za filtrem zaburzeń wspólnych i różnicowych, gdyż można łatwo doprowadzić do nieprawidłowej pracy filtru. Większość pasywnych filtrów silnikowych ma także ograniczoną maksymalną częstotliwość przełączania elementów mocy falownika (tranzystory IGBT) w przemienniku częstotliwości do wartości ok. 5 kHz.

Silnikowe filtry pasywne stosuje się głównie w napędach mniejszych mocy o typowych właściwościach dynamicznych, takich jak napędy: pomp, wentylatorów, przenośników, dźwigów, itp. W napędach dużych mocy stosowanie pasywnych filtrów silnikowych jest często ekonomicznie nieopłacalne. W tych aplikacjach prądy doziemne ograniczane są głównie poprzez stosowanie odpowiedniej izolacji uzwojeń fazowych silnika i izolowania łożysk wirnika oraz stosowanie kabli silnikowych o zmniejszonych doziemnych pojemnościach pasożytniczych [7].

W napędach zasilanych sieciami nieuziemionymi IT, podobnie jak w sieciach TN, choć z innych powodów, wskazane jest stosowanie wejściowych pojemnościowych filtrów EMC, które mają połączenie z przewodem ochronnym PE poprzez kondensatory CY.

Wejściowe filtry EMC są obecnie często standardowym podzespołem przemiennika częstotliwości u renomowanych producentów. Filtry te mają znacznie większą pojemność od kondensatorów CY (rzędu pojedynczych μF), od doziemnych pojemności pasożytniczych obciążenia przemiennika częstotliwości i umożliwiają ograniczenie odkształceń fazowych napięć zasilania przemiennika. Wysokoczęstotliwościowe prądy doziemne płyną od obciążenia przemiennika częstotliwości przewodem ochronnym PE do wejściowego filtra EMC. W napędach dużych mocy doziemne pojemności pasożytnicze kabla silnikowego i silnika osiągają wartości rzędu setek nF.

Kontenerowy niskonapięciowy napęd z przemiennikami częstotliwości dużej mocy

Kontenerowe stacje zasilania napędów przekształtnikowych głównie stosowane są:

  • w mobilnych systemach napędowych,
  • systemach napędowych wymagających szybkiej podmiany całej stacji w przypadku awarii jej podzespołów,
  • systemach napędowych produkowanych seryjnie,
  • w systemach napędowych dostosowanych do specyficznych warunków środowiskowych.

 

Przykładem reprezentatywnym kontenerowych stacji zasilania są stacje zasilające niskonapięciowe systemy napędowe powierzchniowych przenośników taśmowych stosowanych w górnictwie węgla brunatnego (rys. 12.). Kontenerowe stacje zasilania powierzchniowych przenośników taśmowych osiągają moce rzędu kilku megawatów. Cechą charakterystyczną tych stacji jest posiadanie własnego transformatora zasilanego z sieci typu IT, obniżającego napięcie średnie 3×6 kV na napięcie niskie, np. 3×500 V lub 3×690 V. W relatywnie niewielkiej objętości metalowego i uziemionego kontenera stacji zasilania przekształcana jest energia za pomocą przemienników częstotliwości o jednostkowych mocach od ok. 0,5 do 1,4 MW. W kontenerowych stacjach zasilania przekształtników zagadnienia kompatybilności elektromagnetycznej wewnętrznej urządzeń elektrycznych (wewnątrz kontenera) zwykle dominują w stosunku do zagadnień kompatybilności zewnętrznej (na zewnątrz kontenera).

W stacji kontenerowej stosowane są dwa typy sieci zasilającej: sieć IT – do zasilania napędów podstawowych i sieć TN-S – do zasilania trójfazowych odbiorników małej mocy lub odbiorników jednofazowych.

Zagadnienia kompatybilności wewnętrznej kontenerowych stacji zasilania przekształtników, w których system zasilania oparty jest na sieci typu IT, są bardzo istotne w związku z rosnącą mocą jednostkową przemienników częstotliwości zasilanych z tych stacji i coraz powszechniejszym ich stosowaniem w przemyśle górniczym – zarówno naziemnym, jak i podziemnym, okrętownictwie, i innych gałęziach przemysłu. Niezawodność przekształtników jest ściśle związana z kompatybilnością wewnętrzną kontenerowych stacji zasilania.

Doziemne pojemności pasożytnicze oddziaływają na napięcie zasilania przemienników częstotliwości i ich wpływ jest tym większy, im większe są moce jednostkowe, wartość napięcia zasilania i liczba przemienników częstotliwości umieszczonych w kontenerze. W skrajnych przypadkach doziemne prądy pasożytnicze prowadzą do uszkodzenia obwodów głównych przemienników częstotliwości, w szczególności ich falowników.

Głównym celem tej części jest analiza oddziaływania odkształconych napięć trójfazowych uzyskiwanych z falownika wyjściowego napięciowego przemiennika częstotliwości na napięcie sieci nieuziemionej zasilającej przemienniki częstotliwości dużych mocy w stacji kontenerowej.

W sieciach IT odkształcone napięcie przemienne falownika powoduje wypływ wysokoczęstotliwościowego prądu doziemnego przez doziemne pojemności pasożytnicze kabla silnikowego i silnika. Prądy doziemne dalej wpływają do strony stałonapięciowej falownika przez zwykle dużo mniejsze pojemności pasożytnicze na wejściach zasilania przemiennika częstotliwości, np. przez pojemności doziemne kabla zasilającego przemiennik częstotliwości lub przez pojemności pasożytnicze między uziemionym radiatorem falownika i stałonapięciowym obwodem zasilania falownika w przemienniku częstotliwości. Wartości prądów upływu doziemnego płynącego w przewodzie ochronnym PE są pomijalne, ze względu na małe wartości doziemnych pojemności pasożytniczych na zasilaniu przemiennika częstotliwości. W takim przypadku należy spodziewać się odkształceń fazowych napięć zasilania przemiennika poprzez ich zmodulowanie napięciem zaburzeń wspólnych uCM. Mierząc jedynie wartości napięć międzyfazowych zasilania przemiennika częstotliwości nie można określić wartości napięć fazowych, bo napięcie jest jedynie matematyczną różnicą napięć fazowych [UUV=UU-UV] i jest zwykle sinusoidą.

Aby uniknąć uszkodzeń elementów mocy przemiennika częstotliwości ze względu na możliwość podwyższenia fazowych napięć zasilania, stosuje się ich podwyższoną klasę napięciową, np. dla sieci IT 3×500 V specyfikowane są przemienniki częstotliwości w klasie napięciowej jak dla napięć zasilania 3×690 V. Takie postępowanie znacznie zwiększa koszt przemienników i dlatego nie jest powszechnie stosowane.

Jeśli w układzie napędowym zasilanym z sieci IT dopuści się zwiększoną wartość prądu upływu doziemnego, takiego jak dla sieci TN, to można zastosować na wejściu przemiennika częstotliwości wejściowy pojemnościowy filtr EMC. Wówczas nie nastąpi wzrost wartości napięć fazowych wskutek zmodulowania napięć fazowych transformatora napięciem zaburzeń wspólnych uCM i można zastosować przemienniki dużych mocy o napięciu nominalnym dostosowanym do wartości międzyfazowego napięcia w sieci zasilania. Zastosowanie takiego rozwiązania ma też swoje ograniczenia, np. ze względu na konieczność zatrzymania pracy napędu przy wystąpieniu pojedynczego zwarcia doziemnego w kablu silnikowym lub w silniku [6].

Przy stosowaniu wejściowego filtra EMC z kondensatorami CY praca obciążonego przemiennika częstotliwości przy zwarciu doziemnym w kablu silnikowym lub silniku mogłaby doprowadzić do nadmiernego wzrostu napięcia w obwodzie DC w innym dołączonym do sieci zasilania, ale nieobciążonym przemienniku częstotliwości. W sieci IT z wieloma przemiennikami częstotliwości zasilanymi z jednego transformatora, nieobciążone przemienniki częstotliwości powinny być odłączane od sieci zasilania, np. stycznikami wejściowymi. W przypadku stałego dołączenia do transformatora zasilającego w układzie IT obwodów mocy kilku przemienników częstotliwości, z których jedynie część może być w danym czasie obciążona, należy przemienniki częstotliwości wyposażyć w opcjonalne układy rozładowywania baterii obwodu pośredniego. Układy kontrolowanego rozładowywania baterii kondensatorów będą się uaktywniać, jeśli dojdzie do niedozwolonego wzrostu napięcia w baterii kondensatorów przemiennika częstotliwości.

Literatura

1. A. Kempski, Elektromagnetyczne zaburzenia przewodzone w układach napędów przekształtnikowych, Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2005.

2. Z. Krzemiński, J. Guziński, Filtr wyjściowy falownika napięcia, ELHAND - Projekt badawczy nr 3T10A05727, 2004.

3. J. Szymański, Stosowanie filtrów EMC w sieciach IT zasilających napędy z napięciowymi przemiennikami częstotliwości. „elektro.info” 2008.

4. R. Smoleński, A. Kempski, Filtr napięcia zaburzeń wspólnych z sinsusoidalnymi napięciami wyjściowymi w układach napędów przekształtnikowych, „Przegląd Elektrotechniczny” 3/2007.

5. S. Bolkowski, Teoria Obwodów Elektrycznychm, WNT, Warszawa, 2008.

6. F. Hoadley, R. Tallam, D. Schlegel, Failure mode for ac drives on high resistance grounded system, IEEE, pages 1587–1591, 2006.

7. R. Pastuszka, M. Trajdos, Jakie kable lubią falowniki, Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne, 71/2005.

8. A. Wiszniewski, W. Winkler, Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych, WNT, Warszawa 2009.

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Kompensacja mocy biernej w środowisku wyższych harmonicznych

Kompensacja mocy biernej w środowisku wyższych harmonicznych

Napędowe przemienniki częstotliwości z pośrednim napięciem stałym są obecnie powszechnie stosowanymi odbiorami energii w lokalnym niskonapięciowym systemie zasilania zakładu. Duże moce dostarczane do napędowych...

Napędowe przemienniki częstotliwości z pośrednim napięciem stałym są obecnie powszechnie stosowanymi odbiorami energii w lokalnym niskonapięciowym systemie zasilania zakładu. Duże moce dostarczane do napędowych przemienników częstotliwości są przyczyną powstawania harmonicznych prądu, które mogą uniemożliwiać prawidłową pracę powszechnie stosowanych kompensatorów mocy biernej.

Niskonapięciowy przemiennik częstotliwości w awaryjnych stanach pracy napędu

Niskonapięciowy przemiennik częstotliwości w awaryjnych stanach pracy napędu

Artykuł analizuje przypadkowo zachodzące reakcje i odporność przemiennika częstotliwości na zdarzenia awaryjne w torze prądowym napędu. Autor proponuje stanowisko badawcze wymuszające awaryjne stany pracy...

Artykuł analizuje przypadkowo zachodzące reakcje i odporność przemiennika częstotliwości na zdarzenia awaryjne w torze prądowym napędu. Autor proponuje stanowisko badawcze wymuszające awaryjne stany pracy przemiennika częstotliwości, zarówno po jego stronie zasilania, jak i silnikowej oraz omawia wyniki badań wpływu tych wymuszeń na pracę przemiennika częstotliwości.

Harmoniczne prądów w sieci zasilania z 12-pulsowymi prostownikami diodowymi

Harmoniczne prądów w sieci zasilania z 12-pulsowymi prostownikami diodowymi

Autor artykułu omówił wpływ 12-pulsowego prostownika diodowego na prądy transformatora trójuzwojeniowego Yyd. Został on zbudowany z dwóch prostowników 6-pulsowych. Dokonał też analizy harmonicznych prądów...

Autor artykułu omówił wpływ 12-pulsowego prostownika diodowego na prądy transformatora trójuzwojeniowego Yyd. Został on zbudowany z dwóch prostowników 6-pulsowych. Dokonał też analizy harmonicznych prądów uzwojenia transformatora przy symetrycznym obciążeniu prostowników 6-pulsowych oraz przeprowadził analizę wrażliwości prądów transformatora na niesymetrię wartości indukcyjności dławików DC i pojemności baterii kondensatorów zasilanych prostownikami 6-pulsowymi. "

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.