Güç Kalitesini ve 50/60 Hz Sinüzoidal Sinyali Etkileyen 14 Bozulma Türü

Elektrik Enerjisinin Kalitesi

Elektrik enerjisinin kalitesi günümüzde çok popüler gibi görünüyor. Dağıtım sistemlerinde meydana gelen olaylardan (anahtarlama, yıldırım vb.) Veya örneğin belirli bir yük akım tüketiminde önemli değişiklikler yarattığında (açma) veya dalga biçimini değiştirdiğinde (açma) elektrik kullanımından etkilenebilir (harmonikler).

 

Güç kalitesini ve 50/60 Hz sinüzoidal sinyali etkileyen 14 bozulma türü

Elektrik beslemesinin kalitesi, 50/60 Hz sinüzoidal sinyali karakterize eden veya etkileyen on dört değer veya fenomenin izin verilen sınırlarını belirleyen bir Avrupa standardı EN 50160'ın konusudur. İstatistiksel bir yaklaşıma dayalı olarak, normal çalışma sırasında belirli bir kalite seviyesi sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.

1. Sinyal Frekansı

Nominal gerilim frekansı 50 Hz'dir ve her bir yıllık dönemin % 99,5'i için ±% 1 (yani 49,5 ila 50,5 Hz) ve tüm dönem için +% 4 ila -% 6 (yani 47 ila 52 Hz) toleranslıdır.

Şekil 1 - Frekans kaymasını ve sinyal bozulmalarını gösteren kayıt örneği

Bu tür bir dalgalanma, sanayileşmiş ülkelerdeki kamu dağıtım sistemlerinde neredeyse yok. Bağımsız kaynaklarla (jeneratör setleri, invertörler, vb.) beslenen kurulumlarda, farklı tolerans sınırları belirlenebilir veya hatta düzenleme cihazları gerekli olabilir.

 

Şekil 2 - Sıklık ve dönem

Aynısı, daha geniş toleranslara izin verilen birbirine bağlı olmayan sistemler (örneğin adalar) için de geçerlidir: Her haftanın% 99,5'i için ±% 2 ve sürenin% 100'ü için ±% 15.

2. Besleme Geriliminin Genliği

Besleme gerilimi, teslimat noktasında ölçülen rms değerini temsil eder. Belirli bir anda ölçülür ve bir zaman aralığında (tipik olarak 10 dakika) ortalaması alınır.

Sistemi karakterize eden nominal gerilim U_n, EN 50160 standardındakilerden farklı değerler üzerinde bir anlaşmadan kaynaklanacak belirtilen gerilim U_c'den ayırt edilebilir.

Avrupa'daki düşük gerilimli kamu sistemleri için standart gerilim:

• Nötrlü üç fazlı sistemler için fazlar arası 230 V (fazlar arası 400 V)
• Nötrsüz üç fazlı sistemler için fazlar arası 230 V

Şekil 3 - Besleme geriliminin genlik değişimlerini gösteren kayıt örneği

Güç sınırları genellikle bir kamu dağıtım sistemi tarafından sağlanan motorlar için belirlenir. Bu nedenle çözüm, kaynağın gücünü arttırmak (empedansının düşürülmesi ve kısa devre gücünün arttırılması) veya özellikle bir cihaza bağlanan ve parazite neden olan reaktif enerjiyi telafi etmek olabilir.

3. Yavaş Gerilim Değişimleri

Normal çalışma koşullarında, bir haftalık bir süre boyunca aşağıdaki yavaş gerilim dalgalanmalarına izin verilir: Referans değerin ±% 10'u (230 veya 400 V), yani ölçümlerin% 95'i için 207 ila 253 V veya 360 ila 440 V ve ölçümlerin% 100'ü için -% 15 ila +% 10, yani 195 ila 253 V ve 340 ila 440 V

Sistemin besleme gerilimi, sistemdeki yükteki önemli değişikliklerin bir sonucu olarak günlük, haftalık veya mevsimsel olarak dalgalanabilir. Trafo merkezlerine kurulan gerilim düzenleme cihazları bu değişiklikleri sınırlayabilir.

Ayrıca kaynak istasyonları, büyük motorlar, fırınlar ve diğer enerji yoğun tesisatlar gibi yüksek güç alıcıları, çalışırken yerel gerilim düşüşlerine neden olabilir.

Şekil 4 - Yavaş gerilim değişimlerini gösteren kayıt örneği

Güç sınırları genellikle bir kamu dağıtım sistemi tarafından sağlanan motorlar için belirlenir. Bu nedenle çözüm , kaynağın gücünü arttırmak (empedansının düşürülmesi ve kısa devre gücünün arttırılması) veya özellikle bir cihaza bağlanan ve parazite neden olan reaktif enerjiyi telafi etmek olabilir.

4. Hızlı Besleme Gerilimi Değişiklikleri

Esas olarak yüksek yüklerin çektiği akımlardan kaynaklanan bu varyasyonlar, nominal gerilimin %5 ila 10'unu geçmemelidir. Kayıtlar, motorlar veya transformatörler gibi alıcılar açıldığında %30'luk anlık düşüşlerin tamamen mümkün olduğunu göstermektedir.

Bu varyasyonlar periyodik değildir ve rastgele anlarda meydana gelir. Hızlı gerilim değişimleri döngüsel hale geldiğinde, bu, belirli bir seviyenin üzerinde can sıkıcı olabilen ışık değişimlerine atıfta bulunularak, titreşim olarak adlandırılır.

5. Kırpışma Şiddeti

Titremenin neden olduğu rahatsızlığın yoğunluğu, bir UIE-CIE (Uluslararası Elektrik Uygulamaları Birliği - Uluslararası Aydınlatma Komisyonu) ölçüm yöntemiyle tanımlanır.

Aşağıdaki şekilde değerlendirilir:

On dakikalık bir süre boyunca ölçülen kısa vadeli şiddet (P_st )

Aşağıdaki formüle göre, iki saatlik bir süre boyunca 12 P_st değeri dizisine göre hesaplanan uzun vadeli şiddet (P_lt ) :

Normal çalışma koşullarında, her bir haftalık dönem için, gerilim dalgalanmalarıyla ilişkili uzun vadeli titreşim şiddeti seviyesi P_lt'nin % 95 oranında 1'den küçük veya eşit olması önerilir

Şekil 5 - Daha kısa önem derecesi değişimlerini gösteren kayıt örneği

6. Gerilim Düşüşleri

Bunlar, kullanıcıların kurulumlarında meydana gelen hatalardan kaynaklanıyor olabilir, ancak genellikle genel dağıtım sistemindeki sorunlardan kaynaklanmaktadır. Bunların sayıları yerel koşullara göre önemli ölçüde değişir ve genellikle yalnızca bir saniyeye kadar sürer.

Çoğu voltaj düşüşü 1 saniyeden az sürer ve derinlik% 60'tan azdır. Başka bir deyişle, artık gerilim %40'tan fazla kalır. Her fazda ayrı ayrı ölçülen gerilimlerden birinin rms değeri belirlenen eşiğin altına düşer düşmez gerilim düşüşü olur.

EN 50160 standardı, gerilim düşüşlerinin sayısını, süresini veya derinliğini belirtmez. Bu özellik, bir sözleşmeye dayalı anlaşmanın konusunu oluşturabilir.

Şekil 6 - Gerilim düşüşünün kayıt örneği

7. Kısa Gerilim Kesintileri

Kısa kesintiler veya "mikro kesintiler", sinyal değerinin 0 V'a veya nominal gerilimin % 1'inden daha azına düştüğü anlamına gelir. Bunlar genellikle bir saniyeden az sürer, ancak 1 dakikalık bir mola yine de kısa olarak kabul edilebilir.

Mikro kesintiler ve gerilim düşüşleri, genellikle rastgele ve öngörülemeyen olaylardır ve zaman içinde düzensiz olarak meydana gelebilir. Bir mikro kırılma olarak kabul edilecek bir gerilim düşüşü için maksimum süreyi ve eşiği sözleşmeye dayalı olarak tanımlamak önemli olabilir (örneğin, 600 ms'den daha az bir gerilim <% 40 U_n).

Çoğu durumda, yalnızca kayıtlar, olgunun doğruluğu hakkında kesin bir karar alınmasını sağlayabilir.

Şekil 7 - Kısa voltaj kesintisinin kayıt örneği.

ITIC Eğrileri

Elektronik ve bilgi işlem ekipmanı gerilim değişimlerine duyarlıdır. Görünüşte rastgele hatalardan etkilenen ilk kurulumlar, tarihi olarak güç kalitesi sorunlarının çoğunun kaynağıydı.

Bilgi teknolojisi endüstrisi konsey eğrisinin (ITIC eğrisi), içinde bir gerilim arızası (düşüş veya aşırı gerilim) kabul edilebilir veya kabul edilemez bir şablonun tanımlanmasını sağlamıştır. Bir olayın, nominal gerilimine göre gerilimin bir şey olarak çizen bu gerilimin bir sorumluluğu, herhangi bir kesinti veya veri kaybı olmadan devam etmek üzere olabilir.

Şekil 8 - ITIC eğrileri

8. Uzun Gerilim Kesintileri

Bu değerler, tamamen tesadüfi unsurlara bağlı oldukları için ölçülmez. Oluşma sıklıkları çok değişkendir ve dağıtım sisteminin mimarisine veya iklimsel tehlikelere maruz kalmasına bağlıdır.

Normal çalışma koşullarında, üç dakikadan fazla yıllık gerilim kesintilerinin frekansı bölgeye bağlı olarak 10'dan az olabilir veya 50'ye kadar ulaşabilir.

Şekil 9 - Uzun bir gerilim kesintisinin kayıt örneği

9. Geçici Aşırı Gerilimler

Bu tür bir arıza hem dağıtım sisteminde hem de kullanıcının kurulumunda ortaya çıkabilir. Sağlanan gerilim ekipman için tehlikeli olan bir seviyeye ulaşabileceğinden yıkıcı olabilir.

Ana risk, örneğin nötr arızalanırsa, bir faz-nötr gerilim yerine bir faz-faz olmasıdır. Yüksek gerilim sistemindeki (düşen hat) arızalar da düşük gerilim ucunda aşırı gerilim oluşturabilir.

Standart EN 50-160, bu aşırı gerilimler için sınırlar koymaz. Ancak bu noktada, insanların ve tesislerin güvenliği için, standartlara göre boyutlandırılmış (IEC 60064-1 ile uyumlu) ve yıldırım darbelerine dayanıklılığı test edilmiş ekipmanların seçilmesi esastır.

Düşük gerilim sistemlerinde geçici aşırı gerilimlerle ilgili yalıtım koordinasyonu

Standart iec 60064-1 gereksinimleri:

• Sağlam temel yalıtım ve ek yalıtım, aşağıdaki geçici aşırı gerilimlere dayanmalıdır:

Kısa süreli geçici aşırı gerilimler, t <5s için genlik Un + 1200 V

Uzun süreli geçici aşırı gerilimler, genlik Un + 250 V t> 5s için

    (Un, toprağa besleme sistemi nominal faz-nötr voltajıdır)

• Güçlendirilmiş yalıtım, aşırı gerilim değerlerinin iki katına eşit değerlere dayanmalıdır.

10. Geçici (veya Darbe) Aşırı Gerilimler

Bu olgular çok değişkendir. Esas olarak sistemin aydınlatılması ve açılması nedeniyledir. Yükselme süreleri birkaç mikrosaniyeden birkaç milisaniyeye kadar değişir, bu nedenle frekans aralıkları birkaç kHz'den birkaç yüz kHz'ye kadar çok geniştir.

Aşırı gerilimlere karşı koruma, gerilim dalgalanma koruyucuları gibi koruma cihazlarının kullanılmasını ve kurulumdaki konumuna uygun ekipmanın kurulumunu gerektirir.

Şekil 10 - Tipik anahtarlama aşırı gerilim dalgası

Yıldırım Çarpmasına Bağlı Aşırı Gerilimin Kaydı

Sisteme çarpan yıldırım, distribütörün kurduğu koruma cihazlarına rağmen doğrudan kullanıcılara taşınan aşırı gerilimleri tetikler. Üst sistemlerden farklı olarak, yer altı sistemleri şok dalgasını büyük ölçüde azaltır.

Şekil 11 - Yıldırım çarpması nedeniyle aşırı gerilimin kaydedilmesi

11. Gerilim Dengesizliği

Gerilim dengesizliği, yüksek güçlü tek fazlı yüklerden kaynaklanır. Dönen makinelerde fren torklarını ve sıcaklık artışlarını tetikleyebilen negatif akım bileşenlerine neden olur. Yüklerin mümkün olduğunca üç faza bölünmesi ve uygun dedektörler kullanılarak kurulumların korunması tavsiye edilir.

Normal çalışma koşulları altında, her bir haftalık periyot için, besleme geriliminin negatif bileşeninin rms değerlerinin % 95'i, on dakika üzerinden ortalaması alınmış, pozitif bileşen bileşeninin %0 ila %2'si arasında olmalıdır.

Şekil 12 - Gerilim dengesizliğinin kayıt örneği

Sistem kullanıcılarının kurulumlarının bazı kısımlarının tek fazlı bağlantılara sahip olduğu veya iki faz arasında bağlandığı bazı bölgelerde, dengesizlik üç fazlı besleme noktasında% 3'e ulaşabilir. Eğer τ _i anlık dengesizlik değeri ise, ortalama oran τ _νm aşağıdaki denklemle tanımlanır:

T = 10 dakika

EN 50-160 standardı, gerilimin negatif bileşenlerine bağlı olarak yalnızca limitler belirler. Negatif ve pozitif bileşenler arasındaki dengesizlik oranının tespit edilmesini sağlayan geleneksel ölçümler kullanılarak tatmin edici tahminler yapılabilir.

burada U ₁₂ + U ₂₃ + U ₃₁ , üç fazlı gerilimlerdir.

Simetrik Bileşenleri Kullanma

Simetrik sistem, her fazda aynı olduğu varsayılan tüm bileşenlere (empedanslar, emf, geri emf ve yükler) karşılık gelir. Bu, akımların ve gerilimlerin eşitliği ile ilgili olan dengeleme ile karıştırılmamalıdır.

Dengesiz bir simetrik üç fazlı sistem, üç dengeli üç fazlı sistem olarak ifade edilebilir (ileri kurtarma yöntemi). Bu bölünme üç yöntem kullanılarak gerçekleştirilebilir: pozitif, negatif, sıfır dizi (homopolar).

Fazlardan yalnızca birini etkileyen bir arıza, aşırı gerilim veya kısa devre varsa (en yaygın durum budur), sistem simetrik olmaz ve o zaman yalnızca her faz için ayrı V ve I ile gerçek bir sistem tarafından tanımlanabilir.

Şekil 13 - Simetrik bileşenler

12. Harmonik Gerilimler

Bir dağıtım sisteminin özellikleri açıklandığında, dağıtılan gerilim (ler) in harmonik bozulması, bu tür bir bozukluğun neden olabileceği işletim sorunları (elektronik ekipmanın hassasiyeti) ve güvenilirlik sorunları (sargıların ve iletkenlerin ısıtılmasıyla yaşlanma, kapasitörlerin yalıtımının bozulması) açısından önemli bir faktördür.

Ancak harmonik gerilimlerin kaynağının öncelikle harmonik akımlar olduğunu bilmek önemlidir. Bu akımlar, ekipmanı yerel olarak rahatsız edebilir, ancak her şeyden önce, tüm kurulum boyunca ve genel dağıtım sistemi aracılığıyla diğer kullanıcılar için dağıtılan voltajın bozulma seviyesini tehlikeli bir şekilde artırır.

Harmonik akımlar, beslemesi sinüzoidal olmayan akımları tüketen cihazlar tarafından üretilir. Elektronik, bilgisayar ve ofis ekipmanları, bazı aydınlatma armatürleri, endüstriyel kaynak ekipmanları, invertörler, güç dönüştürücüler ve çok sayıda makine ana sebeplerdir.

Harmonik akımlar gibi, harmonik voltajlar da tanımlanabilecek sinüzoidal voltajlara bölünebilir:

• Tek tek, kendi göre nispi genlik (Uh ) ile ilgili olarak temel gerilim U n h harmonik düzeni temsil eder
• Bir bütün olarak, yani toplam harmonik bozulma THD değerine göre, aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

Şekil 14 - Harmonik gerilimlerin kayıt örneği

Normal çalışma koşullarında, on dakika üzerinden ortalama alınan ve bir hafta boyunca ölçülen her bir harmonik gerilimin rms değerlerinin% 95'i aşağıdaki tabloda verilen değerleri aşmamalıdır.

Besleme noktasındaki maksimum harmonik bozulma , IEC 61000-2-2'ye göre U ₁ temel geriliminin yüzdesi olarak ifade edilir .

Tablo 1 - Besleme noktasındaki maksimum harmonik bozulma, IEC 61000-2-2'ye göre U₁ temel geriliminin yüzdesi olarak ifade edilir.

Ek olarak, sağlanan gerilimin toplam harmonik bozulması (talep 40'a kadar tüm harmonikler dahil) temel gerilimin (sıra 1)% 8'ini aşmamalıdır.

Harmonikleri sınırlandırmak için, başlangıçta tesisatın yapısının revize edilmesi gerekebilir:

• Nötr iletkenin kesitini artırın
• Kirletici yükleri yeniden gruplandırın (gerekirse kaynak ayırma ile)
• Özel sargılı transformatörlerin kullanılması (3. dereceden harmoniğin ve katlarının nötr üzerinde bağlanması)
• Hassas ekipmanların kirletici yüklerden uzağa bağlanması
• Kirletici yüklerin en düşük empedanslı kaynağa ve mümkün olduğunca yukarı akışa bağlanması. Güç faktörünü kompanse etmek için kapasitör banklarının rezonansa başlayamayacağını da kontrol etmek gerekir (seri bağlanmış anti-harmonik endüktansların olası kullanımı).
• TN-C nötr topraklama sisteminden kaçınılmalıdır.

13. İnterharmonik Gerilimler

Bu olgu , harmonikler arasında bulunan frekansları ifade eder . Bunlara frekans invertörleri, kesintisiz güç kaynakları, kontrollü dönen makineler veya ark cihazları neden olur. Etkileşimleri titreme olaylarına neden olabilir, ancak her şeyden önce, tanımlanmaları ve kontrol edilmeleri gereken sistem üzerinden iletilen bilgi sinyalleri ile ilgilidir.

14. Sisteme İletilen Bilgi Sinyalleri

Bazı ülkelerde, dağıtıcı tarafından sinyalleri iletmek için kamu dağıtım sistemi kullanılabilir. Orta gerilim dağıtım sisteminde (1 ila 35 kV) iletilen sinyallerin ortalama 3 saniye boyunca ortalama gerilim değeri , bir günün% 99'una eşit bir süre boyunca aşağıdaki eğri ile gösterilen değerleri aşmamalıdır.

Şekil 15 - Sisteme iletilen bilgi sinyalleri

Sistem, dağıtıcı tarafından, bilgilerin kullanıcıların kurulumlarına iletilmesi için sağlanan gerilimin üzerine yerleştirilen bilgi sinyallerini iletmek için kullanılır. Bununla birlikte, sistem özel kurulumlardan bilgi sinyallerini iletmek için kullanılmamalıdır.

Bu sinyallerin frekansları, işlevlerine göre onlarca hertz ile birkaç kilohertz arasında değişir:

Merkezi uzaktan kumanda sinyalleri: 110 Hz ila 3000 Hz aralığında üst üste binen sinüzoidal voltaj

Güç hattı taşıyıcı sinyalleri: 3 kHz ila 148.5 kHz aralığında üst üste binen sinüzoidal voltaj

Dalga işaretleme sinyalleri: voltaj dalgasında seçilen anlarda üst üste bindirilmiş kısa süreli darbeler (geçişler).

Analizör Ağı Örneği

Ağların elektriksel özelliklerinin tam olarak okunması, depolanması ve kullanım için uzaktan iletilmesi için kullanılabilecek birçok ağ analizörü vardır.

Reaktif güç kompanzasyonu veya koşullandırma çözümlerinin seçimi bu durumda tamamen uygun olacaktır.

Şekil 16 - Tüketici lokasyonlarında olduğu gibi elektrik trafo merkezlerinde de kurulu bir analizör ağı örneği

Şekil 17 - Yerel ve kamusal bir enerji dağıtım sisteminin analizi için uygulama örneği

KAYNAK: Elecrical Engineering Portal