Tolkning av måledata betinger kunnskap om egenskaper ved elektriske apparater. en kort innføring i disse for enkelte utbredte apparater

Transkript

1 Tolkning av måledata betinger kunnskap om egenskaper ved elektriske apparater en kort innføring i disse for enkelte utbredte apparater Helge Seljeseth helge.seljeseth@sintef.no 1

2 Typer av elektriske apparater Apparater med svitsjede kraftforsyninger Motorer (uten kraftelektronikk) Store kraftelektroniske omformere Likerettere Frekvensomformere Apparater med en blanding av de tre førstnevnte (dog små/moderate kraftelektroniske omformere ikke store) Eks. Vaskemaskiner 2

3 Apparater med svitsjede kraftforsyninger Det mest utbredte elektriske apparat i dag TV, Stereoanlegg, datamaskiner, Inneholder en kraftforsyning som gjør om 230 V AC til andre interne spenningsnivå som eksempelvis i PC er (datamaskiner): 3,3 V DC, 5 V DC og 12 V DC 3

4 Svitsjede kraftforsyninger IMMUNITET Lever av peakverdien til spenningen RMS/effektivverdien er uinteressant Følsom for overspenning i spenningens momentanverdi. Spenningen trenger ikke være for høy i en hel (halv) grunnharmonisk periode eller mer for at problemer/havari kan oppstå. Moderate overspenninger kan gi STORE ladestrømmer ( inrush ) og betydelig spenningsstigning på DC-bus en i kraftforsyningen. EMISJON Bidrar selv til å forvrenge spenningens kurveform ved å trekke strøm i kortere pulser istedenfor sinusformet strøm Flater ut toppen av sinusen (dårligere formfaktor) 4

5 Oppbygging av svitsjede kraftforsyninger Først: gammeldags likeretter: 5

6 DC to DC step-down transformer DC til DC nedtransformerende omformer 6

7 Forenklet skjema av komplett AC DC svitsjet kraftforsyning 7

8 8

9 Lever av peakverdien av spenningen Strøm trekkes fra nettet KUN når momentanverdien av nettspenningen er høyere enn spenningen over kapasitansen C Bredden av strømpulsene er avhengig av impedansen foran likeretteren og delvis av laststrømmen Følsom for overspenning i spenningens momentanverdi. Spenningen trenger ikke være for høy i en hel (halv) grunnharmonisk periode eller mer for at problemer/havari kan oppstå. 9

10 10

11 11

12 12

13 Svitsjede kraftforsyninger ikke så svake som først antatt? Laboratorietester av 56 elektriske apparaters toleranse for kortvarige overspenninger ved SINTEF Energiforskning sommeren 2008 Dataskjermen, stereoanlegg, PC er (PC kraftforsyning), TVapparat, støvsugere med mer Testet for kortvarige overspenninger (swell) med varighet: 10 perioder (0,2 s), 1 sekund, 10 sekunder og 1 minutt De aller fleste apparatene tålte BETYDELIGE kortvarige overspenninger. Testet med inntil + 40 % (!) ~ 320 V i stedet for 230 V Dessverre er det som med så mangt annet i verden: Noen få ødelegger for så mange. Noen få av apparatene tåler spenningsavvik dårlig. 13

14 Motorer (uten kraftelektronikk) For litt hjelp til bedre forståelse for prinsippene bak elektriske motorer er følgende webside vel verdt et besøk! Det fleste som jobber med leveringskvalitet/ spenningskvalitet innen nettselskapene har gjerne befatning med elektriske motorer primært som problem i forbindelse med at de forårsaker spenningssprang og i enkelte tilfeller også spenningsdipp. 14

15 Enkel representasjon av en elektrisk motor Ved innkobling vil induktansen L og motstanden R være begrensningen på den strøm motoren trekker Etter hvert som motorens turtall øker vil motindusert spenning E være dominerende mht å begrense strømmen. ΔU stasjonær ΔU maks 15

16 Motorer (uten kraftelektronikk) Immunitet Motorer påvirkes av flere spenningskvalitetsparametere og kan få større tap og varmgang og mindre moment. Motorvern kan slå av motoren dersom spenningen blir for lav eller for høy. Emisjon Motorer medfører i hovedsak et problem med hensyn til tilbakevirkning på nettet -> startforløpet Motorens startforløp kan avhengig av nettets impedans, motorens størrelse og mekaniske last forårsake alt fra moderate spenningssprang til spenningsdipp. Bruk av mykstarter eller stjerne-/trekantkobler vil redusere spenningsfallet ved motorstart. Bruk av frekvensomformer vil ytterligere kunne redusere spenningsfallet ved motorstart 16

17 Store kraftelektroniske omformere Likerettere, Frekvensomformere (motordrifter) Genererer harmoniske (som regel ikke noe problem i norske nett) Forstyrrelsene kan reduseres ved bruk av filter Oppførsel ved dipp (kan trekke vesentlig MER strøm) Avhengig av design kan enkelte omformere selv kompensere til en viss grad for forstyrrelser fra nettet Frekvensomformere hjelper positivt mht å redusere spenningsfall ved motorstart Kortvarige overspenninger så kan strømmen stige kraftig pga ladestrømmer (inrush) til mellomkretsen 17

18 Frekvensomformer ~ ~ M 18

19 UPS Uninterruptable Power Supply ~ ~ 19

20 Likeretteren, prinsippskisse + R S T

21 21

22 22

23 23

24 Helt til slutt: Kort om måletransformatorer Merk at målingene aldri får bedre målenøyaktighet enn nøyaktigheten til de måletransformatorene du kobler deg til! UNNGÅ kapasitive måletransformatorer (CVT) vanlige på 120 kv til 420 kv. Disse er justert til 50 Hz og har dårlig båndbredde / målenøyaktighet for de fleste andre frekvenser. Allerede ved 150 Hz eller mer forekommer STORE målefeil. Husk at det også kan være store målefeil i induktive måletransformatorer. Dette avhenger til dels av frekvensen. Tommefingerregel : høyere systemspenning = grensen for hvor høye frekvenser som gjengis noenlunde riktig blir lavere. 24

25 Transformer ratio in pu rel. 50Hz ratio Phase R FEDA Phase S FEDA Phase T FEDA Phase R TONDSTAD Phase S TONDSTAD Phase T TONDSTAD Harmonic order 25

26 1,2 Transformer ratio in pu rel. 50Hz ratio 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Phase R FEDA Phase S FEDA Phase T FEDA Phase R TONDSTAD Phase T TONDSTAD Harmonic order 26

27 ,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, kv 300 kv 132 kv 132 kv 132 kv 132 kv 132 kv 132 kv 66 kv 66 kv 66 kv 22 kv 22 kv 22 kv 11 kv 11 kv 11 kv 6 kv 6 kv 6 kv Frequency (Hz) Frequency responce (pu)