Program stručnog usavršavanja ovlaštenih inženjera elektrotehnike

ELEKTROTEHNIKA - XVIII tečaj

Nove tehnologije električnih postrojenja

Posebnosti projektiranja razvoda energije pri napajanju iz izvora ograničene snage

mr sc Milivoj Puzak dipl. ing. – viši predavač

Tehničko veleučilište u Zagrebu

Elektrotehnički odjel

ZAGREB 9. 2. 2015.

milivoj.puzak @ tvz.hr

Razvod – napajanje trošila

Razvod – ograničena snaga

• osiguranje nazivnih uvjeta napajanja

o održavanje napona i frekvencije – dovoljna snaga

• ispravno djelovanje tijekom prijelaznih stanja

o dovoljna povećana struja ili snaga pri uklopu trošila

• djelovanje zaštita u neregularnim stanjima

o ispravno djelovanje zaštitnih aparata

o vrijeme isklopa povećane struje

o selektivnost zaštita

Izvori ograničene snage

• Otočni rad energana

- male hidroelektrane

- Nekonvencionalni izvori – vjeroagregati, fotoneponski,

- Brodski razvodi

– Agregatsko napajanje

– Razvodi nužnog napajanja

• Podrazvodi napajani odvojnim transformatorom

– Formiranje IT razvoda

– Razvodi namjenskih naponskih razina

• Napajanja pretvaračima

– UPS

– Pretvarači napona i frekvencije za pogone

• Napajanje razvoda upravljačkih napona

• Povećana impedancija izvora –

smanjena krutost izvora – povećani propadi napona

• snaga jediničnih trošila ograničena

• smanjene struje kratkog spoja

- nepouzdan zaštitni isklop

• Povećan utjecaj distorzije struje na napon razvoda

Razvod – ograničena snaga

Razvod male snage – zajednička svojstva

Utjecajna trošila

• Promjenjiva prijelazna strujna opterećenja

– Asinkroni motori pri direktnom startu 4-7×In

trajanje do nekoliko sekundi

– Rasvjeta – smanjeni otpor u hladnom stanju klasičnih žarulja,

povećena početna struja pretvarača „štednih lampi” 10÷30×In

trajanje nekoliko poluperioda napona 0,01 s; fluorescentne

svjetiljke s prigušnicom do 15×In 5 ÷10 ms

– Skupovi računala – visoka početna struja napajačkog pretvarača

trajanje < 0,1 s

- Pretvarači frekvencije – visoka distorzija struje THDi 120÷140%

Razvod – ograničena snaga

Pomoćna napajanja s generatorom

Male elektrane, agregati

Razvod – ograničena snaga

Opća trošila Kritična trošila

Tipična konfiguracija pomoćnog napajanja iz generatora - agregata

Pomoćna napajanja s generatorom

Male elektrane, agregati

Razvod – ograničena snaga

Tipična karakteristika izvora pri kartom spoju - udarnom preopterećenju

Pomoćna napajanja s generatorom

Razvod – ograničena snaga

Tipična impedancije generatora tijekom preopterećenja ili kratkog spoja

Zaštite generatora – termičke 110%×In – 1 sat svakih 12 sati; 150% ×In 30 s

Posljedice visoke impedancije Xd: - preopterećenje s 3×In duže od 1 s - napon

na stezaljakma pada na razine podnapona – ispad generatora iz rada

Problem zaleta asinkronih motora veće snage > iskustveno pravilo:

Za motor zadane snage treba generator 3 × veće prividne snage prema

kriterijima struje i napona.

Posebno treba analizirati sustav regulacije brzine (frekvencije) – brzina

djelovanja regulacije pogonskog stroja

Pomoćna napajanja s generatorom

Razvod – ograničena snaga

Pri potrebi zaleta više motora – upravljanje sukcesivnim uklapanjem

Pomoćna napajanja s generatorom

Razvod – ograničena snaga

Alternativna rješenja zaleta motora 580 kW na brodsku mrežu: a) zalet preko

prigušnice; b) zalet primjenom soft start uređaja, c) zalet pomoćnim reguliranom motorom

M M

M M MG 1

10 00 kVA

3×4 00 V

G2

1 00 0 kVA

3×4 00 V

G 3

1 0 00 kVA

3×4 00 V

M 1

5 80 kW

14 93 1/min

M11

45 kW

14 70 1/min

G 116 0 kVA

3×0-4 00 V

0 -5 2 H z

L 1

40 0 A1 .8 mH

- Q.G1 -Q.G 2 -Q .G 3

-Q .M1

-Q .L 1-Q .G 11

G G G

napajanja pogona velike snage posebnim transformatorom

Razvod – ograničena snaga

Pogon turbopuhala 710 kW, 9100 1/min

Transformator: 20/0,4 kV, 1000 kVA

Motor: 710 kW, 2990 1/min, 1050 A, Ik =7×In

Soft start: (560 kW-?), 1800 A, 60 s, F 1250 A aM

Pojave:

Neuspio zalet – termička zaštita transformatora, izgaranje

osigurača >> na kraju stradao transformator!

Sva oprema funkcionalno ispravna!

Pogon s dugim trajanjem zaleta – na granici dopustivih

vremena tiristorskog uređaja - smanjena struja 1/6 > vrlo

mali moment motora (1/6)×(1/6) =1/36 Mk = 0.03 Mn te

uz smanjen napon transformatora pokretanje neuspjelo

Utjecaj pogona s pretvaračem na distorziju napona

Razvod – ograničena snaga

Pogon s pretvaračem posebno je utjecajan na razvod povećena impedancije

Harmonijske struje stvaraju pad napona viših harmonijskih komponenti u naponu te

utjecati na mogućnost rada drugih trošila na istoj pojnoj točki. Pretvarače dodatno odvojiti

ulaznim prigušnicama od sabirnica razvoda!

napajanja pogona velike snage posebnim transformatorom

Razvod – ograničena snaga

Pogon turbopuhala – rješenje zaleta sa sniženom strujom i baypas sinkronizacijom

Rješenje:

Primjena pretvarač frekvencije

- Zalet reguliranim ubrzanjem

- Struja manja od nazivne

- Pretvarač 470 kVA

- Nadzor zaleta i sinkronizacija uklopa obilaznog

napajanja direktno na mrežu

- Jednim pretvaračem moguć zalet tri pogona

M

F1

F2

F3

K sinchro

f

f

G

470 kVA

U1

T1

1000kVA

M

710 kW

Napajanja elektroničkim pretvaračima

Razvod – ograničena snaga

Najviše korišteni elektronički pretvarači kao izvori – UPS

Napajanja elektroničkim pretvaračima

Razvod – ograničena snaga

Konfiguracija „on-line” UPS-a _ dvostruka konverinja napona mreže – trošila su

stalno na pretvaraču – statičkom sklopkom mogu se priključiti na mrežu ili ručno

u slučaju servisa pretvarača

Napajanja elektroničkim pretvaračima

Razvod – ograničena snaga

Svojstava UPS-a kao izvora:

• Vrlo mala mogućnost preopterećenja (10% - nekoliko sekundi)

• Elektroničko ograničenje struje 2×In (ms)

• Struje isklopa pojedinih odvoda (kratki spoj) manje od nazivne struje

pretvarača

• U slučaju da se pojavi struja kratkog spoja veća od maksimalne struje

pretvarača – aktivira se prijelaz na „bypass” – na mrežu koja tada

osigurava proradu strujne zaštite

• zaštitni elementi trebaju biti rasklopnom moći prilagođeni mrežnom

napajanju

Razvodi pomoćnih upravljačkih napajanja

Razvod – ograničena snaga

L+L+

L-L-

L-

L1

L1

L1

L1

pretvarački izvor s

mrežnim ispravljačem i

čeoperskim izaznim

stupnjem

pretvarački izvor s

mrežnim ispravljačem i

stabilizatorom

Razvodi pomoćnih upravljačkih napajanja

Razvod – ograničena snaga

pretvarački izvor limitiranom strujom

Izvor s tzv „foldback) karakteristikom

opterećenja

Zaštitni strujni aparati osigurači,

instalacijski prekidači – praktički ne

odrađuju funkcije – selektivnost vrlo

teško postići

Rješenja:

višestruki izvori - svaki za „svoj” dio

krugova

Elektronički zaštitni moduli

Razvodi pomoćnih upravljačkih napajanja

Razvod – ograničena snaga

Zaštite izmjeničnog razvoda pomoćnog

napona:

Osigurači – brzog djelovanja

Instalacijski osigurači B karakteristike

nazivne struje ne veće od 20 % nazivne

transformatora

L1

N

L1

L2

L1

L2

1L1

1L2

1L1

1N

1L2

1L1

1L224V; 48 V

2 x 55V

115V; 230 V

Literatura

1. Electrical Installation Guide 2014: N - Characteristics of particular

sources and loads

2. Gadže D.: Kratki spoj na besprekidnom napajanju; Elektro 7/2006

3. Puzak M. : Analiza zaleta motora na brodski razvod, TVZ-ELO 2014 (za

INMEL Kostrena)

4. Puzak M. Staklenac V.: Rješenje zaleta pogona turbopuhala motora 710

kW; TVZ-ELO 2012. (za ZOV Zagreb)

5. Puzak M.: Istosmjerni i pomoćni razvodi u postrojenju; TVZ-ELO ,IX

tečaj OIE, Zagreb 2010.

Razvod – ograničena snaga