1 / (3)

PŘÍPADOVÁ STUDIE

KOMERČNÍ BUDOVY

Merus Power Dynamics Oy Pirkkalaistie 1, 37100 NOKIA, FINLAND Y-No: 2230775-9

Tel/fax: +358-3-2255344 www.meruspower.fi VAT No: FI22307759

Tato studie ukazuje, jak aktivní kompenzace a filtrace řešení zlepšuje kvalitu elektrické energie v komerční budově.

Harmonické proudy a napětí

Harmonické proudy jsou tvořeny v nelineárních spotřebičích připojených k síti. Typické nelineární zátěže jsou přístroje s pulzními zdroji, jako jsou osobní počítače, UPS, frekvenční měniče, usměrňovače, atd. Také zářivky tvoří silně zkreslený proud s významným obsahem 3. Harmonické, což znamená, že je velkými skupinami zářivek významně zatěžován střední vodič.

Obr 1. Průběh proudu 34A s velkým obsahem 3. harmonické. Průběh proudu v jednotlivých fázích a sumární proud ve středním vodiči. 62A.

Tyto zařízení generují harmonické proudy v síti. Tím jsou vytvářena harmonická napětí na různých systémových impedancích, jako například transformátorech nebo vedení.

Typické problémy způsobené harmonickými jsou:

1. Špatný účiník 2. Přehřívání fázových a středních vodičů 3. Přídavné ztráty a teplo

v transformátorech. 4. Přetížení kondenzátorů při rezonancích 5. Zvýšení zemního poruchového proudu 6. Selhávání zařízení řízených průchodem

napětí nulou. 7. Selhávání měřicích systémů založených

na základní frekvenci

Řešení pomocí aktivního filtru Merus A- Series

Aktivní filtry Merus A- Series jsou výkonové elektronické zařízení připojené paralelně k zátěži, kterou je třeba kompenzovat. Tento filtr lze chápat jako řízený zdroj proudu, který dokáže vytvořit jakýkoli proud v reálném čase. Filtr je vybaven systémem uchování energie a moderním řídícím systémem, který řídí definovaný proud tekoucí do obvodu. Proud se řídí pomocí měřeného proudu zátěže. Všechny jalové a harmonické proudy jsou kompenzovány a síť je zatěžována pouze základní frekvencí.

Obr 2 Princip filtrace harmonických

Komerční budova Zátěž v komerční budově lze rozdělit do 3 kategorií. První pole rozvaděče je určeno pro osvětlování a nelineární zátěže, jako např. servery, PC, záložní zdroje UPS, klimatizace s výkonem 220kVA. Druhý je určen pro napájení rychlých výtahů ovládaných frekvenčními měniči o výkonu 120kVA a třetí je určen pro konvenční

-120

-90

-60

-30

0

30

60

90

120

0 5 10 15 20

Phas

e Cu

rren

t / A I L1

I L2

I L3

I RMS

-120

-90

-60

-30

0

30

60

90

120

0 5 10 15 20

Neu

tral

Cur

rent

/ A

I N

I RMS

2 / (3)

PŘÍPADOVÁ STUDIE

KOMERČNÍ BUDOVY

Merus Power Dynamics Oy Pirkkalaistie 1, 37100 NOKIA, FINLAND Y-No: 2230775-9

Tel/fax: +358-3-2255344 www.meruspower.fi VAT No: FI22307759

zátěže, jako například vytápění s výkonem 210kVA.

Obr. 3 Jednopólové schéma budovy

Hlavní rozvaděč T2 je napájen ze systému 6,3kV přes transformátor 630kVA/5%.

Obr. 4 Proud na sekundární straně transformátoru 630kVA

Celkový zkreslený proud Ithd je 75A na straně 400V.

V této studii je impedance modelována pomocí podélné impedance transformátoru 630kVA a zkratovou impedancí na straně 6,3kV.

Obr. 5 Průběh napětí a spektrum v ustáleném stavu.

Hodnota THD napětí Uthd je 3.8% na hladině 400V. Je třeba poznamenat, že harmonická napětí jsou způsobena harmonickými proudy, které jsou způsobeny vlastní nelineární zátěží.

Je rozhodnuto eliminovat harmonické proudy pomocí aktivního filtru. Jmenovitý výkon harmonického filtru je zvolen na základě existujícího harmonického proudu plus dostatečné rezervy, proto byl zvolen 100A modul.

Obr 6. Proud 630kVA transformátoru při provozu aktivního filtru.

SWB 3

ACAC

SWB 2

Sk 80 - 123 MVA

Activeharmonic filtering

SWB 1

T2 - 0.4 kV

T1 - 6.3kV

Heating etc.

No3

- A

MC

MK

CB

3

M~Lift

No2

- A

MC

MK

CB

2

Lighting

TR1

500k

VA

6.3

/ 0.

4kV

Public Consumers A

No1

- A

MC

MK

External Grid

CB

STG

Public Consumers B

ACTIVE

CB

1

DIg

SILE

NT

0 6 12 18 24 30[-]

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

-0.00

0.300.200.100.00 [s]

2.00

1.00

0.00

-1.00

-2.00

DIg

SILE

NT

0.14250.13000.11750.10500.09250.0800 [s]

1.50

1.00

0.50

0.00

-0.50

-1.00

-1.50

0 5 10 15 20 25[-]

10.00

8.00

6.00

4.00

2.00

0.00

0 6 12 18 24 30[-]

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

-0.00

0.300.200.100.00 [s]

2.00

1.00

0.00

-1.00

-2.00

3 / (3)

PŘÍPADOVÁ STUDIE

KOMERČNÍ BUDOVY

Merus Power Dynamics Oy Pirkkalaistie 1, 37100 NOKIA, FINLAND Y-No: 2230775-9

Tel/fax: +358-3-2255344 www.meruspower.fi VAT No: FI22307759

Proud napáječe a spektrum s aktivním filtrem je v Obr 6. Zkreslený proud ITHD byl snížen z hodnoty 75ARMS na 5ARMS. Tato úprava má přímý vliv na kvalitu napájecího napětí.

Obr. 7 Průběh napětí přívodu a jehos spektrum po instalaci aktivní kompenzace.

Průběh napájecího napětí a jeho spektrum po aktivní filtaci jsou zobrazeny v Obr. 7. Celkové zkreslení napětí bylo sníženo z 3,8% na 1%.

Obr. 8 proudy přívodu, zátěže a aktivního filtru v síti s instalovaným aktivním filtrem..

Závěr

Jak bylo zmíněno v předchozím textu obvyklé spotřebiče v komerčních budovách generují velké množství harmonických proudů. Tyto spotřebiče jsou zdrojem velkého množství harmonických

složek proudu, které následně produkují velké zkreslení napětí způsobené impedancemi systému.

Je třeba zdůraznit, že harmonická napětí přivedená k konvenčním spotřebičům způsobují další zvětšení harmonických složek proudu. Pak je celý systém znečišťován harmonickými proudy a napětími a snižuje se šance na jejich potlačení.

Speciální pozornost je třeba věnovat 3. harmonické a dalším stojatým složkám proudu, které zvyšují nebezpečí přetížení středního vodiče, zvláště, pokud normální průřez středního vodiče je poloviční proti průřezu krajních (fázových) vodičů. Přetížení středního vodiče může vést k vznícení kabelu bez zjevné příčiny.

Po instalaci aktivního filtru je možno znatelně navýšit kapacitu elektrické instalace.

0br. 9 Fyzické rozměry aktivního harmonického filtru jsou 600 x 600 x 1000 mm (š x h x v).

0.270.260.250.240.230.22 [s]

1.50

1.00

0.50

0.00

-0.50

-1.00

-1.50

0 6 12 18 24 30[-]

10.00

8.00

6.00

4.00

2.00

0.00

DIg

SILE

NT

0.160.140.120.100.080.06 [s]

1.50

1.00

0.50

0.00

-0.50

-1.00

-1.50

0.160.140.120.100.080.06 [s]

0.250

0.125

0.000

-0.125

-0.250

-0.375

0.160.140.120.100.080.06 [s]

1.20

0.80

0.40

0.00

-0.40

-0.80

-1.20

DIg

SILE

NT