PROJEKTIRANJE ELEKTRIČNIH POSTROJENJA - VII

Doc.dr.sc. Srđan Žutobradić

Hrvatska energetska regulatorna agencija (HERA)(Voditelj odjela za električnu energiju i obnovljive izvore)

Mail: szutobradic@hera.hrhttp://www.hera.hr

ELEKTROMAGNETSKA KOMPATIBILNOST – definicije 1

Elektromagnetski okoliš - Ukupnost elektromagnetskih pojava koje postoje na određenom prostoru. Elektromagnetska smetnja - Bilo koja elektromagnetska pojava koja može umanjiti karakteristiku uređaja, opreme ili sustava, odnosno štetno djelovati na živu ili neživu materiju.Elektromagnetska interferencija ( EMI) - Degradacija karakteristike uređaja, opreme ili sustava, uzrokovana elektromagnet. smetnjom.Elektromagnetska kompatibilnost (EMC) - Sposobnost sustava ili uređaja da funkcionira na zadovoljavajući način u elektromagnetskom okruženju, bez stvaranja nedozvoljenih elektromagnetskih smetnji u svom okolišu.Elektromagnetska emisija - Fenomen koji označava širenje elektromagnetske energije iz određenog izvoraDegradacija karakteristike - Neželjeno smanjenje rada uređaja prema njenom radu u normalnim uvjetima

ELEKTROMAGNETSKA KOMPATIBILNOST – definicije II

• Imunitet - Sposobnost uređaja, opreme ili sustava da radi bez smanjenja radne karakteristike (degradacije) u prisustvu elektromagnetske smetnje

• Elektromagnetska osjetljivost - Nesposobnost uređaja, opreme ili sustava da radi bez smanjenja njenih karakteristika (degradacija) u prisutnosti elektromagnetskih smetnji.

• Razina (količine) - Iznos količine procijenjen na specijalan način (najčešće u decibelima).

• Razina emisije - Razina elektromagnetske smetnje emitirana iz određenog uređaja, opreme ili sustava, izmjerena na specijalni način.

• Ograničenje emisije - Maksimalno dozvoljena razina emisije.• Razina imuniteta - Maksimalna razina dane elektromagnetske smetnje,

koja se pojavi na određenom uređaju, opremi ili sustavu, pri kojem se ne pojavi degradacija rada.

ELEKTROMAGNETSKA KOMPATIBILNOST – definicije III

• Razina imuniteta - Minimalna zahtIjevana razina imuniteta.• Razina smetnje - Razina dane elektromagnetske smetnje,

mjerena na specijalni način.• Razina elektromagnetske kompatibilnosti - Određena razina

smetnje pri kojoj treba postojati jedna dozvoljena, visoko vjerojatna elektromagnetska kompatibilnost.

• Granica emisije - Omjer razine elektromagnetske kompatibilnosti i granične emisije

• Granica imuniteta - Omjer graničnog imuniteta prema razini elektromagnetske kompatibilnosti

• Granica elektromagnetske kompatibilnosti - Omjer graničnog imuniteta prema graničnoj emisiji.

ELEKTROMAGNETSKA KOMPATIBILNOST

Definiciju elektromagnetske kompatibilnosti(CEM) se može objasniti kao sposobnost uređaja, opreme ili sustava da djeluje na zadovoljavajući način u svom elektromagnetskom okruženju kao i da ne emitira nedozvoljene smetnje u svoje okruženje. Ona je danas disciplina koja se bavi proučavanjem interakcije između elemenata koji emitiraju elektromagnetske smetnje kao i onih koji su na njih osjetljivi (receptori).

PODJELA SMETNJI PO KLASI,TIPU I UZROKU

Klasa Tip Uzrok energetski propadi napona permutacija izvora kratki spoj pokretanje motora srednje frekvencije harmonici sustavi s poluvodičima lučne peći visoke frekvencije prenaponi direktni i indirektni udarci

groma operacije sklapanja isklapanja kratkih spojeva

smetnje su sve veće jer se povećavaju struje i naponi u sustavimaelektronički sklopovi su sve osjetljivijiudaljenosti između osjetljivih elektroničkih sklopova i energetskih krugova su sve manjegenerator smetnje ili izvorširenje ili sprega između izvora i "žrtve"element koji je podložan smetnji ili "žrtva" (receptor)

UZROCI SMETNJI

energetski vodovi svih nivoa ( NN, SN i VN)radio smetnjeelektrostatska pražnjenjaatmosferska pražnjenja

ENERGETSKI VODOVIu nn mrežama otvaranje induktivnih krugova kao npr. sklopki koje posjeduju zavojnice, krugova s elektromotorima, krugova s elektroventilima stvaraju na krajevima zavojnica prenapone visokih amplituda (nekoliko kilovolta) te veoma visokih frekvencija ( desetke MHz)u SN i VN mrežama otvaranje i zatvaranje rastavljača izaziva pojavu prenaponskih valova veoma strma čela (nekoliko nanosekundi). Ove su pojave naročito prisutne kod oklopljenih postrojenja ( u SF6 plinu). Ovi su prenaponski valovi naročito opasni za sustave s mikroprocesorima.

IZVORI – KARAKTERISTIKE SMETNJI

valni spektaroblik vala ili vrijeme porasta čelaamplitudaenergijasmetnje impulsnog oblika – nekoliko stotina MHZ !! Uzročnici VF smetnji:elektrostatska pražnjenjafunkcioniranje opreme kao što su releji, rastavljači, prekidačiudarci groma

TIPIČNE KARAKTERISTIKE IZVORA SMETNJI

Izvor frekvencija valna dužina (λ) polje distributivni vod (1 kA) 50 Hz 6000 m 20 A/m na 10 m 20 kV prekidač 75 MHz 4 m 5 kV/m na 1 m FM radio 100 MHz 3 m 1 V/m na 500 m dugi radio val 200 kHz 1500 m 30 V/m na 500 m UHF televizija 600 MHz 50 cm 0.5 V/m na 500 m mobitel 900 MHz 33 cm 20 V/m na 1 m Radar 1 GHz 30 cm 40 V/m na 500 m

E= k·W·0,5⋅r-1 gdje je r udaljenost od izvora u metrima, W efektivna snaga emitera, k je konstanta (oko 7)

FREKVENCIJSKI PRISTUP

Ulazni signali se modeliraju u frekvencijskom području, Fourierova analizaI struja groma može se modelirati u frekvencijskom području:

f = 1/π⋅tmtm – trajanje čela vala (2–5 μsek., 60 -160 kHz)

FREKVENCIJSKI SPEKTAR

T

amplitudaperturbacije uski pojas

frekvencija

široki pojas

gustoća spektra

gustoća spektra

amplitudaperturbacije

temperatura

temperatura

frekvencija

SMETNJE IZAZVANE OTVARANJEM ILI ZATVARANJEM SKLOPNIH UREĐAJA

Manevri sklopnih uređaja stvaraju promjene napona ekstremno kratkim vremenimaZatvaranje 24 kV sklopke može izazvati preskoke (takozvana predpražnjenja) na polovima visine više desetaka kV u vremenu od nekoliko nanosekundaGIS - strukturA koaksijalnog kabela, koja se fizikalno može nadomjestiti konstantnom valnom impedancijom.Prilikom manevara sklopnim uređajima stvaraju se putni valovi koji se reflektiraju na krajevima oklopljenog postrojenja. Rezultat procesa su stacionarni valovi VISOKE amplitude i frekvencije, određeni uglavnom dimenzijama postrojenja.

ATMOSFERSKA PRAŽNJENJA

Prenaponi zbog direktnih udara groma u fazne vodičePrenaponi zbog indirektnih udara groma u okolišu voda (inducirani prenaponi)kapacitivnom spregom prenose na niskonaponske vodove te putuju prema potrošačima koji su na njih priključeni. Ovakvi prenaponi mogu biti izuzetno opasni zbog visoke amplitude vala, te ih je potrebno spriječiti ugradnjom metaloksidnih odvodnika prenapona. Pri tome je potrebno projektirati prenaponsku zaštitu na način da na pravilan način štiti unutrašnju instalaciju počevši od ulaska pa sve po njenoj dubini. Osim potrebe odabiranja naponskih nivoa odvodnika posebnu je pažnju potrebno posvetiti energetskoj izdržljivosti ovih uređaja.

HARMONICI U MREŽAMA

Specifičan fenomen – posebna razmatranja; posljedice:Nastanak serijske i paralelne rezonancije;Povećanje iznosa harmonika napona uslijed serijske i paralelne rezonancije;Smanjenje efikasnosti proizvodnje i prijenosa električne energije i njezine upotrebe;Starenje izolacije električnih uređaja te skraćivanje njihovog životnog vijeka;Kriva prorada zaštitnih uređaja

SPREGA IZMEĐU IZVORA I "ŽRTVE" SMETNJI

Koeficijent sprege se označava koeficijentom k izraženom u decibelima (dB), koji se definira kao efikasnost prijelaza jedne smetnje od izvora prema potencijalnoj žrtvi. Koeficijent se izražava kao:

gdje je A amplituda smetnjeemitiran

primljen

AA

k log20=

TRI VRSTE SPREGE

sprega elektromagnetskog polja i kabela, u nultom i diferencijalnom modusprega preko zajedničke impedancijesprega između dva kabela u diferencijalnom modu (koje se ponekad zove i diafonija) -kapacitivna sprega, induktivna sprega

" ŽRTVE" ILI RECEPTORI SMETNJI

stalne smetnje koje se mogu mjeritigreške u radu koje se ne ponavljaju, a događaju se za vrijeme perturbacijagreške u radu koje se ne ponavljaju, a događaju se nakon perturbacijastalni kvar kojem je izložena oprema (uništenje elektroničkih komponenti)

MJERE SIGURNOSTI

specijalna koncepcija u izradi štampanih pločicaizbor elektroničkih komponentiizvođenje oklapanja povezivanje masazaštita kabela od elektromagnetskog polja

NAČINI ZAŠTITE OD PERTURBACIJA

Tip vrste opreme primjena zaštitni uređaji koji ograničuju amplitude prenapona

iskrište odvodnik prenapona limiteri

napojni krugovi, instalacije, upravljački krugovi

varistori (nelinerni otor) Zener diode

elektronički krugovi

filterski uređaji transformatori induktiviteti kondenzatori filteri

napojni krugovi, upravljački krugovi, elektronički krugovi

komponente za oklapanja metalne rešetke oklopljeni kabeli uzemljivačke trake prstenovi za zaštitu od visokih frekvencija

prijenos informacija ormarići u trafostanicama itd.

Model - plašt – faza kabela

I c

Vc

JY c

e- +

Z c

I p

Z p

V p

Y p

z

e = Z It p

J = Y Vt p

Z : p rijenosna im pedancija

t

Y : prijenosna adm itanc ija

t

ZAŠTITA OD CEM

ili odabrati uređaj koji izaziva relativno niske smetnje (izvor) u blizini drugog uređaja koji je srednje osjetljiv ("žrtva")ili odabrati uređaj koji izaziva srednju razinu smetnji u okolišu kojeg radi robustan uređaj s niskom osjetljivošćuodabrati kompromisno rješenje između dva gore navedena

INSTALACIJE

umreženje električnih krugova i masa s zemljomodvajanje električnih krugovaoklapanje električnih kabela

SUSTAV UZEMLJENJA

sustav uzemljenja mora biti što je moguće više umrežen s tendencijom povećanja grana uzemljivačkog sustava uz istovremeno smanjenje njihova presjeka.reducirati površinu petlji u električnim -elektroničkim krugovima (efekt elektromagnetske indukcije). Signalne uzemljene krugove postaviti blizu uzemljivačkih vodiča u cilju smanjenja prijenosne impedancijeIzbjegavati blisku instalaciju signalnih i uzemljivačkih vodiča u slučajevima kada provode struje bitno različitih amplituda

KABLIRANJE U POSTROJENJIMA

Grupiranje kabela po kategorijima

ENERGETSKI KABELI UPRAVLJAČKIKABELI

MJERNIKABELI

D D

KABELI

korištenjem prepletenih žila značajno smanjuje elektromagnetska sprega između energetskih i telekomunikacijskih kabela .Kabeli mjernih krugova bi trebali biti s ekranom, koji se treba povezati s masom na određeni minimalni broj točaka.Što se tiče pregrada koje dijele razne kategorije kabela, poželjno je korištenje metalnih struktura.

EKVIPOTENCIJALIZACIJA

U praksi postoje dvije filozofije povezivanja metalnih masa :mreža u obliku zvijezdeuzamčena mreža

NEKI NAČINI SMANJIVANJA SMETNJI

preplitanje (balansiranje) vodičakorištenje izolacionih transformatoraoptički kabeli

FILTERI

Zaštita od smetnji pomoću različitihh filteraili drugih naprava za njihovo sprječavanje. Oni se mogu koristiti na energetskim vodovima kao i na signalnim vodovima, a svrha im je prigušenje perturbacija. maksimalna razlika u ulaznoj impedanciji filtera i voda koji provodi perturbaciju potrebno je propisno procijeniti strujno-naponske vrijednosti izolacije filtera

IZVEDBE FILTERA

a) b)

c) d)

SL. 6.8

ODVODNICI PRENAPONA - 1

Funkcionalno:odvodnici namijenjeni zaštiti cjelokupne niskonaponske instalacijeodvodnici za zaštitu posebno osjetljivih uređaja (računala, elektronički uređaji itd.)Stohastički pristup - IEC 1662

KATEGORIJE ŠTIĆENIH OBJEKATA

u kategorija prenapona I nalazi se oprema gdje je pojava prenapona vrlo ograničena, tiče se elektroničke opreme, telekomunikacijske opreme itd.kategorija prenapona II je područje instalacije koje služi za fiksni priključak razne opreme, kao kućanski aparati itd.kategorija prenapona III, je dio instalacije gdje je potrebno osigurati veću raspoloživost opreme, postoji mogućnost prodora atmosferskih prenaponau kategorija IV je instalirana oprema gdje je vjerojatnost pojave atmosferskih prenapona velika, smještena je na samom prijelazu iz distribucijske mreže u zgradu (oprema koju treba štititi su brojila el. energije, prekidači i uređaji MTU)

PRIMJER PRIMJENE

KATEGORIJA PRENAPONA

KLASA ODVODNIKA

M : BrojiloSEP : Ulaz u instalaciju

M

A B C

IV III II I

SEP

KLASE ODVODNIKA PRENAPONA

klasa A: odvodnici za vanjsku montažuklasa B: odvodnici koji se instaliraju na ulazu u instalaciju, gdje se očekuju visoke struje gromaklasa C: odvodnici koji se instaliraju unutar instalacije zgrade, a svrha im je ograničenje i kontrola preostalog napona odvodnikaklasa D su odvodnici koji se instaliraju na raznim utičnicama na krajevima instalacije, gdje su priključeni osjetljivi potrošači

SAŽETAK O EMC - 1

Elementi EMC_generatori smetnji ili izvoriširenje ili sprega između izvora smetnji i "žrtve"elementi podložan smetnji ili žrtve

Izvori smetnji:energetski vodovi svih nivoa ( NN, SN i VN)radio smetnjeelektrostatska pražnjenjaatmosferska pražnjenja

SAŽETAK O EMC - 2

Vrste sprege:sprega elektromagnetskog polja i kabela, u nultom i diferencijalnom modusprega preko zajedničke impedancijesprega između dva kabela u diferencijalnom modu

Mjere zaštite:načini kabliranja u postrojenjimaekvipotencijalizacija metalnih masaupotreba filteraniskonaponski odvodnici prenapona i SPD uređaji