S2-155-9879887

8/20/2019 S2-155-9879887

http://slidepdf.com/reader/full/s2-155-9879887 1/7

1

ELEKTROMAGNETSKA KOMPATIBILNOST U NAPREDNIM MREŽAMA

SAŽETAK

Ovaj članak prikazuje određenu pozadinu problema elektromagnetske kompatibilnostii naprednihmreža, te također diskutira o načinu pristupa razumijevanju elektromagnetske okoline koju možemoočekivati na lokacijama ugradnje opreme naprednih mreža.

Ključne riječi: elektromagnetska kompatibilnost, napredne mreže , EM okolina

ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY IN SMART GRIDS

SUMMARY

This article has presented some background to the problem of EMC and the Smart Grid and alsodiscusses the approach to develop an understanding of the EM environment that would be present atlocations where Smart Grid equipment may be placed.

Key words: electromagnetic compatibility, smart grids, EM environment

1. UVOD

Napredne elektroenergetske mreže ( Smartgrids ) zajednički su naziv za nove tehnologije umodernizaciji električnih energetskih mreža na svim razinama. Neke od tih inovacija još su u faziistraživanja i razvoja, dok su neke već započele implementaciju. Osnovna ideja naprednih mreža jeučinkovito korištenje (proizvodnja, prijenos, distribucija i potrošnja) energije, uz istovremeno smanjenjetroškova i gubitaka energije te povećanje kvalitete i pouzdanosti opskrbe. Vrlo važan segment upromatranju naprednih mre ža predstavlja uvođenje novih elektroničkih uređaja za komunikaciju mrežamakao i za kontrolu funkcija, smještenih u elektromagnetsku okolinu koju čine industrija, komercijalna istambena okolina, elektrodistribucijski sustav. Za pravilan rad sustava neophodno je osiguratiodgovarajuću razinu otpornosti velikog broja elektroničkih uređaja koji su, ujedno, i veliki izvorielektromagnetskih smetnji.

Ovaj članak opisuje uvjete kojima mora udovoljavati oprema naprednih elektroenergetskih mrežas obzirom na elektromagnetsku kompatibilnost.

Saša Gros KONČAR-Institut za elektrotehniku [email protected]

SO2 – 134. (10.) savjetovanjeTrogir/Seget Donji, 11. - 14. svibnja 2014.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE - HO CIRED

8/20/2019 S2-155-9879887


2

2. PREGLED ELEKTROMAGNETSKIH OKOLINA POVEZANIH SA NAPREDNIM MREŽAMA Postojeći uređaji i oprema instalirani u energetska i distributivna postrojenja podložni su utjecaju

prirodnih i umjetnih elektromagnetskih izvora, putem zračenih smetnji te vođenih smetnji koje se širenapajačkim, signalnim ili spregama putem uzemljenja.

Napredne mreže odlikuje prijenos velikog broja podataka i aplikacija različitih funkcija, naravno uzmogućnost problema ili smanjenja točnosti zbog utjecaja elektromagnetskih smetnji. U tu svrhu, zaodređivanje optimalne elektromagnetske okoline uređaja i opreme naprednih mreža, potrebno jeanalizirati, s jedne strane, energetski i distributivni sustav, te s druge strane, industrijsku i stambenuokolinu na strani kupaca električne energije. Jedan od načina izbora pristupa ovom problemu sastojao bise od:

- a nalize elektromagnetske okoline uzimajući u obzir elektroničku opremu izloženu smetnjama,- o dređivanja dostupnosti postojećih normi i predloženih propisa,- pronal aženja preporuka za nove norme ili prijedloga za revidiranje postojećih normi.

Promatrajući elektromagnetsku okolinu sa stajališta isporučitelja električne energije i kupacamožemo obaviti analizu stambene okoline, okoline koju sačinjavaju uredi i komercijalni objekti teindustrijska okolina. U analizi elektromagnetske okoline korišten je tehnički izvještajIEC/TR 61000-2-5

[3], koji daje općeniti prikaz razina signala koji se mogu očekivati u navedenim okolinama.Elektromagnetsku okolinu stambenih prostora odlikuje prisutnost elektromagnetskih signala unutar i vanprostora. Vanjski izvori smetnji koji mogu stvarati smetnje unutar prostora stambenih objekata su:

Amaterske radio stanice FM i TV odašiljači Bazne post aje GSM i drugih bežičnih komunikacija i tehnologija Telekomunikacijska sučelja Kabelska televizija Moguća blizina VN i SN postrojenja (trafostanica) Izloženost udaru groma

Tipični izvori smetnji prisutni unutar stambene okoline su:

GSM mobilni uređaji Prijenosni komunikacijski uređaji sa unutarnjim baznim postajama Velika koncentracija multimedijskih i kućanskih aparata i opreme Mikrovalne pećnice Medicinska oprema Velika koncentracija napajačkih modula Signalne veze

Elektromagnetska okolina ureda i komercijalnih objekata okarakterizirana je sa:

velikim brojem uređaja i opreme informatičke tehnologije

vanjskim prijevoznim sredstvima ( autobus, tramvaj, vozila) Liftovima i pokretnim stepenicama Velikim brojem rasvjetnih tijela Velikim brojem napajačkih uređaja i uređaja za besprekidno napajanje Velikim brojem signalnih i napajačkih kabela Prisustvom unutarnjih i vanjskih baznih postaja GSM i drugih komunikacijskih sustava

Industrijsku okolinu možemo povezati sa slijedećim značajkama:

Rad industrijske i znanstvene opreme Velika međusobna povezanost strojeva i opreme u cilju simultanog rada Prisutnost velikih snaga Izvedba napajanja putem zasebnih VN ili SN transformatora Amaterske radio stanice FM i TV odašiljači

8/20/2019 S2-155-9879887


3

Bazne postaje GSM i drugih bežičnihkomunikacija i tehnologija Telekomunikacijska sučelja Velikim brojem signalnih i napajačkih kabela VN i SN tipa Uključenje i isključenje velikih induktivnih ili kapacitivnih tereta Prisutnost velikih petlji uzemljenja Mogućnost nastanka velikih struja kratkog spoja

Kao što se može primjetiti, elektromagnetska okolina u kojoj se očekuje rad elektroničke opremenaprednih mreža je vrlo kompleksna. Sumirajuće sve navedene izvore elektromagnetskih smetnji,elektromagnetsku okolinu možemo svrstati u tri kategori je elektromagnetskih pojava:

Elektrostatska pražnjenja ( vođena i zračena ) Niskofrekvencijske pojave ( vođene i zračene) Visokofrekvencijske pojave ( vođene i zračene)

Uzimajući u obzir sadašnje stanje normizacije iz područja elektromagnetske kompatibilnosti,može se reći da elektromagnetsku okolinu promatramo u frekvencijskom području od 0 do 2 kHz te od 9kHz do 18 GHz , iako je učinjen napredak u ispitivanju otpornosti na vođene smetnje u frekvencijskompodručjuod 2 kHz do 150 kHz . Sa stajališta elektromagnetskih sprega, elektronička oprema naprednihmreža podložna je utjecaju vođenih smetnji, zračenih smetnji te sprega putem uzemljenja. U tu svrhu,opremu promatramo sa slijedećim ulazni/izlaznim značajkama:

- Kućište - Izmjenično ulazno i izlazno napajan je- Istosmjerno ulazno i izlazno napajanje- Signalne veze- Uzemljenje

U skladu sa navedenim, tablica I . daje prikaz tipičnih razina prema navedenim pojavama koje možemoočekivati u elektromagnetskim okolinama, danih u IEC/TR 61000-2-5.

Tablica I. Tipičnerazine smetnji prema IEC/TR 61000-2-5Pojava Tipične ili očekivane razine smetnji

Stambena okolina Uredi Industrijska okolina

Harmonici THD=8% THD=10% THD=10%

Promjene napona napajanja ±10% -15 do +10% -15 do +10%

Promjena frekvencije napona napajanja ±1 Hz ±1 Hz ±1 Hz

Zračena NF polja 10 A/m100 V/m

10 A/m100 V/m

30 A/m1000 V/m

Zračena VF polja ispod 30 MHz 3 V/m 3 V/m 3 V/m

Brzi tranzijenti 5/50 ns 1 kV 1 kV 4 kV

Prenaponi 1.2/50µs 2 kV 2 kV 4 kV

Vođene VF smetnje 3 V 3 V 3 V

Oscilatorni tranzijenti 2 kV 2 kV 2 kV

Zračena VF polja 30 -1000 MHz 10 V/m 10 V/m 3 V/m

Zračena VF polja bazne stanice mobilnihuređaja ( 30 -1000 MHz)

30 V/m 30 V/m 30 V/m

Zračena VF polja ( 1 -6 GHz) 10 V/m 10 V/m 10 V/m

Zračena VF polja bazne stanice mobilnihuređaja ( 1 -6 GHz)

30 V/m 30 V/m 30 V/m

8/20/2019 S2-155-9879887


4

Pojava Tipične ili očekivane razine smetnji Stambena okolina Uredi Industrijska okolina

Zračena VF polja (>6 GHz) 10 V/m 10 V/m 10 V/m

Elektrostatska pražnjenja 40 A/ns 40 A/ns 40 A/ns

3. ZAHTJEVI ELEKTROMAGNETSKE KOMPATIBILNOSTI ZA OPREMU NAPREDNIH MREŽA Kako bi mogli obaviti analizu tipičnih ili očekivanih vrijednosti elektromagnetskih smetnji, u tablici

II. dan je pregled zahtjeva otpornosti na utjecaj smetnji za opremu smještenu u visokonaponskapostrojenja. Tablica daje prikaz zahtjeva prema karakteris tičnim normama za opremu VN postrojenja.Norma IEC 61850-3 primjenjuje se na sustave automatizacije u rasklopnim postrojenjima. Norma IEC61000-6- 5 postavlja zahtjeve otpornosti za uređaje namijenjene instalaciji u proizvodnji, prijenosu idistribuciji el ektrične energije. Norma IEC 60870-2-1 primjenjuje se na zahtjeve elektromagnestkekompatibilnosti telekontrolne opreme i sustava. Norme serije IEC 60255 primjenjuju se na mjerne releje izaštitnu opremu VN postrojenja. Norma IEC 60439-1 primjenjuje se na niskonaponske sklopne blokovesmještene u postrojenja.

Tablica II. Tipične razine smetnji prema IEC/TR 61000-2-5Pojava Razine otpornosti i norme za metode ispitivanja

IEC 61850-3 IEC 61000-6-5 IEC 60870-2-1 IEC 60255-26 IEC 60439-1Magnetska polja

50 Hz ( CRTmonitori)

3 A/mkontinuirano

IEC 61000-4-8Magnetska polja

50 HzVrijednosti

ovise o okoliniIEC 61000-4-8

100 A/mkontinuirano1000 A/m 1

sekundaIEC 61000-4-8

100 A/mkontinuirano

1000 A/m 1-3sekunda

IEC 61000-4-8

30 A/mkontinuirano

IEC 61000-4-8

Zračena EM polja 80-3000 MHz 10 V/mIEC 61000-4-3 10 V/mIEC 61000-4-3 30 V/m, 10 V/m3 V/m, 1 V/mIEC 61000-4-3

10 V/m80-1000 MHzIEC 60255-22-3

10 V/m80-2000 MHzIEC 61000-4-3

Elektrostatskapražnjenja

6 kV kontaktno8 kV zračeno

IEC 61000-4-2

2 kV - 8 kVOvisi o ESDkontrolama

IEC 61000-4-2


IEC 60255-22-2


IEC 61000-4-2

Prenaponi-signalni ulazi

1.2/50µs

4 kVIEC 61000-4-5

4 kV/2 kVIEC 61000-4-5

4;2;1;0.5 kVIEC 61000-4-5

1; 0.5 kVIEC 60255-22-5

2; 1 kVIEC 61000-4-5

Signalni ulazi-oscilatorni valovi

2.5 kV/1 kVIEC 61000-4-12

2.5 kV/1 kVIEC 61000-4-12

2.5 kV/1 kV/0.5kV

IEC 61000-4-1Oscilatorna

magnetska polja

100 A/m; 30 A/m

IEC 61000-4-10Signalni ulazi-brzi tranzijenti

4 kVIEC 61000-4-4

4 kVIEC 61000-4-4

4;2;1;0.5 kVIEC 61000-4-4

2;1 kVIEC 60255-22-4

1 kVIEC 61000-4-4

Signalni ulazi-vođene smetnje

10 VIEC 61000-4-6

10 VIEC 61000-4-6

10 VIEC 60255-22-6

10 VIEC 61000-4-6

Ulazno NNnapajanje-propadi

30 % 1 period60 % 50 periodaIEC 61000-4-11

30 % 0.5 sekundi60 % 0.5 sekundiIEC 61000-4-11

30 % 0.5perioda

60 % 5-50perioda

IEC 61000-4-11Ulazno NN

napajanje-prekidi100 % 5 periodaIEC 61000-4-11

100 % 5-200ms

IEC 60255-22-11

>95 % 250perioda

IEC 61000-4-11

Prenaponi-NNnapajanje

4 kVIEC 61000-4-5

4 kV/2 kVIEC 61000-4-5

4;2;1;0.5 kVIEC 61000-4-5

2; 1; 0.5 kVIEC 60255-22-5

2; 1 kVIEC 61000-4-5

8/20/2019 S2-155-9879887


5

Pojava Razine otpornosti i norme za metode ispitivanjaIEC 61850-3 IEC 61000-6-5 IEC 60870-2-1 IEC 60255-26 IEC 60439-1

1.2/50µs NN napajanje-brzi tranzijenti

4 kVIEC 61000-4-4

4 kVIEC 61000-4-4

4;2;1;0.5 kVIEC 61000-4-4

4;2 kVIEC 60255-22-4

2 kVIEC 61000-4-4

NN napajanje-

oscilatorni valovi2.5 kV/1 kV

IEC 61000-4-122.5 kV/1 kV

IEC 61000-4-122.5 kV/1 kV/0.5

kVIEC 61000-4-1

NN napajanje-vođene smetnje

10 VIEC 61000-4-6

10 VIEC 61000-4-6

10 VIEC 60255-22-6

10 VIEC 61000-4-6

NN napajanje-tranzijent 1 MHz

1 kV/2.5 kVIEC 60255-22-1

S druge strane, u tablici III. dan je prikaz zahtjeva za „pametna“ brojila koja se ugrađuju unavedene elektromagnetske okoline. Analizirana je norma IEC 62052-11 koja postavlja zahtjeve razinaelektromagnetske kompatibilnosti, te se može vidjeti da je prilično dobro usklađena sa očekivanimrazinama smetnji u elektromagnetskim okolinama gdje su brojila predviđena za instalaciju.

Tablica III. Razine otpornosti i norme za metode ispitivanja prema IEC 62052-11

Pojava Razine otpornosti i norme za metode ispitivanjaIEC 62052-11

Promjene napona 50 % tijekom 1 minute

Ulazno NN napajanje-prekidi 100 % 1 sekunda, tri puta100 %, jedna perioda

Zračena EM polja 80-2000 MHz

10 V/m, protok struje30 V/m , bez struje

IEC 61000-4-3Elektrostatska pražnjenja 8 kV kontaktno

15 kV zračeno 10 pražnjenja

IEC 61000-4-2Ulazno NN napajanje-oscilatorni valovi 2.5 kV/1 kV

IEC 61000-4-12Ulazno NN napajanje- brzi tranzijenti 4 kV

IEC 61000-4-4Ulazno NN napajanje- vođene smetnje 10 V

IEC 61000-4-6Prenaponi- NN napajanje 1.2/50µs 4 kV

IEC 61000-4-5

Također, ako uzmemo u obzir da s u za informatičku opremu i upravljačko-mjernu opremu upodručju elektromagnetske kompatibilnosti definirane produkt norme EN 55024 i IEC 61326-x-x, u tabliciIV možemo vidjeti pregled zahtjeva za otpornost opreme na elektromagnetske smetnje. Većinaelektroničke opreme naprednih mreža sastoji se od ove dvije vrste opreme.

Tablica IV. Razine otpornosti i norme za metode ispitivanja prema CISPR 24 i IEC 61326-x-xPojava Razine otpornosti i norme za metode ispitivanja

CISPR 24EN 55024

IEC 61326-x-x

Zračena EM polja 1 -6 GHz Nema zahtjeva Nema zahtjeva

Magnetska polja 50 Hz 1 A/m kontinuiranoIEC 61000-4-8

30 A/m kontinuiranoIEC 61000-4-8

Zračena EM polja 80 -1000 MHz 3 V/mIEC 61000-4-3

1,3 ili 10 V/mIEC 61000-4-3

Elektrostatska pražnjenja 4 kV kontaktno8 kV zračeno

IEC 61000-4-2


IEC 61000-4-2Ulazno NN napajanje-oscilatorni valovi Nema zahtjeva Nema zahtjeva

Ulazno NN napajanje- brzi tranzijenti 1 kV 2 kV

8/20/2019 S2-155-9879887


6

Pojava Razine otpornosti i norme za metode ispitivanjaCISPR 24EN 55024

IEC 61326-x-x

IEC 61000-4-4 IEC 61000-4-4Ulazno NN napajanje- vođene smetnje 3 V

IEC 61000-4-63 V

IEC 61000-4-6

Prenaponi-NN napajanje 1.2/50µs 2;1 kVIEC 61000-4-5

2;1 kVIEC 61000-4-5

Ulazno NN napajanje- propadi 30 % 25 perioda95 % 0.5 periodaIEC 61000-4-11

100 % 1 periodIEC 61000-4-11

Ulazno NN napajanje- prekidi >95 % 250 periodaIEC 61000-4-11

100 % 0.5 perioda

Većina opreme naprednih mreža za komunikaciju koristi različite bežične sustave, što ovuopremu svrstava u radijsku, te podliježe i zahtjevima elektromagnetske kompatibilnosti R&TTE Direktive1999/5/EEC.

Analiza elektromagnetske okoline i zahtjeva pojedinih normi postavljenih u navedenim tablicamaupućuje na potrebu ujednačavanja razina otpornosti. Za pojedinu vrstu opreme kao što su brojila dostadobro su postavljeni zahtjevi otpornosti, dok se za opremu informatičke opreme i upravljačko-mjerneopreme razina otpornosti mora pojačati. Ovo je vrlo važno s obzirom da se već sad jako puno opremenaprednih mreža ove vrste ugrađuje u postrojenja i da je prisutan problem njihovog ispravnog rada uindustrijskoj okolini.

4. ZAKLJUČAK Razvoj tehnologije i uvođenja naprednih mreža u sustave proizvodnje, prijenosa i distribucije

električne energije postavlja pitanje interoperabilnosti osjetljive elektroničke opreme unutar različitihelektromagnetskih okolina u koje se smješta. Za pravilan rad sustava neophodno je osigurati

odgovarajuću razinu otpornosti velikog broja elektroničkih uređaja koji su, ujedno, i veliki izvorielektromagnetskih smetnji. Analiza elektromagnetskih okolina prema tehničkom izvještajuIEC/TR 61000-2-5 i zahtjeva normi EN 55024 i IEC 61326-x-x za otpornost opreme informatičke tehnologije, odnosnomjerno- upravljačke opreme pokazuje da ispitne razine moraju biti u najmanju ruku jednake ili strožije odnavedenih. Sa gledišta elektromagnetske kompatibilnosti, očito je da razina otpornosti opreme naprednihmreža mora biti takova da ne ometa njen ispravan rad. Trenutno stanje normizacije i tržišta pokazuje daoprema naprednih mreža ima manju razinu otpornosti od očekivane i da se vjerojatno nastali problemirješavaju od slučaja do slučaja uporabom zaštit nih mjera ( filteri, oklapanja, promjena signalnih kabela...).

Vrlo važnu ulogu u ovom trenutku imaju normizacijska tijela koja trebaju, na neki način, uskladitizahtjeve za provedbom ispitivanja i očekivanim razinama smetnji prisutnih u elektromagnetskimokolinama naprednih mreža. U tijeku je izrada prijedloga normi u IEC-ovim tehničkim odborima CISPR iTC77, te također postoji potreba za inzenzivnijim sudjelovanjem i odgovarajućih ETSI odbora.

5. LITERATURA

[1] Electromagnetic compatibility and Smart Grid interoperability Issues, SGIP Document Nr.2012-005

[2] EMC Directive (2004/108/EC)

[3] IEC/TR 61000-2-5:2011; Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-5: Environment - Descriptionand classification of electromagnetic environments

[4] IEC 61850-3 Ed.1.0, Communications networks and systems in substations, Part 3: Generalrequirements

[5] IEC 61000-6-5 Ed 1.0, Electromagnetic compatibility (EMC)-Part 6-5: Generic standards-immunity

for power station and substation environments

8/20/2019 S2-155-9879887


7

[6] IEC 60870-2-1 Ed.2.0, Telecontrol equipment and systems-Part 2: Operating conditions-Section 1:Power supply and electromagnetic compatibility

[7] IEC 60255-26 Ed.2.0, Measuring relays and protection equipment-Part 26: Electromagneticcompatibility requirements

[8] IEC 61326 Series, Electrical equipment for measurement, control and laboratory use-EMC

requirements[9] IEC/CISPR 24 Ed.2.0, Information technology equipment-Immunity characteristics-Limits and

methods of measurements

[10] IEC 61439-1 Ed. 2.0, Low-voltage switchgear and controlgear assemblies-Part 1: General rules

[11] IEC 62052-11 Ed 1.0, Electricity metering equipment (AC)-General requirements, tests and testconditions-Part 11: Metering equipment

Documents

S2-155-9879887