A khz tartományban okozott vezetett zavarok elektronikus mérők pontosságára gyakorolt hatásának vizsgálata

Átírás

1 MEE 61. Vándorgyűlés és Kiállítás Debrecen, szeptember B4 szekció A khz tartományban okozott vezetett zavarok elektronikus mérők pontosságára gyakorolt hatásának vizsgálata Dr. LADÁNYI JÓZSEF egyetemi adjunktus ladanyi.jozsef@vet.bme.hu Villamos Művek és Környezet Csoport Dr. VARJÚ GYÖRGY Professor Emeritus varju.gyorgy@vet.bme.hu 1

2 Témakörök: 1. A khz zavarási helyzet 2. Szabványosítási tevékenységek a khz tartományban 3. Zavartűrés vizsgálat khz tartományban 2

3 A khz zavarási helyzet 3

4 A zavarási helyzet felismerése Felismerések Svédországban: 5 millió smart mérőt építettek be Egyik mérőtípus ( beépített mérő) nagyon érzékenynek mutatkozott a khz frekvencia tartományban Fő zavarforrások: Napelemek PV inverterekkel; Hőszivattyúk; Inverteres szabályozások; UPS-ek; Tápegységek, töltők Fényforrások (aktív szabályzóval) PLC Példa PV inverter spektrum: 16 khz-en 1 A 4

5 Példák zavarkibocsátás értékekre IEC TC A/Sec0339/R Study Report II Bázisállomás egyenirányító Háztartási mosógép 4 db fluoreszcent lámpa A legnagyobb zavarkibocsátás esetenként nagyobb 5 V-nál (134 dbµv) 5

6 Zavarás okozta hiba nagysága (1) NMi Holland Mérő és Minősítő Intézet vizsgálati eredményei: Az NMi 2012 júniusáig megvizsgált 72 különböző típusú fogyasztásmérőt Különböző gyártóktól Különböző mérési technikát alkalmazó mérőket Hall effektusos Söntöt alkalmazó Rogowski tekercses Belső transzformátoros 6

7 Zavarás okozta hiba nagysága (2) 1. A fogyasztásérők jelentős részénél alig volt hiba 2. A fogyasztásérők 82 %-ánál a hiba kisebb 2 %-nál Vizsgált mérők Hiba kisebb 1 % Hiba kisebb 2 % 7

8 Zavarás okozta hiba nagysága (2) Hiba %! A vizsgált mérők közül 6 esetben (8 %) igen jelentős volt hiba 8

9 Zavarás okozta hiba nagysága (3) A zavar-érzékeny fogyasztásmérők jellemzői: A mérők 15 % % mértékben voltak befolyásolva; A befolyásolt mérők között voltak közvetlen és közvetett mérők is; Mindegyik befolyásolt Rogowski tekercses volt; A sönt, transzformátoros és Hall érzékelővel mérők nem voltak befolyásolva. A Rogowski tekercses mérők sokkal zavarérzékenyebbnek tűntek mint az egyéb szenzorok de voltak hibátlanul mérő Rogowski tekercses mérők is! 9

10 Következmények, fejlemények A Svéd Akkreditáló és Megfelelőség Igazoló Testület. Kifogást tesz 2010 novemberében a villamos fogyasztásmérő készülékekkel foglalkozó EN :2006 szabvánnyal kapcsolatosan, mivel az nem tartalmaz követelményt a mérők elektromágneses zavartűrésére. Fejlemények: Az érdekelt szabványosítási szervezetek intenzív munkába kezdenek a khz tartományban történő szabványosítási rés megszüntetésére, szabvány kidolgozására: zavarkibocsátásra és Zavartűrésre. 10

11 Szabványosítási tevékenységek a khz tartományban 11

12 Szabványosítási tevékenységek a khz tartományban Villamosenergia mérő termék bizottságok IEC TC 13: ELECTRICAL ENERGY MEASUREMENT; TARIFF AND LOAD CONTROL Villamosenergia mérés, tarifa és terhelés szabályozás Állást foglal: 1) IEC TC 22 által kidolgozott TS visszavonása mellett. Indoka: ellehetetleníti a smart mérésre szolgáló, az EN szerint 3 khz -148,5 khz frekvencia tartományt használó PLC kommunikációt. CENELEC TC 13: Equipment for Electrical Energy Measurement and Load control Készülékek villamosenergia mérésre és terhelés szabályozásra Kidolgozója: 1) A mérőkre vonatkozó követelmények az EN és -3 részek 2) EN TR 50579:2012; Villamos mérőkészülékek (a.c.) Szigorúsági szintek, zavartűrés követelmények és vizsgálati módszerek vezetett zavarásra a khz frekvencia tartományban (Electricity metering equipment (a.c.) - Severity levels, immunity requirements and test methods for conducted disturbances in the frequency range 2 khz to 150 khz) 12

13 Szabványosítási tevékenységek a khz tartományban IEC TC 22 Ipari elektronikai rendszerek és készülékek Kidolgozta: IEC / TS Ed. 2 tervezet: szavazásra bocsájtva Aktív inverter alkalmazások (AIC) működési feltételei és jellemzői magába foglalva a 150 khz alatti zavarkibocsátásra vonatkozó tervezési ajánlást Operation conditions and characteristics of active infeed converter (AIC) applications including design recommendations for their emission values below 150 khz A TC 22 Javasolt zavar kibocsátási szintjei A C1 ajánlott tervezési szint a maximális kibocsátásra 50 khz-en a CISPR 11-nek felel meg. Ettől a C2 értékek miden frekvencián 7,5 dbµv távolságra vannak. 13

14 Szabványosítási tevékenységek a khz tartományban PLC termék bizottság CENELEC SC 205A: MAINS COMMUNICATION SYSTEMS Hálózati kommunikációs rendszerek (PLC terület) Kidolgozója: ELECTROMAGNETIC INTERFERENCE BETWEEN ELECTRICAL EQUIPMENT / SYSTEMS IN THE FREQUENCY RANGE BELOW 150 khz (EMI 2013 március) Villamos berendezések / készülékek közötti elektromágneses zavarás a 150 khz alatti frekvencia tartományban Előzmény anyagok: EN sorozatban Signaling on low-voltage electrical installations in the frequency range 3kHz to 148.5kHz Part 1: General requirements, frequency bands and electromagnetic disturbances. 14

15 Szabványosítási tevékenységek a khz tartományban EMC bizottságok IEC TC 77A: EMC Albizottság, kisfrekvenciás jelenségekre WG8 Összeférhetőségi szintek a khz tartományban (Subcommittee 77A: EMC Low frequency phenomena, of IEC technical committee 77: Electromagnetic compatibility) Kidolgozta: IEC/EN : Vizsgálat a közös módusú vezetett zavarra a khz frekvencia tartományban. (Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-16: Testing and measurement techniques - Test for immunity to conducted, common mode disturbances in the frequency range 0 Hz to 150 khz) IEC : Vizsgálat differenciál módusú vezetett zavarra és jelátvitelre a váltakozóáramú kapukon a khz frekvencia tartományban (Test for immunity to conducted, differential mode disturbances and signalling in the frequency range from 2 khz to 150 khz, at a. c. ports) 15

16 Szabványosítási tevékenységek a khz tartományban IEC TC 77 (EMC) ACEC bizottság IEC TC 77 ACEC: A TC 77 EMC Tanácsadó Bizottsága Szabványosítási akcióterv a khz frekvencia tartományra: Döntés a TC 22 által kidolgozott. a zavarkibocsátásra vonatkozó TS szabványtervezetről: A zavarkibocsájtásra vonatkozó határértékek legyenek tájékoztató mellékletbe áttéve (Informative annex) ACEC 1 hónapon belül értékkeli a TC 22-től kapott átdolgozást Az IEC TC 77 WG 8 várhatóan 2014 végére elkészíti az első bizottsági tervezetet (CD) A végső zavarkibocsátási szabvány nem várható 2016 előtt ACEC javaslat: amíg a fenti kör nem zárul be, addig nem javasolt Smart mérők nagy volumenű telepítése! 16

17 Zavarkibocsátási és zavartűrési szintek Összefoglaló áttekintés 4. szint: Szigorú ipari környezet. Feszültség [V eff ] 3. szint: Tipikus lakóhelyi és enyhén ipari környezet. PLC EN szerinti maximális jelszintje 2. szint: Védett környezet 1. szint: Jól védett környezet A TS szerinti kibocsájtási szintek. (A szavazás sikertelen.) 17

18 Érdekelt szabványosítási szervezetek EMC bizottságok IEC TC 77A WG 8 javaslat zavarkibocsátásra: két tartomány 30 khz alatt nagyobb, felette kisebb határértékek Az OFDM modulációs PLC rendszerek (PRIME és G3) a kedvező zöld tartományba esnének 18

19 Szabványosítási tevékenység a khz tartományban Követelmények az okos mérésre Általános követelmények Az EMC szabványosításban a khz tartományban fennálló szabványosítási rés kitöltése Egyetértés az összeférhetőségi szintekben A PLC technológiák használata A CENELEC sáv védelme és használhatóságának biztosítása az okos mérési / hálózati alkalmazásokhoz Mérés- és vizsgálati technikák területén EMC környezet meghatározása maximális kibocsájtási szintben és a típusvizsgálat kifejlesztése a mérők vezetett zavar vizsgálatára A mérő típusszabványok (EN 50470, IEC 62052/53) felülvizsgálata vezetett zavarok szempontjából az IEC alapján. 19

20 Szabványosítási tevékenység a khz tartományban A jelenlegi helyzet CENELEC TC 13 kidogozta a CLC/TR szabványt zavartűrés követelményekre és vizsgálati módszerekre IEC SC 77 kidolgozta az IEC szabványt vezetett zavarra vonatkozó vizsgálatok, váltakozóáramú kapukon A hálózathoz csatlakozó berendezések zavarkibocsátási szintjeire vonatkozó maximális zavarkibocsátás szintek előírásai még hiányoznak. 20

21 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban 21

22 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban Differenciál módusú zavartűrés vizsgálat elvi összeállítása Hálózati feszültség forrás Terhelőáram forrás EUT Zavaróáram forrás 22

23 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban Egyszerűsített vázlat a vizsgálati összeállítás fő elemeivel Hálózati táp forrás Elemek: Generátor khz C c = csatoló kondenzátor C d = csatolásmentesítő kondenzátor L = csatolásmentesítő induktivitás CDN=csatoló / csatolásmentesítő hálózat EUT 23

24 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban Egyszerűsített kapcsolási vázlat a feszültség generátor fő elemeivel 24

25 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban Fogyasztásmérő zavartűzés vizsgálatának összeállítása (TR 50579:2012 és az IEC szabványok szerint) 25

26 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban Háromfázisú fogyasztásmérő vizsgálatának összeállítása (TR 50579:2012 és az IEC szabványok szerint) 26

27 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban Az IEC szerinti differenciál módusú zavaró áram vizsgálati szintek 27

28 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban Az IEC szerinti differenciál módusú zavaró feszültség vizsgálati szintek Szigorú ipari környezet. Tipikus lakóhelyi és enyhén ipari környezet Védett környezet Jól védett környezet Amplitúdó frekvencia profil 28

29 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban IEC szerinti szinuszos / négyszög impulzus sorozattal Szinuszos moduláció esetén: f i frekvencia növelendő 2 khz-től 150 khz-ig, f i = f i x1,02 ütemben Négyszög moduláció esetén f mod : 50 Hz: 3 Hz; 101 Hz; 301 Hz; 601 Hz, 60 Hz: 4 Hz; 121 Hz; 361 Hz; 721 Hz. 29

30 Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban CLC/TR szerinti vizsgáló generátor jellemzői Paraméter A zavarójel frekvencia tartománya Előállított hullámalak: Az előállított zavarójel maximális THD-je a maximális szintnél: Előírás Kimenő szint: A zavaró áram tűrése a vizsgálat során: Tartózkodási időtartam: Maximális frekvencia lépés a vizsgálat során: 30

31 Frekvencia tartomány Zavartűrés vizsgálat a khz tartományban CLC/TR szerinti zavaró áram vizsgálat esetén a maximálisan megengedett járulékos hiba Zavaró áram értéke 50 Hzes áram 50 Hz: cos φ Megengedett maximális %-os hiba a mérő osztálya szerint A B C 2 to 30 khz 2 A I ref >0,9 ± 6 % ± 4 % ± 2 % 30 to 150 khz 1 A I ref >0,9 ± 6 % ± 4 % ± 2 % A frekvencia határnál a nagyobb frekvencia tartományhoz tartozó érték alkalmazandó Frekvencia tartomány Közvetlenül csatlakoztatott mérő esetén Transzformátorral csatlakoztatott mérő esetén Zavaró áram értéke 50 Hzes áram 50 Hz: cos φ Megengedett maximális %-os hiba a mérő osztálya szerint A B C 2 to 30 khz 2 % * I max I ref >0,9 ± 6 % ± 4 % ± 2 % 30 to 150 khz 1 % * I max I ref >0,9 ± 6 % ± 4 % ± 2 % A frekvencia határnál a nagyobb frekvencia tartományhoz tartozó érték alkalmazandó 31

32 Konklúziók - ACEC: felül kell vizsgálni az EN TR 50579:2012 szabványt az IEC :2014 alapján - IEC : I, U vizsgálat, csomagok, négyszög is - EN TR 50579: csak szinuszos I vizsgálat, zavartűrési szintjei az előbbi szabványnak csak a Fokozottan védett és Védett környezetek követelményeit elégíti ki - Mérőrendszer realizálása - A végső (2016 végére várható) zavarkibocsátási szabvány előtt nem javasolt nagy volumenű Smart mérők telepítése - Show must go on 32

33 Köszönöm a figyelmet!? ladanyi.jozsef@vet.bme.hu varju.gyorgy@vet.bme.hu 33