Elektromágneses környezeti hatások új követelményeinek áttekintése

Átírás

1 MEE 59. Vándorgyűlés és Kiállítás Budapest, szeptember 5 7 B5 Szekció: Elektromágneses környezeti hatások Elektromágneses környezeti hatások új követelményeinek áttekintése Dr. VARJÚ GYÖRGY Professor Emeritus BME Villamos Energetika Tanszék Villamos Művek és Környezet Csoport 1

2 Prioritások megfogalmazása Szempontok és elvárások: Együttműködő képesség Energia rendszere(ke)n elemei között; Irányítástechnikában; A kiszolgáló infokommunikációs technikában (ICT) A (környezeti) feltételekhez jobban igazodó tervezés és létesítés Kockázatelemzés alapján; A hosszúidejű tapasztalatokra, jó mérnöki gyakorlatra alapozás (határértékeknél) A kapcsolódó szempontok együttes kezelése: Biztonság, veszélyeztetés (érintési feszültség; kivitt potenciál) Elektromágneses összeférhetőség Környezeti és klíma hatások. 2

3 A követelmények jelege és forrásai: 1. Szabványok (IEC, CENELEC, ITU-T, IEEE /Std) 2. Átfogó (nemzetközi) szakmai szervezetek által kidolgozott: Irányelvek Guide), Ajánlások (Recommendation) Kézikönyvek (Handbook) Műszaki ismertetők (Technical Brochure) 3

4 Potenciálemelkedés transzfer potenciál (1) Energia rendszerre: Új szabványok: 1. MSZ EN :2011: 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű erősáramú berendezések. 1. rész: Általános szabályok (IEC : Power installations exceeding 1 kv a.c. - Part 1: Common rules, módosítva) 2. MSZ EN 50522:2011: 1 kv-nál nagyobb váltakozó feszültségű erősáramú berendezések földelése (EN 50522: Earthing of power installations exceeding 1 kv a.c.) Villamos vasúti táplálásra: 3. EN :2011: Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthing and the return circuit - Part 1: Protective provisions against electric shock (Vasúti alkalmazások Telepített létesítmények Villamos biztonság, földelések és visszavezető áramkörök 1.rész: Védelmi intézkedések villamos áramütés ellen 4

5 Potenciálemelkedés transzfer potenciál (2) IEEE Std : Külföldi előírás és irányelv: IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding (IEEE Irányelv váltakozóáramú alállomási földelések villamos biztonságára) Ausztrál Irányelv EG-0: : Power System Earthing Guide Part 1: Management Principles Version 1 May 2010, published on 12 August 2010 (Irányelv villamos-energia rendszerek földelésére) CIGRE irányelv kivitt (transzfer) potenciálra (Kidolgozás alatt) 5

6 IEEE 80 szerint értelmezett figyelembe veendő feszültség típusok: Fém-fém érintési fezsültség Lépés feszültség Érintési feszültség Max. érintési feszültség Kivit (transzfer) feszültség 6

7 Határértékek érintési feszültségre (1): MSZ EN 50522:2011 szerint 7

8 Határértékek érintési feszültségre (2): MSZ EN 50522:2011 szerint Fault duration t f s Megengedett érintési feszültség U Tp V Alállomási és kivitt potenciál határ 1) V ) MEGJEGYZÉSEK: A [2] bekezdése szerint a méréssel vagy számítással meghatározott földpotenciál emelkedés ne haladja meg az ábra szerinti U Tp feszültség kétszeresét. A 10 s-nál jelentősen hosszabb ideig folyó áram esetén U Tp =80 V érintési feszültség engedhető meg. 8

9 Határértékek kisfeszültségű hálózatra kivitt (transzfer) feszültségre: MSZ EN 50522:2011 szerint Az X normál értéke 2. A gyakorlat azt mutatja, hogy X értéke 5-ig is terjedhet 9

10 Határértékek érintési feszültségre (3): MSZ EN 50522:2011 szerint A testáramot meghatározó áramkörbe beiktatódó járulékos ellenállás: R F = R F1 + R F2 R F1 = Pl. a lábeli ellenállása Öreg és nedves cipő esetén: R F1 = 1000Ω Más esetben lehet nagyobb is. R F2 = A talp helye és a föld közötti ellenállás 10

11 Határértékek érintési feszültségre (1): Ausztrál irányelv szerint 11

12 Energiarendszer földelés tervezés (2): Ausztrál irányelv szerint Fatális szerencsétlenség (halálos baleset) bekövetkezésének valószínűsége: P fatality = P coinc + P fib P coinc = annak a valószinűsége, hogy a személy a hiba (rövidzárlat) fellépésével egyidejűleg érinti a kritikus helyet, P fib = a szívkamralebegés (fibrilláció) fellépésének a valószínűsége. P coinc számítása jelentősen egyszerűsödik a következő feltételezések esetén: a földzárlat fellépése random jellegű, a hiba fellépése és a személy ottléte független események, a hiba fellépése független az előző hibától, a hiba bekövetkezése bármely időpontban azonos, 12

13 Energiarendszer földelés tervezés (3): Ausztrál irányelv szerint Elérendő cél a következő kockázati valószínűség elérése: a)alara As Low As ReasonAbly = Olyan kicsi amely indokolt a költség haszon elemzés keretében vagy b) ALARP As Low As Reasonably Practicable = Olyan kicsi, amely gyakorlatilag indokolt P fib = 0,37 13

14 Távközlő rendszerekre megengedett indukált hosszanti (közös módusú) feszültség 1963-tól kezdődően hosszú ideig változatlan értékek: általános körülmények között: 430 V eff nagybiztonságú indukáló rendszer esetén (t max < 0,5 s) 650 V eff CIGRE kezdeményezésre időlépcsőzött határértékek kidolgozására került sor 14

15 Távközlő rendszerekre megengedett indukált hosszanti (közös módusú) feszültség (1) Személyek veszélyeztetésére a K.33-as Ajánlás ad meg határértékeket (1996): Limits for people safety related to coupling into telecommunications system from a.c. electric power and a.c. electrified railway installations in fault conditions A számítás alapja: IEC/TS Effects of current on human beings and livestock Part 1: General aspects. (Kiadódó megengedett érték 0,5 s-ra 640 V) Távközlő létesítményekre tönkremenetel szempontjából megengedett feszültség a K.53 Ajánlás szerint: A számítás alapja a 650 V és 0,5 s alapján kiadódó energiatartalom: U(t) 2 t = ,5 15

16 Távközlő rendszerekre megengedett indukált hosszanti (közös módusú) feszültség (2) Személyek veszélyeztetésére vonatkozó határértékeket : A hibás állapot időtartama, t s Indukált feszültség megengedett értéke V eff t 0, ,10 < t 0, ,20 < t 0, ,35 < t 0, ,50 < t 1, ,00 < t 3, ,00 < t 60 16

17 Távközlő rendszerekre megengedett indukált hosszanti (közös módusú) feszültség (3) Létesítmények tönkremenetelére vonatkozó határértékek: A hibás állapot időtartama, t s Indukált feszültség megengedett értéke V eff t 0, ,20 < t 0, ,35 < t 0, ,50 < t 1, ,0 < t 2, ,0 < t 3, ,0 < t 5, ,0 < t 10,0 150 t > 10,

18 A távközlési rendszerekre (ITU-T) és az energia rendszerekre megengedett határértékek összehasonlítása 18

19 Az indukáló hatás kérdéskör menedzselése az ITU-T K.68 Ajánlás és az MSZE előszabvány szerint A K.33 és K.53 Ajánlásokat 2008-ban felváltja a K.68 Ajánlás: A rendszerüzemeltetők felelősége az energia rendszerek és távközlési rendszerek közötti elektromágneses hatás menedzselésében (ITU-T Recommendation K68, Operator responsibilities in the management of electromagnetic interference by power systems on telecommunication systems ) Erre támaszkodva készült el az: MSZE 19410: Villamosenergia-rendszerek távközlési létesítményekre gyakorolt elektromágneses zavarásának menedzselése; A témával foglalkozik : Janklovics Zoltán szekció előadása 19

20 Az indukáló hatás kérdéskör menedzselése az MSZE előszabvány szerint 1) Általános szempontok Az érintett létesítmények tulajdonosainak érdekében áll, hogy együttműködjenek az EMindukálási problémák megoldásában 2) A létesítmény életszakaszai A létesítmény műszaki jellemzőinek változásait kezelni kell tudni az indukálásban érintett létesítmények jellemzői időbeli módosulásának megfelelő követésével (monitorozásával). 3) Információcsere Minden egyes társaságnak ki kell neveznie egy "indukálás-menedzsert", akinek a társaságot érintő minden indukálási problémára teljes áttekintése van annak érdekében, hogy összekötő pont lehessen a társaságot érintő, indukálással kapcsolatos információcserében. 4) Létesítménydokumentáció A létesítményről annyi aldosszié legyen, ahány indukálási helyzet van. Az egyes dossziék tartalmazzák: a kapcsolattartó elérhetőségét; az indukálásban érintett létesítmények geometriai és villamos leírását; az elvégzett számítások eredményeit, az egyes tervezési lépések dokumentációját; az elvégzett mérések eredményeit, ha erre sor került; az indukálási költségekkel kapcsolatos megállapodásokra vonatkozó minden iratot. 20

21 A kivitt (transzfer) potenciállal foglakozó CIGRE Irányelv A CIGRE C4.207 munkacsoport dolgozta ki A végleges szövegtervezet elfogadása a munkacsoport 2012 szeptember án tartandó budapesti ülésén várható. Témája: Irányelv a váltakozóáramú energiarendszerek zárlatai által okozott a távközlési rendszerekre kivitt földpotenciál-emelkedés (EPR) megállapítására Az EPR terjedés fémes vezetés útján, az alkalmazott rendszerkonfigurációk jellemzői és megelőzési lehetőségek a távközlési berendezéseknél (GUIDE FOR ASSESSMENT OF TRANSFERRED EPR ON TELECOMMUNICATION SYSTEMS DUE TO FAULTS IN A.C. POWER SYSTEMS PROPAGATION OF EPR (EARTH POTENTIAL RISE) BY METALLIC CONDUCTION, CHARACTERISTICS OF USED SYSTEM CONFIGURATION AND PRECAUTIONS FOR TELECOMMUNICATION EQUIPMENT) A témával foglalkozik : Dr. Ladányi József szekció előadása 21

22 Elektromágneses terek Új ICNIRP határértékek CIGRE Műszaki kiadványok (Technical Brochures) 22

23 Új ICNIRP ajánlások az EMF területén és a 2004/40/EC direktíva várható változásai 23

24 Új ICNIRP ajánlás a sztatikus mágneses tér határértékeire 2009 Térbeli csúcs érték: Foglalkozási: Időbeli átlag mt Fej és törzs 2 T (esetleg 8 T) 2 T Végtagok 8 T 5 T Lakossági: A test bármely részére 400 mt 40 mt Implantátum esetén 0,5 mt 0,5 mt

25 Új ICNIRP statement a sztatikus (egyenáramú) mágneses tér határértékeire MR páciensek védelme 2009 Egész testre: Normál esetben: Speciális esetben: Kísérleti esetben: 4 T 8 T > 8 T 25

26 Új ICNIRP ajánlás az időben változó villamos és mágneses terek határértékeire (1 Hz-100 khz)

27 ICNIRP* 2010-es Irányelv referenciája: GUIDELINES FOR LIMITING EXPOSURE TO TIME-VARYING ELECTRIC AND MAGNETIC FIELDS (1 Hz TO 100 khz) International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection* * ICNIRP Secretariat, c/o Gunde Ziegelberger, c/o Bundesamt für Strahlenschutz, Ingolstaedter Landstrasse 1, Oberschleissheim, Germany. For correspondence or reprints contact info@icnirp.org. (Manuscript accepted 15 June 2010) /10/0 Copyright 2010 Health Physics Society 27

28 Alapkorlátok áramsűrűség helyett belső villamos térerősségben 28

29 Vonatkoztatási szintek Villamos térerősség lakosságra 29

30 Vonatkoztatási szintek Villamos térerősség dolgozókra 30

31 Vonatkoztatási szintek Mágneses indukció lakosságra 31

32 Vonatkoztatási szintek Mágneses indukció dolgozókra 32

33 50 Hz-es mágneses indukció határértékei Régi: Új: Lakosság: 100 µt 200 µt Dolgozók: 500 µt 1000 µt 33

34 A 2004/40/EC direktíva* (2004. április 29.) várható változásai Nemzeti jogszabályként való bevezetésének határidejét 2008-ban 2012-re módosították, mert: bizonyos határértékek betarthatatlanok (pl. az MR berendezések környezetében dolgozóknál). Az kisfrekvenciás határértékekben módosítás várható * A 2004/40/EC direktíva (2004. április 29.) A munkavállalók fizikai tényezők (elektromágneses terek) hatásából keletkező kockázatoknak való expozíciójára vonatkozó egészségügyi és biztonsági minimum követelményekről 34

35 CIGRE Műszaki kiadványok (Technical Brochures,TB) Elektromágneses erőterekhez kapcsolódóan Váltakozóáramú korrózió hatásról 35

36 CIGRE TB 320 Az ELF* mágneses terek jellemzése C4.205 Munkacsoport: Jean Hoeffelman (Convener) Belgium Renato Conti - Italy Pedro L. Cruz Romero Spain François Deschamps France Than Dovan - Australia Daniel Goulet Canada Tommi Keikko Finland Kees Koreman Netherland Yukio Mizuno Japan David Renew United Kingdom Ener Salinas Sweden Hector Leopoldo Soibelzon Argentina Pauli Vanhala - Finland Paul Wong - Canada Hiroyuki Yomori Japan Jun Yoshinaga Japan * ELF = Extrém kisfrekvenciás tér 36

37 A TB 320 célja: A mágneses térre megengedett határérték (akkor még 100 µt) és az epidemiológiai tanulmányokban gyakran hivatkozott 1 µt érték közötti ellentmondás oldása. A mágneses tér megfelelő jellemzésére expozíció mértéket meghatározni. Ilyenek: statisztikai mérték a tartós expozícióra; a nem egyenletes terek pillanatnyi értékének mértéke; a több forrásból eredő és a többfrekvenciás terek mértéke Tartalmazza: Mért és számított értékeket és azok összevetését; A térbeli is időbeli változások leírását; A vizsgált mennyiségek megvilágítását gyakorlati példákkal 37

38 CIGRE TB 375 Műszaki Irányelv szabadvezetékek kisfrekvenciás villamos és mágneses terének mérésére C4.203 Munkacsoport: François Deschamps (Convenor) - France Jacques Pezard (Convenor till 2004) - France Davide Capra - Italy Renato Conti - Italy Gabrielle Crotti - Italy, Than Dovan - Australia Jean Hoeffelman - Belgium Kees Koreman Netherland Yukio Mizuno Japan David Renew United Kingdom Paul Wong - Canada Hiroyuki Yomori Japan Jun Yoshinaga Japan Mauro Zucca - Italy 38

39 A TB 375 célja: A biztonságra vonatkozó előírások (expozíciós határértékek) és az ezeknek való megfelelés mérés alapján történő összerendelésére irányelv adása. Az irányelv foglalkozik a szabadvezetékek villamos és mágneses terének: mesésére alkalmas szenzorokkal; mérési eljárásokkal (good practices) a méréseket befolyásoló tényezőkkel; Négy függelék gyakorlati információkat ad: a vezetékre merőlegesen mért profilokra ; a méréseket befolyásoló paraméterekre; laboratóriumi vizsgálatot a nedvesség villamos teret befolyásoló hatására; a mérési bizonytalanság értékelésére. 39

40 CIGRE TB 373 Villamos-energia rendszerek hálózati frekvenciás mágneses terének kezelési (csökkentés) módszerei C4.204 Munkacsoport: Ener Salinas (Convener) UK Oriano Bottauscio - Italy Mario Chiampi - Italy Renato Conti - Italy Pedro L. Cruz Romero - Spain Than Dovan - Australia Patrick Dular - Belgium Jean Hoeffelman - Belgium Rolf Lindgren - Sweden Paolo Maioli - Italy Gary Melik - Australia Michele Tartaglia - Italy 40

41 A TB 373 célja: A villamos-energia rendszerek különböző elemei által létrehozott mágneses tér kezelésére (csökkentésére) szolgáló technikáról átfogó kép adása. Az anyag foglalkozik: A csökkentési eljárások elvi hátterével; A különböző hálózatelemek (szabadvezeték, kábelvonal, alállomás) térének speciális csökkentési módszereivel; A tervezésre és megvalósításra vonatkozó gyakorlati példák bemutatásával. 41

42 CIGRE TB 391 Irányelv a nagyfeszültségű és a középfeszültségű alállomásoktól származó rádiófrekvenciás (RF) zavarás mérésére C4.202 Közös munkacsoport: L.-E. Juhlin (SE) Convener R. Hubbard (ZA), G. Lucca (IT), H.-G. Öhlin (SE), C. Rajotte (CA), W.H. Siew (GB), D. Thomas (GB), Gy. Varju (HU) 42

43 TB 391 célja: Jól ismert és dokumentált a korona hatásból származó az AM rádió rendszerekben korona által okozott zavarás. A TB 391 KÖF és NAF az alállomások által okozott rádiófrekvenciás zavarás RFI mérésével foglalkozik. Az Irányelv elkészítésének két fő motivációja: a szélesebb sávszélességet igénylő digitális rádiórendszerek elterjedése; a teljesítményelektronika széleskörű alkalmazása minden teljesítmény szinten és ezek gyors kapcsolási (kommutációs) folyamata által okozott nagyfrekvenciás zavarok. (HVCD, FACTS, újabban PV inverterek) Különös figyelmet szentel a távolsággal való csillapodásra és ennek alapján a szükséges mérési távolságokra: a teljesítmény függvényében (< 1 kva-től a > 100 GVA-ig) a feszültségszint függvényében ( KIF-től > 1200 KV) 43

44 CIGRE TB 290 A váltakozóáramú távvezetékek indukáló hatása által fém csővezetékeken okozott váltakozóáramú korrózió R. Bräunlich (Switzerland), J. Diesendorf (Australia), R. Gregoor (Belgium), G. Lucca (Italy), H.-G. Öhlin (Sweden), Y. Rajotte (Canada), W. H. Siew (United Kingdom), Dave Thomas (United Kingdom) Invited Specialists: Gy. Varjú (ITU-T) (Hungary), P. Kiss (Hungary), G. Camitz (Sweden) C4.202 Közös munkacsoport: L.-E. Juhlin (SE) Convener R. Bräunlich (Switzerland), J. Diesendorf (Australia), R. Gregoor (Belgium), G. Lucca (Italy), H.-G. Öhlin (Sweden), Y. Rajotte (Canada), W. H. Siew (United Kingdom), Dave Thomas (United Kingdom) Gy. Varjú (ITU-T) (Hungary), P. Kiss (Hungary), G. Camitz (Sweden) 44

45 TB 290 célja: A TB 95 szerinti Korróziós irányelv kiegészítése a váltakozóáramú korrózióra vonatkozóan a villamos-energia rendszer és korróziós szakértők közreműködésével. Támaszkodik a CEOCOR Guide ra (Váltakozóáramú korrózió katódosan védett csővezetékeken Irányelv a kockázatelemzésre és védelmi módszerekre) Az Irányelv átfogó kockázatértékelést tesz lehetővé a következők alapján : számítási és mérési eljárások a meghatározó paraméterek; a lehetséges védelmi módszerek; gyakorlati esetek ismertetése, értékelése. A korrózió hatásokkal és kezelésükkel foglalkozik: Tóth Csaba FGSZ Zrt. szekció előadása 45

46 Újonnan felvetődött EMC probléma Vezetett zavar a 2 khz khz tartományban A probléma megjelenése: Fotovillamos (PV) kollektorok inverterei és más kacsolt üzemű tápegységek által a smart mérőkbe okozott zavarok Jelenlegi helyzet: Nincs zavarkibocsátási szabvány és határérték; Nincs zavarkibocsátásra mérési eljárás és értékelés; Áthidaló megoldásként a CENELEC TC 13 ("Equipment for electrical energy measurement and load control ) kiadta a CLC/TR 50579:2012: o Electricity metering equipment (a.c.) - Severity levels, immunity requirements and test methods for conducted disturbances in the frequency range 2 khz khz o Villamos (váltakozó áramú) mérőkészülékek Szigorúsági szintek, zavartűrés követelmények és vizsgálati módszerek a 2 khz 150 khz tartományban vezetett zavarra Utalás a további helyzetre: Elfogadás alatt áll a CLC/TC8X által készített prtr ed.2 tervezet: Irányelv az EN európai szabvány alkalmazásra Célja: háttér információ és kifejtés az EN 50160:2010 szabványhoz ob melléklete: Feszültség/áram komponensek a 2kHz-150 khz frekvencia tartományban és ennek hatása a tápfeszültségre. 46

47 Köszönöm m a figyelmet!? 47