MEE 61. Vándorgyűlés és Kiállítás Debrecen, 2014. szeptember 10 12 B4 szekció A 2-150 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
Témakörök: 1. A 2-150 khz zavarási helyzet 2. Szabványosítási tevékenységek a 2-150 khz tartományban 3. Zavartűrés vizsgálat 2-150 khz tartományban 2
A 2-150 khz zavarási helyzet 3
A zavarási helyzet felismerése Felismerések Svédországban: 5 millió smart mérőt építettek be Egyik mérőtípus (500.000 beépített mérő) nagyon érzékenynek mutatkozott a 2-150 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
Példák zavarkibocsátás értékekre IEC TC 22 205A/Sec0339/R Study Report II Bázisállomás egyenirányító Háztartási mosógép 4 db fluoreszcent lámpa A legnagyobb zavarkibocsátás esetenként nagyobb 5 V-nál (134 dbµv) 5
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
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
Zavarás okozta hiba nagysága (2) Hiba %! A vizsgált mérők közül 6 esetben (8 %) igen jelentős volt hiba 8
Zavarás okozta hiba nagysága (3) A zavar-érzékeny fogyasztásmérők jellemzői: A mérők 15 % - 100 % 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
Következmények, fejlemények A Svéd Akkreditáló és Megfelelőség Igazoló Testület. Kifogást tesz 2010 novemberében a villamos fogyasztásmérő készülékekkel foglalkozó EN 50470-3:2006 szabvánnyal kapcsolatosan, mivel az nem tartalmaz követelményt a mérők elektromágneses zavartűrésére. Fejlemények: Az érdekelt szabványosítási szervezetek intenzív munkába kezdenek a 2-150 khz tartományban történő szabványosítási rés megszüntetésére, szabvány kidolgozására: zavarkibocsátásra és Zavartűrésre. 10
Szabványosítási tevékenységek a 2-150 khz tartományban 11
Szabványosítási tevékenységek a 2-150 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 62578 visszavonása mellett. Indoka: ellehetetleníti a smart mérésre szolgáló, az EN 50065 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 50470-1 és -3 részek 2) EN TR 50579:2012; Villamos mérőkészülékek (a.c.) Szigorúsági szintek, zavartűrés követelmények és vizsgálati módszerek vezetett zavarásra a 2-150 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
Szabványosítási tevékenységek a 2-150 khz tartományban IEC TC 22 Ipari elektronikai rendszerek és készülékek Kidolgozta: IEC / TS 62578 Ed. 2 tervezet: szavazásra bocsájtva 2013-05-24 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
Szabványosítási tevékenységek a 2-150 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 50065 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
Szabványosítási tevékenységek a 2-150 khz tartományban EMC bizottságok IEC TC 77A: EMC Albizottság, kisfrekvenciás jelenségekre WG8 Összeférhetőségi szintek a 2-150 khz tartományban (Subcommittee 77A: EMC Low frequency phenomena, of IEC technical committee 77: Electromagnetic compatibility) Kidolgozta: IEC/EN 61000-4-16 : Vizsgálat a közös módusú vezetett zavarra a 0-150 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 61000-4-19: 2014-05 Vizsgálat differenciál módusú vezetett zavarra és jelátvitelre a váltakozóáramú kapukon a 2-150 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
Szabványosítási tevékenységek a 2-150 khz tartományban IEC TC 77 (EMC) ACEC bizottság IEC TC 77 ACEC: A TC 77 EMC Tanácsadó Bizottsága Szabványosítási akcióterv a 2-150 khz frekvencia tartományra: Döntés a TC 22 által kidolgozott. a zavarkibocsátásra vonatkozó TS 62578 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
Zavarkibocsátási és zavartűrési szintek Összefoglaló áttekintés 4. szint: Szigorú ipari környezet. Feszültség [V eff ] 3. szint: Tipikus lakóhelyi és enyhén ipari környezet. PLC EN 50065-1 szerinti maximális jelszintje 2. szint: Védett környezet 1. szint: Jól védett környezet A TS 62578 szerinti kibocsájtási szintek. (A szavazás sikertelen.) 17
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
Szabványosítási tevékenység a 2-150 khz tartományban Követelmények az okos mérésre Általános követelmények Az EMC szabványosításban a 2-150 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 61000-4-19 alapján. 19
Szabványosítási tevékenység a 2-150 khz tartományban A jelenlegi helyzet CENELEC TC 13 kidogozta a CLC/TR 50579 szabványt zavartűrés követelményekre és vizsgálati módszerekre IEC SC 77 kidolgozta az IEC 61000-4-19 szabványt vezetett zavarra vonatkozó vizsgálatok, váltakozóáramú kapukon A hálózathoz csatlakozó berendezések zavarkibocsátási szintjeire vonatkozó maximális zavarkibocsátás szintek előírásai még hiányoznak. 20
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban 21
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban Differenciál módusú zavartűrés vizsgálat elvi összeállítása Hálózati feszültség forrás Terhelőáram forrás EUT Zavaróáram forrás 22
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban Egyszerűsített vázlat a vizsgálati összeállítás fő elemeivel Hálózati táp forrás Elemek: Generátor 2-150 khz C c = csatoló kondenzátor C d = csatolásmentesítő kondenzátor L = csatolásmentesítő induktivitás CDN=csatoló / csatolásmentesítő hálózat EUT 23
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban Egyszerűsített kapcsolási vázlat a feszültség generátor fő elemeivel 24
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban Fogyasztásmérő zavartűzés vizsgálatának összeállítása (TR 50579:2012 és az IEC 6100-4-19 szabványok szerint) 25
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban Háromfázisú fogyasztásmérő vizsgálatának összeállítása (TR 50579:2012 és az IEC 6100-4-19 szabványok szerint) 26
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban Az IEC 61000-4-19 szerinti differenciál módusú zavaró áram vizsgálati szintek 27
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban Az IEC 61000-4-19 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
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban IEC 61000-4-19 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
Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban CLC/TR 50579 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
Frekvencia tartomány Zavartűrés vizsgálat a 2-150 khz tartományban CLC/TR 50579 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
Konklúziók - ACEC: felül kell vizsgálni az EN TR 50579:2012 szabványt az IEC 61000-4-19:2014 alapján - IEC 61000-4-19: 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
Köszönöm a figyelmet!? E-mail: ladanyi.jozsef@vet.bme.hu varju.gyorgy@vet.bme.hu 33