Villamosenergia minőség Alkalmazási segédlet Feszültségzavarok A feszültségletörést mérséklő eszközök kiválasztásának szempontjai 5.3.4 Szabályozók Motorok Érzékeny fogyasztók Áramszolgáltatói hálózat Feszültségzavarok
Feszültségzavarok A feszültségletörést mérséklő eszközök kiválasztásának szempontjai Dr. ir Marcel Didden Laborelec 2005. április Magyar Rézpiaci Központ Hungarian Copper Promotion Centre (HCPC) A Magyar Rézpiaci Központ a réztermelők és feldolgozók által támogatott non-profit szervezet, amelynek célja a réz és a rézötvözetek használatának, valamint helyes és hatékony alkalmazásának elősegítése. A szolgáltatások, beleértve a műszaki tanácsadást és információs adatközlést, mindazok rendelkezésére állnak, akik bármilyen vonatkozásban érdekeltek a réz felhasználásában. Az egyesülés összeköttetést teremt a kutatás és a felhasználó ipar között, és szoros kapcsolatot tart fenn a világ többi a rézpiac fejlesztésén tevékenykedő- szervezetével. Európai Réz Intézet European Copper Institute (ECI) Az Európai Réz Intézet az ICA (International Copper Association) és az IWCC (International Wrought Copper Council) támogató tagjai által létrehozott szervezet. Tagjain keresztül az ECI a világ legnagyobb réztermelői és Európa vezető réztermék gyártói nevében dolgozik a réztermékek európai piacfejlesztésén. Az 1996 januárjában megalakult ECI-t tíz Rézpiac Fejlesztési Egyesület (CDA-k) hálózata támogatja a Benelux államokban, Franciaországban, Németországban, Görögországban, Magyarországon, Olaszországban, Lengyelországban, Skandináviában, Spanyolországban és az Egyesült Királyságban. Ezen tevékenység folytatása azon erőfeszítéseknek, amelyeket az 1959-ben alakult Copper Products Development Association (CPDA) és az 1961-ben alakult International Copper Research Association (INCRA) kezdeményezett. Figyelmeztetés A Magyar Rézpiaci Központ és az Európai Réz Intézet elhárítja a felelősséget bármilyen közvetlen, közvetett, okozati, vagy véletlenszerű meghibásodásért, amely az ebben a kiadványban közölt információk felhasználásából, vagy az információk illetve a közölt adatok fel nem használhatóságából eredhetnek. Szerzői jog : Copper Development Association (CDA) Magyar fordítás: Magyar Rézpiaci Központ A kiadvány anyagának másolása, terjesztése engedélyezett, feltéve, hogy az teljes terjedelemben, a forrás megjelölésével történik. Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest, Képíró u. 9. Magyarország Tel: (+36 1) 266 48 10 Fax: (+36 1) 266 48 04 E-mail: info@hcpcinfo.org Web: www.rezinfo.hu
Bevezetés Feszültségzavarok A feszültségletörést mérséklő eszközök kiválasztásának szempontjai Ez az alkalmazási segédlet az ipari folyamatokat a feszültségletöréssel szemben védő különböző rendszereket hasonlítja össze (lendkerék, statikus UPS, dinamikus feszültség stabilizátor, statcom, párhuzamosan kapcsolt szinkron motor és transzformátor nélküli soros árambetápláló). Ezeket a rendszereket a feszültségletöréssel szembeni védőképességük és néhány egyéb műszaki és gazdasági paraméterük alapján hasonlítjuk össze. A feszültségletörés az EN 50160 meghatározása alapján a tápfeszültség rövid (1 percnél rövidebb) ideig tartó hirtelen csökkenése. A maradó feszültség a névleges illetve a megegyezéses feszültség (0.01-0.9)-szerese. A feszültségletörések által okozott károk a feszültségminőséggel kapcsolatos károk közül az egyik legjelentősebb. A feszültségletörések által okozott költségek mérséklésére különböző megoldások léteznek: ezeket rendszerint az 1. ábrán látható négy csoportba szokták besorolni [2]. Érzékeny fogyasztók szabályozók motorok 1. Berendezés specifikáció 2. Szabályozások védelme 3. Teljeskörű üzemen belüli védelem 4. Áramszolgáltatói beavatkozások Áramszolgáltatói hálózat 1. ábra: Lehetséges védekezési módszerek [2] A legolcsóbb megoldásnak az üzemi fogyasztók (az 1. ábrán az 1. és 2. jelű tételek) átalakítása tűnik, de ez nem mindig oldható meg, mivel a gyártók jelenleg még ilyen szempontból nem készítik fel a termékeiket. (Az 5.3.3. Alkalmazási Segédlet ezeket a lehetőségeket tárgyalja a változtatható fordulatszámú hajtások esetén.) Az áramszolgáltatói hálózat (az 1. ábra 4. tétele) módosítása érdekes lehetőségnek ígérkezik (amelyet az 5.5.1. Alkalmazási Segédlet tárgyal), de nem mindig kivitelezhető és valószínűleg nagyon költséges. Az egyetlen általánosan alkalmazható módszer az érzékeny fogyasztók és az áramszolgáltatói hálózat közötti beavatkozás (az 1. ábra 3. tétele), amelyet ez a segédlet tárgyal. Elméletileg az érzékeny fogyasztók feszültségletörésekkel szembeni védelmének legegyszerűbb módja a szünetmentes tápegységek (UPS) alkalmazása. Azonban a magas beszerzési és üzemeltetési költségek miatt szünetmentes tápegységeket csak ott alkalmaznak, ahol az energiaellátás problémáiból származó károk nagyon jelentősek, mint pl. kórházakban, számítástechnikai és pénzügyi intézményekben. A többi esetben, ideértve a legtöbb ipari folyamatot, a védőeszközök létesítése a költségelemzéstől függ, amelyek általában azt mutatják, hogy a szünetmentes tápegységek telepítése túl drága [7]. Az ipari folyamatokban a feszültségletörésekkel szemben érzékeny berendezések miatt tömegesen jelentkező problémák megoldására ma már a kereskedelemben kapható védőeszközök megoldást kínálnak. Azonban ezeknek a rendszereknek a sokfélesége és forgalmazófüggő különleges elnevezése következtében az adott problémára az optimális műszaki-gazdasági megoldás kiválasztása nem egyszerű feladat. Ez az alkalmazási segédlet több olyan rendszert tekint át, amelyeket a feszültségletörésekkel szemben érzékeny, már meglévő berendezések védelmére lehet használni. Különböző országok feszültségletörési statisztikáit figyelembe véve, ez a cikk irányelvet ad ezen rendszerek elvárható hatékonyságával (azaz az elkerült leállások arányával) kapcsolatban. Először a berendezések típusait ismertetjük. Ezután a feszültségletöréssel szembeni védőképességüket és néhány egyéb műszaki és gazdasági paraméterüket értékeljük. A tárgyalt rendszerek fenti tulajdonságai alapján irányelvet adunk a gyakorlati megoldásokhoz. 3
A védőeszközök típusai Lendkerék A lendkereket és motor-generátort (M/G) tartalmazó összeállítás minden olyan feszültségletöréssel szemben meg tudja védeni a kritikus berendezéseket, amelyek időtartama rövidebb a lendkerék áthidalási idejénél. Feszültségletörés esetén a motor-generátor táplálja a fogyasztót, amelyhez az energiát a folyamatosan lassuló lendkerék szolgáltatja. A lendkerék és a motor-generátor közötti kapcsolat sokféle lehet, a 2. ábra a teljesítményelektronikai kapcsolat fő elemeit tartalmazza. Az első megoldás (nevezzük itt DVR-1-nek) nem tartalmaz energiatároló tagot és folyamatosan online üzemmódban dolgozik. Feszültségletörés alkalmával a hiányzó feszültségkülönbség előállításához szükséges energiát a hálózatból veszi (emiatt az áram megnövekszik), ezért az eszköz nagyon alacsony maradékfehálózat fogyasztó átalakítók 2. ábra: Lendkerekes feszültségáthidaló rendszer blokkdiagramja Statikus UPS minimális energiatárolással A 3.ábrán a feszültség frekvenciájától független (VFI), online vagy kettős konverziójú statikus UPS blokkdiagramja látható. Ezek az eszközök elsősorban arra szolgálnak, hogy a tápfeszültség kimaradásakor például a berendezések előírásszerű leállásához biztosítsanak elegendő energiát. A tápfeszültség kimaradása alatt a fogyasztót az akkumulátor egy DC/AC átalakítón keresztül táplálja. Ha az eszközre csak a feszültségletörések elleni védelem céljából van szükség, akkor az energiát kondenzátor is tárolhatja; az ilyen elrendezést dinamikus feszültség stabilizátornak vagy letörés kompenzátornak (angol megfelelője DVR) nevezik. hálózat fogyasztó AC/DC átalakító DC/AC átalakító 3. ábra: A feszültség frekvenciájától független statikus UPS blokkdiagramja Dinamikus feszültség stabilizátor (DVR) A feszültségletörés alatt a dinamikus feszültség stabilizátor (DVR) a hiányzó feszültséget egy, a fogyasztóval sorosan kapcsolt transzformátoron keresztül pótolja [5]. A fogyasztó a hálózatra kapcsolva marad, és a DVR meghatározza a feszültség hullámalakjából hiányzó részt, és korrigálja azt. A berendezés kialakításától függően a feszültségletörés alatt a fogyasztó táplálásához szükséges energia származhat a hálózatból vagy egy kiegészítő energiatároló egységből (amely rendszerint egy kondenzátor telep). 4
szültség esetén nem tudja ellátni feladatát. A kereskedelemben kapható ilyen típusú DVR berendezések feszültségnövelő képessége eléri az 50%-ot. A későbbiekben azonban 30%-os feszültségnövelő képességű változattal foglalkozunk, mivel a gyártók álláspontja szerint ez a legköltséghatékonyabb kivitel. A második (4. ábra, itt DVR-2-vel jelöltük) energiatároló tagot tartalmaz és nagyfogyasztók esetén a legmegfelelőbb megoldás. Az egységek a bevezetni képes energia alapján vannak meghatározva; a feszültségnövelő képességük emiatt a fogyasztótól függ. Egy 2 MW-os egység egy 4 MW-os fogyasztó feszültségét 50%-kal tudja megnövelni, míg egy 8 MW-os fogyasztóét 25%-kal. A legtöbb berendezéssel ellentétben, az energiatároló képesség fontos paraméter a hosszabb idejű feszültségletörések áthidalása szempontjából. Lényeges az energiatárolás módja. A kondenzátorokban tárolt fajlagos energia viszonylag kicsi, de nagyon gyorsan fel lehet őket újra tölteni és így készen állnak a következő feszültségletörés kivédésére, míg a nagy fordulatszámú lendkerekekben tárolt fajlagos energia nagy, de a feltöltésük viszonylag lassú. Ezeket a szempontokat a 4.3.1. segédlet tárgyalja részletesen. hálózat fogyasztó transzformátor átalakító Egyenáramú kapcsolat az energiatárolással 4. ábra: Dinamikus feszültség stabilizátor (DVR-2) blokkdiagramja Párhuzamosan kapcsolt szinkron gép A párhuzamosan kapcsolt szinkron gép a statcom-mal mutat bizonyos hasonlóságot, de nem tartalmaz teljesítmény elektronikát. A szinkron gép nagy meddőáram termelő képessége teszi lehetővé a feszültség 60%-kal történő növelését legalább 6 másodperc időtartamig. Ezen kívül egy kis lendkerék a fogyasztót 100 ms ideig megvédi a teljes tápfeszültség kimaradástól (ezt a tulajdonságát a továbbiakban nem elemezzük). grid opcionális csillapító tekercs fogyasztó szinkron gép 5. ábra: Párhuzamosan kapcsolt szinkron gép és lendkerék blokkdiagramja Statcom A statikus meddőteljesítmény kompenzátorok [5] a fogyasztóval párhuzamosan kapcsolt árambetápláló készülékek (6. ábra). A statcom a feszültségletörést a rendszerbe történő meddőteljesítmény betáplálással mérsékli. A feszültségletöréssel szembeni védőképesség energiatárolással fokozható, amely lehet például szupravezetős mágneses energiatárolás (SMES) [8]. 5
hálózat fogyasztó transzformátor átalakító Egyenáramú kapcsolat az opcionális energiatárolással 6. ábra: Statcom blokkdiagramja Transzformátor nélküli soros betáplálás Feszültségletörés esetén ennek a soros betápláló eszköznek (7. ábra) a statikus kapcsolója kinyit és a fogyasztót inverter táplálja. Az inverter egyenáramú oldalának energiaellátását két sorbakapcsolt kondenzátor szolgáltatja. Legfeljebb 50%-os maradékfeszültségű feszültségletörések esetén biztosítható a fogyasztó számára a névleges feszültség. Opcionális pótlólagos energiatárolással (pl. kiegészítő kondenzátorok alkalmazásával) korlátozott ideig a teljes tápfeszültség kimaradások és nagyobb aszimmetrikus feszültségletörések is kezelhetők, mint például az egyik fázis teljes kimaradása. A továbbiakban csak az alapfunkciót tárgyaljuk. statikus kapcsoló fogyasztó 7. ábra: Transzformátor nélküli soros betáplálás Feszültségletöréssel szembeni védőképesség Ez a fejezet a fentiekben felsorolt rendszereket a feszültségletöréssel szembeni védőképességük alapján hasonlítja össze. Pontosabban fogalmazva a feszültségletöréssel szembeni védőképesség alatt azoknak az elhárított feszültségletöréseknek a százalékos értékét értjük, amelyek védelem nélkül a berendezés leállásához vezettek volna. A megfelelő kiértékeléshez a következő három fontos paraméterre van szükség: adott mélységű feszültségletörések relatív gyakorisága zavartűrési szint a folyamat érzékenysége. 6
Adott mélységű feszültségletörések relatív gyakorisága A különböző védelmi megoldások összehasonlítása során nagyon fontos a feszültségletörések előfordulási gyakorisága és a feszültségletörések nagyságának valószínűségi eloszlása. Könnyen belátható, hogy egy berendezés más védelmet igényel, ha évente 10-szer 10%-os maradékfeszültségű feszültségletörés jelentkezik, mint ha a feszültségletörések száma hasonló, de a maradékfeszültség 70%. A 8. ábrán a legfeljebb az adott feszültség csökkenést okozó feszültségletörések százalékos értékei láthatók. Az ábra a következő statisztikák felhasználásával készült: B1, B2: Két középfeszültségű sín Belgiumban F: Középfeszültségű sín Franciaországban NL: Középfeszültségű sín Hollandiában US: DPQ tanulmány az Egyesült Államokban [1] C: A CIGRE jelentésben szereplő középfeszültségű sínek átlaga [4] A feszültségletörések időtartamát nem vettük figyelembe, mivel feltételeztük, hogy minden egyes rendszer legalább a feszültségletörés legfeljebb 2 másodperces időtartamáig képes működni ugyanakkor ez a nem védett ipari berendezések esetén nem helytálló feltételezés. A 8. ábrán szereplő relatív eloszlások a feltételezés szerint minden fajta feszültségletörésre jellemzőek (1, 2 és 3 fázisú). Példaként az ábrán lévő P pont azt jelöli, hogy a C statisztika feszültségletöréseinek 47%-ában a feszültség csökkenés 20%-nál kisebb (azaz a maradékfeszültség 80%-nál nagyobb). az adott értéknél kisebb feszültség csökkenést okozó letörések számának százalékos értéke Feszültség csökkenés (%) 8. ábra: Különböző országokból származó feszültségletörési statisztikák, amelyek az adott százalékban kifejezett értéknél kisebb feszültségcsökkenést okozó letörések számának százalékos értékét adják meg Zavartűrési szint A feszültségletörésekkel szembeni zavartűrő képesség fokozására három különböző koncepciót lehet megállapítani: a) Külső energiaforrásról táplált fogyasztó Ezek a fajta rendszerek (lendkerék, statikus UPS) minden feszültségletöréssel szemben képesek védelmet nyújtani. A védelem időtartama csak a tárolt energia mennyiségétől függ. b) A feszültség meghatározott mértékű növelése Ezek a rendszerek (statcom és DVR) a megmaradt hálózati feszültséget egészítik ki a hiányzó feszültséggel. Ha nem képesek a névleges feszültség helyreállítására, akkor lehetőségeik határáig növelik a feszültséget. 7
A feszültségletörés akkor tekinthető elhárítottnak, ha a végső feszültség (a hálózati feszültség a feszültségletörés ideje alatt és a hozzáadott feszültség eredője) elegendően nagy a fogyasztó normál működtetéséhez. c) Előre meghatározott nagyságú feszültségcsökkenés elleni védelmül szolgáló megoldás A fogyasztó állandó teljesítményének fenntartása érdekében ezek a rendszerek (pl. a transzformátor nélküli soros betáplálás) a lecsökkent feszültséget a hálózatból felvett áram növelésével kompenzálják. Ebből következik, hogy a még kompenzálható legnagyobb feszültségcsökkenés a védendő berendezés és a táphálózat legnagyobb megengedett áramától függ. A folyamat érzékenysége A folyamat érzékenysége összetett jellemző, mivel ez a folyamatot alkotó számos berendezésnek a feszültségletörés nagyságával és időtartamával szembeni független érzékenységének az eredője. A folyamat teljes (védelem nélküli) érzékenységének csökkentése érdekében a berendezések gondos kiválasztására és annak megértésére van szükség, hogy a folyamat hogyan viselkedik a feszültségletörés során. Gyakran nem tulajdonítanak fontosságot annak a ténynek, hogy a folyamat eredeti érzékenységének milyen hatása lehet a védőeszközzel elkerülhető folyamatleállások százalékos értékére. Ez ugyanis döntően befolyásolja a korábban leírt b) és c) csoportba tartozó rendszerek összehasonlításának eredményét, mint ahogyan az a 9. ábrán is szerepel. Feszültségcsökkenés (a névleges feszültség %-ában) 0 1. -x 1 %: Az 1. folyamat zavartűrése 2. -x 2 %: A 2. folyamat zavartűrése 3. -(x 1 %+y%): Az 1. folyamat zavartűrése DVR eszközzel 4. -(x 2 %+y%): A 2. folyamat zavartűrése DVR eszközzel -100 5. -z%: Az 1. folyamat zavartűrése transzformátor nélküli soros betáplálással 6. -z%: A 2. folyamat zavartűrése transzformátor nélküli soros betáplálással 9. ábra: Különböző kezdeti zavartűrésű folyamatok zavartűrése védelem nélkül és különböző védőeszközökkel A b) csoportba tartozó berendezések a feszültséget bizonyos százalékos értékkel megnövelik. Ha egy, a feszültségcsökkenésekkel szemben eredetileg -x% zavartűrésű folyamatot egy b) csoportba tartozó rendszerrel védünk, amelynek a feszültségnövelő képessége +y%, akkor a folyamat feszültségcsökkenésekkel szembeni eredő zavartűrése -(x% + y%) lesz. Másrészről azonban, a c) csoportba tartozó berendezések a védett folyamatot egy előre meghatározott szinten teszik a feszültségcsökkenésekkel szemben érzéketlenné (pl. z%). A c) csoportba tartozó védőberendezés alkalmazása esetén az elhárított folyamatleállások százalékos értéke -30%-os eredeti zavartűrés esetén kisebb lesz, mintha a folyamat eredeti zavartűrésének értéke -10% lenne. A tulajdonságok összefoglalása Az 1. táblázat azoknak a feszültségletörések miatti folyamatleállásoknak a százalékos értékeit közli, amelyek elkerülhetőek a tárgyalt rendszerekkel, felhasználva a CIGRE jelentésben közölt és egy belga gyűjtősínre 8
vonatkozó feszültségletörési statisztikákat (a 8. ábra C és B2 görbéi), továbbá a folyamat eredeti zavartűrésének két különböző szintjét (-10% és -30%) figyelembe véve. Az elkerült leállások százalékos értékét nem befolyásolja a folyamat berendezéseinek a 3 fázisú vagy az 1, 2 és 3 fázisú feszültségletörésekkel szembeni érzékenysége, mivel feltételezzük, hogy: a feszültségletörés mélységének relatív eloszlása azonos minden egyes (1, 2 és 3 fázisú) feszültségletörés esetén minden egyes védőberendezés ezekkel a feszültségletörésekkel szemben azonos relatív védelmet nyújt. Az elhárított feszültségletörések miatti leállások százalékos értékei: 40-60% 60-80% 80-100% Védelmi elv A legnagyobb kivédhető feszültségesés, % A legnagyobb feszültségnövelés, % CIGRE gyűjtősín (C), eredeti zavartűrés -10% CIGRE gyűjtősín (C), eredeti zavartűrés -30% Belga gyűjtősín (B2), eredeti zavartűrés -10% Belga gyűjtősín (B2), eredeti zavartűrés -30% Lendkerék a 100 / Statikus UPS a 100 / DVR-Cap1 b / 30 DVR-Cap2, 200%-os terhelés b / 50 DVR-Cap2, 400%-os terhelés b / 25 Statcom-SMES b / 60 Párhuzamosan kapcsolt SM b / 60 Transzformátor nélküli soros betáplálás c 50 / 1. táblázat: A különböző védőeszközökkel elhárítható leállások százalékos értékei, különböző feszültségletörési statisztikákat és a folyamat eredeti zavartűrését figyelembe véve Egyéb műszaki és gazdasági szempontok Ebben a szakaszban a jelenleg kapható berendezések fizikai és működési jellemzőit hasonlítjuk össze. Minden egyes típus esetén a vizsgált tulajdonságot háromfokozatú skálán értékeljük: előnyös (+), közömbös (=) vagy hátrányos(-). Méret Bizonyos rendszerek jelenleg csak 1 MW-nál nagyobb méretekben kaphatók (-), míg mások 100 kw-os vagy ennél kisebb méretben is hozzáférhetők (+). Vételár Mivel a feszültségletörések által okozott károk elleni védőeszközök megvásárlása az előzetesen elvégzett költségelemzés eredményétől függ, ezért a vételár nagyon jelentős tényező. Bár a szerződések egyedi ajánlatok alapján készülnek és jelentősen el is térhetnek egymástól, azért a közepes méretű (100 kva és 500 kva közötti) berendezések esetén meg lehet becsülni a beszerzési árat és a beruházási költségeket. 9
Három árkategóriát lehet meghatározni: - : > 250 euro / kva = : 150-250 euro / kva + : < 150 euro / kva Karbantartás A rendszer típusától függően a karbantartási költségek jelentősek lehetnek. Jelen segédlet csak azt veszi figyelembe, hogy szükség van-e (-) éves karbantartásra vagy nincs (+). Hatásfok Sok rendszernek a teljesítményelektronika, a mozgó részek (lendkerék) vagy a hűtés (SMES) miatt folyamatosan energiára van szüksége, amely a teljes hatásfokot csökkenti. Három kategóriát lehet megkülönböztetni: + : a veszteség a névleges teljesítmény 0,5%-ánál kisebb = : a veszteség a névleges teljesítmény 0,5-2%-a - : a veszteség a névleges teljesítmény 2%-ánál nagyobb Meg kell jegyezni, hogy a kis hatásfok jelentősen befolyásolja a gazdasági döntést. 0,05 euro / kwh villamosenergia árral és 97%-os hatásfokkal számolva az éves veszteség 13,1 euro minden egyes beépített kw után. 10%-os kamatot feltételezve 10 év alatt a diszkontált veszteség 80,4 euro lesz kw-onként. Reakcióidő Bizonyos védőeszközöknek működésük előtt észlelniük kell a feszültségcsökkenést. Ez a folyamat tranziens jellegét okozhatja. A védőeszközök reakció (aktiválási) idejét három csoportba lehet sorolni: + : a reakció vagy aktiválási idő 1 ms-nál kisebb = : a reakció vagy aktiválási idő 1 ms - 5 ms - : a reakció vagy aktiválási idő 5 ms-nál nagyobb Feszültség harmonikusok Egyes védőrendszerek képesek folyamatosan kompenzálni a táphálózatból származó feszültség harmonikusokat (+), míg másoknak nincs hatása a feszültség harmonikusokra (=). Áram harmonikusok Ha a fogyasztóberendezés sok teljesítményelektronikai alkalmazást tartalmaz, mint pl. változtatható fordulatszámú hajtásokat, akkor az áram erősen nemlineárissá válik. Néhány feszültségletörés elleni védőeszköz a nemlineáris terhelések ellenére képes a hálózatból lineáris áramot felvenni (+), míg másoknak nincs hatása a harmonikus áramokra (=). Meddőteljesítmény Néhány alkalmazás képes folyamatosan termelni vagy fogyasztani a meddőteljesítményt (+), míg mások nem (=). 10
A műszaki és gazdasági szempontok összefoglalása A 2. táblázatban a vizsgált rendszerek tulajdonságait foglaltuk össze a fenti paraméterek figyelembevételével. Méret Vételár Karbantartás Hatásfok Reakcióidő Feszültség harmonikusok Áram harmonikusok Meddőteljesítmény Lendkerék + - - - = + + + Static UPS + - - - + + + + DVR-1 + + + = = = = + DVR 2, 200%-os terhelés - - + - = + = = DVR-2, 400%-os terhelés - = + - = + = = Statcom-SMES - = - = - = = + Párhuzamosan kapcsolt SM + = - -/= = + + + Transzformátor nélküli soros betáplálás + = + + = = = = 2. táblázat: Különböző védelmi módszerek műszaki és gazdasági jellemzői A védőberendezések költségelemzése Annak meghatározására, hogy a kiesésből származó költségek várható csökkenése meghaladja-e a védőberendezés költségét, a Nettó Jelenlegi Érték módszer következő átalakított változatát lehet alkalmazni [7]: (1) ahol: C inv f p prev f p prev C sag p mnt i n a kezdeti beruházás értéke kw-onként (2. táblázat) a feszültségletörések miatt évente bekövetkező leállások száma az elhárított leállások százalékos értéke (1. táblázat) az elhárított leállások száma évente az egy feszültségletörésre jutó leállási költség kva-enként az 1 kva-ra jutó éves karbantartási költség a C inv százalékában kifejezve diszkontálási tényező project idő (év) A kérdéses védelmi rendszerre vonatkozó optimista értékek behelyettesítésével (pl. C inv = 100 euro/kva, p mnt = 0, p prev = 100%), ezzel az összefüggéssel meghatározható, hogy a feszültségletörésből származó költségek csökkenése meghaladja-e a vizsgált védőberendezések költségét. 11
Összefoglalás Összefoglalásul megállapítható, hogy nincs olyan rendszer, amely minden helyzetben a legjobb megoldást adja. Ennek ellenére néhány irányelv meghatározható: Az energiatárolás nélküli DVR és a transzformátor nélküli soros betáplálás a leginkább költséghatékony megoldások. Ha a harmonikusok és a meddőteljesítmény is problémát okoz, akkor a párhuzamosan kapcsolt szinkron motor alkalmazását is meg kell fontolni. A cikkben azt is bemutattuk, hogy egy adott védelmi megoldással elkerülhető leállások százalékos értéke több paramétertől függ, és ezt nem lehet előre meghatározni a feszültségletörések statisztikai adatai nélkül. Ha a cél az összes feszültségletörés és rövid idejű tápfeszültség kimaradás kivédése, akkor az egyedüli megoldás a lendkerék vagy statikus UPS alkalmazása. Irodalomjegyzék [1] CENELEC, EN 50160, Nov 1999. [2] Dugan, R; McGranaghan, M; Beaty, H: Electrical Power Systems Quality, Knoxville/USA: McGraw-Hill, 1996. [3] EPRI, 'DPQ study final report', 1996. [4] Beaulieu G et al, Power quality indices and objectives for MV, HV and EHV systems CIGRE WG 36.07/CIRED progress, CIRED 2003. [5] Hingorani N, Gyugyi L, Understanding FACTS, Wiley IEEE Press, ISBN 0-7803-3455-8, 1999. [6] van Zyl A, Spee R, Faveluke A, Bhowmik S, Voltage sag ride-through for adjustable-speed drives with active rectifiers, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 34, pp 1270-1277, Nov/Dec 1998. [7] Didden M, Belmans R, D'haeseleer W, Cost-benefit analyses of voltage sag mitigation methods in textile extrusion plants, European Transaction of Electrical Power Vol.13 No 2, Mar/Apr 2003. [8] Nelson B (AM Superconductor Corporation), Improving power quality inside the fab voltage sag correction using shunt inverter technology and stored energy, Future Fab International, Issue 13, July 2002. Ezen kívül felhasználtuk még a gyártók által közzétett tájékoztatókat. 12
Referencia és Alapító Tagok* European Copper Institute* (ECI) www.eurocopper.org ETSII - Universidad Politécnica de Madrid www.etsii.upm.es LEM Instruments www.lem.com Akademia Gorniczo-Hutnicza (AGH) www.agh.edu.pl Fluke Europe www.fluke.com MGE UPS Systems www.mgeups.com Centre d'innovació Tecnològica en Convertidors Estàtics i Accionaments (CITCEA-UPC) www.citcea.upc.edu Hochschule für Technik und Wirtschaft* (HTW) www.htw-saarland.de Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg www.uni-magdeburg.de Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI) www.ceiuni.it Hogeschool West-Vlaanderen Departement PIH www.pih.be Polish Copper Promotion Centre* (PCPC) www.miedz.org.pl Copper Benelux* www.copperbenelux.org International Union for Electricity Applications (UIE) www.uie.org Università di Bergamo* www.unibg.it Copper Development Association* (CDA UK) www.cda.org.uk ISR - Universidade de Coimbra www.isr.uc.pt University of Bath www.bath.ac.uk Deutsches Kupferinstitut* (DKI) www.kupferinstitut.de Istituto Italiano del Rame* (IIR) www.iir.it The University of Manchester www.manchester.ac.uk Engineering Consulting & Design* (ECD) www.ecd.it Katholieke Universiteit Leuven* (KU Leuven) www.kuleuven.ac.be Wroclaw University of Technology* www.pwr.wroc.pl EPRI Solutions Inc www.epri.com/eprisolutions Laborelec www.laborelec.com Szerkesztőségi bizottság David Chapman (Chief Editor) CDA UK david.chapman@copperdev.co.uk Prof Angelo Baggini Università di Bergamo angelo.baggini@unibg.it Dr Araceli Hernández Bayo ETSII - Universidad Politécnica de Madrid ahernandez@etsii.upm.es Prof Ronnie Belmans UIE ronnie.belmans@esat.kuleuven.ac.be Dr Franco Bua ECD franco.bua@ecd.it Jean-Francois Christin MGE UPS Systems jean-francois.christin@mgeups.com Prof Anibal de Almeida ISR - Universidade de Coimbra adealmeida@isr.uc.pt Hans De Keulenaer ECI hdk@eurocopper.org Prof Jan Desmet Hogeschool West-Vlaanderen jan.desmet@howest.be Dr ir Marcel Didden Laborelec marcel.didden@laborelec.com Dr Johan Driesen KU Leuven johan.driesen@esat.kuleuven.ac.be Stefan Fassbinder DKI sfassbinder@kupferinstitut.de Prof Zbigniew Hanzelka Akademia Gorniczo-Hutnicza hanzel@uci.agh.edu.pl Stephanie Horton LEM Instruments sho@lem.com Dr Antoni Klajn Wroclaw University of Technology antoni.klajn@pwr.wroc.pl Kees Kokee Fluke Europe BV kees.kokee@fluke.nl Prof Wolfgang Langguth HTW wlang@htw-saarland.de Jonathan Manson Gorham & Partners jonathanm@gorham.org Prof Henryk Markiewicz Wroclaw University of Technology henryk.markiewicz@pwr.wroc.pl Carlo Masetti CEI masetti@ceiuni.it Mark McGranaghan EPRI Solutions mmcgranaghan@eprisolutions.com Dr Jovica Milanovic The University of Manchester jovica.milanovic@manchester.ac.uk Dr Miles Redfern University of Bath eesmar@bath.ac.uk Dr ir Tom Sels KU Leuven tom.sels@esat.kuleuven.ac.be Prof Dr-Ing Zbigniew Styczynski Universität Magdeburg Sty@E-Technik.Uni-Magdeburg.de Andreas Sumper CITCEA-UPC sumper@citcea.upc.edu Roman Targosz PCPC cem@miedz.org.pl Dr Ahmed Zobaa Cairo University azmailinglist@link.net
Laborelec Rodestraat 125 B-1630 Linkebeek Belgium Tel: 00 32 2 3820503 Fax: 00 32 2 3820241 Email: marcel.didden@laborelec.com Website: www.laborelec.com Dr ir Marcel Didden Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest, Képíró u. 9. Magyarország Tel: (+36 1) 266 48 10 Fax: (+36 1) 266 48 04 E-mail: info@hcpcinfo.org Web: www.rezinfo.hu European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium Tel: 00 32 2 777 70 70 Fax: 00 32 2 777 70 79 Email: eci@eurocopper.org Website: www.eurocopper.org