Workshop Power Quality Voorjaar 2015

Transcriptie

1 Workshop Voorjaar 2015

2 powered by POWER QUALITY Deel A Jentje Bootsma POWER & SIGNAL QUALITY 1/120

3 Programma Voorstellen Inleiding Dips/Onderbrekingen UPS-DC/UPS-AC Energie efficiëntie Harmonischen Kosten Cito Benelux werknemers in de Benelux - omzet:> 120 mln. - financieel-,automatiserings en personeelsmanagement - logistiek- en kwaliteitsmanagement - education 2/120

4 Cito Benelux Zevenaar Waalre Reeuwijk Cito Benelux Efficiënt Engineering Process Consulting Service & Support Software Solutions Training & Learning Process Mechanisch Elektrotechnisch Software 3/120

5 Cito Benelux Kastsystemen Stroomverdeling Klimatiseren IT infrastructuur Cito Benelux Automatiseringssystemen Signaalconverters Connectoren Aansluittechniek Overspanningsbeveiliging 4/120

6 Cito Benelux Kennis & Kunde Klimaatbeheersing Stroomverdeling Voedselveiligheid Security Safety IT-powered Automation Elektromagnetische compatibiliteit Schakelkastnorm 5/120

7 Energie optimalisatie Reductie van energiekosten Optimalisering van de capaciteit Reduceren van piekbelastingen Zekerstellen van productieprocessen Energie efficiëntie Controle van de Kosten = Kwaliteit + Betrouwbaarheid van de spanning/stroom Kwaliteit: elke vervorming kan storend werken Betrouwbaarheid: elke dip of onderbreking werkt storend ElektroMagnetische Compatibiliteit Geleidend Stralend EMC Geleidend EMC Stralend 0 Hz 50 Hz 2kHz 150 khz 30MHz 6GHz Harmonischen Burst EM velden Elektrische voedingsnet 6/120

8 Classificatie elektromagnetische omgevingen EMC Normen: NEN-EN-IEC Omgeving A: Gevoed door hoog- of middenspanningstransformator Industriële, wetenschappelijke en medische uitrusting. Zware inductieve of capacitieve belastingen die frequent worden geschakeld Sterke stromen en bijbehorende krachtige magneetvelden Omgeving B: Gevoed door openbaar laagspanningsnet Woonomgevingen Omgeving detailhandel Zakelijke gebouwen Gevolgen: Oververhit raken / verbranden van: Transformatoren Railsystemen Kabels Motoren/apparaten Condensatoren Levensduur apparatuur bekorten Werking apparatuur negatief beïnvloeden Flikkeren van de verlichting 7/120

9 Gevolgen: Oververhit raken / verbranden van: Transformatoren Railsystemen Kabels Motoren/apparaten Condensatoren Oorzaken: Niet lineaire belastingen LED verlichting Frequentieregelaars Computerapparatuur Hoge inschakelstromen Capacitieve belastingen Asymmetrische belastingverdeling drie fase systemen 3 e orde harmonischen Sterk wisselende belastingen lasmachines kopieerapparaten 8/120

10 Fenomenen: Spanningsniveau trage spanningsvariaties snelle spanningsvariaties dips onderbrekingen flikker Spanningsvorm harmonischen interharmonischen subharmonischen Frequentieschommelingen Spanningsasymmetrie Fenomenen: Frequentieschommelingen Aard & Oorsprong Zeer gering Bij netincidenten Grotere invloed bij eiland bedrijf Gevolgen Foutieve synchronisatie Geen schade 9/120

11 Fenomenen: Spanningsschommelingen Aard & Oorsprong Wisselende belastingen Snel schakelende belastingen Gevolgen Variaties in de RMS waarde van de spanning Installaties normaal bestand tegen variaties van 10% Fenomenen: Flicker Aard & Oorsprong Snelle spanningsvariaties Schakelen grote belastingen Vlamboogovens Compressoren Gevolgen Bijna alle apparatuur hiertegen bestand Hinderlijke flikkering van de verlichting Storend werken op medische apparatuur 10/120

12 Fenomenen: Spanningsonevenwicht Aard & Oorsprong Alle één fase belastingen Onderbreking één fase of nulleider Lasmachines Gevolgen Extra verwarming transformatoren motoren Stroom door nulleider Niet karakteristieke harmonischen direct invers homopolair Fenomenen: Overgangsverschijnselen Aard & Oorsprong Commutatie invloeden In- en uitschakelverschijnselen Blikseminslag Gevolgen Commutatie Uitschakelen inductieve belasting Slechte werking apparatuur Beschadigen van componenten Inschakelen capacitieve belasting 11/120

13 Fenomenen: Harmonischen Aard & Oorsprong Veroorzaakt door niet-lineaire belastingen Injecteren van stromen met hogere frequentie Gevolgen Gaan zich super poneren op de grondgolf Via netimpedantie ontstaan spanningsharmonischen LC kringen zorgen voor versterking of afzuiging Overbelasting van installatiedelen Fenomenen: Spanningdips/korte onderbrekingen Aard & Oorsprong Kortsluitingen in het net Schakelingen in het net Gevolgen Uitvallen van installaties Flikkering van verlichting 12/120

14 Schakelkastnorm: NEN-EN-IEC Industriële omgeving Programma Voorstellen Inleiding Dips/Onderbrekingen UPS-DC/UPS-AC Energie efficiëntie Harmonischen Kosten 13/120

15 Spanningsniveau: snelle variaties dips onderbrekingen Spanningsniveau: snelle variaties dips Ontstaan spanningsdips Blikseminslag op Hoogspanning Middenspanning Laagspanning Kortsluiting Hoogspanning Middenspanning Laagspanning Kabelbreuk Starten zware motoren, transformatoren Spanningsdips zijn niet te vermijden en planten zich voort in het hele net. 14/120

16 Spanningsniveau: snelle variaties dips Kortsluitingen laten zich in de vorm van dips het hele net gelden Hoe verder verwijderd van de foutoorzaak hoe geringer de invloed van de dip T r a n s i NEN-EN Spanningsniveau: ë snelle variaties n dips t e n Definitie 110% 100% 90% Normaal bedrijf Overspanning Spanningsdip Onderspanning 1% Korte onderbreking 10 ms 1 min 3 min Lange onderbreking Geen vastgestelde eisen 15/120

17 Spanningsniveau: snelle variaties dips Immuniteitsspecificaties Industrie IEC Spanningsniveau: snelle variaties dips Immuniteitsspecificaties Industrie IEC /120

18 Spanningsniveau: snelle variaties dips Immuniteitsspecificaties IEC Spanningsniveau: snelle variaties dips Dipprofiel 120 ms 17/120

19 Spanningsniveau: snelle variaties dips IEC Immuniteit 110% 100% 90% 80% 70% Immuniteitsdiagram apparaat Uitval 1% t Spanningsniveau: snelle variaties dips Immuniteitsdiagram IEC Quint voeding 18/120

20 Spanningsniveau: snelle variaties dips Immuniteitsdiagram IEC Quint voeding Programma Voorstellen Inleiding Dips/Onderbrekingen UPS-DC/UPS-AC Energie efficiëntie Harmonischen Kosten 19/120

21 Spanningsniveau: snelle variaties dips Proces immuniteit tijd t 1 begin dip Δt spanningsuitval overbrugging t 2 Procesparameter kan niet worden gehandhaafd Proces immuniteit tijd PIT= t 2 -t 1 Spanningsniveau: snelle variaties dips Process immunity time (PIT) Alle processen kunnen geïmmuniseerd worden Net Contactor Actuator Proces Voeding Besturing Sensor ICT 20/120

22 Spanningsniveau: snelle variaties dips Process immunity time (PIT) Alle processen kunnen geïmmuniseerd worden 1,1 A 1,0 A 0,4A 3,0 A PIT= t 2 -t 1 PIT= 5 min. Spanningsniveau: snelle variaties dips Process immunity time (PIT) Alle processen kunnen geïmmuniseerd worden Net Contactor Actuator Proces Voeding Besturing Sensor UPS-AC UPS-DC ICT 21/120

23 Spanningsniveau: snelle variaties dips Process immunity time (PIT) Alle processen kunnen geïmmuniseerd worden 1,1 A 1,0 A 0,4A 3,0 A AC- UPS PIT ac = t 2 -t 1 PIT= 4 min. DC- UPS PIT dc = t 2 -t 1 PIT= 6 min. Spanningsniveau: snelle variaties dips Process immunity time (PIT) Alle processen kunnen geïmmuniseerd worden Net Contactor Actuator Proces Voeding Besturing Sensor UPS-DC ICT 22/120

24 Spanningsniveau: snelle variaties Process immunity time (PIT) UPS-DC QUINT UPS-IQ Spanningsniveau: snelle variaties QUINT UPS-IQ Energiebuffer UPS-DC 24VDC Buffertime 6 min. 4 min. Set value Process immunity time (PIT) 23/120

25 Spanningsniveau: snelle variaties dips Process immunity time (PIT) Alle processen kunnen geïmmuniseerd worden Net Contactor Actuator Proces Voeding Besturing Sensor UPS-AC UPS-DC ICT Spanningsniveau: snelle variaties Process immunity time (PIT) UPS-CP UPS-AC 24/120

26 Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) VFI S S VFD = Voltage and Frequency Dependent (former => Offline Technology) VI = Voltage Independent (former => Line Interactive Technology) VFI = Voltage and Frequency Independent (former => Online Technology) 25/120

27 Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) VFD klasse (Offline) Normaal bedrijf ~ ~ Kenmerken Directe voeding van belasting Geen spanning en frequentie regeling Omschakeltijd > 10 ms Batterij bedrijf Uitgangsspanning ~ ~ Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) VI klasse (Line interactief) Normaal bedrijf ~ ~ AVR Kenmerken Directe voeding van belasting Automatische spanningsregeling (AVR) Geen frequentie regeling Omschakeltijd < 10 ms Batterij bedrijf AVR Uitgangsspanning ~ ~ 26/120

28 Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) FVI klasse (Online / Dubbele conversie) Normaal bedrijf ~ ~ Kenmerken Voeding via converter Dubbele conversie spanningsregeling frequentieregeling Omschakeltijd 0 ms Batterij bedrijf ~ ~ Uitgangsspanning Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) VFI S S S X Y = = = Uitgangsspanning is sinusvormig met een THD u < 0,08 bij harmonische volgens IEC met lineaire/niet lineaire belasting Uitgangsspanning is sinusvormig conform S voor lineaire belastingen. Voor niet lineaire belastingen THD u > 0,08 als de belasting voldoet aan leverancier specificaties. Uitgangsspanning is niet sinusvormig en overschrijdt de limieten van IEC letter = Normal or bypass mode 2. letter = battery mode 27/120

29 Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) VFI S S = Omschakeltijd 0 ms = Omschakeltijd <1 ms = Omschakeltijd <10 ms = Informatie via de fabrikant 1. digit = mode revise; mains to battery 2. digit = linear load revise (worst case) 3. digit = non-linear load revise (worst case) (2.+ 3.) normal or battery mode Maatregelen Actieve filtering Klasse vergelijking Un-interruptable power supply (UPS) Klasse Uitgang Omschakeltijd Efficiëncie Prijs (1kVA) VFD > 10 ms 99% 100 VI 4 10 ms 98% 200 Toepassing - personal computer - motors, pumps - small telecommunication systems - small server systems - telecommunication systems - IT server VFI 0 ms Up to 94% Industrial control systems - Sensitive applications 28/120

30 Maatregelen Actieve filtering Klasse vergelijking Un-interruptable power supply (UPS) VFI S S Best classification VFD Y Y Worst classification Spanningsniveau: snelle variaties Process immunity time (PIT) UPS-CP Main features UPS-AC Online Technology VFI-SS-111 Single phase 1kVA up to 6kVA (12kVA) 19 Rack & Tower Installation Hot-Swap Batteries Serial Interface 29/120

31 Spanningsniveau: snelle variaties Process immunity time (PIT) UPS-CP Main features UPS-AC Spanningsniveau: snelle variaties Process immunity time (PIT) UPS-AC Reference UPS-CP- 1kVA/240AC UPS-CP- 2kVA/240AC UPS-CP- 3kVA/240AC UPS-CP- 4,5kVA/240AC UPS-CP- 6kVA/240AC Apparent power 1000 VA 2000 VA 3000 VA 4500 VA 6000 VA Active power 800 W 1600 W 2400 W 3250 W 4200 W Backup time (100% load) > 6 min. > 6 min. > 5 min. > 10 min. > 8 min. classification VFI-SS-111 acc. to IEC (Online / Double conversion) Input V AC V AC Output 200/ 208 / 220 / 230 / 240 V AC ± <1 % 200/208/220/230/240 V AC ± <2 % Frequency 50 Hz ± 0,1 % (60 Hz) 50 Hz ± 0,2 % ( 60 Hz) Harmonic distortion < 3% THD (linear load) Crest factor 3:1 Transfer time Battery type 0 ms Sealed, non-spillage, maintenance-free, lead acid 30/120

32 Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) VFI S S S X Y = = = Uitgangsspanning is sinusvormig met een THD u < 0,08 bij harmonische volgens IEC met lineaire/niet lineaire belasting Uitgangsspanning is sinusvormig conform S voor lineaire belastingen. Voor niet lineaire belastingen THD u > 0,08 als de belasting voldoet aan leverancier specificaties. Uitgangsspanning is niet sinusvormig en overschrijdt de limieten van IEC letter = Normal or bypass mode 2. letter = battery mode Programma Voorstellen Inleiding Dips/Onderbrekingen UPS-DC/UPS-AC Energie efficiëntie Harmonischen Kosten 31/120

33 Interactie tussen spanning en stroom eerst inzichtelijk maken, voordat er iets kan worden veranderd Nieuwe Parameters THD CF P st RMS PF DPF Vastgelegd eisen/aanbevelingen Meten is weten ElektroMagnetische Compatibiliteit Geleidend Stralend EMC Geleidend EMC Stralend 0 Hz 50 Hz 2kHz 150 khz 30MHz 6GHz Harmonischen Burst EM velden 32/120

34 Lineaire belasting Gloeilamp 100W Lineaire belasting Ohms 33/120

35 Gloeilamp 100W Lineaire belasting Ohms Kenmerk Spanning U max =± 325 V (AC) Spanning U rms = 230 V (AC) Stroom I rms = 0,4 A (AC) Vermogen W = 100 W Frequentie f = 50 Hz Faseverschuiving φ = 0 Ventilator Lineaire belasting Inductief Kenmerk Spanning U max =± 325 V (AC) Spanning U rms = 230 V (AC) Stroom I rms = 1,2 A (AC) Vermogen W = 270 W Frequentie f = 50 Hz Faseverschuiving φ = /120

36 Vectornotatie Capacitief Aansluitvoorwaarden Energieleverancier Liander φ=90 0 Actieve stroom φ=180 0 φ=270 0 φ=0 0 Ilamp U Eis: cos φ > 0,85 Blindstroom I ventilator Inductief φ=40 0 Vermogen Actief vermogen P = U x I x cosφ (W) Eis: cos φ > 0,85 Capacitief Blind (reactief vermogen Q = U x I x sinφ (var) Actieve vermogen Schijnbaar vermogen S = U x I (VA) Rendement P η = = cosφ S Blindvermogen I lamp P ventilator Inductief φ= /120

37 Vermogen Actief vermogen P = U x I x cosφ (W) φ P Blind (reactief vermogen Q = U x I x sinφ (var) Schijnbaar vermogen S = U x I (VA) Q Q S S Rendement P η = = cosφ S P Ledlamp Niet lineaire belasting Capacitief Kenmerk Spanning U max =± 325 V (AC) Spanning U rms = 230 V (AC) Stroom I rms = 0,04 A (AC) Vermogen W = 10 W Frequentie f = 50 Hz Faseverschuiving φ = /120

38 Vectornotatie Capacitief φ=90 0 I led φ=29 0 φ=180 0 φ=0 0 I lamp U φ=270 0 φ=40 0 I ventilator Inductief Meten niet lineaire parameters Vormfactor (VF) = U rms,i rms / U gem I gem Crestfactor (CF) = U piek,i piek / U rms,i rms 37/120

39 Meten niet lineaire parameters Eenvoudige multimeter Meten niet lineaire parameters Vormfactor (VF) = U rms,i rms / U gem I gem Crestfactor (CF) = U piek,i piek / U rms,i rms 38/120

40 Meten niet lineaire parameters True RMS multimeter Meten niet lineaire parameters 0,582 Fout = 42% Fout = 42% Vormfactor = 1,913 1,003 39/120

41 Meten niet lineaire parameters Fout op basis van gemiddelde waarde Meten niet lineaire parameters Analysers Opdeling in klassen (IEC ): Klasse A (Advanced) reproduceerbare metingen met hoge nauwkeurigheid b.v. compliance testen volgens norm metingen met contractuele of juridische gevolgen 40/120

42 Meten niet lineaire parameters Analysers Opdeling in klassen (IEC ): Klasse A (Advanced) reproduceerbare metingen met hoge nauwkeurigheid b.v. compliance testen volgens norm metingen met contractuele of juridische gevolgen Klasse S (Surveys) zelfde meetintervallen als A, met kleinere nauwkeurigheid b.v. statische of trouble-shooting metingen Klasse B (Basic) oude klasse Led lamp Eenfase gelijkrichting ~ I I t Periodiek signaal M.b.v. fouriertransformatie beschrijven als som van sinusoïden met frequentie gelijk of veelvoud van de grondfrequentie: Harmonischen: f(t)=a 0 / 2+ {a h cos(2pf h t)+b h sin(2pf h t)} h=1 Periodiek signaal 41/120

43 Harmonischen I Drie componenten f(t)=1/2a 0 + {a h cos(2pf h t)+b h sin(2pf h t)} h=1 Gelijkstroom component a 0 =2/T 0 f(t)dt Even component a h =2/T 0 { f(t)cos(2pft)}dt T Oneven component b h =2/T 0 { f(t)sin(2pft)}dt T T t Harmonischen U,I t % e Harmonische 42/120

44 Harmonischen U,I t % e 2 e Harmonische Harmonischen U,I t % e 2 e 3 e Harmonische 43/120

45 Harmonischen U,I t % e 2 e 3 e 4 e Harmonische Harmonischen U,I t % e 2 e 3 e 4 e 5 e Harmonische 44/120

46 Harmonischen U,I t % e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e Harmonische Harmonischen U,I t % e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e Harmonische 45/120

47 Interactie tussen spanning en stroom U v U v U v 10 kv U vh2 U vh3 I n U n = 400 V U vh2 U vh3 U vh2 U vh3 U n =?(%) U n =?(10%) belasting 50 Hz I n U vh2 U vh3 U vh2 U vh3 I b I h2 I h3 U v U v Hoofdverdeler Onderverdeler WCD Harmonische vervuiling: stroom spanning I ~ t Passieve gelijkrichting: vierpuntsgelijkrichting optredende harmonischen I h = np ± 1 Gelijkrichting Punts Harmonischen 1 1,2,3,4,5,6,7,8,. 4 3,5,7,9,11,13,. 6 5,7,11,13,17,19, 12 11,13,23,25,35,37, 18 17,19,35,37,53,55 46/120

48 Niet lineaire belasting Symmetrische belasting Stroom door de nul = 0 A (grondfrequentie) I L1 I L1 I L1 I L2 I L3 I L2 Derde Harmonische in fase I L3 Niet lineaire belasting Sommatie van de stroom in de nul I L1 I 1H3 I 2H3 I 3H3 I L1 I L2 I L3 I L2 Derde Harmonische in fase I L3 47/120

49 Niet lineaire belasting Sommatie van de stroom in de nul I N Derde order I L1 I L2 Sommatie van alle derde orde harmonische in de stroom in de nul 3 e - 9 e 15 e 21 e 27 e - I L3 Niet lineaire belasting Sommatie van de stroom in de nul I N I L1 I L2 Overbelasting van de nul I L3 48/120

50 Niet lineaire belasting Sommatie van de stroom in de nul I N I L1 I L2 Aanpassing doorsnede NEN 1010 I L3 Aanpassing doorsnede NEN 1010 Sommatie van de stroom in de nul 49/120

51 Aanpassing doorsnede NEN 1010 Sommatie van de stroom in de nul Harmonischen Harmonische spectrum Harmonischen f h = n.f 1 niet lineaire belastingen Interharmonischen f ih nf 1 niet lineare belastingen Subharmonischen 0< f sh > f 1 verwarmingselementen f 1 = basis frequentie (50 Hz) 50/120

52 Harmonische indeling (NEN-EN- IEC ) Amplitude Harmonische groep Basis frequentie Harmonische Amplitude Interharmonische groep Basis frequentie Harmonische Harmonischen Ledlamp 1W ~ I Stroomtang verhouding 1:50 51/120

53 Harmonischen Ledlamp 1W Harmonischen Ledlamp 10W ~ 52/120

54 Harmonischen Ledlamp 10W U,I Harmonischen % t 20 Vervorming Totale Harmonische Distortie 1 e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 e Harmonische I 2 +I 3 +I 4 +I 5 +I 6 +I 7+ THD i = I U 2 +U 3 +U 4 +U 5 +U 6 +U 7+ THD u = U 1 53/120

55 U,I Harmonischen % t 20 Totale effectieve waarde I rms = I 1 +I 2 +I 3 +I 4 +I 5 +I 6+ 1 e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 e Harmonische U rms = U 1 +U 2 +U 3 +U 4 +U 5 +U 6+ U,I Harmonischen % t 20 Vermogen 1 e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 e Harmonische Actiefvermogen P= U h.i h cosφ h P=U 1.I 1.cosφ 1 +U 3.I 3.cosφ 3 +U 5.i 5.cosφ 5 +U 7.I 7.cosφ 7 + Distortievermogen Schijnbaarvermogen Blindvermogen D= U h.i h sinφ h S= U h.i h Q= S 2 -P 2 -D 2 54/120

56 U,I Harmonischen % t 20 Vermogen S 1 e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 e Harmonische P = Actiefvermogen Q S Q = Blindvermogen D S = Schijnbaarvermogen φ D = Distortievermogen P U,I Harmonischen % t 20 Vermogen Powerfactor (PF) PF= P S = cosφ 1 1+THD I 2 2 cosφ 1 = PF. 1+THD I 1 e 2 e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 e Harmonischen spanning ( nagenoeg gelijk aan nul) Harmonische (displacement Power Factor) dpf = cosφ 1 55/120

57 Gevolgen van harmonischen Overbelasting Transformatoren Transformatorverliezen Nullastverliezen Afhankelijk van spanning Kortsluitverliezen Koperverliezen Lekstroomverliezen Wervelstroomverliezen Gevolgen van harmonischen Overbelasting Transformatoren (Distributie) Transformatorverliezen ijzerverliezen wervelstroomverliezen koperverliezen Totaal 1685 W 56/120

58 Gevolgen van harmonischen Overbelasting Transformatoren (Distributie) Transformatorverliezen ijzerverliezen wervelstroomverliezen koperverliezen Totaal 3245 W Gevolgen van harmonischen Extra belasting berekenen: Bestaande transformatoren h h max 2 2 K-factor K I h h h 1 K-factor K4 K9 K13 K20 K30 K40 K50 Derating 0,886 0,761 0,692 0,606 0,524 0,469 0,428 Nieuwe transformatoren Factor K 2 e I1 K 1 1 e I n N n 2 q I n I n /120

59 Gevolgen van harmonischen Overbelasting Transformatoren Extra belasting berekenen: h h max 2 2 K-factor K I h h h 1 Gevolgen van harmonischen Overbelasting Transformatoren Extra belasting berekenen: Factor K 2 e I1 K 1 1 e I n N n 2 q I n I n /120

60 Gloeilamp 100W Harmonischen Harmonischen Ventilator 19W 59/120

61 Harmonischen Ledlamp 10W Harmonischen Ledlamp 10W THD: Totale Harmonische Vervorming I 2 +I 3 +I 4 +I 5 +I 6 +I 7+ THD I = I 1 Aanbeveling THD u Norm NEN-EN-IEC /120

62 Harmonischen CF:Crestfactor Crestfactor (CF) = U piek,i piek / U rms,i rms Ledlamp 10W Sinusvorm I piek = CF x =I rms = 3,1 x0,8 = 2,48 A Aanspreekwaarde zekering Harmonischen Ledlamp 10W KF: F- factor Bestaande transformatoren K-factor K30 K40 K50 Derating 0,524 0,469 0,428 Transformator met 50% belasten 61/120

63 Harmonischen Ledlamp 10W DC: DC factor Gelijkspanningscomponent Verzadiging transformator moet onder 0,2 blijven Harmonischen Ledlamp 10W RMS: Effectieve waarde I eff = I 1 +I 2 +I 3 +I 4 +I 5 +I 6+ De waarde van een constante stroom die in een weerstand gemiddeld hetzelfde vermogen ontwikkeld (warmte) 62/120

64 Harmonischen Ledlamp 10W Vermogen W : Werkelijk vermogen WDC: gelijkstroomvermogen Var : Blindvermogen VA : Schijnbaarvermogen Harmonischen Ledlamp 10W PF:Powerfactor DPF: Displacement Powerfactor PF= P S = cosφ 1 1+THD I 2 2 DPF = cosφ 1 = PF. 1+THD I 63/120

65 Harmonischen Ledlamp 10W Tan: faseverschuiving Graden = Tan -1 x 0,497 = 26 o DPF: Displacement Powerfactor cosφ 1 Harmonischen Ledlamp 10W 64/120

66 Harmonischen Ledlamp 10W Ventilator 19W Ledlamp 10W Ventilator 19W Ledlamp Harmonischen 65/120

67 Is DC de toekomst? Samenvatting Alle niet-lineaire verbruikers gedragen zich als harmonische stroombron Harmonischen zijn gehele veelvouden van de basisfrequentie Algemeen gekarakteriseerd door THD Harmonische worden onderverdeeld door hun rang Stroomharmonischen vloeien door netimpedantie, waardoor spanningsharmonische ontstaan Spanningsharmonischen genereren stroomharmonischen in lineair belastingen Harmonische vervuiling neemt steeds meer toe Compatibiliteitsniveaus vaststellen 66/120

68 powered by POWER QUALITY Deel B Jentje Bootsma Industrie 4 67/120

69 4 Overdrachtspunt PCC (point of common coupling) Overdrachtspunt PCC Point of common coupling HV OV Verlichting Overdrachtspunt Klimatisering PCC Netbeheerder Installateur Machinebouwer Netcode NEN-EN (Spanningskarakteristieken in openbare elektriciteitsnetten) 68/120

70 Modem GSM/GPRS Besturing PLC Decentraal I/O station Wirelles AP WLAN Motoraansturing Frequentieregelaar Elektronische relais Industrieel netwerk Profinet Cu Fo Bluetooth M&R installatie 0-10V 4-20mA Overdrachtspunt PCC Point of common coupling PPC Netcode NEN-EN /120

71 Point of common coupling (PPC) Netcode Point of common coupling (PPC) 70/120

72 Point of common coupling (PPC) eerst inzichtelijk maken, Meetpunten aanbrengen Point of common coupling (PPC) eerst inzichtelijk maken, Meetpunten aanbrengen 71/120

73 Point of common coupling (PPC) eerst inzichtelijk maken, Meetpunten aanbrengen Point of common coupling (PPC) Meting: 72/120

74 Point of common coupling (PPC) Meting: Point of common coupling (PPC) Meting: Oneven Harmonischen Niet meervoud van 3 Meervoud van 3 Even Harmonischen H Norm % Meet % H Norm % Meet % H Norm % 5 6,0 1,5 3 5,0 0,6 2 2, ,0 0,8 9 1,5 0,5 4 1, ,5 0,3 15 0,5 0, ,5 0 Meet % 13 3,0 0,4 21 0,5 0,1 17 2,0 0,3 19 1,5 0,1 21 1,5 0,1 25 1,5 0,1 73/120

75 Overdrachtspunt PCC Point of common coupling HV OV Verlichting Overdrachtspunt Klimatisering PCC IPC 1 IPC Inplant Point of Coupling Netbeheerder Installateur Machinebouwer Netcode NEN-EN NEN 1010 (Spanningskarakteristieken + in openbare elektriciteitsnetten) EN Overdrachtspunt PCC Point of common coupling HV OV Verlichting Overdrachtspunt Klimatisering PCC IPC 1 IPC Inplant Point of Coupling Netbeheerder Installateur Machinebouwer Netcode NEN-EN NEN-EN-IEC (Spanningskarakteristieken Compatibiliteitsniveaus voor in openbare elektriciteitsnetten) laagfrequente geleidende storingen in industriële omgevingen 74/120

76 Elektromagnetische omgevingsklassen NEN-EN-IEC Klasse 1: Residentieel Kantoor School Openbaar gebouw Klasse 2: Industrieel PLC IPC M&R apparatuur Klasse 3: Zwaar industrieel Frequentie omvormers Vermogensschakelaars Transformator station PCC point of common coupling( koppeling met openbaar netwerk) IPC in-plant point of coupling (interne koppelpunt) Overdrachtspunt PCC Point of common coupling Overdrachtspunt HV OV IPC 2 IPC 3 Verlichting Klimatisering PCC IPC Inplant point of coupling IPC 1 IPC 4 Netbeheerder Installateur Machinebouwer Netcode NEN-EN NEN-EN-IEC EN (Spanningskarakteristieken in openbare elektriciteitsnetten) Compatibiliteitsniveaus voor laagfrequente geleidende storingen in industriële omgevingen 75/120

77 Overdrachtspunt PCC Point of common coupling Overdrachtspunt HV OV IPC 2 IPC 3 Verlichting Klimatisering PCC IPC Inplant point of coupling IPC 1 IPC 4 Netbeheerder Installateur Machinebouwer Netcode NEN-EN NEN-EN-IEC NEN-EN-IEC reeks (Spanningskarakteristieken Compatibiliteitsniveaus voor Apparaat specificaties in openbare elektriciteitsnetten) laagfrequente geleidende Voeding storingen in industriële omgevingen Productnormen 76/120

78 EN /120

79 Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A 78/120

80 Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A 79/120

81 Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A 80/120

82 Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A Harmonischen Voeding Harmonische Norm Gemeten 3 2,3 0,57 5 1,14 0,98 7 0,77 0,05 9 0,40 0, ,33 0, ,21 0, ,15 0, ,13 0, /120

83 Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom < 16A Harmonischen Voeding Harmonische Norm Gemeten 3 2,3 0,57 5 1,14 0,98 7 0,77 0,05 9 0,40 0, ,33 0, ,21 0, ,15 0, ,13 0,02 31 Niet lineaire belasting Frequentieregelaar Productnorm NEN-IEC /120

84 Niet lineaire belasting Frequentieregelaar Niet lineaire belasting Frequentieregelaar 83/120

85 Niet lineaire belasting Frequentieregelaar Niet lineaire belasting Frequentieregelaar 84/120

86 Niet lineaire belasting Frequentieregelaar Eenfase gelijkrichting 4 punts gelijkrichting L Polen I h = np ± 1 n=4 Gelijkrichting Harmonischen 4 3,5,7,9,11,13,. N Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen 85/120

87 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonischen Frequentieregelaar Harmonische Norm Gemeten 3 2,3 0,55 5 1,14 0,53 7 0,77 0,45 9 0,40 0, ,33 0, ,21 0, ,15 0, ,13 0,13 39 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonischen Frequentieregelaar Harmonische Norm Gemeten 3 2,3 0,55 5 1,14 0,53 7 0,77 0,45 9 0,40 0, ,33 0, ,21 0, ,15 0, ,13 0, /120

88 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonischen Frequentieregelaar Harmonische Norm Gemeten 2 1,08 0,11 4 0,43 0,09 6 0,30 0,07 8 0,23 0, ,18 0, ,15 0, ,13 0, ,12 0,03 41 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonischen Frequentieregelaar Harmonische Norm Gemeten 2 1,08 0,11 4 0,43 0,09 6 0,30 0,07 8 0,23 0, ,18 0, ,15 0, ,13 0, ,12 0, /120

89 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonische stromen afhankelijke kortsluitvastheid voedingsnet (Rsi) 43 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonischen Frequentieregelaar Harmonische Norm Gemeten 2 1,08 0,59 4 0,43 0,55 6 0,30 0,50 8 0,23 0, ,18 0, ,15 0, ,13 0, ,12 0, /120

90 Niet lineaire belasting Frequentieregelaar Eenfase gelijkrichting 4 punts gelijkrichting L N Niet lineaire belasting Frequentieregelaar Driefase gelijkrichting 6 punts gelijkrichting Polen I h = np ± 1 n=6 Gelijkrichting Harmonischen 6 5,7,11,13,17,19, L 1 L 2 L 3 89/120

91 Niet lineaire belasting Driefase gelijkrichting 12 punts gelijkrichting L 1 L 2 L 3 Frequentieregelaar Polen I h = np ± 1 n=12 Gelijkrichting Harmonischen 12 11,13,23,25,35,37, L 1 L 2 L 3 Niet lineaire belasting Frequentieregelaar Productnorm NEN-IEC /120

92 Niet lineaire belasting Productnorm NEN-IEC Frequentieregelaar Productnormen IEC Regelbare elektrische aandrijvingen 91/120

93 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonische stromen afhankelijk kortsluitvastheid voedingsnet (Rsi) Harmonische studie en analyse 51 Productnorm IEC Regelbare elektrische aandrijvingen Harmonische stromen afhankelijk kortsluitvastheid voedingsnet (Rsi) 52 92/120

94 Productnorm IEC Toestellen met nominale stroom > 16A en < 75A nominaal Harmonische stromen afhankelijke kortsluitvastheid voedingsnet (Rse) R sce = verhouding nominale vermogen apparaat het vermogen ter plaatse van de aansluiting R sce = U l Z t.i n U v U v U v Frequentie omvormer 10 kv U vh2 U vh3 I n U n = 400 V U vh2 U vh3 U vh2 U vh3 U n =?(%) U n =?(10%) 50 Hz I n U vh2 U vh3 U vh2 U vh3 I b I h3 I h5 U v U v Hoofdverdeler Onderverdeler WCD eerst inzichtelijk maken, voordat er iets kan worden veranderd 93/120

95 Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC Aanbeveling: Afhankelijk van de betreffende klasse Klasse 2 Besturing Klasse 3 Motorregeling 3 2 Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC Aanbeveling: Afhankelijk van de betreffende klasse /120

96 Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC Aanbeveling: Afhankelijk van de betreffende klasse 3 2 Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC Aanbeveling: Afhankelijk van de betreffende klasse /120

97 Inplant point of coupling IPC IEC Klasse 3 IPC THD u 10% Klasse 2 IPC THD u 8% Point of Common Coupling (PCC) Netconfiguratie A IPC 1 MCC M1 M2 PCC S L M H 5 ohm 5 ohm IPC 2 PCC RIO RMCC V1 V2 96/120

98 eerst inzichtelijk maken Meetnauwkeurigheid Stroomtransformatoren - PACT MCR Energiemeetmoduul Empro I n /I m eerst inzichtelijk maken Meetnauwkeurigheid Energiemeetmoduul Empro 97/120

99 eerst inzichtelijk maken Meetnauwkeurigheid Energiemeetmoduul Empro eerst inzichtelijk maken Meetnauwkeurigheid Stroomtransformatoren - PACT MCR-.. Stroomtransformatoren: IEC Overzetfout in procenten Hoekfout in minuten (1 graad = 60minuten) 98/120

100 eerst inzichtelijk maken Meetnauwkeurigheid Stroomtransformatoren - PACT MCR-.. Stroomtransformatoren: IEC Overzetfout in procenten Hoekfout in minuten (1 graad = 60minuten) eerst inzichtelijk maken Stroomtransformatoren - PACT MCR-V A-1 99/120

101 Rittal RiLine60 eerst inzichtelijk maken eerst inzichtelijk maken MODBUS TCP MODBUS TCP I n /I m WLAN 2,4 GHz 100/120

102 eerst inzichtelijk maken, MCC IP adres: eerst inzichtelijk maken, MCC IP adres: /120

103 eerst inzichtelijk maken, Geïntegreerde PQ meting MODBUS TCP I n /I m ETHERNET TCP/IP eerst inzichtelijk maken, Geïntegreerde PQ meting 102/120

104 eerst inzichtelijk maken, Geïntegreerde PQ meting Point of Common Coupling (PCC) Netconfiguratie A MCC M1 M2 S L M H 5 ohm 5 ohm PCC Geïntegreerde PQ meting RIO IPC 2 RMCC V1 V2 d IPC 103/120

105 eerst inzichtelijk maken, Geïntegreerde PQ meting Transformator verliezen Derating transformator 104/120

106 Transformator verliezen Derating transformator Wervelstroomverliezen Transformator verliezen Derating transformator Gevolgen van harmonischen Overbelasting Transformatoren (Distributie) Extra belasting berekenen: Factor K 2 e I1 K 1 1 e I n N n 2 q I n I n Maximale belasting 85% 105/120

107 Maatregelen impedantie verlagen leiding doorsnede dichter bij de transformator afzonderlijke transformator passieve filters seriefilters parallel filters actieve filters UPS AC-DC UPS AC-AC Maatregelen impedantie verlagen leiding doorsnede dichter bij de transformator afzonderlijke transformator 106/120

108 Netconfiguratie MCC M1 M2 Trafo S L M H 5 ohm 5 ohm PCC RIO RMCC Point of Common Coupling (PCC) Inplant of Coupling (IPC) V1 V2 d IPC eerst inzichtelijk maken, Geïntegreerde PQ meting 107/120

109 Maatregelen Passieve filtering Smoorspoel ( Line reactor ) 0 Maatregelen Passieve filtering Line reactor NKE 108/120

110 Maatregelen Passieve filtering Specificaties: Line reactor NKE Maatregelen Passieve filtering Resonantie van een filter Serie filter 0 Parallel filter Minimale impedantie Maximale impedantie 109/120

111 Maatregelen Passieve filtering Sperfilter Zuigfilter ~ ~ Spert harmonische stromen Voor hogere harmonische voordelen Goedkoop Goede resultaten Weinig onderhoud Harmonische stromen afzuigen Voor lagere harmonische nadelen Grondige voor studie Situatie mag niet veranderen Interactie met andere elementen Afh. van netimpedantie Maatregelen Passieve filtering 110/120

112 Maatregelen Passieve filtering Zuigfilter Meerdere trappen 150Hz 250Hz 350Hz 450Hz Maatregelen Passieve filtering Specificaties: 111/120

113 Maatregelen Passieve filtering zonder filter met filter Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC zonder filter 112/120

114 Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC met filter Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC zonder filter 113/120

115 Inplant point of coupling (IPC) Industrie IEC met filter Maatregelen Actieve filtering Harmonischen verwijderd ~ Actief filter Geïnjecteerde harmonischen voordelen Geen diepgaande studie Instelbaar frequentie spectrum Interactie minder problematisch Tegen harmonischen genereren nadelen Kostprijs Leveren vermogen 114/120

116 Maatregelen Hybride filtering ~ Actief filter Actief filter Hoge orde harmonischen Lagere stromen Passief filter Lage orde harmonischen grotere stromen Maatregelen Actieve filtering UPS-CP 1kVA/240AC Un-interruptable power supply (UPS) 115/120

117 Maatregelen Actieve filtering UPS-CP 1kVA/240AC Un-interruptable power supply (UPS) Technische gegevens Apperent power 1000 VA Actief Power 800 W Backup time (100% belasting) > 6 min Klasse VFI-SS-111 Input VAC Output VAC (±<1%) Frequentie 50 Hz (±0,1%) THD u <3% (lineaire belasting) Crestfactor 3:1 Omschakeltijd 0 ms Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) UPS-CP Main features UPS-AC Online Technology VFI-SS-111 Single phase 1kVA up to 6kVA (12kVA) 19 Rack & Tower Installation Hot-Swap Batteries Serial Interface 116/120

118 Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) VFI S S S X Y = = = Uitgangsspanning is sinusvormig met een THD u < 0,08 bij harmonische volgens IEC met lineaire/niet lineaire belasting Uitgangsspanning is sinusvormig conform S voor lineaire belastingen. Voor niet lineaire belastingen THD u > 0,08 als de belasting voldoet aan leverancier specificaties. Uitgangsspanning is niet sinusvormig en overschrijdt de limieten van IEC letter = Normal or bypass mode 2. letter = battery mode Maatregelen Actieve filtering Un-interruptable power supply (UPS) ~ UPS /120

119 Point of Common Coupling (PCC) Netconfiguratie B MCC M1 M2 Trafo S L M H 5 ohm 5 ohm UPS 1 2 PCC RIO IPC 1 IPC 2 RMCC Point of Common Coupling (PCC) Inplant of Coupling (IPC) V1 V2 d IPC eerst inzichtelijk maken, Geïntegreerde PQ meting 118/120

120 Samenvatting Weet wat je meet RMS waarde is niet meer toereikend vormfactor crestfactor Aanspreken automaten op vervormde stroom piekwaarde Net engineeren op harmonische stromen netimpedantie Kennis van installatie onderdelen Harmonische injectie Sommatie van derde orde harmonischen Aanwezige LC kringen kunnen resonantie veroorzaken met versterking of afzuiging van harmonischen Literatuur: ISBN ISBN /120

121 POWER & SIGNAL QUALITY 120/120