Harmonischen: normeringen

Harmonischen: normeringen - Inleiding - Definities - Het compatibiliteitsniveau - Emissielimieten - Conclusie

Inleiding Een niet-lineaire belasting neemt niet-sinusvormige stromen op en vervuilt zo het net. = emissie van harmonische stromen in het net = storingen in het net injecteren We weten dat harmonischen in de netstroom zorgen voor harmonischen in de netspanning (t.g.v. netimpedantie). Deze harmonischen in de netspanning mogen andere apparaten niet storen. = apparaten moeten immuun zijn tegen deze storingen

Inleiding We hebben ook hier de EMC-filosofie: - een apparaat mag anderen (en het net) niet (teveel) verstoren - een apparaat mag niet (te snel) gestoord worden Via normeringen, probeert men er voor te zorgen dat dit lukt. Qua normeringen: - IEEE-519 (USA) - IEC-61000 (Europa) (International Electrotechnical Commission)

Harmonischen: normeringen - Inleiding - Definities - Storingsniveau en emissieniveau - Compatibiliteitsniveau - Het compatibiliteitsniveau - Emissielimieten - Conclusie

Definities Een apparaat zorgt voor storingen. Het storingsniveau (disturbance level DL) - is afhankelijk van het type apparaat. Maar ook bij een zelfde type apparaat (in massaproductie vervaardigd) zijn er geen twee volledig identiek. Dus elk apparaat (van hetzelfde type) - heeft een eigen emisssieniveau (emission level EL)

Definities De emissieniveaus zijn niet alleen afhankelijk van het apparaat, maar zijn ook - afhankelijk van het voedende net met - netwerkimpedantie (kortsluitvermogen) - plaats in het voedende net - andere verbruikers in het net -

Definities Het emissieniveau is dan ook een statistisch gegeven: Een beperkt aantal toestellen stoort nogal veel. Een beperkt aantal toestellen stoort nogal weinig. Het emissie niveau ligt van de meeste ergens middenin.

Harmonischen: normeringen - Inleiding - Definities - Storingsniveau en emissieniveau - Compatibiliteitsniveau - Het compatibiliteitsniveau - Emissie limieten - Conclusie

Definities In een net zijn er meerdere apparaten storen. Deze diverse storingen (hier harmonischen) kunnen elkaar versterken, ze kunnen elkaar ook voor een stuk opheffen. Het totale storingsniveau - is voor elke bus in het net verschillend - is afhankelijk van het tijdstip Wat is nu het compatibiliteitsniveau?

Definities Het compatibiliteitsniveau is het storingsniveau dat in 95% van de metingen in het netwerk niet overschreden mag worden? Het is dus terug een statistisch gegeven. Het beschrijft het volledig netwerk en niet één welbepaalde plaats in dat netwerk. De diverse metingen zijn gespreid over de tijd.

Definities Een statistisch gegeven wordt weergegeven via de waarschijnlijkheidsdichtheidsfunctie (probability density function).

Definities Het compatibiliteitsniveau (compatibility level CL) is vastgelegd in normen. Het is dus aan de uitbaters en de gebruikers van het net om er voor te zorgen dat in 95% van de gevallen de storingen in het volledige systeem onder dat gewenste compatibiliteitsniveau vallen.

Het compatibiliteitsniveau De norm IEC-61000-2-12 stelt compatibiliteitsniveaus voorop voor middenspanning- en laagspanningsnetten. Het gaat hem hier NIET om stroomharmonischen, maar WEL om spanningsharmonischen. Het is de taak van alle betrokkenen om er voor te zorgen dat dat compatibiliteitsniveau niet al te veel overschreden wordt.

Het compatibiliteitsniveau Waarden van de compatibiliteitsniveaus van harmonische spanningen voor MS- en LS-netten: uitgedrukt in % t.o.v. de nominale 50 Hz spanning. De THD van de spanning is maximaal 8%.

Het compatibiliteitsniveau Waarden van de compatibiliteitsniveaus van harmonische spanningen voor HS-netten: uitgedrukt in % t.o.v. de nominale 50 Hz spanning. De THD van de spanning is maximaal 3%.

Het compatibiliteitsniveau De toegelaten spanningshervorming bij een HS-net is lager dan bij een MS- of LS-net. Maar hoe bekomt men dat het vooropgestelde compatibiliteitsniveau slechts weinig overschreden wordt? Dit is de taak van: - de systeembeheerder die moet zorgen voor voldoende degelijke netinfrastructuur - de gebruiker die geen al te grote stroomharmonischen mag injecteren in het net

Het compatibiliteitsniveau Het is dan ook nodig te normeren hoeveel harmonische stromen de toestellen mogen injecteren in het net. Het is op basis van jarenlange ervaring dat vastgelegd is hoeveel stromen toestellen mogen injecteren in het net. Die eisen: - moeten voldoende streng zijn om het net niet te veel te verstoren - moeten ook niet strenger zijn dan nodig, ze moeten haalbaar zijn

Harmonischen: normeringen - Inleiding - Definities - Het compatibiliteitsniveau - Emissielimieten - IEC-61000-3-2 - IEC-61000-3-12 - Conclusie

Emissielimieten De norm IEC-61000-3-2 behandelt apparaten die maximaal 16 A per fase opnemen. De norm verdeelt verbruikers in vier klassen, de toegelaten emissielimieten zijn afhankelijk van de klasse. Klasse A: gebalanceerde driefasige uitrustingen; huishoudelijke apparaten (met uitzondering van apparaten die thuishoren in klasse D); werktuigen (uitgezonderd draagbare werktuigen); lichtdimmers voor gloeilampen (geen andere verlichtingsapparaturen); audio apparatuur; alle apparaten die niet elders bij gerangschikt zijn

Emissielimieten Klasse B: draagbare werktuigen (heeft men in de hand tijdens het gebruik en wordt slechts kortstondig gebruikt) Klasse C: alle verlichtingstoestellen met uitzondering van lichtdimmers voor gloeilampen Klasse D: enkelfasige apparatuur met een vermogen lager dan 600 W; PC; PC scherm; TV toestel

Emissielimieten

Emissielimieten De toegelaten emissielimieten zijn: - afhankelijk van de harmonische - afhankelijk van de klasse waartoe het toestel behoord - soms absoluut uitgedrukt in A, soms in ma/w uitgedrukt en soms % uitgedrukt -

Emissielimieten Misschien even een voorbeeld van de logica die achter de normeringen zit (of kan zitten). Bij Klasse B apparaten zijn de emissielimieten stelselmatig ruimer dan bij Klasse A apparaten. - bij een draagbaar apparaat minder plaats (ook gewicht) om de stroomkwaliteit te verberen - apparaten worden maar kortstondig gebruikt, ze verstoren het net maar kortstondig

Harmonischen: normeringen - Inleiding - Definities - Het compatibiliteitsniveau - Emissielimieten - IEC-61000-3-2 - IEC-61000-3-12 - Conclusie

Emissielimieten De norm IEC-61000-3-2 behandelt apparaten die niet meer dan 16 A per fase opnemen. De norm IEC-61000-3-12 behandelt apparaten die tussen16 A en 75 A per fase opnemen. De toegelaten waarden van de harmonische stromen worden procentueel uitgedrukt t.o.v. de grondharmonische bij vollast (nominale werking).

Emissielimieten De grootte van de netimpedantie wordt in rekening gebracht. Hoe kleiner de netimpedantie, hoe groter de hogere harmonischen in de stroom mogen zijn. Een kleine netimpedantie betekent een net met een groot kortsluitvermogen. Met Z als netwerkimpedantie is het kortsluitvermogen S Unominaal SC = Z 2

Emissielimieten In de norm wordt dat kortsluitvermogen vergeleken met het nominaal schijnbaar vermogen S equ van het apparaat. Zo wordt de kortsluitverhouding (short-circuit ratio) gedefinieerd als: R = sce S S SC equ Bovenstaande definitie geldt voor driefasige belastingen. Voor andere types belastingen gelden andere uitdrukkingen.

Emissielimieten Hoe groter de kortsluitverhouding (short-circuit ratio), hoe meer stroomharmonischen getolereerd (kunnen) worden. We beperken ons hier tot de cijfers die gelden voor symmetrische driefasige apparaten. Belangrijk zijn hier: THD = 40 n= 2 I I n 1 2 PWHD = 40 n= 14 n I I n 1 2

Emissielimieten Bron: draft versie norm op 15/8/2003

Conclusie Wat kunnen we samenvatten: De spanningsvervorming in het net moet binnen de perken blijven. Het grootste gedeelte van de tijd, en op de meeste plaatsen, moet de vervorming onder het compatibiliteitsniveau blijven. De spanningsvervorming blijft normalerwijze onder het compatibiliteitsniveau als iedereen de emissienormen respecteert. Dit is allemaal gezien vanuit de emissiezijde.

Conclusie Het is de bedoeling dat de spanningsvervorming in het net de apparaten niet storen. De apparaten moeten immuun zijn tegen de spanningsvervorming beschreven via de compatibiliteitsniveaus. De ontwerper/bouwer van een apparaat moet rekening houden met EN - emissie - immuniteit.

Conclusie Bij het vastleggen van de compatibiliteitsniveaus staat men voor een keuze. Eerste aanpak: Door streng te zijn op het vlak van emissie, dus lager compatibiliteitsniveau, zijn er weinig eisen qua immuniteit. Voldoen aan emissie-eisen wordt een dure (moeilijke, onmogelijke) grap. Voldoen aan immuniteitseisen vervalt en eist nauwelijks moeite.

Conclusie Tweede aanpak: Door heel soepel te zijn op het vlak van emissie, dus hoger compatibiliteitsniveau, zijn er strenge eisen qua immuniteit. Voldoen aan immuniteitseisen wordt een dure (moeilijke, onmogelijke) grap. Voldoen emissie-eisen vervalt en eist nauwelijks moeite.

Conclusie Derde aanpak: de gulden middenweg Qua emissienormen niet te streng en niet te soepel zijn, dus zo een gemiddeld compatibiliteitsniveau bekomen. De immuniteitsnormen zijn zo ook realistisch. Niet te streng en ook niet te soepel. Je moet zowel investeren in emissienormen als in immuniteitsnormen, maar het is allebei doenbaar.

Harmonischen: normeringen Zijn er vragen??