Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 76
Jak dotychczas Unia Europejska w oczach mieszkańców jest projektem udanym. Nigdy w historii świata nigdzie nie żyło się masom tak dobrze ( jakość życia ) jak teraz w EU. Poskromienie korupcji w Polsce jeszcze by sytuacje polepszyło. Sytuacja szybko polepsza się też w Rumunii i Bułgarii.
Wojna tą sytuacje może momentalnie diametralnie zmienić. Podobnie jak głupota nie-rządu.
II RP zaczęła zjazd po równi pochyłej od zamachu stanu Piłsudskiego w 1226 roku.
PRL zaczęła zjazd po równi pochyłej od zamachu stanu Jaruzelskiego w 1981 roku.
Polska była największą ofiarą Zimnej Wojny. Dobrze że Niemcy w końcu zrozumieli że im wojna bardzo szkodzi a pokój wzmacnia ich pozycje.
Ale pojawiają się rysy na budowli. W 2022 roku w EU sprzedano tylko 11,3 mln samochodów osobowych podczas gdy w 2019 sprzedano ich 15,8 mln. To cofnięcie się w wielkości produkcji o dekady wstecz.
Próba stworzenia sztucznego "rynku" gazu w Polsce zakończyła się spektakularna klapą. Po 15 latach z "prawa konsumenta" do zmiany dostawcy skorzystało 292 tysięcy odbiorców a odbiorców gazu w Polsce jest 7 milionów 123 tysiące. Wielu naiwnych, oszukanych odbiorców chce wrócić do stanu wyjściowego.
Zielona energetyka napędzana była i jest potężnymi dotacjami. Jeśli wiatraki wytwarzają za dużo energii przy małym zapotrzebowaniu całego systemu energetycznego i odłączy się je od systemu to za nieodebraną energię trzeba zapłacić „Koszt redukcji pracy wiatraków” to aż 600 zł/MWh wynikający z rozporządzenia EU 2019/943
Skuteczność elektronicznych systemów bezpieczeństwa jest często znikoma. Na zdjęciu szmugiel nielegalnych migrantów z terenu Białorusi do Polski przez super – płot za miliardy.
Tak jest gdy coś głupio zamawia się po to aby wziąć łapówkę.
Archiwum. Harmoniczne i moc bierna
Diagnostyka.
Diagnoza na służyć do podjęcia leczenia i naprawy ale też do ogólnej prewencji.
W systemach energetycznych informacji o napięciach i prądach dostarczają przekładniki. Najbardziej ekonomiczne jest scalenie przekładników prądowych z transformatorem energetycznym. Dodatkowo znacznie prostsza i tańsza jest budowa całego systemu.
Pasmo przenoszone przez obniżające napięcie transformatory – przekładniki napięcia spada z rosnącym nominalnym napięciem i dla napięcia 400 KV jest poniżej 500 Hz. Taki przekładnik napięciowy jest duży i drogi.
Wysokonapięciowy dzielnik pojemnościowy w obudowie izolatora WN – NN raczej wymaga użycia układu aktywnego. Ma rozsądną cenę i jest względnie szerokopasmowy.
Szybko rośnie popularność warystorów ZnO w różnych zastosowaniach. Zastosowanie ich do ochrony przepięciowej zmniejsza ilość wyłączeń energii po ataku piorunem i zwiększa niezawodność zasilania i trwałość transformatorów.
W obudowach dyskowych warystory do montażu na płytę drukowaną PCB ( do uładów mocy miedz ścieżek jest grubsza ) mają średnice do 20 mm ale sam aktywny krążek bez ceramicznego oblewu tego warystora jest trochę mniejszy. W warystorze energetycznym średnica krążków w stosie w hermetycznym izolatorze WN-NN wynosi nawet ponad 50 mm.
Warystor o całkowitej średnicy 17 mm na napięcie robocze 460 Vac i 615 Vdc ma przy prądzie pomiarowym 1 mA typowe napięcie 750 Vdc. Przyjmując że charakterystyka I(U) jest funkcją potęgowa o potędze 38 warystor przy napięciu 615Vdc pobiera prąd 0.53 uA. Warystor ten ma pojemność 225 pF przez którą przy napięciu 460 Vac płynie prąd 32.5 uAac. Zatem przy napięciu roboczym warystor jest pojemnością o niemałej dobroci natomiast przy podwyższeniu napięcia nieliniowy prąd gwałtownie rośnie.
Zatem można zbudować przekładnik napięciowy z warystorów będący też normalną ochroną przepięciową. Przy napięciu nominalnym będzie to dzielnik pojemnościowy ( taki jakie są stosowane ) a przez moment przy podniesionych napięciach dzielnik z bardzo nieliniowych rezystancji.
Ponieważ przy działaniu przy potężnym prądzie wyładowania atmosferycznego napięcie na GND na dole warystora może być duże taki dzielnik nie powinien raczej być w systemem pomiarowym łączony galwanicznie. Można by do izolacji zastosować obniżający transformator z drogim rdzeniem permalloyowym o wielkiej przenikalności i izolacji wytrzymującej impuls 50 KV lub lepiej zastosować układ aktywny ( prosty analogowy modulator Sigma Delta ) z wyjściem cyfrowym z połączeniem światłowodowym. Sygnał analogowy odzyskujemy po prostej filtracji dolnoprzepustowej strumienia bitów a przyszłościowy sygnał cyfrowy po filtracji cyfrowej bez użycia ADC !
Wadą warystorów jest zmiana parametrów przy bardzo silnych impulsach i wzrastający upływ skutkujący w końcu narastającym nagrzewaniem i destrukcją. Prewencyjnie okresowo warystory w nocy obserwuje się termokamerą i gdy któryś się zauważalnie nagrzewa trzeba go prewencyjnie wymienić. Na kraj średniej wielkości wystarczy jedna termokamera do tego celu.
Moc komputerów PC rośnie i dostępna jest karta z przetwornikiem ADC. Przy odpowiedniej szerokości pasma przekładnika napięciowego można będzie obejrzeć napięcie na liniach i ich harmoniczne i to samo z prądami.
Co do awaryjności wszelkich urządzeń to przecież one w dobrym systemie nawzajem się kontrolują i gdy jest niezgodność musi działać zaalarmowany operator.
Dane na temat rocznej i życiowej konsumpcji energii przez różne urządzenia ( w tym nieliniowe ) są dopiero w Polsce zbierane.
Największą grupą konsumentów energii w całej gospodarce są silniki asynchroniczne z malejącym udziałem 72%.
Danych na temat poziomu zniekształceń napięć i prądów w polskich sieciach NN, WN, SN i nN brak.
Temat zniekształceń jest dopiero badany na Zachodzie a Polska pozostając wiele lat za nim na razie się tym nie interesuje. Są już pierwsze informacje z ZSRR i poziom harmonicznych powodowanych przez wielkich odbiorców jest niedopuszczalnie bardzo wysoki !
W aktywnym generatorze RC w akustycznym zakresie częstotliwości odpowiednie kondensatory i rezystory wprowadzają zniekształcenia nieliniowe poniżej -130 dB. Najlepsze obecnie wzmacniacze operacyjne wnoszą zniekształcenia nieliniowe poniżej -120 dB. Poważnym problemem jest układ stabilizacji amplitudy sygnału generatora. Nie może on wnosić zniekształceń i szumów a winien mieć przyzwoitą dynamikę.
W lampowym akustycznym generatorze z 1939 roku Hewlett i Packard zastosowali mostek Wiena przestrajany kondensatorem zmiennym używanym w radioodbiorniku. Do stabilizacji amplitudy użyli żaróweczki. Rozwiązanie to w świeci naśladowano dekadami.
We współczesnych skomputeryzowanych generatorach na zakres akustyczny najwyższej klasy, elementy RC odpowiedzialne za generowaną częstotliwość przełączane są miniaturowymi przekaźniczkami, tranzystorami JFET i kluczami CMOS. Dla bardzo małych zniekształceń przełącznik z tranzystora JFET lub klucza CMOS jedną stroną element musi być na poziomie GND lub Virtual GND.
Odbiornikom radiowym, magnetofonom, gramofonom, odtwarzaczom CD i wzmacniaczom podawany jest poziom zniekształceń nieliniowych. Normy podają nieprzekraczalny poziom zniekształceń dla urządzeń różnych klas jakości.
Sygnał wyjściowy z testowanego sygnałem sinusoidalnym urządzenia podany jest do adaptacyjnego filtru środkowozaporowego i dalej do prostownika RMS. Dokładne, finalne automatyczne dostrojenie częstotliwości filtru środkowozaporowego odbywa się za pomocą bezluzowego serwomechnizmu z dużą przekładnią, układu mnożącego lub fotorezystorów.
W USA i Japonii produkowane są złożone automatyczne analizatory Audio o bardzo wysokich parametrach z wbudowanym mikrokomputerem z interfejsem komunikacyjnym. Na początku dekady japońskie koncerny wypuściły znakomite wzmacniacze mocy Audio o THD rzędu tysięcznych części procenta. Można zaprogramować serie automatycznie wykonanych pomiarów ( korespondujących z normami ) a program na komputerze sterującym sporządzi odpowiednie wykresy z pomiarów. Analizatory są skomplikowane i mają cenę prostego, średniego samochodu osobowego.
Sygnał resztkowy za filtrem środkowozaporowym można obejrzeć oscyloskopem a po przetworzeniu przetwornikiem ADC poddać analizie Fourierowskiej. Stosowana dobroć Q filtru środkowozaporowego nie jest wysoka i 2 harmoniczna jest trochę osłabiona.
Wyższe są parametry analizatorów japońskich dlatego że w Japonii produkowane są sprzęty Audio o szokująco wysokich parametrach. W konstrukcji części analogowej użyto szerokopasmowych wzmacniaczy operacyjnych BiFet i znakomitych a przy tym tanich, popularnych układów bipolarnych wzmacniaczy operacyjnych NE5532 i naśladowczych. Konfiguracja filtru środkowozaporowego jest często identyczna jak konfiguracja generatora co zmniejsza różnice ich częstotliwości przy przełączaniu elementów RC o niewielkiej tolerancji. Muszą być miniaturowe bo użyto ich dużo.
Aby czas wykonania długiej sekwencji pomiarów był akceptowalny generator i filtr środkowozaporowy muszą się szybko stabilizować po zmianie częstotliwości czyli przełączeniu kombinacji ( jak w mnożącym przetworniku DAC ) elementów RC. Już od strony teoretycznej zadania są trudne.
W bloku RWPG takie analizatory nie są produkowane bo brak jest na nie potrzeby ponieważ nie produkuje się sprzętu Audio wysokiej jakości.
Przyszłość należy do analizy Fourierowskiej pełnego sygnału ale nie ma jeszcze przetworników ADC o odpowiednich parametrach. Potrzebna jest bowiem o obszarze Audio rozdzielczość 20 bitowa !
W radiokomunikacji i telefonii nośnej obserwuje się Intermodulacje będące efektem nieliniowości systemu dla kilku sygnałów. Używany do tego celu „Spectrum Analyser” również nie jest produkowany w krajach RWPG a ich zakres sięga obecnie 26 GHz ! Cywilizacja nam odjechała !
Do mierzenia sygnałów zniekształconych należy używać wartości skutecznej RMS. Pomiar wartości średniej i quasi szczytowej może być obarczony dużymi błędami.
Filtr środkowozaporowy jest więc problemem – zagadnieniem łącznym z generatorem sygnału sinusoidalnego gdzie użyty jest w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Z reguły filtry i generatory są omawiane razem. Temat jest poprawnie, ale mocno niewyczerpująco, podjęty w „Analog Integrated circuit”, M.Herpy, Akademiai Kiado, 1980. Omówiono tam mostek podwójne T i mostek Wiena w generatorze. Możma przyjąć że podstawowe informacje są znane.
Środkowozaporowy mostek podwójne T ma dobroć tylko 1/4. Jego tłumienie dla częstotliwości dwa razy większej lub mniejszej od Fo ( dla niej tłumienie jest nieskończone ) wynosi 10 dB a dla cztery razy większej lub mniejszej od Fo wynosi 3 dB. Podpierając go wzmacniaczem operacyjnym jako wtórnikiem ( k<1, jak w filtrze aktywnym Sallena - Keya ) możemy jego małą dobroć zwiększyć.
Asymetryczny mostek podwójne T uzupełniony na wyjściu dwójnikiem RC użyty jest z podparciem w aktywnym filtrze LP drugiego rzędu z zerem ale są lepsze konfiguracje.
Okropną wadą mostka podwójne T jest jest faktyczna jego nie - przestrajalność bowiem współbieżne strojenie najmniej trzech elementów jest niewykonalne i nieekonomiczne. Trudne jest też jego bardzo dokładne zrównoważenie. W praktyce kondensator pojemności 2C to dwa połączone równolegle kondensatory pojemności C a rezystor 1/2 R to dwa połączone równolegle rezystory R. Zapewnia to znakomitą współbieżność ilorazu dryftów termicznych i długoterminowych C i R.
W generatorach na jednym tranzystorze dobre efekty daje trójogniwowy przesuwnik fazowy RC. Dla zmniejszenia wzmocnienia wzmacniacza i ograniczenia zniekształceń generowanej sinusoidy stosuje się ujemne sprzężenie zwrotne szeregowe rezystorem Re lub równoległe Rcb . Gdy idealny tranzystor o nieskończonym wzmocnieniu ( czyli jak wzmacniacz operacyjny ) pracuje tylko z równoległym sprzężeniem zwrotnym (Re=0) powstaje w istocie z trój-ogniwowego przesuwnika fazowego RC i rezystora sprzężenia równoległego Rcb mostek środkowozaporowy o wejściu In i wyjściu Out !
Ten praktycznie nieznany układ mostka ma taką samą charakterystykę częstotliwościową jak mostek podwójne T .Nazwijmy go 3CPot [2]. Jak pokazano na rysunku można go przestrajać jednym potencjometrem co jest ogromną zaletą ! Rezystor R1 to oporność od suwaka na GND potencjometru do jednego wyprowadzenia a R2 to oporność od suwaka do drugiego wyprowadzenia plus rezystor. Ale i tu wymagania na identyczność trzech kondensatorów C i rezystor 6(R1+R2) są wysokie. Mostek dokładnie równoważy się drobną regulacją rezystora „6(R1+R2)” Bez dodatkowego rezystora z potencjometrem najmniejszą częstotliwość Fo jest w środkowym położeniu potencjometru a każda nastrajana częstotliwość Fo występuje podwójnie przy odchyleniu potencjometru w lewo i w prawo od środka. Aby usunąć tą wadę i powiększyć zakres regulacji Fo w jedno ze skrajnych wyprowadzeń potencjometru daje się szeregowo rezystor ( tu jako składnik R2 ). Udaje się uzyskać zakres przestrajania 1:4 a więc bardzo szeroki !
Odchyłka rezystora mostka „6 (R1+R2)”o 1 % powoduje że maksymalne tłumienie wynosi około 64 dB zamiast nieskończonego.
Tłumienie w paśmie 2% (+-1%) wokół Fo przekracza 50 dB. Wynika to z małej dobroci Q tego filtru i niskiej wrażliwości.
Zaletą tego mostka jest możliwość podania pełnego napięcia sieciowego 220/380 V na wejście a na wyjściu są tylko z wagami sygnały harmonicznych. Oczywiście elementy muszą być na odpowiednie napięcie a układ elektroniczny na wyjściu z odpowiednią ochroną wejścia.
Za biernym mostkiem 3CPot można włączyć odpowiedni miernik !
Zauważmy że obciążenie rezystorem wyjścia mostka 3CPot powoduje osłabienie niższych częstotliwości czyli po zmianie skali podniesienie wyższych czyli preemfazę ! Dla pomiaru szkodliwości prądu z harmonicznymi może być wymagana bardzo preemfaza aż do częstotliwości około 1 KHz. Tym rezystorem obciążenia może też być wejściowy rezystor wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji odwracającej. Zatem jest pole do różnych elastycznych modyfikacji.
Możemy wybrać skale tak że 3 harmoniczna ma wzmocnienie 100 % i wzmocnienie rośnie z częstotliwością aż do 20 harmonicznej czyli do 1 KHz. Wybór tej częstotliwości nie jest przypadkowy bowiem bez tej filtracji sygnał prostokątny z tą silną preemfazą ma dalej rosnącą energie dalszych harmonicznych . Harmoniczne ( tylko nieparzyste ) sygnału prostokątnego wolno maleją jak 1/n a preemfaza je wzmacnia z rosnącym n. Preemfaza taka mocno wzmacnia wszelkie szumy i łatwo o przesterowanie w układzie pomiarowym ( odpowiednie skalowanie sygnału ) w związku z czym trudno jest osiągnąć wysoką dokładność.
Do pełni szczęścia brakuje tylko odpowiedniej Normy ale powyższe można traktować jako propozycje dla niej.
Szeroko używany mostek Wiena ma dobroć 1/3. Jego mankamentem jest trudność przestrajania. Dla minimalizacji dryftu długoczasowego w gałęzi mostka rezystorów wartości (umownej) 1 i 2, rezystor 1 to dwa połączone równolegle rezystory 2 lub rezystor 2 to dwa szeregowo połączone rezystory 1. Jego wyjście jest różnicowe i podjęcie tam sygnału wzmacniaczem instrumentalnym, który niezależnie od technologi implementacji jest drogi i trudny jest niewskazane. Autor stworzył bardzo użyteczne jego wariacje zarówno do aktywnego filtru środkowozaporowego ( Na rysunku pokazano jedną. Równolegle beznakładowo jest filtr środkowoprzepustowy (wejście +OPA ) który trzeba tylko zbuforować wtórnikiem ).
Mankamentem mostka Wiena jest trudność strojenia i praca wzmacniacza operacyjnego z „pełnym” napięciem na wyjściu lub napięciem wspólnym na wejściu co mocno ogranicza dynamikę systemu.
We wspomnianych analizatorach Audio można użyć generatora i filtru zmiennych stanu w układzie Kerwina - Huelsmana - Newcomba. Użycie trzech – czterech wzmacniaczy operacyjnych nie jest tu żadną wadą. Zaletą jest praca ich w konfiguracji odwracającej dająca zdecydowanie najmniejsze THD. Szybka stabilizacja generatora i adaptacja filtru po elektronicznym przełączeniu identycznych ( dla generatora i filtru ) elementów RC (czyli częstotliwości ) jest tajemnicą. Autor opracował teoretycznie i sprawdził praktycznie swoje rozwiązania [5,6]. Są doskonałe i relatywnie do powagi zadania ) proste.
Sprawę adaptacji parametrów filtru środkowozaporowego najlepiej widać w filtrze zmiennych stanu. W istocie pętla regulacji częstotliwości środkowej filtru dział dokładnie tak jak pętla pętli fazowej PLL ! Układ mnożący jest zresztą często detektorem fazy w scalonych układach PLL !
Czy w zastosowaniu do badania THD w energetyce potrzebny jest drogi adaptacyjny filtr środkowozaporowy 50 Hz ? Zdecydowanie Nie.
W „zachodniej” energetyce nominalna częstotliwość generacji 50 Hz jest trzymana astatycznie ( regulacja PI ) z dużą dokładnością. Czasy gdy w Polsce spadała ona awaryjnie do 49.5 Hz i niżej raczej już minęły. Zatem adaptacja jest zbędna przy założeniu że częstotliwość filtru jest po jego stworzeniu dokładna i nie ulega dryftowi ! Gdy elementy RC filtru nie są wysokiej jakości i stabilności długoczasowej można okresowo filtr podstroić potencjometrem/ami montażowymi.
Jaka ma być idealna dobroć Q filtrów środkowozaporowych Fo=50 Hz do badania THD w energetyce ?
Odpowiedzi wymagają pytania (a) Co i (b) w jakim Celu chcemy mierzyć.
W samotnych przewodach linii występuje zjawisko naskórkowości. Okrągły miedziany przewód przekroju 1000 mm2 ma przy częstotliwości 50 Hz oporność większą o circa 20 % od oporności dla prądu stałego DC.
W uzwojeniach transformatora występuje znacznie gorszy, bardziej nasilony efekt zbliżenia / wypierania / prądów wirowych !
Zatem szkodliwość harmonicznych PRĄDÓW jest różna dla nagrzewania linii i uzwojeń transformatora. Najbardziej nagrzewane prądami wirowymi są najbardziej zewnętrzne części uzwojeń co powoduje ich przegrzewania przy ogólnie dopuszczalnej temperaturze transformatora.
Ale różna jest też szkodliwość harmonicznych NAPIĘĆ dla nagrzewania linii i uzwojeń transformatora.
Te szkodliwości harmonicznych rosną z ich częstotliwością ale w różnym tempie. Zatem harmoniczne winne być wzięte z różnie rosnącymi wagami ze wzrostem częstotliwości. Daje to odpowiednie do okoliczności preemfaza PU-THD i PI-THD!
Oprócz wzrostu oporności uzwojeń z powodu prądów wirowych w transformatorze Yz harmoniczne 3n czyli triplens płyną tylko uzwojeniem wtórnym czyli są mniej szkodliwe!
W radiofonii UKF FM i telewizji ( z modulacją FM dźwięku ) dla zmniejszenia poziomu szumów stosuje się po stronie nadawczej znormalizowaną (!) preemfazę sopranów dźwięku ( stała czasowa 50-75 usec ) a po stronie odbiorczej komplementarną odwracającą deemfazę. Preemfazę i deemfazę stosuje się też w radiowych liniach mikrofalowych przy przesyłaniu analogowego sygnału telefonii nośnej z modulacją FM. Znormalizowaną komplementarną preemfazę i deemfazę stosuje się nawet przy zapisie odczycie płyt CD i preemfazę od lat dla zwykłych płyt gramofonowych! Preemfaza RIAA ma stałe czasowe 7958, 3183, 318 i 75 usec. Znormalizowane komplementarne preemfazy i deemfazy sygnału modulującego i zmodulowanego stosuje się dla sygnałów różnicowych koloru B-Y i R-Y przy modulacji w systemie SECAM.
Znormalizowaną preemfazę nadawczą stosuje się w liniach w torach telefonii nośnej i torach PCM. Ogromny wzrost tłumienności kabla z częstotliwością dalej po stronie odbiorczej pokrywa equaliser.
Znormalizowaną Preemfazę stosuje się dla zapisywanych sopranów w magnetofonach. Są one bowiem osłabione przez zapis magnetyczny i głowicę odbiorczą. Preemfaze stosuje się przy zapisie na wewnętrznych ścieżkach komputerowego dysku.
Zatem preemfaza i deemfaza stosowane są powszechnie !
Powaga tematu harmonicznych w energetyce narasta ale raczej preemfaza harmonicznych nie ma jeszcze unormowania.
Te bierne mostki środkowozaporowe o dobroci Q=1/4 mają dla trzeciej harmonicznej tłumienie około 4 dB i mniejsze dla kolejnych harmonicznych. Harmoniczna 2 ( i zawsze prąd stały dla parzystych harmonicznych ! ) była wprowadzana do sieci przez jednopołówkowe prostowniki czarno - białych lampowych odbiorników TV ale przy przeciwnie włączonych wtyczkach sieciowych one się zniosą ale oczywiście nigdy ilości odbiorników w obu grupach nie są identyczne. Mierzone napięcie stałe ( DVM z podwójnym całkowaniem bardzo ostro tłumią sygnał 50 Hz a mogą mieć dodatkowo też wejściowy filtr wycinający sygnał zakłócający 50 Hz ) jest bardzo małe ! Druga ( i też DC ) i parzyste harmoniczne w zasadzie w sieci nie występują.
Nazwijmy pomiar ze skalowaniem (skalowanie dokonujemy sygnałem sinusoidalnym 3 x 50 = 150 Hz) +4 dB (odwrotność tłumienia lub trochę mniej coś pomiędzy 3 i piata harmoniczna ) dla trzeciej harmonicznej jako PU-THD, P od Preemfazy. Wyższe od trzeciej harmoniczne zostaną wzięte z trochę rosnącymi od 1 wagami. Ma to głęboki sens bo szkodliwość harmonicznych rośnie z ich częstotliwością. Zachodnie źródła podają zweryfikowane rezystancje przewodów energetycznych dla harmonicznych i taka delikatna preemfaza jest odpowiednia.
Sprawa z transformatorami jest bardziej skomplikowana. Pomiar termokamerą temperatury uzwojeń dużego otwartego transformatora NN jest możliwy tylko w normatywnym stanie zwarcia ze względnie niewielkim napięciem lub nawet bez oleju przy małym Uz. Te pomiary połowicznie potwierdzają wyniki uzyskane metodami elementów skończonych FEM ale są za mało dokładnie. Jednak pewne jest że rezystancja skrajnych części uzwojeń transformatora energetycznego rośnie bardzo szybko ze wzrostem częstotliwości i duże harmoniczne prądu mogą być zabójcze dla wielkich transformatorów .
Zatem do pomiaru prądu powinna być stosowana za filtrem środkowo zaporowym ostra preemfaza PI-THD o wzmocnieniu rosnącym z częstotliwością aż do circa 20 harmonicznej czyli 1 KHz !
Generalnie gdy nachylenie charakterystyki częstotliwościowej ma być niewielkie można do jej aproxymacji zastosować kombinacje równolegle połączonych szeregowych dwójników RC. Na schemacie pokazano filtr kształtujący o opadającym nachyleniu tylko 3 dB /oct do przekształcenia sygnału szumu białego w różowy z dokładnością <0.2 dB a więc bardzo dobrą. Analogowy szum biały wytwarza spolaryzowana małym prądem dioda Zenera lub wstecznie złącze B-E tranzystora lub szum binarny dedykowany rejestr liniowy o długości 23 bitów. Oczywiście sygnał z rejestru jest pseudoprzypadkowy a sekwencja powtarza się co 2 ^23 taktów zegara. Identyczny układ kształtuje jednak biały szum analogowy z diody Zenera w szum różowy.
Do kształtowania charakterystyki częstotliwościowej równoległe dwójniki RC można też połączyć szeregowo tak ja to się czyni w przedwzmacniaczu do wkładki gramofonowej o charakterystyce unormowanej przez RIAA.
Zainicjowany przez prezydenta Kennedy’ego i sekretarza Mc Namare intensywny technologicznie program lotów na księżyc dał z każdego zainwestowanego dolara w badania 5–10 dolarów korzyści z szerokiego rozlania się nowoczesnej technologii po gospodarce. W programie pracowało łącznie ponad 350 tysięcy wysoko kwalifikowanych ludzi. Wypracowano wtedy techniki zarządzania i koordynacji ogromnych projektów, które są chętnie stosowane obecnie.
Obecnie brak jeszcze norm dotyczących preemfazy zniekształconego napięcia i prądu oraz tylko dopuszczalnych harmonicznych napięcia i prądu ale metoda ta wydaje się bardzo przydatna praktycznie.
Ograniczenie ( akceptowane w USA ) całkowitych zniekształceń THD Najwyższych Napięć na <1.5 %, Wysokich Napięć na <2.5% , SN 5% i nN 8% jest jak najbardziej rozsądne.
Wiemy jakie urządzenie emitują harmoniczne i jakie są korzyści z ich używania. Jednak korzyść odnoszona przez jednych nie powinna łączyć się ze szkodą dla pozostałych. Na przykład normy limitują zakłócenia przewodzone w paśmie radiowym 0.15-30 MHz i zasilacze impulsowe muszą być wyposażone w wejściowy filtr LC zapobiegający zaśmiecaniu sieci energetycznej.
1.Praktycznie sprawdzamy własności mostka 3CPot ( wybrane kondensatory 3 x C o rozrzucie pojemności <1%) jako filtru środkowozaporowego (z proponowaną preemfazą PU). Charakterystyka częstotliwościowa jest zgodna z teorią ale używając jako sygnału napięcia sieciowego i sygnału sinusoidalnego z generatora funkcyjnego G432 nie można ustalić jego tłumienia przy Fo=50 Hz dlatego że oba te sygnały są zbyt zniekształcone. Korzystając z czystego sygnału sinusoidalnego 50 Hz stwierdzamy że tłumienie przy dobranych kondensatorach i doregulowanym rezystorze „6R” znacznie przekracza 65-80 dB czyli jest dużo lepsze niż potrzeba. Nieznaczna regulacja Fo potencjometrem mało pogarsza tłumienia przy Fo.
Zmierzone zniekształcenia sygnału sinusoidalnego z generatora funkcyjnego G432 przekraczają deklarowany przez producenta poziom ale niewiele. Mierzone zniekształcenia sygnału prostokątnego i trójkątnego z G432 są z uwzględnieniem samopreemfazy P mostka praktycznie zgodne z oczekiwaniami czyli z rozkładem Fouriera.
2.Praktycznie sprawdzamy własności biernego mostka Wiena jako filtru środkowozaporowego. Do pomiaru na wyjściu stosujemy ręczny DVM zasilany bateryjką 6F25. Ponieważ wyjście mostka Wiena jest różnicowe (!) nie można użyć lepszego miernika ( niby RMS ) z zasilaniem sieciowym V543 ! Charakterystyka częstotliwościowa jest zgodna z teorią. Mostek Wiena jest łatwy do równoważenia dla maksymalnego tłumienia sygnału o częstotliwości Fo i jest to jego ogromna zaleta. Problemem jest regulacja częstotliwości Fo. Ale realne zastosowania wymagają użycia wzmacniaczy operacyjnych.
Pokazany układ filtru środkowozaporowego – środkowoprzepustowego z quasi mostkiem Wiena ze wzmacniaczem operacyjnym zachowuje się poprawnie.
3.Mierzone biernymi mostkami zniekształcenia P-THD fazowego ( w stosunku do przewodu N ) napięcia sieciowego „220”Vac ( Uwaga na napięcie kondensatorów i moc rezystorów mostka !) napięcie sieciowe zmieniają się.
4.Zniekształcenia sieciowego napięcia międzyliniowego „380” Vac są znacznie mniejsze niż napięcia fazowego. Ręczny miernik DVM jest na poziomie napięcia jednej fazy i mimo iż obudowa jest bezpiecznie plastikowa to nie jest to raczej dobre rozwiązanie aczkolwiek temat ten wymaga zgłębienia. Użycie DVM V543 jest niemożliwe.
5.Gdy napięcie międzyliniowe 380 Vac izolujemy dwoma transformatorkami na nominalne napięcie pierwotne 220 Vac połączonymi szeregowo to pojawiają się po stronie wtórnej duże zniekształcenia PU-THD i to mimo iż na transformatorkach jest przecież obniżone napięcie 190 V a nie nominalne 220 V. Wynikają one z nieliniowego prądu magnesowania rdzenia ! Im mniejsza jest nominalna moc transformatora tym większe są zniekształcenia napięcia wtórnego ! Dla izolacji konieczne byłoby niepraktyczne stosowanie dużych i ciężkich transformatorów z pracą z mocno obniżoną indukcją w rdzeniu.
Napięcie międzyliniowe dokładnie i bezpiecznie otrzymany prostackim wzmacniaczem instrumentalnym na jednym wzmacniaczu operacyjnym z dużymi rezystorami ( gwarantują bezpieczeństwo ) do napięcia sieciowego na wejściach. Wybór jednego z trzech napięcia międzyliniowego można wykonać ( automatyzacja pomiaru ) nawet tranzystorami JFet lub przełącznikami elektronicznymi CMOS.
6.Zastosowany w eksperymentach dla komfortu przekładnik prądowy nie wnosi zniekształceń. PU-THD ( słaba samopreemfaza !) prądu pobieranego z sieci przez scalono-tranzystorowy odbiornik TVC Rubin C282 wynosi około 119 %. Podobny jest wynik dla TVC Videoton i to jest rezultat typowy. Gdy w odbiorniku C282 zamiast ograniczającego prąd ładowania po włączeniu do sieci rezystora mocy 4.7 Ohm damy przygotowany dławik 45 mH ( zimny ma oporność 4.2 Ohm ) to PU-THD spadają do 69% czyli mocno ! Obraz oscyloskopu wskazuje na mocny spadek wyższych harmonicznych. Biorąc pod uwagę że w bilansie strat mocy sumowane harmoniczne są podnoszone do kwadratu i kolejne harmoniczne są coraz mocniej osłabione dławikiem jest to bardzo dobry wynik. Odbiornik pracuje normalnie. Częstotliwość pracy samowzbudnej asynchronicznej przetwornicy Flyback odbiornika C282 jest w przybliżeniu odwrotnie proporcjonalna do obciążenia ( zmienia się z jasnością obrazu ) i spada ze spadkiem napięcia zasilania. Ponieważ częstotliwość ta dodatkowo zmienia się w półokresie napięcia sieciowego można tylko z grubsza ocenić że średnio spadła z dławikiem o około 6% a więc niewiele. Pomiar temperatury radiatora wysokonapięciowego tranzystora przetwornicy KT838 wskazuje raczej na spadek niż wzrost jego temperatury (!) ale pewna weryfikacja wymagałaby czasu i staranności !
Zakładając że projekt transformatora przetwornicy był optymalny należy ilość jego zwoi zmniejszyć o parę %.
Niezależnie od kąta załączenia napięcia zasilania dławik nie powoduje niebezpiecznego mocniejszego naładowania kondensatora dlatego że często nasyca się jego rdzeń.
Z prostownikiem pojemnościowym który wnosi mniej harmonicznych ale ma bardzo duże tętnienia wyjściowego napięcia, odbiornik TVC nie pracuje poprawnie ale faktem jest że zniekształcenia prądu PU-THD są mniejsze i wynoszą około 93%. Zatem ten prostownik jest bezużyteczny.
7.Zniekształcenia PU-THD prądu pobieranego przez trójfazowy silnik pracujący jałowo nie są duże i istotne. Natomiast ten silnik zasilany jednofazowo z kondensatorom pracy ma zniekształcenia prądu PU-THD około 24 %. One mocno zależą od pojemności tego kondensatora ! To nic nowego. Zjawisko to jest opisane w zachodniej literaturze. Zniekształcenia prądu zasilania lodówki ( z poprawką ) są circa takie jak podaje literatura co upewnia o poprawności układu.
Zniekształcenia napięcia ze ściemniacza z triakiem są straszne i z korekcją dla słabej preemfazy odpowiadają wykresom z literatury. Zniekształcenia prądu są odrobinę większe co spowodowane jest stygnięciem ( spadek oporności ) niezasilanego w każdym półokresie włókna żarówki.
8.Przestarzały i bardzo drogi licencyjny miernik DVM V543 z wyświetlaczem NIXIE ma prymitywny i niedokładny przetwornik wartości skutecznej RMS. Pasmo pomiaru dla napięcia zmiennego jest wąskie. Napięcie wspólne na wejściach jest mocno ograniczone.
Zasilany z baterii ręczny DVM z wyświetlaczem LCD zbudowany jest na układzie ICL7106. Aktywny „prostownik idealny” zbudowano w nim wokół programowanego (pracuje z małym prądem czyli z wąskim pasmem) wzmacniacza operacyjnego uA776. Pasmo jego nie przekracza 400 Hz. Nie ma przetwornika wartości skutecznej RMS
9.Zbudowany przetwornik RMS [3] ma doskonałe parametry i szerokie pasmo!
10.Zniekształcenia napięć sieciowych są niewielkie a napięcia sieciowe zmieniają się w niewielkich
granicach. Dla napięcia energetycznego ( z dobrego przekładnika lub izolacja systemu ) lub 220/380 V odczyt THD lub P-THD może być od razu w procentach do normatywnego napięcia jako że wpływ napięć harmonicznych na napięcie jest mały. Zakres 1999 układu ICL 7106 może być zatem zakresem PU - THD do 19.99%.
Zniekształcenia prądów sieciowych mogą być bardzo duże a prądy sieciowe ( czyli napięcie na obciążonym standardowo przekładniku ) sporo się zmieniają. Dla prądu z przekładnika odczyt THD nie może być od razu w procentach ( zakres do 199.9% % jest właściwy ) i należałoby go odnieść do prądu tylko pierwszej harmonicznej a nie całego prądu ! Jest to możliwe bowiem układ ICL7106 jest ratiometryczny ale jest problem z dokładnością
11.Znakomity układ ICL7106 CMOS kompletnego miernika cyfrowego i ICL7109 mającego taki sam przetwornik ADC z interface do mikrokomputera, mają przetwornik ADC z podwójnym całkowanie i autozerowaniem. Ma on dwa wejścia – napięcia mierzonego i napięcia odniesienia i mierzy stosunek tych napięć. Pozwala to bez aktywnych elementów zewnętrznych wykonać na przykład pomiar oporności. Komparator w przetworniku ADC za wzmacniaczem operacyjnym w układzie integratora ma określona dokładność ( błędy ma też integrator ) i dla dokładnego mierzenia stosunku napięć, napięcie odniesienia nie może być za małe. Stosując pomiar stosunku napięć staramy się uzyskać na integratorze ICL bez nasycenia jak największe napięcie „trójkąta” całkowania – decałkowania m.in. poprzez zastosowanie właściwego wejściowego napięcia wspólnego.
Dla zachowaniu pełnej dokładności, mimo starań, zakres napięcia odniesienia nie powinien być większy od 2:1 co jest wystarczające.
Przy pomiarze w % THD napięć, mierzone jest napięcie z filtru środkowozaporowego procesowane przetwornikiem RMS (średnia wartość wyprostowana daje tu błąd !) a napięcie odniesienia jest stałe lub napięciem odniesienia jest wyprostowane, odfiltrowane napięcie średnie – dla prostoty nie RMS bo błąd z tego powodu jest znikomy. Z uwagi na niejednoczesność czasu użycia obu napięć przez przetwornik ADC filtr w torze RMS winien być trochę wolniejszy. Sprawdzony praktycznie układ działa zaskakująco dobrze !
W przypadku prądów sprawa jest bardziej skomplikowana ponieważ zniekształcenia mogą być potężne ( a z preemfazą PI to już kosmiczne ) i w tym wypadku trzeba je odnieść do pierwszej harmonicznej. Zatem jako sygnał odniesienia dajemy wyprostowany i uśredniony sygnał z filtru środkowoprzepustowego z opisanego układu filtru środkowozaporowego i jednocześnie środkowoprzepustowego z wariacją mostka Wiena. Sprawdzony praktycznie układ działa zaskakująco dobrze !
Przez przewód zerowy N płyną 3 harmoniczne a harmoniczna podstawowa przy zrównoważonym obciążeniu jest mała. Stąd pomiar THD prądu w przewodzie N ma niewielki sens bo zniekształcenie mógłby być i 500-1000 %
13.Możliwy jest bezpośredni pomiar obciążenia transformatora prądami harmonicznymi i wymaganego deratingu transformatora energetycznego.
Nie stosujemy filtru środkowozaporowego i środkowoprzepustowego.
Poddany preemfazie sygnał prądu z przekładnika prądowego procesowany RMS podano do wejścia przetwornika ICL7106/7109. Preemfaza ma być adekwatna do konstrukcji transformatora czyli nagrzewania uzwojenia harmonicznymi czyli podatności transformatora na harmoniczne. Im transformator podatniejszy tym silniejsza dla niego preemfaza. Ponieważ preemfaza trochę podnosi też sygnał 50 Hz pomysłowy układ koryguje to.
Przykładowo oceniamy prąd P-RMS ( realnie nagrzewający uzwojenie w najgorszym miejscu ) transformatora po załączeniu kondensatora do kompensacji mocy biernej oraz zniekształcenia sieciowego napięcia P-THD. Jest oczywiste kiedy nie wolno kondensatora kompensacji mocy biernej załączyć – gdy nie ma korzyści a jest szkoda. Możemy wybrać wartość kondensatora kompensacji mocy biernej taką aby rezonans był na częstotliwości wokół circa 6 harmonicznej ( ona jest mała ale lepiej się do niej nie dostrajać ) co zapobiega rezonansowemu wzmocnieniu 5 i 7 harmonicznej.
Gdy do wejścia napięcia odniesienia ICL7106/7109 podamy wyprostowany i odfiltrowany dolnoprzepustowo prąd bez preemfazy otrzymany wynik >1 pokazuje nam wprost odwrotność wymaganego deratingu danego (!) transformatora z konkretnym obciążeniem. Bez załączonego kondensatora kompensacji mocy biernej ten derating może wynosić 0.8-0.999. Od sytuacji ogromnej ilości komputerów i innej elektroniki biurowej w wysokościowcu gdzie derating może być 0.6 jesteśmy bardzo daleko
Literatura od autora.
1.Wariacje mostka Wiena pracującego ze wzmacniaczami operacyjnymi.
2.Mostek 3CPot i jego zastosowania
3.Przetwornik wartości skutecznej RMS
4.Nowe, złożone zastosowania dla układu przetworników ADC ICL7106 i 7109.
5.Szybko stabilizujący się generator o bardzo małych zniekształceniach i szumach
6.Adaptacyjny filtr środkowozaporowy
Leczenie
Zadaniem systemu energetycznego jest niezawodne dostarczanie energii odbiorcom. Koszt energii jest pozycją w kosztach przedsiębiorstwa i ma wpływ na cenę produktu.
W USA sama energia elektryczna dla masowych drobnych odbiorców to tylko 1/3 rachunku za prąd a resztę stanowi przesył i dystrybucja oraz straty energii w nich.
Duzi odbiorcy płaca za pobrana energie czynną i bierna ale powinni też płacić za wprowadzane zniekształcenia prądu powyżej pewnego progu.
Cywilizacyjnym trendem jest powiększenie się udziału odbiorników nieliniowych a głównie elektronicznych w zużyciu energii elektrycznej. Udział w konsumpcji elektryczności odbiorników elektronicznych jest skorelowany z „Dochodem Narodowym” per capita.
Polska, podobnie jak inne kraje opóźnione cywilizacyjnie, rozwija się naśladowczo czyli imitacyjnie. Zatem udział odbiorników elektronicznych w zużyciu dalej będzie w Polsce rósł tak jak na przodującym w technologii „Zachodzie”
Z braku danych nie można powiedzieć jak problem jest w Polsce natężony i czy on praktycznie istnieje ! Siłą rzeczy rozważania są więc hipotetyczne. Autor zmierzył zniekształcenia napięcia PU-THD w wielu gniazdkach jednofazowych kilku różnych budynków i wszędzie jest ono mniejsze od 6%.
Natomiast bardzo zawodna dostawa energii elektrycznej w Polsce, na tle wskaźników zachodu, każe mniemać że w elektroenergetyce jest wiele nieprawidłowości.
Dla prądów sinusoidalnych współczynnik mocy to cos phi. Dla prądów zniekształconych jest to PF czyli Power Factor jako iloraz mocy czynnej P do pozornej S będącej iloczynem napięcia i prądu skutecznego RMS. Dla prądu bez zniekształceń cos phi = PF.
PF nie uwzględnia jednak rosnącej z częstotliwością szkodliwości harmonicznych. Nie uwzględnia ani naskórkowości w przewodach linii ani silniejszego wypierania prądu szczególnie nasilonego w zewnętrznych częściach uzwojeń transformatorów ale też strat w żelazie rdzenia.
Po zastosowaniu słabej preemfazy napięć harmonicznych jest PU-THD a dla prądów harmonicznych uzyskamy użyteczny PI-THD z mocną preemfazą. Brak Norm na tym polu jest poważną trudnością
O tym że zasilanie silników asynchronicznych i synchronicznych niesymetrycznym napięciem trójfazowym ( bez zniekształceń nieliniowych ) powoduje spadek ich sprawności i wzrost mocy strat wiedziano od dawna.
Popularyzacje idei składowych symetrycznych zawdzięczamy znakomitej Edith Clarke pracującej – uczącej elektrotechniki w potężnym koncernie General Electric. Wcześniej uczyła matematyki i fizyki. W bardzo znaczącym dwutomowym dziele „Circuit Analysis of A-C Power Systems” wydanym w 1943 roku przedstawiła ona m.in. w bardzo elegancki, prosty i dojrzały sposób ( powtórzony w całym świecie ) rozkład na składowe symetryczne ( „Clarke Transformation” ) i ich zastosowanie. Podręczniki te były podstawą edukacji inżynierów przez wiele lat i „zmałpowano” je w całym świecie !
N.B. Była ona jako kobieta pierwszym w USA inżynierem elektrotechnikiem i pierwszym profesorem elektrotechniki.
Niesymetryczny układ napięć trójfazowym jest sumą ( przekształcenie liniowe ) dominującej składowej zgodnej, składowej przeciwnej wirującej w przeciwną stronę i zerowej – tylko z przewodem zerowym N. Silniki są nieliniowe ( superpozycja dotyczy układów liniowych ) ale składowe symetryczne bardzo dobrze objaśniają wiele zjawisk z nimi. Składowa przeciwna wytwarza w silnikach moment hamujący !
Trójfazowe harmoniczne rzędu 3n-1 wytwarzają pole wirujące w kierunku przeciwnym a rzędu 3n+1 zgodnym. Składowych zerowych 3n czyli triplens bez przewodu zerowego nie ma. Gdy silnik wiruje z prędkością synchroniczną poślizg dla obu harmonicznych 5 i 7 wynosi 6 ale wytwarzane momenty są w przeciwnych kierunkach !
Potężne koncerny Westinghouse i General Electric już w drugiej połowie lat pięćdziesiątych zastosowały lampowe komputery do optymalizacji projektów transformatorów a później silników i generatorów. Zadania okazały się zdumiewająco trudne i prace trwają nadal. Brak jest nawet zgodności co do optymalnych proporcji wymiarów czyli kształtu silników. Europejskie modele są „długie” i o mniejszej średnicy a Amerykańskie krótsze o większej średnicy !
Wagę problemu doceniono też w ZSRR i również tam usiłowano komputerowo optymalizować projekty ale z reguły faktycznie poprzestawano ( także maszyn synchronicznych i DC ) na kopiowaniu zachodnich modeli..
Postęp w dziedzinie silników asynchronicznych jest powolny ale jednak nadal trwa. Nowe modele mają trochę lepsza sprawność, szczególnie przy mniejszym obciążeniu i lepszy współczynnik mocy.
Jakość silnika elektrycznego zależy od projektu i użytych materiałów. Ale przykładowo zadziory powstające przy niestarannym wykrawaniu kształtek z blachy elektrotechnicznej pogarszają parametry silnika.
Synchroniczne lub BLDC ( napięcie quasi trapezowe a nie sinusoidalne ) silniki serwomechanizmowe z magnesami stałymi mają coraz lepsze parametry ale magnesy z użyciem ziem rzadkich są drogie.
Mimo iż przemysł elektrotechniczny w ZSRR zbudowały koncerny amerykańskie to dalsza modernizacja fabryk i produkcji szła z oporami. Silniki asynchroniczne produkowane w ZSRR mają gorszą sprawność i mniejszy współczynnik mocy oraz są cięższe od produkowanych na zachodzie.
Na zachodzie wielcy „nieliniowi” przemysłowi konsumenci energii elektrycznej ( huty stali i metali kolorowych, kolej, części przemysłu ciężkiego.. ) są podmiotami prywatnymi i przy rozsądnych regulacjach to na nich spada obowiązek ograniczenia emisji harmonicznych i mocy biernej.
W dziale „Tyrystor energetyczny” pokazano budowę SVC, Static Var Compensator, który też równolegle obniżą poziom harmonicznych. Komplikacje i koszt tyrystorowych wysokonapięciowych kluczy mocy obniżą przyszłe fototyrystory wielkiej mocy którym impuls wyzwalający podany jest światłowodem. Stosowanie transformatorków bramkowych jest niemożliwe powyżej napięcia roboczego 3 KV i przepięć 10 KV. Postęp w diodach laserowych jest szybki i można założyć że już niedługo osiągną one moc wystarczającą do wyzwalania potężnych fototyrystorów. Konstrukcja dławików szeregowych do kondensatorów też jest doskonalona. Światłowody ze złączami stały się normalnym komercyjnym produktem
SVC ma się szanse stać prawie standardowym wyrobem a nie indywidualnie kreowanym dziwactwem.
Polska nie ma raczej szans podjęcia produkcji potężnych fototyrystorów ( średniej mocy fototyrystory na napięcie do 800 V są produkowane w ZSRR ) ale rozwiązanie z odbiornikiem sygnału ze światłowodu i driverem bramki tyrystora też nie jest bardzo skomplikowane.
Ale w Polsce z uspołecznionymi środkami produkcji i miękkim ich finansowaniu inflacją nie ma realnej szansy aby zmusić „nieliniowych” odbiorców przemysłowych do poprawnego zachowania. Po wprowadzeniu opłaty na zniekształcenia firmy zażądają jeszcze większych dotacji i dokona się przelanie z pustego w próżne.
Zawsze w decyzji najważniejszy ma być całościowy rachunek ekonomiczny aby inwestycja miały jak najwyższą stopę zwrotu.
1.”If it works do not fix it”
Rozpocząć można od pomiaru i rejestracji zniekształceń THD napięć i prądów w sieciach NN-WN-SN-nN dla stwierdzenia czy i gdzie problemy występują.
Trzeba ustalić podatność konkretnych typów transformatorów energetycznych na harmoniczne prądu. Znane z zachodnich czasopism metody używają najnowszej, najwyższej technologii pomiarowej. Zgodność pomiaru z obliczeniami metodą elementów skończonych (=FEM) nie zawsze jest wysoka ale jednak metody FEM i pochodne są bardzo użyteczne.
Do użytkowników transformatorów ciągle nie dociera że harmoniczne powodują lokalne przegrzewanie uzwojeń nawet gdy temperatura całego transformatora wydaje się bezpieczna. W Polsce transformatory blokowe produkowane są na starych zachodnich licencjach ale sytuacja gdy transformator blokowy jest bardziej zawodny od generatora bloku jest czystą patologią.
2.Nowoczesnym rozwiązaniem dla zmniejszania strat dodatkowych ( wypieranie prądu, prądy wirowe ) w transformatorach jest stosowanie przewodu CTC ( Continuously Transposed Conductor ). Udział przewodów CTC w zachodnich transformatorach dużej mocy jest coraz większy. Zmniejszając przekrój elementarnego przewodnika podnosimy tolerancje transformatora na prądy harmoniczne. Oczywiście połączone jest to z stosunkowo niewielkimi kosztami ale CTC są już wyrobem standardowym i nie trzeba tytanicznego wysiłku aby producenci CTC zastosowali cieńsze „druty”. Tolerancje harmonicznych podniesie też obniżenie maksymalnej indukcji w rdzeniu co jest kosztowne. Transformator podgrzewany harmonicznymi jest bardzo drogim grzejnikiem.
3.Załączenie równoległego kondensatora ( bez szeregowego dławika ) kompensacji mocy biernej zawsze podnosi poziom zniekształceń napięcia THD co może być niebezpieczne dla transformatora. Prosty przyrząd pomiarowy pokaże czy załączenie kondensatora kompensacji daje korzyść czy szkodę.
Stosunkowo niewielkie jest podniesienie gdy częstotliwość rezonansowa indukcyjności rozproszenia transformatora powiększona o ekwiwalentną indukcyjność sieci zasilania pomiędzy 5 i 7 harmonicznymi czyli około 6 harmonicznej , które z reguły jest bardzo mała.
4.Dopiero przy mocy sub MVA megawarowej szeregowy z kondensatorem dławik rezonansowy / antyrezonansowy kosztuje tyle co kondensator kompensacji mocy biernej. Zatem na poziomie mocy GPZ szeregowy dławik w LC jest już relatywnie tani. Dwójnik LC ( trójfazowy ) na poziomie SN większej GPZ może być załączany tylko raz dziennie zwykłym wyłącznikiem.
5.Harmoniczne prądu zasilającego nieliniowy odbiornik symetryczny są tożsame z pulsacją mocy czynnej. Gdy identyczne odbiorniki nieliniowe zasilane są z przesuniętych w fazie napięć to pulsacje sumarycznej pobieranej mocy maleją !
Idee tą można zastosować na wiele sposobów
-Transformator WN/SN może ( nie zawsze ) mieć podwójne uzwojenie wtórne d i y z przesunięciem faz o 30 stopni. Dodatkową zaleta jest zmniejszenie prądów zwarć i zbędność dławików zwarciowych oraz powiększona niezawodność zasilania przy rozłączaniu zwarć.
-Transformator SN/nN może mieć podwójne uzwojenie wtórne y i z.
-Tylko nieliczne większe transformatory WN/SN i SN/nN mogą ( nie zawsze ) być z przesunięciem fazy o 30 stopni.
-Idea ta występuje beznakładowo w prostownikach trójfazowych o wysokich m.
-W zakładzie mającym dużo spawarek ( jak stocznia ) z prostownikami tyrystorowymi połowa powinna mieć transformator y/y a druga yd. Tak samo połowa wszelkich tyrystorowych napędów DC powinna być zasilana z przesunięciem fazy.
6.Optymalny w cenie dławik dla nN do dwójnika LC „4-7%” powinien być z wieloma szczelinami w rdzeniu. Technologia ta znana jest na Zachodzie ale nie w Polsce. Warto go stosować tylko przy największych transformatorach SN/nN.
Jeśli nie będziemy budować elektrowni pompowo – szczytowych i rozsądnych odbiorników ( na przykład pompy ciepła ) dla pory nocnej to konieczne staną się potężne dławiki obniżające w porze nocnej napięcie na słabo obciążonych liniach 400 KV. W kolumnie rdzenia takiego dławika >100 MVAr jest kilkanaście lub więcej szczelin !
7.Dławik ( także indukcyjność rozproszenia transformatora ) przed jedno i trójfazowym prostownikiem pojemnościowym zmniejsza THD pobieranego prądu, szczególnie wyższe ale podnosi rezystancje wewnętrzną prostownika. Dławik taki eksperymentalnie zastosowano w nowoczesnym odbiorniku TVC z zasilaczem impulsowym SMPS z bardzo dobrym rezultatem.
Przy średnim obciążeniu indukcyjność dławika ma być taka aby szczyt prądu był na szczycie sinusoidy napięcia. Pobór mocy odbiornika TVC w czasie pracy zmienia się niewiele.
W masowej produkcji dławik może powiększyć koszt TVC o 0.5-1% a przy zastosowaniu rdzenia proszkowego zbędny stanie się dławik EMC
8.Potrzebne są normy ( czyli obowiązujące prawo ) aby działania były dobrze osadzone w realiach. Sensowna norma przynosi korzyści a bezsensowna szkody.
Szkodliwość harmonicznych prądu zależy od tego jak szybko spadają. Harmoniczne o tej samej wartości skutecznej generowane przez napęd tyrystorowy DC są o wiele groźniejsze niż harmoniczne generowane przez świetlówkę z dławikiem. Stąd potrzeba preemfazy.
-Norma może określić łagodną preemfazę stosowaną do pomiaru PU-zniekształceń napięć i „ostrą” preemfazę dla PI-prądów.
-Norma może określić dopuszczalne poziomy P-zniekształceń prądów dla różnych odbiorników. Na przykład odbiornika TVC.
-Norma może określić dopuszczalne poziomy P-zniekształceń prądów dla różnych odbiorców. Na przykład PKP będzie zmuszona zmodernizować część najstarszych podstacji trakcyjnych zatruwających harmonicznymi sieć.
-Norma może określić ile w pobieranym prądzie silniki asynchroniczne z kondensatorem pracy mogą wzmocnić harmoniczne w zasilającym napięciu .
9.Regulacja napięcia w sieci optymalną mocą bierną jest o wiele lepsza niż drogą przełączenia napięć transformatorów ! W Polsce stabilność systemu może podnieść zastosowaniem już kondensatorów (+L) mocy biernej około 1 GVAr co jest wydatkiem bardzo małym
10.Kompensacja szeregowa linii NN ( także trakcji kolejowej 25KV ) na wiele zalet ale wymaga potężnych tyrystorów z izolowanym na NN wyzwalaniem światłowodem.
11.Dławiki rezonansowe / antyrezonansowe są trudną konstrukcją i rozsądne jest początkowo wzorować się na zachodnich rozwiązaniach aby nie wyważać pół otwartych drzwi.
"Wojna tą sytuacje może momentalnie diametralnie zmienić. Podobnie jak głupota nie-rządu." Już odmienia i to gwaltownie !
OdpowiedzUsuńWitam. Płace realne spadły w ubiegłym roku i spadną w tym roku.
Usuń