Prelekcja dr inż. Karola Bednarka pt. JAKOŚĆ

Prelekcja dr inż. Karola Bednarka pt. JAKOŚĆ

dr inż. Karol Bednarek
EVER Sp. z o.o.
JAKOŚĆ, PEWNOŚĆ I WŁAŚCIWA KONSTRUKCJA UKŁADU ZASILANIA
A BEZPIECZEŃSTWO URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH
Wprowadzenie
We wszelkich obszarach działalności człowieka, zarówno w życiu prywatnym, jak również w pracy
zawodowej (przemysł, cała sfera usług, nauka, administracja itp.), powszechnie wykorzystuje się różnego
typu osprzęt elektryczny i elektroniczny. Z funkcjonowaniem urządzeń elektrycznych (zarówno elementów
obwodów zasilania, jak też odbiorczych) wiążą się zagadnienia bezpieczeństwa, a zatem możliwości
powstawania zagrożeń pożarowych bądź porażeniowych [1-9]. Wszystkie pracujące urządzenia elektryczne
mogą być narażone na oddziaływanie zaburzeń, w wyniku czego mogą nie spełniać w założony sposób
swoich funkcji bądź ulegać awariom.
W artykule skupiono uwagę na badaniach jakości energii w układach zasilania pod kątem poprawy
bezpieczeństwa oraz minimalizacji zagrożeń pożarowych, związanych z eliminacją nieprawidłowości w
obwodach zasilania elektrycznego. Poddano ilościowym i jakościowym analizom wpływ zastosowanego
systemu zasilania gwarantowanego UPS EVER SUPERLINE na eliminację przenoszenia się zaburzeń sieci
zasilającej (w postaci przepięć, zapadów, zaników lub odkształceń napięcia) na zasilany poprzez UPS
odbiornik energii, jak również na ograniczenie wprowadzania zaburzeń (w postaci odkształceń przebiegu
napięcia bądź stanów przejściowych, łączeniowych) przez odbiorniki o charakterze nieliniowym do sieci
zasilającej. Wykazywano zatem, że poza podstawową funkcją UPS bezprzerwowego zasilania odbiorników
umożliwiają one jednocześnie poprawę jakości energii (warunków pracy) zarówno zabezpieczanych
odbiorników, jak również sieci zasilającej (elektroenergetycznej). W efekcie dzięki poprawie jakości energii
w systemach zasilania i odbiorczych osiąga się poprawę bezpieczeństwa pracy osprzętu występującego w
tych układach, a jednocześnie minimalizację powstawania zagrożeń pożarowych związanych ze
wspomnianymi zagadnieniami. Przeprowadzono ponadto badanie UPS EVER POWERLINE GREEN 33
pod kątem selektywności zabezpieczeń na liniach dystrybucji energii w przypadku wystąpienia zwarcia (z
uwagi na duży prąd zwarcia zasilacza).
Waga jakości energii w zasilaniu urządzeń
Wszelki osprzęt elektryczny, dla właściwego funkcjonowania, wymaga doprowadzenia energii o
określonych parametrach. Od jakości dostarczanej energii elektrycznej zależą poprawność pracy, trwałość i
niezawodność urządzeń, jak również powstające straty energetyczne [1-9].
Każdy element, przez który przepływa prąd lub na którym występuje napięcie, jest źródłem
oddziaływania elektromagnetycznego. Jednocześnie w elementach poddanych oddziaływaniom
elektromagnetycznym generowane są sygnały elektryczne (napięcia, prądy), które w zależności od
charakteru rozpatrywanego elementu są sygnałami użytecznymi (wytwarzanymi świadomie w celu
uzyskania określonych efektów użytkowych) bądź też sygnałami niepożądanymi, pasożytniczymi,
doprowadzającymi niejednokrotnie do zakłóceń prawidłowej pracy lub uszkodzeń obiektów, w których są
generowane. Z tych powodów należy uwzględniać możliwość pojawienia się sygnałów zaburzających na
zaciskach zasilania urządzeń, a także możliwość przenikania zaburzeń z odbiorników do sieci zasilającej, z
czym nierozerwalnie wiąże się degradacja jakości przetwarzanej energii, a w konsekwencji powstanie
zagrożeń związanych z bezpieczeństwem osprzętu.
Zakłócenia występujące w układach zasilania i oddziałujące na odbiorniki mogą powodować:
 powstawanie dodatkowych strat mocy, a w efekcie przegrzewanie się urządzeń,
 uszkodzenia podzespołów elektrycznych lub elektronicznych,
 zakłócanie pracy oraz przedwczesne starzenie się osprzętu,
 uszkodzenia elementów izolacyjnych,
 powstawanie zagrożeń pożarowych bądź porażeniowych,
 zmiany parametrów technicznych oraz sprawności odbiorników,
 powstawanie przestojów w pracy urządzeń (w wyniku awarii lub zadziałania zabezpieczeń) itp.
W świetle przedstawionych rozważań, dla zachowania poprawności pracy oraz bezpieczeństwa
urządzeń i systemów, należy dokładać wszelkich starań, aby wyeliminować możliwość powstawania
opisanych problemów. Jednym z elementów takich działań jest wprowadzenie standaryzacji związanej z
jakością dostarczanej energii oraz ze wzajemnymi oddziaływaniami elektromagnetycznymi urządzeń i
systemów. Nie mniej istotnym jest zapewnienie właściwych warunków fizycznych (czyli sprzętowych) ich
funkcjonowania. Standaryzacji jakości energii oraz wzajemnych oddziaływań urządzeń dokonano poprzez
wprowadzenie następujących dokumentów [10-12]:
 PN-EN 50160 – Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych,
 PN-EN 61000 – Kompatybilność elektromagnetyczna (seria norm),
 DzU nr 93/2007, poz.623 – Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 4 maja 2007 w sprawie
szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego.
Zapewnienie właściwych, częstokroć znacznie zaostrzonych warunków zasilania elektrycznego, w których
przewidziane są odpowiednie procedury, związane z eliminacją niekorzystnych zdarzeń losowych, stanów
awaryjnych itp., jest szczególnie istotne w przypadkach funkcjonowania odbiorników o znaczeniu
strategicznym. Są to urządzenia lub systemy mające bezpośredni wpływ na zdrowie lub życie człowieka
albo związane z przetwarzaniem szczególnie ważnych danych bądź z procesami produkcyjnymi, w których
powstanie przerw prowadzi do wystąpienia znacznych strat ekonomicznych.
Jakość energii a zagrożenia pożarowe
Podczas funkcjonowania urządzeń mogą pojawić się pewne nieprawidłowości w ich pracy, w wyniku
których dochodzi do powstawania wyładowań elektrycznych (iskrzenia), przegrzewania się określonych
podzespołów, a nawet ich zapalenia się bądź wystąpienia eksplozji [1-9]. Wszystkie te czynniki mogą być
źródłem powstania pożaru.
Przykładowymi fizycznymi (realnymi) zagrożeniami pożarowymi wynikającymi z występowania
niewłaściwych parametrów energii zasilającej odbiorniki elektryczne są:
 przegrzewanie się silników indukcyjnych w wyniku oddziaływań wyższych harmonicznych (szczególnie
kolejności przeciwnej);
 nadmierne przyrosty temperatury uzwojeń transformatorów w rezultacie oddziaływań wyższych
harmonicznych (głównie kolejności zerowej);
 przegrzewanie się i przepalanie przewodu zerowego jako efektu oddziaływań wyższych harmonicznych
(sumowanie się harmonicznych kolejności zerowej);
 zapalenie się warystora w układach antyprzepięciowych;
 awarie baterii kondensatorów (powstające eksplozje) wskutek ich nieprawidłowej eksploatacji
(przeciążenia prądowe, napięciowe czy dopuszczalnej mocy) bądź błędów projektowych;
 przyspieszanie procesów starzenia i uszkodzeń izolacji.
W wielu przypadkach uniknięcie bądź ograniczenie powstawania zagrożeń pożarowych można osiągnąć
przez poprawę jakości energii zasilającej odbiorniki, co uzyskuje się przez wprowadzenie właściwych
rozwiązań sprzętowych.
Zabezpieczenia stosowane w UPS EVER
Zwiększenie bezpieczeństwa urządzeń zarówno ze względów pożarowych, jak i porażeniowych osiąga
się dzięki zapewnieniu prawidłowych warunków zasilania urządzeń, stosowaniu właściwych materiałów
podczas wykonywania elementów izolacyjnych i zabezpieczających, wykorzystaniu odpowiedniego
osprzętu eliminującego oddziaływanie zaburzeń na odbiorniki i sieć zasilającą (poprawiającego jakość
energii) oraz stosowaniu właściwych (często wymaganych normatywnie) zabezpieczeń układów i
systemów.
Przykładowo w urządzeniach oferowanych przez firmę EVER (producenta systemów zasilania
gwarantowanego) stosowane są następujące elementy zabezpieczeń:
 bezpieczniki automatyczne i topikowe na wejściu UPS (od strony zasilania),
 zabezpieczenia przeciwzwarciowe i przeciążeniowe na wyjściu UPS (od strony odbiorników),
 zabezpieczenia przeciwprzepięciowe (chroniące odbiorniki i wewnętrzne bloki zasilacza),
 zabezpieczenia obwodów stałoprądowych (akumulatorów wewnętrznych, wejść modułów bateryjnych
oraz odrębne na modułach bateryjnych),
 zabezpieczenia termiczne (chroniące wewnętrzne bloki UPS przed przegrzaniem),
 złącze EPO (Emergency Power Off - systemu umożliwiającego przerwanie dostarczania energii do
urządzeń odbiorczych z wyjścia zasilacza w ekstremalnych sytuacjach, np. pożar).
Elementy te stanowią ochronę przed powstawaniem zwarć, przeciążeń, nadmiernych przyrostów
temperatury, przepięć, co w znacznym stopniu eliminuje zagrożenia pożarowe. Ponadto z uwagi na
własności funkcjonalne UPS on-line osiąga się w nich znaczne ograniczanie przenikania zaburzeń
sieciowych do zasilanych odbiorników i odwrotnie, a zatem poprawę jakości przetwarzanej energii, co
zostanie przedstawione w zamieszczonych wynikach przeprowadzonych badań.
Przedostawanie się zaburzeń do sieci zasilającej
Z uwagi na powszechność zastosowań urządzeń elektrycznych i częste występowanie wielu różnego
typu urządzeń w bliskim otoczeniu oraz wzajemne ich oddziaływanie na siebie szczególnej wagi nabiera
potrzeba zapewnienia prawidłowej, niezakłóconej pracy każdego z tych elementów. Aby to osiągnąć, w
procedurach związanych
z kompatybilnością elektromagnetyczną ustalono dopuszczalne poziomy
oddziaływań zarówno w zakresie emisyjności (wprowadzania do środowiska), jak również odporności
(ograniczonej wrażliwości na oddziaływanie zaburzeń), jakie każdy z tych obiektów elektrycznych
i elektronicznych powinien spełniać w celu osiągnięcia harmonijnej pracy poszczególnych urządzeń we
wspólnym środowisku.
Parametry jakościowe energii elektrycznej zależą od prawidłowości zaprojektowania i wykonania
instalacji elektrycznej oraz od poprawności organizacji i funkcjonowania wszelkich urządzeń zasilających
oraz odbiorczych [1-9]. Zdecydowana większość zakłóceń pojawiających się w sieci zasilającej ma
charakter krótkotrwały, lecz może spowodować poważną awarię albo długotrwały przestój w pracy
urządzeń lub systemu. Niekorzystne zmiany parametrów napięcia mogą być efektem zjawisk powstających
w elektroenergetycznej sieci przesyłowej, w układach odbiorczych, jak również oddziaływania czynników
zewnętrznymch, takich jak np. wyładowania atmosferyczne. Częstymi problemami jakości energii
elektrycznej są pojawiające się zapady napięcia (krótkotrwałe obniżenie poziomu napięcia), zmiany
częstotliwości, zaniki napięcia (krótkotrwałe bądź długotrwałe przerwy w zasilaniu), oddziałujące zjawiska
przejściowe, przepięcia oraz odkształcenia przebiegu sygnałów (spowodowane nieliniowym obciążeniem w
systemie elektroenergetycznym). Przykłady przebiegów zaburzeń najczęściej występujących w sieci
elektroenergetycznej przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Przykłady przebiegów najczęściej występujących zaburzeń w sieci elektroenergetycznej
Podstawowymi parametrami określającymi jakość energii elektrycznej są:
wartość napięcia,
częstotliwość,
odkształcenia krzywej napięcia,
ciągłość zasilania (przy zachowaniu określonych parametrów napięcia).
Od jakości napięcia zasilającego (ograniczonego: występowania wyższych harmonicznych, pojawiania
się zapadów lub zaników napięcia, powstawania przepięć w sieci itp.) w dużej mierze zależy prawidłowa
praca urządzeń odbiorczych.
Eksploatowany sprzęt elektryczny, elektroniczny i informatyczny ulega ciągłym modernizacjom,
osiągając coraz wyższy poziom zaawansowania technicznego. W urządzeniach tych stosowane są
skomplikowane układy, w których wykorzystywane są często elementy nieliniowe. Włączenie do sieci
zasilającej odbiorników nieliniowych (w których pobór energii jest często zdyskretyzowany, impulsowy)
związane jest najczęściej z wprowadzaniem do obwodu zasilania zaburzeń, które mogą zakłócać
prawidłową pracę innych odbiorników podłączonych do tej sieci.
W dobie powszechnego funkcjonowania urządzeń elektronicznych, często pracujących impulsowo,
jednym z najistotniejszych czynników służących do oceny jakości energii elektrycznej jest zawartość
harmonicznych w przebiegach prądu i napięcia, czyli określenie poziomu ich odkształceń. Najczęściej
występujące i jednocześnie niosące za sobą najpoważniejsze skutki są harmoniczne nieparzyste (głównie
3, 5, 7 i 9). Szczególny wpływ np. na straty w transformatorach ma harmoniczna 3-go rzędu oraz pozostałe
składowe kolejności zerowej – w przypadku układów połączonych w trójkąt harmoniczne te sumują się w
poszczególnych fazach, natomiast w układach połączonych w gwiazdę powodują przegrzewanie się
przewodu zerowego [8]. Harmoniczne mogą wywoływać przedwczesne wyłączenie zabezpieczeń
nadmiarowo-prądowych, a także przeciążenie baterii kondensatorów do kompensacji mocy biernej [5].
Wyższe harmoniczne mogą również powodować wadliwe funkcjonowanie sprzętu komputerowego, wzrost
strat mocy oraz przegrzewanie się silników i transformatorów, jak również powstawanie rezonansów w
obwodach elektrycznych itp. [3]. Pojawienie się w sieci elektroenergetycznej wyższych harmonicznych
powoduje przedwczesne starzenie się urządzeń, a w efekcie konieczność szybszej ich wymiany [3, 8].
Zdecydowana większość obecnie eksploatowanego sprzętu to odbiorniki nieliniowe. Pobierają one prądy
odkształcone, a zatem w ich rozkładzie widmowym występują wyższe harmoniczne. Włączenie do obwodu
elektrycznego elementu pobierającego prąd odkształcony powoduje powstanie nieliniowego charakteru
całego obwodu. W przypadku urządzeń silnoprądowych (wysokomocowych) generowane przez nie
zakłócenia w postaci wyższych harmonicznych bądź związane z występowaniem stanów przejściowych
(przebiegów nieustalonych) wprowadzone do sieci elektroenergetycznej mogą zaburzać pracę innych
odbiorników podłączonych do tej sieci (wywołują odkształcenia bądź zaburzenia napięcia sieciowego) [3, 4].
-
Wpływ UPS na warunki pracy odbiorników oraz sieci zasilającej
W sytuacjach częstego pojawiania się zaników bądź nieprawidłowych parametrów napięcia
zasilającego, a jednocześnie w przypadkach występowania potrzeby eliminacji negatywnych oddziaływań
odbiorników na sieć zasilającą bardzo korzystnym rozwiązaniem jest zastosowanie systemów zasilania
gwarantowanego (UPS) pracujących w technologii VFI (Voltage Frequency Independent), czyli zgodnie z
inną nomenklaturą: on-line (rys. 2).
W systemach tych ma miejsce podwójne przetwarzanie energii. Napięcie sieciowe dostarczone na
wejście UPS zostaje wyprostowane w układzie prostowniczym, a następnie za pomocą magistrali
stałonapięciowej przekazane do falownika, gdzie z kolei jest przetwarzane na napięcie przemienne o
wysokiej jakości parametrach, którym podczas normalnej pracy zasilane są zabezpieczane odbiorniki.
Równocześnie napięciem z obwodu stałoprądowego doładowywane są akumulatory (baterie). W czasie
wystąpienia zapadów lub zaników napięcia sieciowego bądź innych jego nieprawidłowości odbiorniki
zasilane są bezprzerwowo niezaburzonym napięciem dzięki zasileniu falownika energią zgromadzoną w
akumulatorach.
W przypadku zasilania urządzenia o charakterze nieliniowym UPS skutecznie ogranicza przedostawanie
się generowanych przez nie zakłóceń w postaci wyższych harmonicznych do sieci zasilającej. Dzięki temu
odbiornik nie degraduje jakości zasilania sieciowego, a jednocześnie zasilany jest napięciem o założonych,
ściśle kontrolowanych parametrach.
Rys. 2. Schemat blokowy systemu zasilania gwarantowanego UPS ON-LINE (Voltage Frequency Independent)
Rezultaty przeprowadzonych badań
Pomiary napięć, prądów, mocy, współczynników THDi, THDu oraz zawartości poszczególnych
harmonicznych prądu i napięcia od strony zasilania sieciowego i na wyjściu UPS przy zmianach mocy oraz
charakteru obciążenia (nieliniowość, symetria sygnału) autor wykonał w Dziale Badań i Rozwoju firmy
EVER Sp. z o.o. Badaniom podlegał UPS EVER SUPERLINE 12 kVA / 9,6 kW, pracujący w technologii
VFI, na wyjście którego podłączono odbiornik o regulowanych: wartości mocy oraz stopniach nieliniowości i
symetrii obciążenia. Wprowadzono silną nieliniowość w badanym, regulowanym odbiorniku, po czym
obserwowano prądy i napięcia po stronie odbiornika (na wyjściu UPS) oraz w obwodzie zasilania
sieciowego UPS. Wyniki pomiarów zamieszczone w niniejszej pracy uzyskano dla obciążenia UPS mocą
około: 9,7 kVA / 9,6 kW dla obciążenia nieliniowego niesymetrycznego oraz 6,4 kVA / 6,3 kW dla
obciążenia nieliniowego symetrycznego.
Na rys. 3 zamieszczono oscylogramy: (1) prądu pobieranego z sieci przez UPS oraz (2) prądu pobieranego
przez odbiornik nieliniowy symetryczny podłączony na wyjściu UPS. Na rys. 4 przedstawiono rozkłady
widmowe (zawartość harmonicznych) prądu odkształconego odpowiednio na wejściu oraz wyjściu UPS
przy załączeniu odbiornika nieliniowego symetrycznego.
Oscylogramy prądów na wejściu (1) i wyjściu (2) układu UPS EVER SUPERLINE przy podłączeniu
odbiornika nieliniowego niesymetrycznego oraz rozkłady widmowe prądów odkształconych odpowiednio na
wejściu i wyjściu układu z tym odbiornikiem przedstawiono na rys. 5 oraz rys. 6.
Rys. 3. Oscylogramy prądów na wejściu (1)
i wyjściu (2) układu UPS EVER SUPERLINE przy
podłączeniu odbiornika nieliniowego
symetrycznego
Rys. 4. Rozkłady widmowe prądów odkształconych
odpowiednio na wejściu i wyjściu układu UPS EVER
SUPERLINE dla odbiornika nieliniowego symetrycznego
Rys. 5. Oscylogramy prądów na wejściu (1)
i wyjściu (2) układu UPS EVER SUPERLINE przy
podłączeniu odbiornika nieliniowego
niesymetrycznego
Rys. 6. Rozkłady widmowe prądów odkształconych
odpowiednio na wejściu i wyjściu układu UPS EVER
SUPERLINE dla odbiornika nieliniowego niesymetrycznego
Analiza kształtu i parametrów prądów na wejściu zasilacza (pobieranego z sieci) oraz na wyjściu UPS
(zasilania odbiornika) wykazała, że w przypadku pracy odbiorników nieliniowych (symetrycznych, jak i
niesymetrycznych) zarówno współczynnik THDi , jak również odpowiadające sobie harmoniczne na wejściu
układu są kilkakrotnie niższe niż charakteryzujące prądy odbiornika (na wyjściu). Przykładowo dla prądu w
obwodzie zasilanego odbiornika nieliniowego symetrycznego (rys. 3 oraz 4) współczynnik THDi wyniósł
63,5%, a harmoniczna rzędu 3-go przekroczyła wartość 53,5%. Na uwagę zasługuje fakt, że tak duży
poziom zniekształceń dotyczy wyłącznie obwodu obciążenia (po stronie wyjściowej zasilacza awaryjnego,
na co wpływ miał charakter załączonego odbiornika). Zakłócenia wywołane nieliniowością odbiornika tylko
w małym stopniu przeniosły się do sieci energetycznej – współczynnik THDi po stronie wejściowej UPS
wyniósł 8,4%, a zawartość trzeciej harmonicznej nieznacznie przekroczyła 7,5% (miało to miejsce dla
obciążenia poniżej 70% mocy UPS). Są to wartości ponad 7-krotnie mniejsze od wartości związanych z
pracą odbiornika nieliniowego. Wynika stąd, że UPS znacznie ograniczył przenoszenie się harmonicznych z
odbiornika do obwodu zasilania sieciowego. Podobnie sytuacja się kształtowała po załączeniu odbiornika
nieliniowego niesymetrycznego. Należy jednocześnie zwrócić uwagę, że w tym przypadku ze względu na
niesymetrię układu dodatkowo pojawiły się składowe harmoniczne parzyste o bardzo dużych wartościach.
Obserwowano również zachowanie się sygnału napięciowego na wyjściu UPS (zasilającego odbiornik)
podczas wytwarzania zapadów oraz zaników napięcia sieciowego (na wejściu UPS). Niezależnie od
powstających zaburzeń w sieci zasilającej na wyjściu UPS występowało napięcie o założonych,
kontrolowanych parametrach (co wynika z charakteru pracy UPS on-line).
W trakcie realizowanych badań wartość skuteczna napięcia wejściowego zależna była od obciążenia,
wynosiła od 210,6 V do 225,5 V, a napięcia wyjściowego utrzymywała się niezmiennie w wąskim zakresie:
od 230,5 V do 232,2 V. Wynika to z budowy i własności funkcjonalnych zasilacza awaryjnego on-line, który
wytwarza napięcie o określonych, założonych parametrach niezależne od jakości dostarczonej energii
elektrycznej.
W przypadku funkcjonowania systemów zasilania gwarantowanego korzystnym z punktu widzenia
użytkowego jest posiadanie przez UPS dużego prądu zwarcia. Osiąga się dzięki temu podczas wystąpienia
zwarcia w określonej linii możliwość zasilania pozostałych linii, w których zwarcie nie występuje (po
odcięciu toru zwarciowego przez zabezpieczenie występujące na linii zwarcia). Uzyskuje się ponadto
uodpornienie systemu UPS na pojawiające się stany przejściowe.
Pomiarów prądów zwarcia dokonano w zasilaczu UPS EVER POWERLINE GREEN 33 przy użyciu
oscyloskopu cyfrowego TPS2024. Zainicjowano zwarcie fazy L2 do przewodu neutralnego (rys. 7-8) oraz
zwarcie międzyfazowe (L2-L1), którego przebiegi przedstawiono na rys. 9-10. Na rys. 11 zamieszczono
przebieg zarejestrowany dla badań zwarciowych podczas testu z bezpiecznikiem B10, a na rys. 12 podczas
testu z bezpiecznikiem B16.
Na podstawie zrealizowanych badań można stwierdzić, że prąd zwarcia jednofazowego (L2N) miał
wartość około 100 A. Podobnie w przypadku zwarcia międzyfazowego (L2L1) prąd miał również wartość
około 100 A. Podczas testu zwarciowego z bezpiecznikiem B10 czas eliminacji zabezpieczenia (odcięcia
przez bezpiecznik B10 gałęzi, w której wystąpiło zwarcie) wynosił 6,9 ms, natomiast dla bezpiecznika B16
wynosił 3,4 ms. W obu przypadkach UPS po odłączeniu linii zwarciowej pracował poprawnie, zasilając
pozostałe podłączone linie.
Rys. 7. Wynik pomiaru prądu zwarcia jednofazowego
L2N
Rys. 8. Wynik pomiaru prądu zwarcia jednofazowego
L2N – wybrany fragment
Rys. 9. Wyniki pomiaru prądu zwarcia
międzyfazowego L1L2
Rys. 10. Wyniki pomiaru prądu zwarcia
międzyfazowego L1L2 – wybrany fragment
Rys. 11. Wyniki badań zwarciowych – test
z bezpiecznikiem B10
Rys. 12. Wyniki badań zwarciowych – test
z bezpiecznikiem B16
Uwagi i wnioski
Z przeprowadzonych badań i analiz wynika, że podczas zasilania przez UPS odbiorników o charakterze
nieliniowym (symetrycznych oraz niesymetrycznych) miało miejsce kilkakrotne zmniejszenie zarówno
współczynników zawartości harmonicznych (odkształceń sygnału), jak również odpowiadających sobie
poszczególnych harmonicznych prądów po stronie zasilania w stosunku do wyjścia zasilacza (strony
odbiorczej). W przypadku odbiorników liniowych oddziaływanie UPS nie jest tak korzystne, ponieważ
odbiorniki te nie zniekształcają prądu, natomiast układ wejściowy zasilacza generuje harmoniczne na
pewnym akceptowalnym poziomie. Na podstawie wykonanych pomiarów stwierdzić można ponadto, że
UPS wyeliminował także oddziaływanie zaburzeń napięcia sieciowego na zasilane odbiorniki.
Zrealizowane badania wykazały, że system zasilania gwarantowanego UPS VFI, poza bezprzerwowym
zasilaniem odbiorników, stanowi skuteczną metodę ograniczania przenoszenia się harmonicznych z
układów zawierających elementy nieliniowe do sieci elektroenergetycznej, a jednocześnie umożliwia
zasilenie odbiorników napięciem o ściśle kontrolowanych parametrach, niezależnie od nieprawidłowości
występujących w napięciu sieciowym. Uzyskuje się w ten sposób poprawę jakości przetwarzanej energii, co
jednocześnie wpływa na znaczące ograniczenie powstawania zagrożeń pożarowych zarówno w układzie
zasilania, jak również w obwodach odbiorczych.
Zastosowanie dużego prądu zwarcia w zasilaczach UPS EVER umożliwia uzyskanie wysokiej
selektywności zabezpieczeń, dzięki czemu możliwa jest po wystąpieniu zwarcia w jednej z zasilanych linii
kontynuacja zasilania pozostałych linii, po odcięciu linii ze zwarciem przez zabezpieczenia liniowe.
Nowatorskim rozwiązaniem UPS firmy EVER jest wprowadzenie jako dodatkowej opcji pracy zasilacza
funkcji kompensacji mocy biernej.
LITERATURA
Bednarek K., Kasprzyk L., Poprawa warunków pracy odbiorników o znaczeniu strategicznym oraz sieci
zasilającej, XXII Sympozjum PTZE Zastosowania Elektromagnetyzmu w Nowoczesnych Technikach i
Informatyce, Sandomierz, wrzesień 2012, s. 29-33.
[2] Bednarek K., Electromagnetic compatibility – the standard and legal problems, in “Computer
applications in electrical engineering”, edited by R. Nawrowski, ALWERS, Poznań 2006, pp. 89-105.
[3] Barlik R., Nowak M., Jakość energii elektrycznej – stan obecny i perspektywy, Przegląd
Elektrotechniczny, nr 07/08, 2005, s. 1-12.
[4] Bielecki S., Jakość energii elektrycznej na rynku energii, Przegląd Elektrotechniczny, nr 07/08, 2007,
s. 68-72.
[5] Pasko M., Lange A., Kompensacja mocy biernej i filtracja wyższych harmonicznych za pomocą filtrów
biernych LC, Przegląd Elektrotechniczny, nr 4, 2010, s. 126-129.
[6] Bednarek K., Electromagnetic action of heavy-current equipment operating with power frequency,
International Journal of Occupational Safety and Ergonomics (JOSE), Vol. 16, No 3, 2010, p. 357-368.
[7] Charoy A.: Compatibilite electromagnetique. Parasites et perturbations des electroniques. 1-4, Dunod,
Paris, 1996.
[8] http://jakoscenergii.ovh.org/doku.php?id=ocena_jakosci
[9] Hanzelka Z., Warecki J., Piątek K., Chmielowiec K., Zła jakość energii elektrycznej a zagrożenie
pożarowe – analiza przypadku, praca zbiorowa: Ochrona przeciwpożarowa w instalacjach
elektrycznych, DW MEDIUM, Warszawa 2012.
[10] Dz.U. nr 93/2007, poz. 623 – Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 4 maja 2007 w sprawie
szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego.
[11] PN-EN 50160: 2010 – Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych.
[12] Normy serii PN-EN 61000 – Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC).
[1]
Streszczenie
W pracy uwagę skupiono na poprawie bezpieczeństwa i ograniczaniu zagrożeń pożarowych w systemach
elektrycznych. Badano jakość energii elektrycznej w układach o charakterze nieliniowym. Dokonano
porównania zawartości harmonicznych napięcia i prądu na wejściu oraz wyjściu zasilacza awaryjnego UPS,
przedstawiono rozkłady widmowe sygnału odkształconego. Dokonano ilościowych i jakościowych analiz
wpływu zastosowanego systemu zasilania gwarantowanego UPS EVER SUPERLINE na ograniczenie
wprowadzania zaburzeń w postaci wyższych harmonicznych przez odbiorniki o charakterze nieliniowym do
sieci zasilającej oraz eliminację przenoszenia się zaburzeń sieci zasilającej w postaci przepięć, zapadów,
zaników lub odkształceń napięcia na zasilany (poprzez UPS) odbiornik energii. Rozważano również
korzyści płynące z zastosowania dużego prądu zwarcia w UPS EVER na przykładzie pracy POWERLINE
GREEN 33.
Publikacja: Elektro.info nr 12, 2012