Pobierz opis

Imię i nazwisko: Andrzej Kaczor
e-mail: [email protected]
Uczelnia/Wydział: Politechnika Lubelska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki
Tytuł pracy doktorskiej: Wpływ parametrów łukowych reaktorów plazmowych na
przewodzone zaburzenia elektromagnetyczne
W procesach związanych z szeroko pojętą ochroną środowiska coraz częściej znajdują
zastosowanie reaktory generujące plazmę. Jednym z takich urządzeń jest reaktor ze
ślizgającym się wyładowaniem łukowym (zwanym również typu „GlidArc”). Jego istotną
cechą jest możliwość generowania nietermicznej plazmy przy ciśnieniu atmosferycznym.
Cecha ta umożliwia zastosowanie układu bezpośrednio w zanieczyszczonym gazie
a energochłonność metody jest stosunkowo niska jak dla procesów plazmowych. Wiele badań
w laboratoriach oraz jednostkach naukowo-badawczych zajmujących się zagadnieniami
chemicznymi plazmy potwierdza, że niskotemperaturowa plazma wytwarzana w reaktorze
typu GlidArc jest skutecznym narzędziem w procesach unieszkodliwiania i przetwarzania
różnych substancji gazowych.
Rys. 1. Widok pracującego trójelektrodowego reaktora plazmowego typu GlidArc
Reaktory plazmowe zasilane są ze specjalistycznych układów zasilania. Ich zadaniem
jest dostarczenie energii elektrycznej do elektrod roboczych oraz elektrody zapłonowej
reaktora plazmowego. Wartość doprowadzonego napięcia do elektrod musi zapewnić zapłon
wyładowania oraz podtrzymanie tego wyładowania, a jednocześnie ograniczyć prąd elektrod
głównych. Od wartości tych parametrów układu zasilania będzie zależała m.in. moc reaktora
plazmowego. Reaktory plazmowe są odbiornikami o nieliniowych charakterystykach
prądowo napięciowych oraz szybkozmiennych prądach wyładowania.
Reaktor plazmowy jako urządzenie elektryczne musi spełniać szereg różnych
wymagań, aby mógł być używany zgodnie z obowiązującymi przepisami i nie zagrażał
zarówno środowisku jak i życiu lub zdrowiu ludzi. Jednym z takich wymagań jest
zapewnienie kompatybilności elektromagnetycznej. Niespełnienie wymagań kompatybilności
elektromagnetycznej może zakłócić lub uniemożliwić pracę innych urządzeń elektrycznych
lub elektronicznych znajdujących się w tym samym środowisku elektromagnetycznym, czyli
np. urządzeń zasilanych z tych samych linii energetycznych. Zgodnie z obowiązującymi
przepisami prawa, każdy wyrób elektryczny lub elektroniczny – w tym również reaktor
plazmowy – przed oddaniem do użytku lub sprzedaży musi spełniać wymagania w zakresie
kompatybilności elektromagnetycznej, co powinno być potwierdzone stosownymi badaniami
lub obliczeniami.
Wyniki badań jednego z układów zasilania reaktora plazmowego zastosowanego
w laboratorium Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Lubelskiej
wykazują duże odkształcenie napięcia po stronie wtórnej układu zasilania na zaciskach
elektrod roboczych. Równie dużym odkształceniem charakteryzuje się napięcie zasilania
elektrody zapłonowej. W trójelektrodowym reaktorze plazmowym typu GlidArc występuje
również asymetria obciążenia zasilania spowodowana asymetrią wyładowania w układzie
trójelektrodowym. Uwarunkowania takie stanowią doskonałe źródło emisji zaburzeń
elektromagnetycznych.
Wartości tych zaburzeń będą zależały od wielu parametrów, a w szczególności od
rodzaju zastosowanego układu zasilania reaktora plazmowego, wartości prądów i napięć po
jego stronie wtórnej oraz szybkości ich zmian, rodzaju zastosowanego gazu oraz innych
parametrów konstrukcyjnych reaktora. Poziomy zaburzeń elektromagnetycznych
emitowanych przez reaktor plazmowy do jego środowiska pracy powinny być ograniczane do
wartości akceptowalnej przez inne urządzenia znajdujące się w środowisku pracy reaktora.
Zaburzenia emitowane do środowiska elektromagnetycznego pracy reaktora
plazmowego można podzielić na przewodzone występujące na jego zaciskach zasilania oraz
promieniowane.
Rys. 2. Układ pomiaru zaburzeń przewodzonych reaktora plazmowego typu GlidArc
94 Level dBuV
92
90
88
86
84
82
80
78
76
74
72
70
68
66
94 Level dBuV
92
90
88
86
84
82
80
78
76
74
72
70
68
66
b)
a)
QP (limit line) - PN-EN 61000-6-4:2004
Moving average (PK; L1; 2,5m3/h)
Moving average (PK; L1; 3m3/h)
Moving average (PK; L1; 3,5m3/h)
Moving average (PK; L1; 4m3/h)
Frequency MHz
1
QP (limit line) - PN-EN 61000-6-4:2004
Moving average (PK; L1; 5A)
Moving average (PK; L1; 10A)
Moving average (PK; L1; 12,5A)
Moving average (PK; L1; 15A)
Moving average (PK; L1; 20A)
10
1
Frequency MHz
10
Rys. 3. Napięcie zaburzeń na linii L1 zasilającej reaktor plazmowy dla różnych
wartości a) przepływności gazów roboczych b) prądów płynących przez układ roboczy
Level dBuV
95
90
85
80
75
70
65
60
55
QP (limit line) - PN-EN 61000-6-4:2004
Moving average (powietrze; PK)
Moving average (argon; PK)
Frequency MHz
1
10
Rys. 4. Napięcie zaburzeń na linii L1 zasilającej reaktor plazmowy przy
wykorzystaniu gazów roboczych - powietrza lub argonu
Wyniki badań wskazują, że największy wpływ na wartości zaburzeń przewodzonych
ma rodzaj gazu roboczego. W rozpatrywanym przypadku był to argon lub powietrze.
Pozostałe parametry w czasie tego badania, takie jak prąd układu zasilania elektrod roboczych
oraz przepływ gazów były niezmienne. Pomiary wykonano za pomocą detektora Peak (PK).
Różnica wartości zaburzeń dla wymienionych gazów roboczych wynosi do 15 dB,
przy czym wartości zaburzeń są większe dla powietrza.
Takich dużych różnic nie obserwuje się w przypadku różnych wartości przepływności
gazów roboczych oraz prądów płynących przez układ roboczy.
Pomiary wykonywano wprowadzając do kolumny reaktora powietrze o przepływności
2,5; 3; 3,5 oraz 4 m3/h. Nie zauważono większej zmiany wartości zaburzeń przewodzonych,
a różnice rzędu kilku decybeli mogą być spowodowane niesymetrycznością i niestabilnością
łuku w reaktorze. Wartość prądu zasilania wynosiła 15 A.
Podobną sytuację można zauważyć przy zmianie wartości prądu płynącego przez
układ roboczy reaktora. Jego wartość mierzona była po stronie pierwotnej układu zasilania
elektrod roboczych. W tym przypadku również nie zauważono większej zmiany wartości
zaburzeń przewodzonych na linii zasilającej reaktor plazmowy. Pomiarów dokonano przy
utrzymaniu stałego poziomu przepływności gazu roboczego 3 m3/h.
Na wykresach przedstawiono wartość graniczną wartości zaburzeń na liniach
zasilających określoną dla środowiska przemysłowego przez normę PN-EN 61000-6-4:2004.
Jak można zauważyć zmierzone wartości zaburzeń znacznie przekraczają poziom
dopuszczalny dla wszystkich nastaw wykonywanych w czasie badań.
Pomiary przeprowadzono przy zastosowaniu detektora wartości szczytowej (PK) oraz
średniej (AV) przy czasie obserwacji jednego pomiaru 10 ms. Układ zasilany był z trzech
oddzielnych transformatorów dla każdej fazy dla elektrod roboczych.
Na wartości zaburzeń przewodzonych może mieć wpływ każdy z czynników pracy
reaktora plazmowego - od rodzaju gazu roboczego, poprzez jego parametry pracy, układy
zasilania oraz konstrukcja mechaniczna reaktora. W dysertacji będą opisane zaprezentowane
badania, oraz zostanie określony wpływ poszczególnych czynników na wartości zaburzeń
przewodzonych. Opracowanie takie umożliwi osobom zajmującym się pomiarami
kompatybilności elektromagnetycznej określenie jakiego rodzaju badania oraz w jakim
zakresie muszą przeprowadzić, dla których wartości zaburzeń przewodzonych są największe.
W dalszej kolejności wyniki badań umożliwią zaprojektowanie odpowiedniego filtru
przeciwzaburzeniowe.