DIPLOMOVÁ PRÁCA Priezvisko a meno: Zahradníková Dáša Rok: 2006 Názov diplomovej práce: Nepriaznivé vplyvy v elektrizačnej sústave harmonické zložky prúdu a napätia Fakulta: elektrotechnická Katedra: výkonových elektrotechnických systémov Počet strán: 53 Počet obrázkov: 8 Počet tabuliek: 5 Počet grafov: 29 Počet príloh: 18 Počet použitých literatúr: 9 Anotácia: (slovenský jazyk) Diplomová práca sa zaoberá meraním a simulovaním šírenia prúdových a napäťových harmonických zložiek vo vedení. Anotácia: (nemecký jazyk) Die Diplomarbeit befasst sich mit messungen und simulieren die Verbreitung der harmonischen Strom und Spannung komponenten in die Amtsleitung. Kľúčové slová: prúd, napätie, vedenie, model, nelineárna záťaž, harmonické zložky, deformácia, nadradená sústava Vedúci diplomovej práce: Doc. Ing. Alena Otčenášová, PhD. Recenzent diplomovej práce: Konzultant diplomovej práce: Dátum odovzdania diplomovej práce: 19.5.2006
Obsah ÚVOD... 1 1. HARMONICKÉ V ELEKTROENERGETICKÝCH SIEŤACH... 2 1.1 Analýza nesínusových prúdov a napätí... 2 1.1.2 Harmonická analýza... 3 1.2 Veličiny charakterizujúce harmonické... 4 1.3 Nepriaznivé účinky harmonických... 5 1.4 Zdroje neharmonických veličín... 6 2. ŠÍRENIE HARMONICKÝCH PRÚDU A NAPÄTIA VEDENÍM... 11 2.1 Rozbor dlhého vedenia... 11 3. MODELOVANIE ŠÍRENIA HARMONICKÝCH PRÚDU A NAPÄTIA NA MEDELI 110 kv VEDENIA A SIMULAČNOM JAZYKU MATLAB A JEHO PROSTREDIACH... 15 3.1 Modelovanie šírenia harmonických prúdu a napätia na modeli 110 kv vedenia... 15 3.1.1 Meranie frekvenčnej charakteristiky vedenia... 17 3.1.1. 1 3.1.1. 2 Model vedenia v stave naprázdno... Model vedenia v stave nakrátko... 1 8 1 9 3.1.1. Model vedenia zaťažený 2 3 impedanciou... 0 3.1.2 Harmonická analýza napájacieho prúdu a napätia modelu nelineárnej záťaže... 21 3.1.3 Meranie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia vedením... 25 3.1.3.1 Meranie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia vo vedení dĺžky 120 km zaťaženom na konci nelineárnou záťažou... 25
3.1.3.2 Meranie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na svojom začiatku a rezistorom na konci... 28 3.1.3.3 Meranie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na 60 km a rezistorom na 120 km... 30 3.2 Modelovanie šírenia harmonických prúdu a napätia v simulačnom jazyku MATLAB a jeho prostrediach... 32 3.2.1 Model vedenia zaťaženého na konci nelineárnou záťažou... 33 3.2.2 Model vedenia zaťaženého v strede nelineárnou záťažou a na konci rezistorom... 35 3.2.3 Model vedenia zaťaženého na začiatku nelineárnou záťažou a na konci rezistorom... 37 3.2.4 Model vedenia zaťaženého v strede a na konci nelineárnou záťažou... 39 3.2.5 Model vedenia zaťaženého nelineárnou záťažou na 60., 90. a 120. km vedenia... 40 4. MOŽNOSTI ODSTRÁNENIA NEPRIAZNIVÝCH VPLYVOV HARMONICKÝCH... 43 4.1 Aktívne filtre... 45 4.2 Pasívne filtre... 46 4.3 Simulácia filtrácie harmonických pasívnym filtrom... 46 ZÁVER... 50 ZOZNAM POUŽITÝCH PRÍSTROJOV... 52 LITERATÚRA... 53 - Textová časť bola sice v elektronickém forme dodaná ale žiaľ dokument bol poškození, nedá sa čítať.
Zoznam použitých symbolov a skratiek A u,h, u, h A i,h, B C B napäťové konštanty pre h-tu harmonickú B prúdové konštanty pre h-tu harmonickú i, h kapacitná susceptancia C EN f f r G G g U, h I ef I h k L l nf P p Q R S STN t T THD I g I THD U THD kapacita Európska norma frekvencia rezonančná frekvencia zvod generátor obsah základnej harmonickej napätia resp. prúdu rád harmonickej efektívna hodnota prúdu prúd h-tej harmonickej prirodzené číslo indukčnosť dĺžka vedenia nízkofrekvenčný činný výkon počet impulzov usmerňovača jalový výkon odpor zdanlivý výkon Slovenská technická norma čas perióda faktor celkového harmonického skreslenia činiteľ celkového harmonického skreslenia prúdu činiteľ celkového harmonického skreslenia napätia U, I efektívna hodnota neharmonického napätia resp. prúdu u (t), (t) i okamžitá hodnota napätia resp. prúdu
U 0, I 0 U 1, I 1 U 2 U ef U f U h, I h ν X C X L X G X T Y & Z & Z & V Z & h Z & Z α α β β 1 β h γ& γ λ jednosmerná zložka napätia, prúdu efektívna hodnota základnej harmonickej napätia resp. prúdu napätie sekundárneho vinutia TR resp. napätie na konci vedenia efektívna hodnota napätia fázová hodnota napätia efektívna hodnota napätia resp. prúdu h-tej harmonickej rýchlosť šírenia elektromagnetickej vlny kapacitná reaktancia induktívna reaktancia reaktancia generátora reaktancia transformátora priečna admitancia vedenia pozdĺžna impedancia vedenia vlnová impedancia vedenia impedancia vedenia pre h-tu harmonickú impedancia záťaže riadiaci uhol usmerňovača merná miera tlmenia merná miera fázového posunu merná miera fázového posunu pre základnú harmonickú merná miera fázového posunu pre h-tu harmonickú merná komplexná miera prenosu uhol komutácie vlnová dĺžka π konštanta (Ludolfovo číslo ) φ fázový posun medzi prúdom a napätím ϕ u,h, i, h ω ϕ počiatočné fázy napätia, prúdu vzhľadom na periódu h-tej harmonickej uhlová frekvencia
Zoznam príloh Príloha č. 1: Príloha č.2: Harmonická analýza pri meraní pomocou vektorového wattmetra Harmonická analýza pri meraní pomocou osciloskopu Príloha č.3: Simulačný model pre skúmanie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia 110 kv vedením zaťaženým na konci nelineárnou záťažou Príloha č.4: Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na konci Príloha č.5: Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na konci Príloha č.6: Simulačný model pre skúmanie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia 110 kv vedením zaťaženým v strede nelineárnou záťažou a na konci rezistorom Príloha č.7: Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou v strede a na konci rezistorom Príloha č.8: Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou v strede a na konci rezistorom Príloha č.9: Simulačný model pre skúmanie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia 110 kv vedením zaťaženým na začiatku nelineárnou záťažou a na konci rezistorom Príloha č.10: Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na začiatku a na konci rezistorom Príloha č.11: Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na začiatku a na konci rezistorom Príloha č.12: Simulačný model vedenia zaťaženého v strede a na konci nelineárnou záťažou Príloha č.13: Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou v strede a na konci vedenia Príloha č.14: Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou v strede na konci vedenia Príloha č.15: Simulačný model vedenia zaťaženého na 60., 90. a 120. km nelineárnou záťažou Príloha č.16: Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na 60.,90. a 120. km vedenia Príloha č.17: Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na 60.,90. a 120. km vedenia Príloha č.18: Simulačný model pre skúmanie filtrácie harmonických vo vedení zaťaženom na 60.,90. a 120. km nelineárnou záťažou
Príloha č. 1 Harmonická analýza pri meraní pomocou vektorového wattmetra I h 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 h Harmonická analýza prúdu pri meraní pomocou vektorového wattmetra h 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 I h (ma) 242 212 161 101 59,2 34,9 29,1 26 18 10,3 I h (%) I 1 100 87,6 66,7 41,6 24,4 14,4 12 10,7 7,44 4,26 U h (V) 50,2 1,05 1,52 0,94 0,27 0,02 0,29 0,4 0,17 0,14 U h (%) U 1 φ( ) -12,3 53,7 113 99,7 105 40 92,1-236 -191 137 h 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 I h (ma) 9,8 10,6 9,58 8,11 3,5 7,1 5,1 3,1 2,5 2,9 I h (%) I 1 U h (V) 0,12 0,23 0,25 0,13 0,02 0,01 0,2 0,48 0,25 0,25 U h (%) U 1 φ( ) 123 132 87,3 51-2,4-106 -96,7-144 158 99,9 Príloha č. 2 Harmonická analýza pri meraní pomocou osciloskopu I h 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60
50 45 40 35 30 U h 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 h h 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Harmonická analýza napätia pri meraní pomocou osciloskopu I h (ma) 10,2 252 218 161 100 48,3 23,9 23,7 19,2 14,6 11,2 U h (V) 0 50,3 0,84 1,53 0,76 0,29 0,09 0,42 0,02 0,05 0,07 φ( ) -11 146-57,6 93,6-125 -17,4 88,7-143 -18 94,5 h 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 I h (ma) 10 8 7,2 5,6 6 4,2 4 3,8 3,2 2,8 U h (V) 0,01 0,06 0,07 0,04 0,02 0,05 0,03 0,04 0,02 0,02 φ( ) -148-29,6 90-158 -29,5 86,9-144 -34 67,5 175 Príloha č. 13 Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou vstrede na konci vedenia
Prúd na konci vedenia Prúd v strede vedenia
Príloha č. 3 Simulačný model pre skúmanie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia 110 kv vedením zaťaženým na konci nelineárnou záťažou
Príloha č. 6 Simulačný model pre skúmanie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia 110 kv vedením zaťaženým v strede nelineárnou záťažou a na konci rezistorom
Príloha č. 9 Simulačný model pre skúmanie šírenia harmonických zložiek prúdu a napätia 110 kv vedením zaťaženým na začiatku nelineárnou záťažou a na konci rezistorom
Príloha č. 4 Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na konci Prúd na začiatku vedenia Prúd v strede vedenia Prúd na konci vedenia Príloha č. 5 Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na konci
Napätie v strede vedenia Napätie na konci Príloha č. 7 Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou v strede a na konci rezistorom
Prúd v strede vedenia Prúd na konci vedenia Príloha č. 8 Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou v strede a na konci rezistorom
Napätie v strede vedenia Napätie na konci Príloha č. 10 Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na začiatku a na konci rezistorom
Prúd v strede Prúd na konci Príloha č. 11 Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na začiatku a na konci rezistorom
Napätie na konci Napätie v strede
Príloha č. 1 Simulačný model pre skúmanie filtrácie harmonických vo vedení zaťaženom na konci nelineárnou záťažou
Príloha č. Simulačný model pre skúmanie filtrácie harmonických vo vedení zaťaženom na 60.,90. a 120. km nelineárnou záťažou
Príloha č. 15 Simulačný model vedenia zaťaženého na 60., 90. a 120. km nelineárnou záťažou
Príloha č. 12 Simulačný model vedenia zaťaženého v strede a na konci nelineárnou záťažou
Príloha č. 1 Simulačný model pre skúmanie filtrácie harmonických vo vedení zaťaženom na 60.,90. a 120. km nelineárnou záťažou
Príloha č. 13 Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou vstrede na konci vedenia Napätie na začiatku Napätie v strede Napätie na konci
Príloha č. 16 Harmonická analýza prúdu vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na 60.,90. a 120. km vedenia Prúd na začiatku Prúd v strede Prúd na konci
Príloha č. 17 Harmonická analýza napätia vo vedení zaťaženom nelineárnou záťažou na 60.,90. a 120. km vedenia Napätie na začiatku Napätie v strede Napätie na konci