Ochrona przeciwporaeniowa instalacji napdowych z napiciowymi przemiennikami czstotliwoci

Ochrona przeciwporażeniowa instalacji napędowych z napięciowymi przemiennikami częstotliwości zasilanymi z sieci TN-S do 1 k. V. • Prądy i napięcia na wejściach i wyjściach mocy przemiennika napięciowego. • Przemiennik częstotliwości a zagrożenie porażeniem. dr inż. Jerzy Szymański Politechnika Radomska e-mail: j. szymanski@radom. pr. pl Dr inż. J. Szymański Strona 1

Nieliniowe obciążenie – źródło harmonicznych prądu i zwiększonych zakłóceń Nieliniowe obciążenie zniekształcenie prądu Impedancja układu zasilania Występowanie harmonicznych nieparzystych: 1, 5, 7, 11. . . zniekształcenia napięcia Zakłócenia przekazywane do otoczenia Harmoniczne prądu są przyczyną nieprawidłowego działania wielu technicznych środków ochrony przeciwporażeniowej wskutek występowania dużych zakłóceń asymetrycznych. Dr inż. J. Szymański Strona 2

Zniekształcenia prądu zasilania prostownika 3 f 6 d Analiza harmonicznych ------------------------Składowa podstaw. 38. 57 A Współ. THDi 104. 52% I RMS 55. 79 A Stała Harm. - Hc 704 % Harmoniczne: 5’th 30. 41 A 7’th 23. 64 A 11’th 10. 01 A 13’th 5. 07 A ------------------------ IFL- pełny prąd odciążenia przemiennika, ISC – prąd zwarciowy transformatora zasilania Dr inż. J. Szymański Strona 3

Przemiennik częstotliwości w instalacji napędowej to źródło prądów zakłóceń generowanych do sieci i silnika Każde 10 metrów kabla NN – 10 mm 2 odpowiada reaktancji indukcyjnej dla 50 Hz - X, ok. 1 m. W Dwa obwody generowania zakłóceń asymetrycznych o zmiennej dynamice: 1. Prostownik 3 f 6 d przemiennika - sieć zasilania (zależnie od obciążenia) 2. Falownik PWM przemiennika – silnik (zależnie od częstotliwości harmonicznej podstawowej napięcia zasilania silnika) Rezonans szeregowy - napięciowy Dr inż. J. Szymański Strona 4

Rodzaj i sposób podłączenia kabla silnikowego decyduje o zapewnieniu ochrony dodatkowej Napięcie międzyfazowe i prąd wyjściowy przemiennika PWM Tdz=5 ms. Udz=200 V, Idz=5 A, fh 1=40 Hz. Kabel ekranowany zmniejsza zawartość prądów zakłóceń wspólnych w przewodzie ochronnym PE między silnikiem i przemiennikiem: 1. 2. Ważne jest dwustronne łączenie kabla przy większych odległościach. Zwiększanie przekroju przewodu ochronnego PE nie wpływa na zmniejszenie poziomu prądów zakłóceń wspólnych. Napięcie fazowe i prąd wyjściowy przemiennika PWM obciążonego silnikiem klatkowym. Dr inż. J. Szymański Strona 5

Głębokość modulacji PWM (MSI) zwiększa zakłócenia asymeryczne Napięcie międzyfazowe silnika zasilanego z napięciowego falownika PWM dla podstawowej harmonicznej o częstotliwości 5 Hz i wartości skutecznej 136 V. Napięcie na zaciskach silnika: fh 1=5 Hz (Umax=768 V, Umin=-600 V) Widmo harmonicznych napięcia; RMS=136 V, Peak=768 V, Napięcie międzyfazowe silnika zasilanego z napięciowego falownika PWM dla podstawowej harmonicznej o częstotliwości 50 Hz i wartości skutecznej 420 V. Napięcie na zaciskach silnika: fh 1=50 Hz (Umax=768 V, Umin=-600 V) Widmo harmonicznych napięcia; RMS=420 V, Peak=648 V Silnik: ESg 90 L 4 B/TAMEL – 380 V/IN=3. 7 A/MN=10. 1 Nm/PN=1. 5 k. W/ izol. kl. B/nn=1420 obr/min Odległość: silnik – przemiennik = 3 m, + Modulacja napięcia wyjściowego przemiennika: VVC (3 rd generation PWM principle SFAVM – Stator Flux oriented Asynchronus Vector Modulation) Uwaga: Przy obciążeniu silnika stałym momentem nominalnym, poniżej 15 Hz występuje przegrzewanie silnika. Dr inż. J. Szymański Strona 6

Podsumowanie Zagrożenia właściwej pracy technicznych środków ochrony przeciwporażeniowej. HARMONICZE PRĄDÓW ZAKŁÓCEŃ ASYMETRYCZNYCH NA ZASILANIU GWAŁTOWNIE SIĘ ZWIĘKSZAJĄ PRZY PRZEWYMIAROWANYCH LUB NIEDOCIĄŻONYCH PRZEMIENNIKACH CZĘSTOTLIWOŚCI: • UNIWERSALNE PRZEMYSŁOWE PRZEMIENNIKI, TJ. DEDYKOWANE DO NAPEDÓW STAŁO I ZMIENNOMOMENTOWYCH O PRZECIĄŻENIU 150 -200% IN SĄ DUŻYM ŹRÓDŁEM HARMONICZNYCH ( Hc PRZY OBCIĄŻENIU NOMINALNYM WYNOSI OK. 700% ). • PRZEMIENNIKI DO DEDYKOWANE DO APLIKACJI WENTYLATOROWO-POMPOWYCH SĄ DUŻYM ŹRÓDŁAMI ZAKŁÓCEŃ HARMONICZNYCH ZE WZGLĘDU NA ICH DUŻE NIEDOCIĄŻENIE PRZY ZMNIEJSZANIU PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILNIKA. Ograniczenia zastosowania technicznych środków ochrony: • BRAK MOŻLIWOŚCI STOSOWANIA WYŁĄCZNIKÓW PRZECIWPORAŻENIOWYCH RÓŻNICOWOPRĄDOWYCH (DO 30 m. A). • TYPOWE PRĄDY ZAKŁÓCEŃ ASYMETRYCZNYCH W PRZEWODZIE PE OSIĄGAJĄ WARTOŚCI 50 – 100 m. A. ZALEŻĄ ONE OD DŁUGOŚCI I RODZAJU KABLA SLINIKOWEGO. • STOSOWANIE W INSTALACJI Z PRZEMIENNIKAMI WEJŚCIOWYCH FILTRÓW HARMONICZNYCH PRĄDU I WYJŚCIOWYCH FILTRÓW HARMONICZNYCH NAPIĘCIA, MOŻE UMOŻLIWIĆ WŁAŚCIWĄ PRACĘ TECHNICZNYCH URZADZEŃ UZUPELNIAJACYCH OCHRONE PODSTAWOWĄ I DODATKOWĄ. Dr inż. J. Szymański Artykuł i prezentację udostępnię dla dydaktyki e-pocztą. Strona 7