Sabah elmasarawy power quality harmonics

2,559 views

Published on

0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
2,559
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
54
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Sabah elmasarawy power quality harmonics

  1. 1. POWER QUALITYHARMONICS<br />23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />1<br />جودة التغذية الكهربائية<br />التوافقيات<br />Dr. Sabah Elmasarawy<br />Egyptian Technology Systems<br />
  2. 2. التوافقيات HARMONICS<br />23/3/2011<br />الجهد المنتج في محطات توليد الكهرباء هو ثلاثي الأوجه وله الخواص التالية:<br />1- موجة جيبية صافية pure sinusoidal<br />2- قيمة محددة Specified Value<br />3- تردد واحد ومحدد (50 ذ/ث أو 60 ذ/ث)One and Fixed Frequency<br />4- اتزان جهود الأوجه الثلاثة من حيث القيمة وزاوية الطور<br />Balanced 3-phases<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />2<br />
  3. 3. 23/3/2011<br />3<br />120º<br />120º<br />ωt<br />شكل موجات جهد النظام الثلاثي الأوجه<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />
  4. 4. لماذا تظهر التوافقيات في الشبكة الكهربائية؟<br />23/3/2011<br />الأحمال في الشبكة نوعان:<br /><ul><li>خطية linear فيها شكل موجة التيار نفس شكل موجة الجهد – المقاومات، المكثفات، الملفات بدون الوصول لحالة التشبع في حالة الملفوفة على قلب حديدي.
  5. 5. غير خطية nonlinear فيها شكل موجة التيار لا يطابق شكل موجة الجهد (تشوه شكل الموجة). – دوائر الكترونيات القوى، مصابيح التفريغ، أفران القوس الكهربائي، الأجهزة المحتوية على دوائر الكترونية.</li></ul>د/صباح المعصراوي KEC&Eللفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />4<br />
  6. 6. أمثلة لموجاتغير جيبية<br />23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />5<br />
  7. 7. تحليل الموجة المشوهة<br />23/3/2011<br />باستخدام Fourier Analysis يمكن أن نمثل الموجة المشوهة بمجموع الآتي:<br /><ul><li>قيمة مستمرة DC
  8. 8. موجة جيبية أساسية ترددها يساوي تردد الشبكة
  9. 9. موجات جيبية ترددها يساوي المضاعفات الصحيحة لتردد الموجة الأساسية ولكل منها زاوية ازاحة عن الموجة الأساسية. وهذه الموجات تسمى التوافقيات Harmonics</li></ul>د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />6<br />
  10. 10. 23/3/2011<br />7<br />Zs<br />Z1<br />Z2<br />vp1<br />vp2<br />vs<br />vL<br />iLh<br />سريان التوافقيات في الشبكة الكهربائية<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />
  11. 11. 23/3/2011<br />8<br />Zs<br />Z1<br />Z2<br />vL<br />vp1<br />vp2<br />vs<br />iLh<br />i2h<br />i1h<br />PCC<br />PCC<br />i3h<br />أحمال أخرى (2)<br />أحمال أخرى (1)<br />ZL1<br />أحمال أخرى (3)<br />نقطة الربط المشتركةPoint of Common Coupling PCC<br /><ul><li> وهي نقطة في الشبكة الكهربائية تُغَذي أكثر من مشترك</li></ul>د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />
  12. 12. معاوقة الشبكة للتوافقياتNetwork Impedance for Harmonics <br />23/3/2011<br />مقاومة موصلات الخطوط الكهربائية (والكابلات) ومقاومة ملفات المحولات تزيد بنسبة قد تصل الى 30% للتوافقيات مقارنة للتردد الأساسي 50 هرتز.<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />9<br />
  13. 13. حالات الرنين Resonance <br />23/3/2011<br />وجود مكثفات مع الممانعات الحثية لعناصر الشبكة الكهربائية يؤدي الى حدوث حالة رنين. والرنين قد يكون رنين توازي أو رنين توالي مما له تأثير على قيمة توافقيات الجهد أو التيار وبالتالي قد تؤدي الى تعظيم مشكلة التوافقيات في الشبكة الكهربائية. <br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />10<br />
  14. 14. الأحمال المولدة للتوافقيات (اللاخطية)<br />23/3/2011<br /><ul><li>المعدات التي تستخدم وحدات الكترونيات القدرة مثل:
  15. 15. Converters</li></ul>التوافقيات المميزة characteristic harmonics<br />حيث أن P عدد النبضات <br />و h رتبة التوافقية<br />رتب التوافقيات ونسبها المعطاة بالمعادلتين هي نظرية. وتظهر توافقيات غير مميزة في حالة عدم تماثل زاوية الاشعال للثايرستور unsymmetrical firing of thyristors والقيم العملية لنسب التوافقيات تكون أقل من النظرية وتتأثر بالممانعة الحثية أمام converter<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />11<br />
  16. 16. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />12<br /><ul><li>Static Var Compensator</li></ul>h=3, 5, 7, ….<br />V جهد الخط<br />X الممانعة الحثية للوجه الواحد<br /><ul><li>Inverters
  17. 17. Electronic Phase Control</li></ul>أقصى نسبة لتوافقيات التيار للـ TCR<br />
  18. 18. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />13<br /><ul><li>Cycloconverter
  19. 19. Switch Mode Power Supply (in computers, TVs,… etc.)
  20. 20. Pulse Width Modulated Drive
  21. 21. أجهزة التفريغ الكهربائي مثل:
  22. 22. أفران القوس الكهربائي
  23. 23. مصابيح التفريغ مثل الزئبقية، الصوديوم، الهالوجين، الهالايد، وأيضاً الفلورسنت
  24. 24. المعدات الكهرومغناطيسية مثل المحولات</li></li></ul><li>بعض خصائص التوافقيات<br />23/3/2011<br />تسري التوافقيات عادة من الأحمال اللاخطية الى الشبكة الكهربائية<br />شكل الشبكة ووجود المكثفات فيها قد يؤدي الى زيادة قيم التوافقيات (تضخيمها) نتيجة حدوث حالات الرنين Resonance<br />يمكن تقسيم وتصنيف التوافقيات الى الآتي:<br />تولد التوافقيات ذات التتابع السالب -ve sequence عند مرورها في المحركات عزم تدوير سالب مما يؤدي الى انخفاض كفاءة المحرك.<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />14<br />
  25. 25. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />15<br />في حالة الشبكات ثلاثية الأوجه 4 موصل نجد أن التوافقيات ذات التتابع الصفري zero sequence(3 ، 6 ،9 ، ….) والتي تمر في الأوجه الثلاثة تضاف الى بعضها جبرياً في موصل نقطة التعادل. بينما بقية التوافقيات فان ما يمر في موصل نقطة التعادل من أي توافقية ناتج عن الجمع الاتجاهي لتيارات التوافقية في الأوجه الثلاثة. <br />كل توافقية لها قيمة وزاوية طور مثل الموجة الأساسية. وكل من القيمة وزاوية الطور لها تأثير على القيمة العظمى للموجة الكلية. بينما القيمة الفعالة للموجة الكلية تعتمد على القيمة الفعالة للموجة الاساسية وللتوافقيات ولا تعتمد على زاوية الطور.<br />
  26. 26. 23/3/2011<br />التأثيرات السلبية للتوافقيات على معدات الشبكة وأحمال المشتركين:<br />ويمكن تقسيمها الى ثلاث مجالات رئيسية:<br />أولاً: التأثيرات الحرارية (الاجهاد الحراري)<br />ثانياً: التأثيرات السلبية على العزل الكهربائي (اجهاد العزل)<br />ثالثاً: اضطراب الحمل وبعض الأجهزة<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />16<br />
  27. 27. 23/3/2011<br />17<br />التأثيرات الحرارية<br /><ul><li>المفاقيد النحاسية</li></ul>Rh مقاومة المعدة عند تردد التوافقية h<br />في حالة المحولات يضاف لها المفاقيد الشاردة stray losses<br /><ul><li>المفاقيد الحديدية</li></ul>توافقيات الجهد تسبب زيادة في المفاقيد الحديدية. فمفاقيد التيارات الدوامة تتناسب مع مربع التردد أما مفاقيد التخلف المغناطيسية فتتناسب طردي مع التردد.<br /><ul><li>مفاقيد العزل</li></ul>وتحسب زيادة المفاقيد بسبب وجود التوافقيات على أساس مجموع مفاقيد التوافقيات.<br />وتعتبر مفاقيد العزل ذات أهمية خاصة في الكابلات والمكثفات<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />
  28. 28. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />18<br />اجهاد العزل<br />تشمل اجهادات العزل بسبب التوافقيات على مايلي:<br /><ul><li> جهود زائدة (زيادة القيمة القصوى للجهد).</li></ul>أقصى قيمة للجهد في الموجة المشوهة تعتمد على كل من :<br /><ul><li> نسب توافقيات الجهد وزاوية طور كل منها نسبة لموجة التردد الأساسي.
  29. 29. وجود حالة رنين من عدمه
  30. 30. معدل زمني كبير لزيادة جهد الاستعادةالعابرة transient recovery voltage</li></ul>قد يحدث بسبب وجود توافقيات التيار في الشبكة زيادة di/dt عند نقطة تقاطع موجة التيار مع الاحداثي السيني مما يؤدي الى ارتفاع المعدل الزمني لزيادة جهد الاستعادة العابر dv/dt على القواطع الكهربائية عن المعدل الاعتيادي والذي قد يؤدي الى انهيار العزل وفشل القاطع في فصل الدائرة الكهربائية.<br />
  31. 31. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />19<br />اضطراب الأحمال<br /><ul><li> التشغيل غير الاعتيادي وغير المرغوب فيه أو فشل تشغيل الأجهزة الالكترونية مثل:
  32. 32. أجهزة القياس وخاصة أجهزة القياس الحثية للطاقة الفعالة وغير الفعالة وأجهزة قياس معامل القدرة.
  33. 33. مرحلات الحماية وخاصة تلك التي تعتمد على نسبة القيمة القصوى للجهد/التيار أو على نقاط تقاطع موجة الجهد مع الاحداثي السيني. فوجود التوافقيات قد يؤثر على كل من هذين العاملين. وأيضاً فان مرحلات الحماية الحثية قد تتأثر بالتوافقيات. أما مرحلات الحماية الارضية فانها لا تميز بين تيار التتابع الصفري zero sequence لموجة التردد الأساسي وبين تيار التوافقية الثالثة ومضاعفاتها. لذلك فان وجود نسب عالية من التوافقية الثالثة أو مضاعفاتها قد يؤدي الى تشغيل مرحلات الحماية الأرضية.
  34. 34. الأجهزة الالكترونية: كثير من الاجهزة الالكترونية خاصة أجهزة التحكم تعتمد في عملها على نقاط تقاطع موجة الجهد مع الاحداثي السيني أو شكل الموجة. ووجود التوافقيات يؤثر على ذلك.</li></li></ul><li>23/3/2011<br /><ul><li>أنظمة الاتصالات (التداخل التليفوني): فوجود التوافقيات في الشبكة الكهربائية وخاصة المؤرضة يؤدي الى ظهور جهد محتث في شبكات التلفون. وهذا الجهد المحتث رغم صغره فانه يؤدي الى التشويش على الاتصالات.وعادة ما يكون للتوافقية الثالثة ومضاعفاتها (zero sequence) التأثير الرئيسي في ذلك.
  35. 35. انخفاض العزم الكهرومغناطيسي للآلات الكهربائية</li></ul>د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />20<br />
  36. 36. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />21<br />التحكم في سريان التوافقيات<br />أولاً: طرق بدون استخدام مرشحات<br />1- تغيير حجم المكثفات و/أو مكانها<br />2-فصل وتوصيل المكثفات في عمليات تشغيل الشبكة الكهربائية.<br />3- توصيل الدلتا<br />4- زيادة عدد النبضات في الـ converter<br />5- تغذية الأحمال غير الخطية من مستوى جهد أعلى<br />ثانياً: باستخدام المرشحات<br />1- المرشحات غير فعالة Passive filters<br />2- المرشحات الفعالةActive filters <br />
  37. 37. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />22<br />* Passive Filter<br />* Active Filter<br />
  38. 38. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />23<br />IEC 61000-3-2 (2005-11) Limits for Harmonic Current Emissions (Equipment input Current <= 16 A per phase)<br />
  39. 39. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />24<br />
  40. 40. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />25<br />
  41. 41. 23/3/2011<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />26<br />
  42. 42. 23/3/2011<br />27<br />Supplytype<br />CurrentTDH (%)<br />VoltageTDH (%)RSC=20<br />VoltageTDH (%)RSC=100<br />Current Waveform<br />6-pulserectifier<br />30<br />10<br />2<br />12-pulserectifier<br />10<br />6<br />1.2<br />IGBTSupplyUnit<br />4<br />8<br />1.8<br />د/صباح المعصراوي KEC&E للفترة 22/3 الى 23/3/2011<br />

×