Određivanje prijenosnih karakteristika induktivnih naponskih … · 2018-05-12 · Sadržaj Uvod Ispitni krugovi za proizvodnju visokih napona koji sadrže više harmonike Ispitivanje

Seminar „Kvalitet električne energije”, Tuzla, BiH, 11.05.2018.

Određivanje prijenosnih karakteristika

induktivnih naponskih mjernih transformatora

namijenjenih mjerenju kvalitete električne

energije

Dr.sc. Božidar Filipović-Grčić, dipl.ing.el.

Fakultet elektrotehnike i računarstva

Sveučilište u Zagrebu

Seminar „Kvalitet električne energije”, Tuzla, BiH, 11.05.2018. 1

Sadržaj

� Uvod

� Ispitni krugovi za proizvodnju visokih napona koji sadrže više harmonike

� Ispitivanje frekvencijskog odziva (frequency response) i harmonijskog izobličenja (harmonic distortion) na naponskom induktivnom mjernom transformatoru za SN mrežu

� Ispitivanje visokonaponske opreme (Um=420 kV) sa osnovnim harmonikom i superponiranim višim harmonikom

� Zaključak


Uvod

� Naponski harmonici i ukupno harmonijsko izobličenje napona

� Uzroci: nelinearni tereti, uređaji energetske elektronike…

� Negativni efekti: dodatno zagrijavanje i gubici na elementimaEES-a (prijenosni vodovi, transformatori, kompenzacijski uređaji…)

� IEC 61000-4-30:2015, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part

4-30: Testing and measurement techniques – definirani zahtjevi natočnost PQ uređaja (klasa A); nisu definirani zahtjevi na točnost

mjernih transformatora

� U SN i VN postrojenjima PQ uređaji se spajaju na sekundarnaponskih mjernih transformatora


Uvod

� IEC 61869-3:2011 “Instrument transformers - Part 3: Additional

requirements for inductive voltage transformers” – definirazahtjeve na granice točnosti mjernih transformatora pri nazivnojfrekvenciji (50 Hz ili 60 Hz); nema zahtjeva na točnost na višim

frekvencijama

� Naponska i fazna pogreška mjernog transformatora su ovisne ofrekvenciji

� Ukupna točnost mjerenja KEE ovisi o prijenosnim

karakteristikama naponskih transformatora na višim

frekvencijama


Uvod

� Ispitivanje frekvencijskog odziva (frequency response - FR) iharmonijskog izobličenja (harmonic distortion - HD)

� Vrlo mali broj ispitnih krugova opisano u literaturi; ispitni naponido maksimalno 200 kV; ne postoji standardna oprema zaispitivanje…

� Jedno opisano ispitivanje u literaturi na 400 kV induktivnommjernom transformatoru. Maksimalna amplituda proizvedenihnaponskih harmonika 1% (do 1 kHz) i 0,2% (od 1 kHz do 5 kHz).

� Problem ograničenja snage izvora u ispitnom krugu.


Ciljevi

� Ispitni krug za proizvodnju visokog izmjeničnog napona koji uzosnovni harmonik sadrži i dovoljnu amplitudu viših harmonika (do15% amplitude osnovnog harmonika)

� Zahtjevi na ispitni krug: frekvencija 50 Hz – 2.5 kHz; nazivni naponopreme do 420 kV

� Ispitivanje frekvencijskog odziva i harmonijskog izobličenjainduktivnog naponskog mjernog transformatora

� Određivanje fazne pogreške i korekcijskih faktora za prijenosniomjer (naponska pogreška)


Ispitni krugovi za proizvodnju visokih napona koji sadrže više harmonike

Pojačalo

AWG

Ispitni

objekt

Mjerni kabel

Mjerna

oprema

Kapacitivno

naponsko

djelilo

VN mjerni sustav

Ispitni

transformator

Ispitni krug sa jednim izvorom bez kompenzacije

)sin()sin(1 tiUtUU iAWG ω+ω=

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

pi/p

1 (p

.u.)

Harmonic

( ) ( )tip

pUXtUU

i

AWG ω⋅

⋅+ω= sin100

sin 111

Frekvencijska ovisnost prijenosnog omjera ispitnog transformatora



Ispitni krug sa jednim izvorom i sa kompenzacijom

Pojačalo

AWG

C1

CibLib

Li

C1bL1b

Ispitni

objekt

Mjerni kabel

Mjerna

oprema

Kapacitivno

naponsko

djelilo

VN mjerni sustav

Ispitni

transformator

Ci

Nepropusni filter

za osnovni

harmonik

Kompenzacija

za i-ti harmonik

Nepropusni filter

za i-ti harmonik

Kompenzacija

za osnovni

harmonik



Ispitni krug sa dva izvora i sa kompenzacijom

NN mreža

220 V

Regulacijski

transformator

Međutransformator

Pojačalo

C1p

C1

CibLib

Lip

C1bL1b

CiAWG Li

Ispitni

transformator

Ispitni

objekt

Mjeni kabel

Mjerna

oprema

Kapacitivno

naponsko

djelilo

Izvor 1: proizvodnja osnovnog

harmonika napona (50 Hz)

Izvor 2: proizvodnja viših naponskih

harmonikaVN mjerni sustav

Nepropusni

filter za

osnovni

harmonik

Nepropusni filter

za i-ti harmonik

Propusni filter

za i-ti

harmonik

Propusni filter

za osnovni

harmonik

Međutransformator


Ispitni krug za ispitivanje frekvencijskog odziva i harmonijskog izobličenja

PC controlled

IVT

Measuring system


Kapacitivno naponsko djelilo kao referentni mjerni sustav

241.5

242

242.5

243

243.5

244

244.5

245

245.5

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

50 400 750 1100 1450 1800 2150 2500

Rat

io

Phas

e d

ispla

cem

en

t δ

(min

ute

s)

f (Hz)

Phase displacement

Ratio

Prijenosni omjer i fazni pomak kapacitivnog naponskog djelila određeni suprema IEC 60060-2 za frekvencije 50 Hz – 2.5 kHz u koracima od 50 Hz.


� Svrha ovog ispitivanja je odrediti fazne i naponske pogreškeinduktivnog naponskog transformatora na frekvencijama od50 Hz do 2,5 kHz.

� Ispitivanje provedeno pri osnovnom harmoniku napona kojiodgovara nazivnom primarnom naponu induktivnogtransformatora (fazni napon prema zemlji) za 3 varijantesekundarnog tereta: 0%, 50% i 100% nazivnog tereta.

� Amplitude viših naponskih harmonika iznose 10% amplitudeosnovnog harmonika kako bi se osigurao visoki omjer izmeđumjerenog sekundarnog signala i razine smetnji (šuma).

Ispitivanje frekvencijskog odziva


� Svaki viši harmonik posebno je superponiran osnovnomharmoniku i takav napon narinut je na primar naponskogtransformatora.

� RCF – (ratio correction factor) korekcijski faktor za prijenosniomjer – jednak je omjeru napona na primarnoj stranimjerenih referentnim mjernim sustavom (kapacitivno djelilo) inaponskim transformatorom.

� Fazna pogreška δ jednaka je zbroju kutne razlike izmeđuharmonika mjerenih na VN i NN strani djelila δd i kutne razlikeizmeđu harmonika mjerenih na NN strani djelila i NN straninaponskog transformatora δd-LV .



LVi

didii

Up

UpRCF

⋅

⋅=

LViddii −+= δδδ

0.987

0.99

0.993

0.996

0.999

1.002

1.005

0 500 1000 1500 2000 2500

RC

F

Frequency (Hz)

50 VA 25 VA 0 VA

-100

-50

0

50

100

150

200

250

0 500 1000 1500 2000 2500

δ(m

inute

s)

Frequency (Hz)

1a-1n

50 VA 25 VA 0 VA

2222

⋅

∂

∂+

⋅

∂

∂+

⋅

∂

∂+

⋅

∂

∂= ULV

LV

pUd

di

pd

di

RCFi uU

RCFu

p

RCFu

U

RCFu

p

RCFu

Maksimalni iznos proširene mjerne nesigurnosti za RCFi iznosi 0,57 %.

Proširena mjerna nesigurnost fazne pogreške δi iznosi 0,82 minute.



� Svrha ovog ispitivanja je odrediti sadržaj viših harmonikakoje generira naponski transformator na sekundaru, kada jena primaru narinut čisti sinusni napon osnovnog harmonika(50 Hz).

� Ispitivanje provedeno pri iznosima (50 Hz) napona 1 p.u. i1.1 p.u. od nazivnog faznog napona prema zemlji, za 3varijante sekundarnog tereta: 0%, 50% i 100% nazivnogtereta.


Ispitivanje harmonijskog izobličenja

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0 500 1000 1500 2000 2500

∆U

i(%

)

Frequency (Hz)

n

50 VA 25 VA 0 VA

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0 500 1000 1500 2000 2500

∆U

i(%

)

Frequency (Hz)

50 VA 25 VA 0 VA

Narinuti napon Un

Ui

∆Ui

φi

i

didi

RCFp

pU

⋅⋅

( ) %100

cos21

2

2

LV

i

i

di

dii

i

di

diiiURCFp

pUU

RCFp

pUUU ⋅⋅

⋅⋅⋅⋅−

⋅⋅+=∆ ϕ

Narinuti napon 1.1·Un


Ispitivanje harmonijskog izobličenja

Ispitivanje opreme sa Um=420 kV

NN mreža

220 V

Regulacijski

transformator Međutransformator

Pojačalo

C1p

C1

C3bL3b

L3p

C1bL1b

AWG L3

519.6 V

Ispitni

transformator

Ispitni

objekt

Mjerni kabel

Mjerna

oprema

Kapacitivno

naponsko

djelilo

Izvor 1: proizvodnja osnovnog

harmonika napona (50 Hz)

Izvor 2: proizvodnja trećeg

naponskog harmonikaVN mjerni sustav

Nepropusni

filter za

osnovni

harmonik

Nepropusni

filter za treći

harmonik

Propusni filter

za treći

harmonik

Propusni filter

za osnovni

harmonik

Međutransformator

230.1 A

56.6 A

36 A

17 A

23.4 V

8 A24 A

230.7 A36.8 A

256.3 A

25.6 A4.7 A

41.5 A

173.2 V77.9 V

87.1 A

66.2 mA

2U

2V

2WU

1U

1V

1/3U

2/3U

1/3U1W

I

C1p

C3bL3b

1/3U

2/3U

1/3U

Impedancija

filtera Zf

2

' 1

pZZ ff ⋅=

20 kV / 400 V,Dyn5, 630 kVA

p=86.6 → p’=28.9

IL3b=256.3 A → I’L3b=8.9 A

50 Hz (420/√3 kV) + 150 Hz (15% of 420/√3 kV)


Ispitivanje opreme sa Um=420 kV


Prigušnica za uzemljenje zvjezdišta u

HVDC postrojenju

Zaključak

� Predloženi su različiti ispitni krugovi za proizvodnju VN koji se sastoji odosnovnog harmonika i superponiranih viših harmonika s amplitudom5-15% osnovnog harmonika.

� Na temelju mjerenja frekvencijskog odziva i harmonijskog izobličenjanaponskog transformatora određeni su korekcijski faktori za prijenosniomjer i fazne pogreške na frekvencijama 50 Hz – 2,5 kHz.

� Ovi podaci mogu se primijeniti na rezultate mjerenja PQ uređaja kako bi seeliminirale pogreške u mjerenju viših harmonika koje unose mjernitransformatori.

� Kako bi se ispitne mogućnosti proširile za napone 123 kV≤Um≤420 kV,primijenjena je kompenzacija za osnovni i više harmonike sa specijalnimnačinom spajanja u ispitni krug preko propusnih i nepropusnih filtera.

� Uspješno su provedena ispitivanja opreme na srednjem naponu i visokomnaponu do 420 kV.


Literatura

� Filipović-Grčić, Dalibor; Filipović-Grčić, Božidar; Krajtner, Danijel. Frequency response and harmonic

distortion testing of inductive voltage transformer used for power quality measurements // 4th

International Colloquium "Transformer Research and Asset Management", Pula, Croatia, May 10 – 12,

2017. (predavanje, međunarodna recenzija, objavljeni rad, znanstveni)

� Filipović-Grčić, Dalibor; Filipović-Grčić, Božidar; Žiger, Igor; Krajtner, Danijel; Brezak, Danijel; Gardijan, Rajko.Temperature rise and DC current capability tests of star-point reactor used in HVDC transmission // SECONDSEERC CONFERENCE 2018: ENERGY TRANSITION AND INNOVATIONS IN ELECTRICITY SECTOR. Kyiv, Ukraine,2018. 1-10 (predavanje, međunarodna recenzija, rad u postupku objavljivanja, znanstveni).

� IEC 61000-2-2: “Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-2: Environment - Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in public low-voltage power supply systems”, Secondedition, International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, March 2002.

� IEC 61000-2-12: “Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 2-12: Environment - Compatibility levels forlow-frequency conducted disturbances and signalling in public medium-voltage power supply systems”, Firstedition, International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, April 2003.

� IEC 61000-3-6: “Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-6: Limits - Assessment of emission limits forthe connection of distorting installations to MV, HV and EHV power systems”, Second edition, InternationalElectrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, February 2008.

� EN 50160: “Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks”, Third edition, 2003.

� IEC 61000-4-30: “Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-30: Testing and measurement techniques -Power quality measurement methods”, Second edition, International Electrotechnical Commission, Geneva,Switzerland, October 2008.

� IEC 61869-3: “Instrument transformers - Part 3: Additional requirements for inductive voltage transformers”,First edition, International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland, July 2011.


Seminar „Kvalitet električne energije”, Tuzla, BiH, 11.05.2018.

Određivanje prijenosnih karakteristika

induktivnih naponskih mjernih transformatora

namijenjenih mjerenju kvalitete električne

energije

Dr.sc. Božidar Filipović-Grčić, dipl.ing.el.

Fakultet elektrotehnike i računarstva

Sveučilište u Zagrebu


Ovaj rad je sufinancirala Hrvatska zaklada za znanost projektom 9299 „Razvoj

naprednih visokonaponskih sustava primjenom novih informacijskih i

komunikacijskih tehnologija“.

Documents

Određivanje prijenosnih karakteristika induktivnih naponskih … · 2018-05-12 · Sadržaj Uvod Ispitni krugovi za proizvodnju visokih napona koji sadrže više harmonike Ispitivanje