Stan książki: NOWA

Wydawnictwo: AGH

Format: B5

Wydział: Energetyka

Opis :

Wyróżnienie w Konkursie na Najlepszą Książkę Techniczną organizowanym przez Federację Stowarzyszeń Naukowo-Technicznych NOT (8. Targi Książki Akademickiej i Naukowej ACADEMIA, Warszawa 22–25 maja 2014 r.).

Monografia koncentruje się na problemach jakości energii elektrycznej związanych z zaburzeniami wartości skutecznej napięcia. Rozdział pierwszy stanowi wprowadzenie w tematykę jakości energii elektrycznej w systemach elektroenergetycznych. Rozdział drugi zawiera charakterystykę organizacji normalizacyjnych oraz norm w dziedzinie jakości energii elektrycznej. W rozdziale trzecim podano zasadnicze wiadomości dotyczące zmian wartości skutecznej napięcia, m.in. ich klasyfikacji, przyczyn powstawania, wpływu na elementy sieci elektrycznych oraz odbiorniki, zasad organizacji pomiarów. Rozdział czwarty dotyczy wahań napięcia. Zawiera wiadomości o ich źródłach, skutkach oddziaływania na odbiorniki, koncepcjach pomiarów oraz metodach oceny. Rozdział piąty poświęcony jest zagadnieniom związanym z asymetrią napięć i prądów w różnych układach współczesnych sieci elektrycznych. W rozdziale szóstym skupiono się na najbardziej dokuczliwych dla dużej części współczesnych technologii zaburzeniach wartości skutecznej napięcia, jakimi są zapady napięcia i krótkie przerwy w zasilaniu. Współczesny stan oraz możliwe sposoby poprawy jakości zasilania omówiono w rozdziale siódmym. W ostatnim, ósmym, rozdziale przybliżono zagadnienia regulacji jakości dostawy energii elektrycznej. Przedstawiono różne koncepcje globalnej oceny jakości napięcia.

Książka będzie stanowić bardzo wartościową pozycję wydawniczą dla inżynierów, dyplomantów i doktorantów interesujących się problematyką jakości energii elaktrycznej.

Spis treści:

Od autora. 13

Spis wybranych oznaczeń i symboli 15

1. Wprowadzenie.. 21

1.1. Kompatybilność elektromagnetyczna.. 21

1.1.1. Dyrektywa europejska 24

1.2. Jakość dostawy energii elektrycznej. 25

1.2.1. Historia dziedziny. 27

1.2.2. Definicje jakości dostawy energii elektrycznej 29

1.3. Źródła złej jakości dostawy energii elektrycznej.. 31

1.4. Rodzaje zaburzeń elektromagnetycznych. 32

1.5. Zasady poprawy jakości dostawy energii elektrycznej.. 34

1.6. Partnerzy na rynku energii elektrycznej. 35

1.6.1. Odbiorca energii elektrycznej 36

1.6.2. Dostawca energii elektrycznej .. 39

1.6.3. Producent urządzeń. 41

1.7. Przyczyny wzrostu zainteresowania jakością dostawy energii elektrycznej . 43

Literatura 45

2. Kompatybilność elektromagentyczna (EMC) i jakość energii elektrycznej w normalizacji. 49

2.1. Organizacje normalizacyjne .. 49

2.1.1. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) 49

2.1.1.1. Normy podstawowe.. 50

2.1.1.2. Normy rodzajowe (ogólne).. 51

2.1.1.3. Normy produktu (przedmiotowe). 52

2.1.2. Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki (CENELEC) . 52

2.1.3. Inne międzynarodowe organizacje normalizacyjne.. 53

2.1.4. Narodowe organizacje normalizacyjne. 54

2.2. Perspektywy normalizacji .. 55

2.3. Normalizacja jakości energii elektrycznej w Polsce 55

Literatura 56

3. Wolne zmiany napięcia 58

3.1. Wprowadzenie.. 58

3.2. Skutki zmian wartości skutecznej napięcia.. 61

3.3. Pomiar wskaźników jakości napięcia.. 63

3.3.1. Organizacja pomiarów 63

3.3.2. Klasy pomiarów. 64

3.3.3. Agregacja pomiarów w czasie 64

3.3.4. Niepewność zegara czasu rzeczywistego 68

3.3.5. Koncepcja oznaczania 68

3.3.6. Odchylenie napięcia w górę i w dół 69

3.4. Statystyczne miary wskaźników jakości energii elektrycznej 70

3.5. Normalizacja wartości napięcia .. 75

3.6. Pojedyncza zmiana napięcia . 76

3.7. Układy regulacji napięcia 81

Literatura 82

4. Wahania napięcia 84

4.1. Wprowadzenie.. 84

4.2. Źródła wahań napięcia . 84

4.2.1. Piece łukowe 85

4.2.2. Urządzenia spawalnicze i zgrzewające. 87

4.2.3. Silniki indukcyjne. 88

4.2.4. Baterie kondensatorów.. 88

4.2.5. Elektrownie wiatrowe. 89

4.2.6. Interharmoniczne napięcia .. 89

4.3. Skutki wahań napięcia napięcia.. 93

4.3.1. Źródła światła . 93

4.3.2. Maszyny elektryczne .. 97

4.3.3. Przekształtniki statyczne .. 97

4.3.4. Urządzenia do elektrolizy i urządzenia elektrotermiczne .. 98

4.4. Pomiar wahań napięcia. 98

4.4.1. Klasyczne wskaźniki wahań napięcia 99

4.4.2. Pomiar migotania światła . 99

4.4.3. Miernik migotania światła 101

4.4.3.1. Blok 1 (normalizacja napięcia).. 102

4.4.3.2. Blok 2 (demodulacja).. 103

4.4.3.3. Blok 3 (filtracja). 104

4.4.3.4. Blok 4 (podnoszenie do kwadratu i wygładzanie) .. 107

4.4.3.5. Blok 5 (ocena statystyczna) . 108

4.4.3.6. Czas obserwacji .. 109

4.4.3.7. Krótkookresowy wskaźnik migotania światła 110

4.4.3.8. Długookresowy wskaźnik migotania światła . 112

4.4.4. Przykładowe wyniki pomiarów w sieci WN . 115

4.5. Badania porównawcze mierników migotania światła. 118

4.5.1. Badania w środowisku przemysłowym. 120

4.5.2. Badania laboratoryjne. 122

4.5.2.1. Test 1: analiza sygnału na wyjściu bloku 4. 122

4.5.2.2. Test 2: modulacja prostokątna 123

4.5.2.3. Test 3: zapady i wzrosty napięcia. 124

4.5.2.4. Test 4: skokowa zmiana fazy.. 125

4.5.2.5. Test 5: liniowość wyników pomiaru dla modulacji przebiegiem prostokątnym. 126

4.5.2.6. Test 6: liniowość wyników pomiaru dla modulacji przebiegiem sinusoidalnym .. 127

4.5.2.7. Test 7: wskazania miernika w odpowiedzi na zmianę częstotliwości przebiegu modulowanego. 128

4.5.2.8. Test 8: wskazania miernika w odpowiedzi na modulację przebiegiem sinusoidalnym.. 129

4.6. Nowe koncepcje konstrukcji miernika migotania. 132

4.7. Lokalizacja źródeł wahań napięcia 135

4.7.1. Metoda 1: pomiar wahań napięcia podczas pracy i po wyłączeniu odbiornika niespokojnego 137

4.7.2. Metoda 2: korelacja zmian wskaźnika Pst oraz zmian mocy biernej i czynnej . 139

4.7.3. Metoda 3: wpływ wahań napięcia w poszczególnych liniach zasilających na całkowite zaburzenie w PWP .. 139

4.7.4. Metoda 4: pomiar zmian napięcia i prądu.. 141

4.7.5. Metoda 5: pomiar zmian napięcia 141

4.7.6. Metoda 6: badanie nachylenia charakterystyki U-I 142

4.7.7. Metoda 7: badanie kierunku przepływu mocy interharmonicznych 144

4.7.8. Metoda 8: badanie „mocy (energii) wahań napięcia".. 144

4.8. Normalizacja wahań napięcia.. 146

4.8.1. Poziomy kompatybilności, emisji i odporności 146

4.8.2. Charakterystyki napięcia.. 147

4.8.3. Poziomy planowane. 148

4.9. Propagacja wahań napięcia 148

4.9.1. Propagacja wahań napięcia spowodowanych pracą pojedynczego odbiornika niespokojnego 149

4.9.2. Wahania napięcia pochodzące z wielu źródeł .. 152

4.9.3. Propogacja wahań napięcia w sieciach zamkniętych 153

4.10. Warunki techniczne przyłączenia .. 154

4.10.1. Graniczny poziom emisji wahań napięcia 156

4.10.2. Współczynniki propagacji w procedurze przydzielania emisji 160

4.10.2.1. Zastosowanie współczynników propagacji dla realokacji niewykorzystanej emisji 160

4.10.2.2. Realokacja niewykorzystanych emisji pomiędzy sieciami o różnych poziomach napięcia 162

4.11. Ocena poziomu emisji wahań napięcia 163

4.11.1. Ocena emisji wahań i zmian napięcia odbiorników małej i średniej mocy.. 163

4.11.1.1. Wyznaczanie względnej zmiany napięcia d.. 164

4.11.1.2. Metoda analityczna . 165

4.11.1.3. Szacowanie wartości wskaźnika Pst dla nieokresowych zmian napięcia. 167

4.11.2. Ocena emisji wahań napięcia odbiorników dużej mocy.. 167

4.11.2.1. Ocena poziomu emisji wahań na podstawie pomiarów porównawczych.. 168

4.11.2.2. Ocena poziomu emisji wahań na podstawie analizy statystycznej. 168

4.11.2.3. Pomiary poziomu emisji wahań napięcia 169

4.12. Wahania napięcia wywołane pracą rozproszonych źródeł energii.. 177

4.12.1. Układ silnik - generator. 177

4.12.2 Turbiny wiatrowe.. 177

4.12.2.1. Praca ciągła. 179

4.12.2.2. Procesy łączeniowe turbin wiatrowych 180

4.12.3. Wahania napięcia a zapady napięcia - analiza przypadku . 182

4.13. Sposoby redukcji skutków wahań napięcia.. 185

Literatura 192

5. Asymetria napięć i prądów.. 201

5.1. Wprowadzenie.. 201

5.1.1. Podstawy analizy .. 202

5.1.2. Analiza obwodów elektrycznych w układzie składowych symetrycznych 204

5.1.3. Asymetria w teoriach mocy obwodów elektrycznych.. 207

5.1.3.1. Układy jednofazowe z przebiegami sinusoidalnymi.. 208

5.1.3.2. Układy trójfazowe z przebiegami sinusoidalnymi.. 210

5.1.3.3. Składowe fizyczne prądu.. 213

5.1.4. Liczbowe miary asymetrii 217

5.1.4.1. Współczynnik asymetrii dla składowej przeciwnej 217

5.1.4.2. Współczynnik asymetrii dla składowej zerowej.. 218

5.2. Pomiar współczynników asymetrii 218

5.3. Źródła niesymetrii 222

5.4. Skutki niesymetrii 223

5.4.1. Silniki asynchroniczne .. 224

5.4.2 Generatory synchroniczne 225

5.4.3. Linie zasilające.. 226

5.4.4. Przekształtniki statyczne .. 228

5.4.5. Odbiorniki jednofazowe 230

5.4.6. Układy sterowania i zabezpieczeń.. 230

5.5. Odporność urządzeń na niesymetrię napięcia. 231

5.6. Normalizacja.. 232

5.7. Przykładowe wyniki pomiarów 233

5.8. Propagacja składowych symetrycznych. 235

5.9. Lokalizacja źródeł niesymetrii napięcia. 236

5.10. Warunki techniczne przyłączenia .. 238

5.11. Symetryzacja.. 243

5.11.1. Symetryzacja „naturalna".. 243

5.11.2. Zmiana konfiguracji odbiornika lub warunków jego pracy 244

5.11.3. Transformator Scotta 244

5.12. Zasady symetryzacji prądów sieci zasilającej za pomocą symetryzatorów statycznych. 246

5.12.1. Symetryzacja odbiornika połączonego w trójkąt . 251

5.12.2. Symetryzacja odbiornika połączonego w gwiazdę bez przewodu neutralnego 255

5.12.3. Symetryzacja odbiornik trójprzewodowego - „czarna skrzynka" .. 255

5.13. Kompensatory statyczne.. 256

Literatura 256

6. Zapady napięcia i krótkie przerwy w zasilaniu.. 261

6.1. Wprowadzenie.. 261

6.2. Definicje 262

6.3. Opis zaburzenia 267

6.3.1. Źródła zapadów napięcia.. 267

6.3.1.1. Zwarcia systemowe lub zwarcia w instalacjach odbiorczych .. 267

6.3.1.2. Procesy załączania odbiorników dużej mocy. 272

6.3.2. Czas trwania zapadu napięcia 276

6.3.3. Amplituda zapadu napięcia . 277

6.3.3.1. Odległość od miejsca zwarcia. 277

6.3.3.2. Rodzaj sieci zasilającej .. 278

6.3.4. Częstość zapadów napięcia . 279

6.3.5. Trójfazowe niesymetryczne zapady napięcia 281

6.3.5.1. Zwarcia doziemne jednofazowe 281

6.3.5.2. Zwarcie międzyprzewodowe dwufazowe. 282

6.3.5.3. Układ połączeń transformatora .. 283

6.3.5.4. Zwarcie doziemne dwufazowe 286

6.3.6. Krótkie przerwy w zasilaniu .. 288

6.4. Skutki zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu 289

6.4.1. Sprzęt informatyczny i układy sterowania . 291

6.4.2. Styczniki i przekaźniki .. 294

6.4.3. Lampy wyładowcze . 299

6.4.4. Silniki asynchroniczne .. 299

6.4.5. Silniki synchroniczne . 303

6.4.6. Regulowane napędy elektryczne.. 303

6.4.6.1. Napędy prądu stałego .. 305

6.4.6.2. Napędy prądu przemiennego .. 306

6.4.7. Rozproszone źródła energii . 309

6.5. Badanie odporności urządzeń na zapady napięcia 311

6.6. Redukcja skutków zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu . 314

6.6.1. Sposoby redukcji skutków stosowane po stronie dostawcy energii. 317

6.6.1.1. Zmniejszenie liczby zwarć 317

6.6.1.2. Zmniejszenie prądów zwarciowych. 317

6.6.1.3. Zmniejszenie czasu eliminacji zwarcia . 318

6.6.1.4. Automatyka SPZ. 319

6.6.1.5. Zmiana konfiguracji systemu zasilającego.. 320

6.6.2. Sposoby stosowane po stronie odbiorcy energii . 321

6.6.3. Poprawa odporności sprzętu .. 323

6.6.3.1. Zasilacze prądu stałego .. 325

6.6.3.2. Poprawa odporności napędów elektrycznych 325

6.7. Pomiar zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu.. 338

6.7.1. Zasady pomiaru.. 340

6.7.2. Cechy przyrządów pomiarowych. 343

6.7.2.1. Napięcie referencyjne.. 344

6.7.2.2. Czas trwania zapadu - wartości progowe początku i końca zaburzenia . 345

6.7.3. Zapad napięcia i krótka przerwa w zasilaniu 347

6.7.4. Zapady nieprostokątne .. 347

6.7.5. Klasyfikacja wyników pomiarów 348

6.7.6. Przykładowe wyniki pomiarów. 353

6.8. Metody analizy. 355

6.8.1. Metoda miejsc zwarciowych.. 356

6.8.2. Metoda krytycznej odległości 357

6.9. Normalizacja.. 357

6.10. Kontrakt 359

6.10.1. Czas pomiarów 360

6.10.2. Wartość napięcia referencyjnego.. 360

6.10.3. Miejsce i sposób przyłączenia przyrządu pomiarowego . 361

6.10.4. Dane techniczne aparatury pomiarowej 362

6.10.5. Wartości progowe detekcji zaburzenia.. 362

6.10.6. Technika raportowania wyników pomiaru.. 363

6.10.7. Metody agregacji wyników pomiaru.. 363

6.10.7.1. Agregacja wartości. 363

6.10.7.2. Agregacja fazowa. 364

6.10.7.3. Agregacja czasowa.. 366

6.10.7.4. Agregacja lokalizacyjna 369

6.10.8. Przykłady postanowień kontraktowych i regulacje. 370

6.10.8.1. USA. 370

6.10.8.2. Francja 374

6.10.8.3. Republika Południowej Afryki. 375

6.10.8.4. Holandia 376

6.11. Metody lokalizacji źródeł zapadów napięcia w sieci zasilającej.. 377

6.11.1. Analiza przebiegów czasowych napięć i prądów. 379

6.11.2. Analiza trajektorii pracy systemu zasilającego podczas zapadu 379

6.11.3. Analiza zastępczego obwodu elektrycznego .. 383

6.11.4. Analiza mocy i energii podczas zaburzenia 384

6.11.5. Analiza zmiany napięcia 385

6.11.6. Analiza współczynnika asymetrii . 386

6.11.7. Metody wykorzystujące algorytmy działania układów automatyki zabezpieczeniowej .. 387

6.11.7.1.. Metoda oparta na analizie zmiany impedancji. 388

6.11.7.2. Metoda wykorzystująca znak części rzeczywistej prądu zespolonego 390

6.11.7.3. Metoda wykorzystująca algorytm zabezpieczenia „odległościowego" 391

Literatura. 392

7. Układy zasilające o podwyższonych wskaźnikach energetycznych.. 403

7.1. Wprowadzenie.. 403

7.2. Ciągłość dostawy energii elektrycznej 404

7.3. Urządzenia zasilania rezerwowego 405

7.3.1. Niezależna linia zasilająca.. 406

7.3.2. Energoelektroniczne układy szybkiego przełączania źródeł zasilania .. 406

7.3.3. Wyłączniki półprzewodnikowe . 408

7.3.4. Zasilacze wirujące 408

7.3.4.1. Agregaty prądotwórcze.. 409

7.3.4.2. Maszyny z przemagnesowywanymi biegunami 412

7.3.5. Statyczne bezprzerwowe układy zasilające prądu stałego. 413

7.3.6. Statyczne bezprzerwowe układy zasilające prądu przemiennego 416

7.3.7. UPS o podwójnej konwersji (VFI).. 417

7.3.7.1. Prostownik. 421

7.3.7.2. Inwertor 424

7.3.7.3. Układy zwiększające niezawodność i skalowanie mocy UPS .. 429

7.3.8. Układ o biernej gotowości (VFD) 437

7.3.9. UPS interaktywny (VI) .. 438

7.3.10. UPS Delta.. 441

7.3.11. Hybrydowy UPS. 442

7.4. Układy stabilizacji napięcia i nadążnej kompensacji mocy biernej 445

7.4.1. Kompensator synchroniczny.. 445

7.4.2. Kompensatory/stabilizatory statyczne z nasyconym rdzeniem magnetycznym 447

7.4.2.1. Samonasycający się dławik.. 447

7.4.2.2. Dławik z obwodem sterującym prądu stałego 449

7.4.2.3. Stabilizator ferrorezonansowy 451

7.4.3. Kompensatory/stabilizatory energoelektroniczne .. 455

7.4.4. Równoległe kompensatory statyczne. 456

7.4.4.1. Baterie kondensatorów włączane łącznikami tyrystorowymi (TSC) 456

7.4.4.2. Układ ze stałą baterią kondensatorów i sterownikiem podstawowej harmonicznej prądu indukcyjnego (FC/TCR) .. 461

7.4.4.3. Układ TSC/TCR. 466

7.4.4.4. STATCOM. 467

7.4.5. Statyczne kompensatory szeregowe 471

7.4.5.1. Kompensacja zapadów i wzrostów napięcia (DVR).. 473

7.4.5.2. Stabilizacja i symetryzacja napięcia 477

7.4.5.3. Filtracja wyższych harmonicznych napięcia .. 479

4.4.5.4. Zmiana reaktancji zastępczej sieci zasilającej .. 479

7.4.5.5. Szeregowe kondensatory 480

7.4.5.6. Przesuwniki fazowe.. 481

7.4.6. Uniwersalny układ do poprawy warunków dostawy energii 485

7.4.7. Układy przełączające.. 488

7.4.7.1. Przełączniki zaczepów transformatora.. 488

7.4.7.2. Transformatory dodawcze. 489

7.5. Zasobniki energii elektrycznej. 490

7.5.1. Nadprzewodnikowe zasobniki energii.. 496

7.5.2. Superkondensatory.. 498

7.5.3. Układy z kołem zamachowym.. 499

7.5.4. Kwasowo-ołowiowe baterie akumulatorów.. 501

Literatura 503

8. Regulacja jakości dostawy enerii elektrycznej 516

8.1. Wprowadzenie.. 516

8.2. Zasady regulacji 517

8.2.1. Monitorowanie jakości dostawy energii.. 520

8.2.2. Minimalne standardy jakości dostawy energii. 520

8.2.3. Mechanizm bodźców finansowych. 520

8.2.4. Kontrakty „jakościowe" 521

8.2.5. Determinanty procesu regulacji jakości dostawy energii 523

8.3. Cele regulacji. 526

8.4. Koszty złej jakości zasilania . 527

8.5. Etapy regulacji jakości zasilania. 529

8.5.1. Etap I 529

8.5.2. Etap II.. 530

8.5.3. Etap III 533

8.5.4. Indywidualne i systemowe wskaźniki jakości.. 533

8.6. Jakość napięcia. 534

8.6.1. Regulacja napięcia a regulacja ciągłości zasilania. 534

8.6.2. Podstawowe zasady regulacji jakości napięcia 535

8.6.3. Monitorowanie istniejącego poziomu jakości .. 536

8.6.4. Benchmarking. 537

8.6.5. Gwarantowane minimalne poziomy jakości napięcia.. 538

8.6.6. Poziomy jakości napięcia hirudina gwarantowane umową .. 539

8.7. Globalne wskaźniki jakości napięcia 540

8.7.1. Wskaźniki oceny różnic między rzeczywistymi i idealnymi przebiegami napięć 541

8.7.2. Wskaźniki oceny kosztów złej jakości dostawy energii elektrycznej 542

8.7.3. Globalne zagregowane wskaźniki jakości.. 542

8.7.3.1. Całkowity wskaźnik jakości napięcia. 543

8.7.3.2. Składowe całkowitego wskaźnika jakości napięcia 544

8.7.3.3. System bonifikat. 548

Literatura . 555

Załączniki. 561

Załącznik 1: Podstawowe definicje 561

Załącznik 2: Klasy środowiska elektromagnetycznego. 576

Załącznik 3: Wybrane normy dotyczące EMC i jakości energii elektrycznej 577

Skorowidz. 589

Strona internetowa: www.jakoscenergii.agh.edu.pl

Załącznik 4: Klasyfikacja zaburzeń elektromagnetycznych według IEEE

Załącznik 5: Norma EN 50 160

Załącznik 6: Kontrakt na dostawę energii elektrycznej

Załącznik 7: Przykładowe miary liczbowe stosowane

do oceny zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu

Załącznik 8: Przykłady

Załącznik 9: Analiza porównawcza wskaźników wahań napięcia

Załącznik 10: Analiza porównawcza współczynnika asymetrii napięcia

Załącznik 11: Jakość napięcia - analiza porównawcza

obecnych regulacji

Załącznik 12: Wymagania dotyczące jakości zasilania stosowane

w przykładowych krajach Europy, różne od postanowień normy EN 50160

Załącznik 13: Przykładowe regulacje jakości napięcia

w wybranych krajach