A torzított hálózat és biztosítóelemei
2007/4. lapszám | Kerekes Zoltán | 3217 |
Figylem! Ez a cikk 18 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A következőkben arra kívánjuk felhívni a figyelmüket, hogy a nemlineáris fogyasztói csoportok számszerű növekedése milyen hatást gyakorol a villamos energia minőségére, vagyis ugyanazon hálózaton (hálózatrészen) üzemelő egyéb hálózati elemek (pl. kés...
Célszerű elsőként a "torzított hálózat" fogalmának rövid magyarázatával kezdeni ismertetőnket. Mint tudjuk, a villamosenergia-rendszerről táplált fogyasztók két alapvető csoportba sorolhatók, úgymint lineáris fogyasztók és nemlineáris fogyasztók.
A nemlineáris fogyasztók (pl. IT-berendezések, hegesztő-berendezések, nem izzószálas világítótestek stb.) abban különböznek a lineáris fogyasztóktól, hogy szinuszos feszültségre kapcsolva nem szinuszos áramot vesznek fel a hálózatból.
Tehát áramuk az alapharmonikus frekvenciájának (ami esetünkben 50 Hz) egész, illetve nem egészszámú többszöröseit is tartalmazza. Egy "torzított" eredő szinuszos jelalakot az 1. ábracsoporton látható egyszerűsített példán keresztül kívánunk szemléltetni.
Nem nehéz elképzelnünk azt, hogy ezek a harmonikus áramok adott frekvenciára vonatkoztatva a hálózat impedanciájának függvényében harmonikus feszültségeket eredményeznek. (Megjegyzés: az MSZ EN 50160:2001-es szabvány a PCC-pontokra vonatkozóan tartalmaz felharmonikus feszültségértékekre előírásokat.) Így belátható az is, hogy a hálózat ohmikus elemein harmonikus- veszteségek jönnek létre, valamint annak reaktív elemei között meddőteljesítmény-igény jelentkezik. Ezek a jelenségek az alapharmonikusra (50 Hz-es öszszetevő) vonatkoztatott veszteségekkel és meddőteljesítménnyel nagymértékű hasonlóságot mutatnak, azaz a hálózati elemeket termikusan terhelik!
Mivel a villamos hálózatok (és elemei is!) alapharmonikusra vannak méretezve, ezért a harmonikusok okozta "szenynyezettség" bizonyos esetekben zavarhatja azok rendeltetésszerű és üzembiztos működését.
Az előzőekben "céltudatosan" a torzított hálózatok termikus hatásaira (többletmelegedés, többletveszteség) kívántunk rámutatni. A továbbiakban ezen jelenségek hatását kívánjuk tapasztalati példákon keresztül minél szemléletesebben bemutatni.
Az említett hálózatok esetében a többletmelegedések, többletveszteségek megléte valamennyi hálózati elemen bizonyítható. (Megjegyzés: magyarországi viszonylatban a 0,4 kV-os hálózatok THD-I- értékei tapasztalataink szerint 20-60% közötti intervallumban változnak a terhelések függvényében. (Ezek az értékek 10 perces periódusidővel értendők, tehát nem pillanatnyi értékek!) Mi a hálózati elemek nagy csoportjából a biztosító elemek, pontosabban a gL/gG késes biztosítóbetétek és biztosítóaljzatok (azaz biztosító) esetére vonatkozó tapasztalatainkat kívánjuk megosztani Önökkel.
A vonatkozó szabványelőírások szerint a biztosítószál kiolvadásának a névleges áramerősség 1,5-2,1-szeres értéke között kell bekövetkeznie. Valamennyi biztosító a névleges áramerősségének megfelelő veszteségi teljesítménnyel, nem kioldó áramszinttel, kioldó áramszinttel és egyezményes idővel rendelkezik.
Ezért a biztosítóbetétek megválasztásakor több tényezőt érdemes figyelembe venni azok megfelelő működése végett:
. a tényleges terhelő áramot (Ieff);
. a terhelések ciklikusságát, tartósságát;
. a (gyakori) kapcsolási tranziensek számát;
. illetve más, egyedi szempontokat.
Az alábbi tényezők figyelembevételének fontosságára az alábbi példát hozzuk fel. Egy régi építésű irodaházat átépítettek, és irodahelyiségeit a jelen kornak megfelelő műszaki szintre emelték. De a fejlesztések sajnos nem terjedtek ki a villamosenergia-elosztó berendezésekre, így több nem várt probléma is jelentkezett. Egy adott leágazás 250 A névleges áramerősségű késes biztosítóbetétje az időszak első felében (kis kihasználtság mellett) feladatát teljes mértékben képes volt megoldani. (Megjegyzés: Ieff ~ 250 A értékre volt tehető.) A későbbiekben a biztosítóbetétek cserére szorultak, először 315 A névleges értékűek kerültek beépítésére, majd végleges megoldást a 400 A névleges áramerősségű késes biztosítóbetétek alkalmazása jelentett.
Az irodaház villamos karbantartója az első cserét a terhelésnövekedéssel magyarázta, a végleges, 400 A névleges értékű betétek alkalmazását pedig csak így indokolta: "Nagyon melegedtek a vezetékek!" Ez egy nagyszerű észrevétel volt részéről, bár az okát nem értette, ugyanis 298 A-nél nagyobb áramfelvételt nem mért kézi lakatfogó műszerével. Ennek magyarázata, hogy a használt mérőeszköz nem valós effektív értékek mérésére szolgált, tehát a harmonikus áramok nem kerültek mérésre.
(Megjegyzés: I1=298 A, Ieff ~ 350-385 A közötti intervallumban változott. Továbbá, a 315 A-es biztosítóbetétek nem kioldó árama 1,25 *In, és egyezményes idejük 3 óra.)
Természetesen ezen esetben nem csak a tévesen megválasztott biztosítóbetét-értékek idézték elő azok "gyakori" meghibásodását, hanem a nem megfelelő kötést biztosító biztosítóérintkező is (2. ábra)! További problémát idézhet elő a fázisok terhelései közötti nagymértékű aszimmetria, de ezzel jelenleg nem kívánunk foglalkozni.
Munkánk során egyre több esetben találkozunk azzal a jelenséggel, hogy az üzemek speciális berendezéseik (pl. fázisjavító berendezések) karbantartásával nem szakcéget, hanem a helyi villamos karbantartókat "bízzák meg". A fázisjavító berendezések esetében érdemes azt tudni, hogy általános szokás a panelenkénti (fokozatonkénti) biztosítás kialakítása. Ennek megfelelően tehát egy biztosítóhiba nem a teljes berendezés leállását, hanem csak a biztosított "fokozat" kiesését eredményezi. (A karbantartások hiánya vagy a rossz biztosítóbetét megválasztása az utólag fizetendő induktív meddőenergia-többletköltségében jelentkezik.)
Ennek elkerülése érdekében az alábbi "ökölszabályt" érdemes megjegyezni. Fojtózatlan (normál kivitelű) fázisjavító berendezések esetében az olvadóbiztosítók névleges áramértékét mindig a biztosítandó kondenzátorfokozat névleges teljesítményértékének 2-szeresére kell választani. (Ez a gyakorlatban úgy néz ki, hogy például egy Un = 400 V/50 Hz, Qn = 50 kvar értékű fokozatot 100 A névleges értékre biztosítunk.)
Ezen "ökölszabály" nem alkalmazható torló-fojtós, illetve szűrőköri fázisjavító berendezések esetében. (Megjegyzés: ebben az esetben a berendezésben felhasznált elemek (fojtótekercsek és kondenzátorok) üzemi értékei határozzák meg a biztosítóbetétek szükséges értékét.)
Reméljük, hogy a példákkal sikerült rámutatnunk arra, hogy a biztosítóbetétek tartós üzem-meleg állapota nagymértékben befolyásolja terhelhetőségük határait, így élettartamukat is. Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a torzított hálózaton lévő valamennyi hálózati elemünk, berendezésünk többlet-igénybevételnek van kitéve, sőt működésüket a harmonikus- szennyezettség egyéb (kedvezőtlen) módon is befolyásolhatja.
