No title

Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN – technická literatura

[email protected]

5

RUŠIVÉ VLIVY PØI PROVOZU HDO A JEJICH OSTRAÒOVÁNÍ

Pøedpokládáme-li spolehlivou vlastní èinnost vysílaèù a pøijímaèù, ohrožují bezpeènost provozu jen rušivé vlivy ze strany sítì, které je možné rozdìlit v zásadì do dvou skupin. První skupinu tvoøí poruchy na pøenosové cestì, které zároveò pùsobí rušivì i na pøenos energie se síovou frekvencí (mechanické pøerušení vedení, zkraty, pøímý zásah bleskem atd.). Druhá skupina, pro tuto úvahu dùležitìjší, v sobì zahrnuje rušivé vlivy pùsobící jen na zaøízení HDO a vznikající normálním provozem silnoproudé sítì. Poruchy takto vzniklé nemohou být odstraòovány omezováním normálního provozu, nýbrž je nutné, abychom tyto rušivé jevy znali a snažili se jejich úèinkùm buï vyhnout, nebo je vhodnými prostøedky potlaèit tak, aby parazitnì nezasahovaly do bezpeènosti provozu zaøízení HDO.

5.1

KRÁTKODOBÁ PARAZITNÍ NAPÌTÍ

Krátkodobá parazitní napìtí mohou být zpùsobena pøechodovými jevy pøi zapínání a vypínání velkých spotøebièù (hlavnì kompenzaèních kondenzátorù). Mùže to však být i jiskøení (výboje), napø. na závìsech trolejového vedení elektrických drah, které obsahuje zcela nedefinovatelné spektrum rušivých frekvencí. Mezi další pøíèiny mùžeme zapoèítat i pùsobení atmosférické elektøiny, popø. nìkterých jiných krátkodobých jevù. Pozorujme nyní blíže vznik parazitního napìtí pøi zapnutí kompenzaèních kondenzátorù na sí. Proudy a napìtí na kondenzátoru jsou ustálené a pøechodné. Ustálený proud závisí pouze na stálých konstantách pøipojeného obvodu a jeho kmitoèet je totožný s kmitoètem sítì, který oznaèíme f50. Pøechodný proud o kmitoètu fx, který je urèen vlastní rezonanèní frekvencí obvodu a bývá nìkolikanásobkem síové frekvence, se exponenciálnì zmenšuje v závislosti na èasové konstantì obvodu. Poèáteèní amplituda závisí na okamžiku pøipojení kondenzátoru na sí vzhledem k fázi síového napìtí. Nejhorší pøípad nastane tehdy, je-li kondenzátor zapnut v okamžiku maximálního napìtí. Oznaèíme-li klidový ustálený proud I50, pak proudový náraz je

, 

56

I[ I

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

A

z èehož plyne, že maximální proud èiní I ± » L PD[ = ªª + [ ²²,  I  Õ ½

(64)

Pøechodná složka napìtí má amplitudu rovnou amplitudì ustálené složky U50, takže maximální napìtí je (65)

X PD[ = 8 

Optimální pomìry nastanou tehdy, jestliže je kondenzátor zapnut v okamžiku nulového napìtí síové frekvence. Amplituda proudu pøechodné složky má stejnou velikost jako amplituda ustálené složky proudu, takže (pøi velké èasové konstantì obvodu) je

L PD[ = , 

(66)

Amplituda pøechodného napìtí na kondenzátoru bude 8 

I I[

a maximální napìtí bude I » X PD[ = ªª +  I[ ½

± ²²8  Õ

(67)

Pøi provozu se pøechodné proudy a napìtí pohybují mezi tìmito krajními hodnotami. U kompenzaèních kondenzátorù blokovaných zádržemi jsou pomìry ještì komplikovanìjší. Amplitudy rušivých napìtí vznikající spínacími pochody a zmìnami zatížení jsou podle okolností rozprostøeny v celé frekvenèní oblasti užité pro ovládání a jejich velikost mùže dosahovat citlivosti pøijímaèù. Zpravidla jde o krátkodobé impulzy, nebo skupiny impulzù, jejichž napìtí mohou dosáhnout až nìkolika desítek voltù. Tyto rušivé impulzy vstupní obvod obvykle indikuje. Necitlivosti vstupního obvodu vùèi tìmto vlivùm se dosahuje rùznými zpùsoby.

A

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

57

5.2

PARAZITNÍ NAPÌTÍ TRVALÉHO RÁZU

Pøíèinou tìchto rušivých napìtí je deformace sinusového prùbìhu køivky síového napìtí a mohou je vyvolávat všechny elektrické stroje. Pøitom se v síti objevují nespojitá spektra vyšších harmonických síové frekvence. Velké synchronní generátory ve vìtšinì pøípadù vyšší harmonické témìø neprodukují. Vyskytnou-li se výjimeènì, lze je vhodnou úpravou potlaèit. Horší situace je však u malých a zvláštì pomalobìžných generátorù, které do sítì dodávají hlavnì 5.; 7.; 11.; a 13. harmonickou síového kmitoètu. Dalšími zdroji harmonických jsou elektrické pece a polovodièové usmìròovaèe. U transformátorù napájejících usmìròovaèe je celkový prùbìh proudu stupòovitý, pøièemž vzniká øada harmonických. Je-li poèet fází usmìròovaèe y, pak mùžeme urèit vzniklé harmonické podle vztahu

K = P  \ 

(68)

kde m je libovolné celé kladné èíslo. Velikost amplitudy jejich proudu urèíme pøibližnì podle dalšího vztahu ,K =

 , K 

(69)

kde I50 je velikost proudu základní harmonické. Rušivé spektrum vyšších harmonických od trojfázových usmìròovaèù má pøibližnì hyperbolický prùbìh amplitud v závislosti na frekvenci, vyjímaje tøetí harmonickou a její násobky. Deformace síové køivky v urèitém místì závisí na zatížení usmìròovaèe, na kvalitì polovodièových prvkù a na vzdálenosti od nich. Poslední velkou skupinou produkující vyšší harmonické jsou všechny elektrické stroje se železným obvodem, které odebírají ze sítì magnetizaèní proud, jehož prùbìh není sinusový. Do této skupiny je možné zaøadit transformátory, asynchronní motory, tlumivky apod. V tomto spektru se vyskytují liché harmonické (3., 5., 7., 9., 11., 13., 17., 19. atd.). Zapojením spotøebièe do trojúhelníka je však možné odstranit tøetí harmonickou a její celistvé násobky. Z uvedeného je vidìt, že nejvìtší amplitudy mají kromì základní harmonické také 5., 7., 11., 13., 17., 19., 23., 25. a 29. harmonická síového kmitoètu. Rozborem u asynchronních motorù se zjistilo, že rozdìlením vinutí do drážek vzniká pøi otáèení rotoru kolísání impedance motoru, které má za

58

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

A

následek vznik vyšších harmonických. Jejich frekvence závisí na otáèkách motoru a na poètu drážek rotoru. Je-li motor pøipojen pøes delší napájecí vedení (hlavnì venkovní), pak mùže vzniknout rušivý signál o amplitudì i nìkolik voltù. Proud vyšších harmonických Ih vykazuje ve vodièi vedení úbytek napìtí 8 K = w K /, K

(70)

Jestliže citlivost pøijímaèe je U min, pak nutnì platí, že U h < Umin. Uvažujeme-li zdánlivý výkon motoru N50 pøi jmenovitém napìtí U50 a proudu I50, pak

1  = 8  , 

(71)

a vztáhneme-li Ih na I50, pak

8 8 ,K §  PLQ  ,  1 w K /

(72)

Za pøedpokladu, že venkovní vedení má L = 1,05 mH.km-1, vedení je dlouhé 2 km a U50 = 380 V, dostaneme

, ,K 8 §    PLQ a pro fh = 1000 Hz a motor 10 kVA je K § ,  , 1IK Proto v obdobných pøípadech, kde by se pøestoupila z tìchto pøíèin citlivost pøijímaèù, je nutné zdroj vyšších harmonických blokovat. Aèkoli z tøífázového synchronního nebo asynchronního motoru nemùže vzniknout frekvence napø. 1050 Hz, pøesto mùže zpùsobit rušivé napìtí, které pøestoupí hranici citlivosti pøijímaèe. Nejbližší frekvence která se mùže objevit, je 1150 Hz; ta se však pøi zatížení snižuje úmìrnì se skluzem. Pøi pøetížení asynchronního motoru mùže frekvence klesnout až na 1100 Hz pøi souèasném nárùstu napájecího proudu a pøi omezené selektivitì pøijímaèe pak mùže dojít k jeho nábìhu. Ještì horší však je, že se pøi rozbìhu motoru objeví zmìnou otáèek celé spektrum frekvencí a tyto nemají rušivý vliv jen pøi dostateènì rychlém rozbìhu. Rovnìž pøi pøepínání motoru pøepínaèem hvìzda-trojúhelník se mùže velmi rušivì projevit frekvence 850 Hz. Stejné obtíže mohou nastat i u kroužkových motorù

A

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

59

s regulací otáèek. Bližším zkoumáním bylo zjištìno, že problém proudù vyšších harmonických je identický s parazitními synchronními toèivými momenty. Došlo se k následujícím závìrùm: 1. Optimální zešikmení drážek v rotoru nebo statoru je závislé na poètu drážek, na kroku vinutí a na poètu pólpárù. Nejvìtší synchronní moment, a tím i nejvìtší hodnota vyšších harmonických vzniká pøi rozdílu poètu drážek (d1 – d2) = 2pp. Zde i malé výrobní odchylky mají znaèný význam. 2. Zmìnou kroku cívek se mùže nìkdy dosáhnout velkých zlepšení, hlavnì pro urèitou frekvenci (je ekonomicky výhodnìjší než zmìna poètu drážek nebo zešikmení). 3. Nìkdy místo jednotlivých cívek je vhodné volit skupiny cívek s odstupòovaným poètem drátù. Faktor vinutí pro základní harmonickou se mìní jen nepatrnì, kdežto pro vyšší harmonické znaènì. 4. Paralelní vìtve vinutí mají vliv, jen když rozdíl poètu drážek (d1 – d2) ¹ ¹ 2pp, 4pp, 6pp ... a mohou tedy výskyt vyšších harmonických znaènì zvìtšit. 5. Zapojení do hvìzdy zvìtšuje vyšší harmonické. 6. Sycení železa má znaèný vliv a pøi jeho pøesycení vznikají nové vyšší harmonické. Vyšší harmonické vzniknou, když je splnìna podmínka (d1 – d2) = 2pp, 4pp. 7. Excentricita rotoru nemá podstatný vliv na vyšší harmonické. 8. Zlomení tyèe v kleci rotoru nemá podstatný vliv. 9. Zvláštì nevýhodné pomìry jsou u motorù s promìnným poètem pólù, u motoru s malým výkonem a s vysokým poètem pólpárù. 10. U normálních obchodních motorù se musí poèítat se síovými proudy vyšších harmonických 2 až 4 % I50. Nežádoucí vliv vyšších harmonických by se mìl projevit teprve tehdy, kdyby si výkon vysílacího zaøízení vyžádal vìtší citlivosti pøijímaèe a nebylo by možné se vùèi rušivým vlivùm bránit snížením jeho citlivosti. V mnoha pøípadech se dá ovšem vyhnout nepøíznivému vlivu vyšších harmonických i volbou vhodné signální frekvence.

60

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

A

5.3

REZONANÈNÍ VLIVY

Mezi nejnepøíjemnìjší, nìkdy krátkodobé, jindy dlouhodobé rušivé vlivy patøí jevy rezonanèní. Jak již bylo uvedeno, mohou vzniknout všude tam, kde se vyskytuje souèasnì indukènost i kapacita, tedy prakticky v celé síti. Pravdìpodobnost markantních jevù je tím menší, èím ménì je sí rozlehlá, èím ménì kapacit obsahuje (hlavnì kabelù), èím je signální frekvence nižší a èím více je sí ohmicky zatížena. Protože se konfigurace sítì bìhem dne mìní a s ní se mìní i odbìr, mùžeme oèekávat bìhem dne nejen možnosti výskytu rezonanèních jevù (zmìna velikosti kompenzaèních kondenzátorových baterií, zmìna velikosti propojení kabelové sitì), ale i zmìny ve velikosti vzrùstu, resp. poklesu signálního napìtí ovlivnìném velikostí ohmického zatížení. I když se podmínky HDO pøed jeho zavedením zkoumají, všechny možné pøípady není možné postihnout. Vyskytnou-li se pak za provozu (a s tím se musí vždy poèítat), je tøeba pøíèinu rezonance zjistit a odstranit. K tomuto úèelu se používá speciálních mìøících pøístrojù a mìøících souprav. Vzniká-li rezonance v kompenzaèních kondenzátorech umístìných pøímo v síti vn a nn, pak je tøeba je pøi sériové rezonanci zablokovat vhodnými zádržemi. Nìkdy zase naopak je tøeba pøi paralelní rezonanci kapacitu pøíslušnì zvìtšit, a tím rezonanèní frekvenci daného úseku snížit natolik, aby byla pro danou signální frekvenci dostateènì odlišná.

5.4

OMEZENÍ RUŠIVÝCH VLIVÙ BLOKOVÁNÍM KOMPENZAÈNÍCH KONDENZÁTORÙ

Jak je všeobecnì známé, je nutné z hlediska dosažení co nejlepšího úèiníku nasazovat do sítì kompenzaèní kondenzátory všude tam, kde se vyskytuje velké induktivní zatížení. Jedná se hlavnì o motorické zátìže, ale také napø. o výbojková svítidla. Tyto kondenzátory znamenají pro ovládací kmitoèet HDO zátìž tím vìtší, èím vyšší je použitá tónová frekvence. Kromì tohoto lineárního poklesu hladiny tónového napìtí, zpùsobují však také tyto kapacity spolu s indukènostmi èástí sítì (vedení, transformátory) rezonanèní jevy pro ovládací kmitoèet. Proto se v síti provádí výše uvedené úpravy, nazvané blokování kondenzátorù. Blokování kondenzátorù se provádí tím zpùsobem, že se jim pøedøadí urèitý obvod, který zpùsobí, že se celek pøedøazený obvod – kondenzátor jeví pro ovládací kmitoèet jako induktivní zátìž. Nejèastìji se používá jako pøedøazeného obvodu jednoduché tlumivky LB (viz obr. 16).

A

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

61

/%

Vt

=V

&N Obr.16

Blokování tlumivkou (Zs – impedance spotøebièe, Ck – kompenzaèní kondenzátor, LB – blokovací tlumivka)

Zádržné tlumivky mají impedanci stoupající úmìrnì se signálním kmitoètem a jsou tedy použitelné pro široký rozsah kmitoètù. K dosažení vyhovujícího blokovacího úèinku potøebují však pomìrnì velkou indukènost. Z toho dùvodu mùže být jejich použití u velkých kondenzátorù ekonomicky nevýhodné. Mají se užívat jen do velikosti kondenzátorù 1 kVAr (tøífázovì do 3 kVAr). Kromì toho sériové zapojení zádržné tlumivky L a kondenzátoru C pøedstavuje el. obvod schopný kmitání, které vykazuje sériový rezonanèní kmitoèet frs. Tento kmitoèet nesmí nikdy souhlasit se silnì vyjádøenou vyšší harmonickou v síti, protože by nastávalo znaèné proudové pøetìžování tohoto rezonanèního okruhu. Blokování kompenzaèního kondenzátoru mùžeme ale také realizovat pomocí zádrže tvoøené paralelním obvodem LC buï podle obr. 19a, nebo obr. 19b. D

E

/%

&S &N

Obr. 17

=V

/S

&S

=V

&N

Blokování paralelním rezonanèním obvodem

Tento blokovací obvod má oproti pøedchozímu lepší zádržný úèinek a vystaèí s menší hodnotou indukènosti. Mùže se však použít pouze pro jediný ovládací kmitoèet (zádržné pásmo o šíøce asi ±10 % frp).

62

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

A

Vyššími harmonickými, které jsou v síti, vzniká pøídavné proudové zatížení jak kondenzátorù, tak i zádrží (blokovacích èlenù). Kondenzátory musí podle nomy snést 1,3násobek jmenovitého proudu. Také v blokovací tlumivce vyšší harmonické zvyšují protékající proudy, a tím zpùsobují pøídavné ztráty jak v mìdi, tak i v železe. Pøi zvyšování sycení železa v tlumivce klesá její indukènost. To je zvláštì dùležité u paralelního rezonanèního okruhu, kde tím vzniká nebezpeèí rozladìní. Protože musí být bezpodmíneènì zaruèena linearita magnetizaèní køivky, kontroluje se pøi 2,5násobku jmen. proudu I50. Aby železné jádro bylo schopno tuto podmínku splnit, musí mít dostateènì velkou vzduchovou mezeru. Izolaèní pevnost paralelního rezonanèního okruhu vùèi zemi musí poèítat s pøídavnými napìovými nárazy, které se obvykle pøi pøipínání kondenzátoru na sí objevují. U zádržné tlumivky se musí poèítat s tím, že se pøi zapnutí v prvním okamžiku objeví celé síové napìtí U50 na tlumivce, tzn. že vznikne vysoké napìtí mezi prvními závity. Pøi zapnutí kondenzátoru s pøedøazeným paralelním rezonanèním okruhem na sí, dojde v prvním okamžiku k rozdìlení síového napìtí mezi kondenzátory C a Cp v obráceném pomìru jejich kapacit. Obecnì lze øíci, že blokování kondenzátorù je pomìrnì nákladná záležitost. V nìkterých pøípadech ji však nelze pominout.

5.5

DALŠÍ PROSTØEDKY OMEZUJÍCÍ RUŠIVÉ VLIVY

Pro omezení vlivu rušivých signálù v okolí ovládacího kmitoètu mùžeme provádìt urèité zásahy nebo opatøení v ovládané síti. Nejdùležitìjší z nich jsou dále uvedeny: a) Vylouèení tøetí harmonické a všech jejích násobkù dosáhneme zapojením vn strany napájecího transformátoru do trojúhelníka. Proto tomuto uspoøádání budeme dávat pøednost. b) Kompenzaèní kondenzátory odsávají vyšší harmonické z celé okolní sítì. Pokud jsou zablokovány pouze pro urèitou vyšší frekvenci paralelním rezonanèním okruhem, pak nám pomáhají odstranit ze sítì alespoò nejmarkantnìji vyjádøené vyšší harmonické (pøedevším 5 a 7 harmonickou). Proto se doporuèuje blokovat pouze ty kondenzátory, které pùsobí rušivì, a ostatní neblokovat.

A

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

63

c) Dalším velmi úèinným prostøedkem v dobì mimo vysílání je použití vazebního èlenu vysílaèe jako èlenu sacího. Tímto zpùsobem velmi úèinnì zabráníme jakýmkoli pøeslechùm z nadøazené sítì a zároveò v napìové úrovni vysílání odsáváme rušivá napìtí v tìsné blízkosti signální frekvence. d) U zdrojù rušivých proudù a napìtí, kde se nám nepodaøí vnitøními zásahy v zaøízení potlaèit vyšší harmonické na potøebné minimum, je nutné zdroj zablokovat tlumivkou a ke zdroji eventuelnì ještì pøipojit paralelní kondenzátor pro svod vyšších harmonických. Jestliže nelze z jakýchkoli dùvodù použít blokovací tlumivku, musí se zablokovat zdroj rušení alespoò v okolí signálního kmitoètu paralelním rezonanèním okruhem s dostateènì plochou rezonanèní køivkou, aby pøi omezené selektivitì pøijímaèe nedocházelo k jeho nábìhu.

64

JIØÍ POHORSKÝ: HROMADNÉ DÁLKOVÉ OVLÁDÁNÍ

A