Detail předmětu

Kvalita elektrické energie a EMC

FEKT-MKC-PQ1Ak. rok: 2024/2025

Kvalita elektrické energie charakterizovaná stabilním sinusovým, ve třífázové soustavě souměrným napětím s nominální velikostí a kmitočtem, není dána pouze kvalitou její výroby, ale i kvalitou spotřeby. Zpětné působení jednotlivých prvků výkonových systémů a jejich slučitelnost a spolupráce jak v sítích průmyslových, tak i energetických je náplní tohoto kurzu. Na příkladech konkrétních zařízení jsou demonstrovány mechanismy nízkofrekvenčního rušení a dopady na elektrické spotřebiče a jednotlivé prvky elektrizační soustavy. Dále jsou řešeny prostředky a technická opatření pro zmírnění důsledků a zajištění elektromagnetické kompatibility. Nedílnou součástí je i měřící technika a hodnocení kvality napětí.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav elektroenergetiky (UEEN)

Vstupní znalosti

Předpokládají se znalosti z oblasti všeobecně silnoproudé elektrotechniky, konkrétněji z distribuce elektrické energie, výkonové elektroniky a měničů, teorie měření a zpracování signálů. Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Bodové hodnocení laboratorních a počítačových cvičení, domácích úkolu a závěrečné zkoušky podle pravidel FEKT. Laboratorní cvičení hodnocena na základě odevzdaných protokolů maximálně 30 body, minimum pro udělení zápočtu je 15 bodů. Počítačová cvičení a domácí úkoly jsou v obou případech hodnoceny maximálně 5 body. Závěrečná zkouška je provedena ústní formou s maximálním počtem bodů 60, přičemž pro úspěšné složení je nezbytné dosáhnout alespoň 20 bodů.
Výsledné hodnocení předmětu je dle planých pravidel FEKT. Požadavky na zakončení předmětu mohou být dle potřeb upravovány formou vyhlášky garanta předmětu vydané před zahájením semestru.
Závěrečná zkouška je zaměřena na orientaci a znalosti v oblasti dodávky kvalitní elektrické energie, na mechanizmy a zdroje nízkofrekvenčního rušení šířeného po vedení, principy a postupy zajištění slučitelnosti spotřebičů s napájecí sítí a měření a vyhodnocení ukazatelů kvality napětí.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Obecně je výuka nepovinná, kromě laboratorní výuky, která je povinná. Řádně omluvené odůvodněně zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit, dle možností avšak v průběhu řádného semestru.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s typy a zdroji nízkofrekvenčního rušení, s elektromagnetickou kompatibilitou spotřebičů v nízkofrekvenční oblasti, s jejich zpětnými rušivými vlivy, měřením v oblasti nízkofrekvenčního elektromagnetického rušení šířeného po vedení a související kvalitou elektrické energie a se způsoby zajištění elektromagnetické kompatibility z hlediska všech řešených rušivých jevů.
Absolvent předmětu je schopen:
- vysvětlit mechanizmy vzniku vybraných nízkofrekvenčních rušení,
- identifikovat zdroje nízkofrekvenčního rušení,
- popsat případy elektromagnetické interference,
- kvantifikovat důsledky a dopady,
- popsat principy šíření nízkofrekvenčních rušení,
- diskutovat základní principy a mechanizmy zajištění elektromagnetické kompatibility,
- vyjmenovat zásady, opatření a prostředky pro potlačení příčin a důsledků elektromagnetické interference v oblasti nízkofrekvenčních rušení šířených po vedení,
- vyjmenovat procedury měření ukazatelů kvality napětí,
- popsat charakteristiky kvality napětí dodávané elektrické energie,
- definovat kvalitu napětí dle platných standardů,
- zvolit správnou měřící techniku pro analýzu sítí a monitorování kvality napětí.

Základní literatura

Soubor sylabů přednášek Kvalita elektrické energie a EMC 1 (CS)
Tlustý, J. a kol. Návrh a rozvoj elektroenergetických sítí. ČVUT v Praze: Praha 2011, ISBN 978-80-01-04939-6 (CS)

Doporučená literatura

Arrillaga, J., Watson, N.,R. Power System Harmonics. Wiley, 2003, ISBN 0-470-85129-5 (EN)
BOLLEN, H.,J. Understanding Power Quality Problems. Voltage Sags and Interruptions. IEEE Press, John Wiley and Sons, ISBN 0-7803-4713-7 (EN)
Dugan, R., et al. Electrical power systems quality. McGraw-Hill, 2003, ISBN 0-07-138622-X (EN)
Kůs, V. Vliv polovodičových měničů na napájecí soustavu. BEN, Praha 2002, 184 stran, ISBN 80-7300-062-8 (CS)
Vaculíková, P. a kol. Elektromagnetická kompatibilita elektrotechnických systémů. Grada Publishing, Praha 1998, 504 stran. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MKC-EEN magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MKC-SVE magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Osnova

Elektromagnetická kompatibilita ve výkonových systémech, definice a význam EMC, kompatibilní úrovně, kvalita elektrické energie.
Základní legislativa česká, evropská, mezinárodní.
Rozdělení typů nízkofrekvenčního rušení, obecný přehled zpětných vlivů spotřebičů na napájecí síť.
Harmonické zkreslení. Definice, popis, zdroje, výpočty.
Šíření harmonických proudů, frekvenční charakteristiky elektrických sítí, rezonance.
Důsledky harmonických, vliv na funkci zařízení, deformace napětí.
Měření harmonických, kompatibilní úrovně, zajištění EMC z hlediska harmonických, omezování harmonických.
Meziharmonické a subharmonické frekvenční složky. Definice, popis, původ, zdroje, důsledky, kompatibilní úrovně, zajištění EMC.
Velikost napětí a pomale změny. Popis, mechanizmus změny, kompatibilní úrovně, napěťové profily a jejich časové změny, regulace velikosti napětí.
Kolísání napětí. Definice, popis, původ vzniku, zdroje kolísání napětí, rušivý vliv kolísání napětí – blikání světelných zdrojů, měření míry vjemu blikání.
Šíření kolísání napětí, kompatibilní úrovně, zajištění EMC z hlediska kolísání napětí, omezování kolísání napětí a blikání.
Asymetrie napětí. Definice a popis, příčiny vzniku, zdroje, důsledky a dopady, měření, kompatibilní úroveň, zajištění EMC, technická opatření a prostředky.
Napěťové události (zvýšení, poklesy a přerušení napětí). Definice, popis a třídění, původ napěťových událostí, měření a vyhodnocení.
Šíření napěťových událostí, důsledky a dopady, odolnost spotřebičů na krátkodobé poklesy a výpadky, prostředky a technická opatření pro zmírnění dopadů a jejich koordinace.
Charakteristiky napětí. EN 50 160
Analyzátory sítí, monitory kvality napětí a měření v oblasti nízkofrekvenčního rušení. Převodníky napětí a proudů.

Cvičení odborného základu

10 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Osnova

Definice nelineárního spotřebiče, rozbor harmonických složek při různých průbězích okamžitých hodnot; výpočet šíření harmonických; dimenzování transformátorů, vodičů a kabelů zatížených harmonickými; návrh pasivních a aktivních filtrů.

Cvičení na počítači

4 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Osnova

Modelování zdrojů nízkofrekvenčního rušení na PC.
Simulace a vyhodnocení vybraných jevů na PC.

Laboratorní cvičení

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D.

Osnova

Přesnost měření efektivní hodnoty různými typy přístrojů.
Měření charakteristik odběru spotřebičů.
Regulace profilu napětí.
Ověření sčítání harmonických složek proudu více spotřebičů.
Ověření sčítání neharmonických proudů ve středním vodiči.
Měření na kompenzačním filtru.
Měření odolnosti spotřebiče na poklesy a krátkodobé výpadky napětí.
Blikání světelných zdrojů způsobené kolísáním napětí.
Měření efektivity plynule řízené kompenzační jednotky (SVC) na potlačení kolísání napětí v důsledku kolísajícího odběru jalového výkonu.
Vliv nesymetrie a deformace napětí na chod asynchronního motoru.
Měření charakteristik napětí a jejich vyhodnocení.