Minskad livslängd av energieffektiv belysning på grund av höga nivåer av elektromagnetiska störningar

Transkript

1 Minskad livslängd av energieffektiv belysning på grund av höga nivåer av elektromagnetiska störningar Martin Lundmark Institutionen för teknikvetenskap och matematik Luleå Tekniska Universitet

2 2 Livslängd och energieffektiv belysning Temperatur Driftstid Elkvalité

3 3 Mätning av temperatur t c : : : : : : : : :

4 Felfrekvens 4

5 End of service 5

6 DRIFTSKOSTNADER Konv HF T5 Energikostnader Installerad effekt inkl. driftdonsförluster W Drifttid h/år Utnyttjningsfaktor 1, 1, 1, Energianvändning / år MWh/år 2,39 1,3 1,1 Elpris kr/kwh,6,6,6 Driftskostnad / år kr/år Beräkningsfaktor 1 14,13 14,13 14,13 Nuvärde energikostnader kr Ljuskällekostnader - inkl byte Ljuskällans livslängd h Utbytesintervall år Utbyteskostnad / st kr Beräkningsfaktor 2 1,3 1,2 1,2 Nuvärde ljuskällekostnader kr Underhållskostnader Underhållskostnad per armatur kr/st Drifttid före underhåll h Underhållsintervall år Beräkningsfaktor 3 2,5 2,5 2,5 Nuvärde underhållskostnad kr S:A DRIFTSKOSTNADER INVESTERINGSKOSTNADER Armaturer Armaturtyp Konv HF T5 Fabrikat Bestyckning 2*36 2*36 2*28 Antal st á-pris kr/st Armaturkostnad kr Ljuskällor Effekt/ljuskälla inkl. driftförluster W ,5 Antal/armatur st á-pris kr/st Ljuskällekostnad kr Installation Material- och arbetskostnader/arm kr Styrutrustning kr Övrigt kr Installationskostnader kr S:A INVESTERINGSKOSTNAD kr TOTAL KOSTNAD (NUVÄRDE) kr

7 Elkvalité 7

8 8 Immunitetsstandarder/prov Electrostatic discharge immunity EN Electrical fast transient/burst immunity EN Surge immunity EN Immunity to conducted disturbances, inducted by radiofrequency fields EN Voltage dips, short interruptions and voltage variation immunity test EN Kommentarer: 1. Immunitetsprov kontrollerar normalt bara funktion och inget av detta tar hänsyn till förväntad livslängd för kunden. Den upplevda livslängden (kvalitén) på drivdonen ges av ryktet från tillverkaren 2. Immuniteten provas bara med enskilda prov och samordningseffekter mellan prov testas inte 3. Andra tänkbara störningar, som skulle kunna tänkas påverka funktion testas inte. T.ex. Övertoner, Signaler i området 2 till 15 khz (T.ex. Elnätskommunikation)

9 Emission från elektronisk utrustning 9

10 Emission från HF-belysning Fluorescent lamp Current (A) Current (A) Time (ms)

11 .3.2 Fluorescent lamp 11 Current (A) Time (ms) 6 x 1-3 Current (RMS) Frequency (khz)

12 Frequency (khz) Current (A) x 1-3

13 8 oilka drivdon Current (A) Time (ms)

14 Frequency (khz) Time (ms)

15 Laboratoriemätningar 15

16 16

17 17 Mätuppställning I tot and U is measured Individual lamp current is also measured 1 Feeding cable

18 Resulterande spännings spectrum 18 Voltage spectrum (n) n (lamps) Primär emission Sekundär emission Frequency (khz)

19 Resulting total current spectrums n (lamps) Frequency (khz)

20 Resulterande strömspektrum hos en lampa n (lamps) Frequency (khz)

21 27 Hur varierar de återkommande oscillationerna? Current (A) n (lamps)

22 3.5 Frequency according to ESPRIT 28 3 Frequency (khz) n (lamps)

23 29 Resultat Distortionen i frekvensområdet kan i de flesta fall kategoriseras till: Smalbandiga komponenter Bredbandiga komponenter Återkommande oscillationer Emissionen från olika drivdon varierar När utrustning är installerad is större grupper sammanlagras komponenterna i frekvensområdet olika jmf med övertoner. Detta kommer att påverka hur emissionsstandarder bör utföras. Forts.->

24 3 Avslutningsvis: För denna typ av belysning har vi hanterat övertonerna och minimerat dessa finns det ett behov av att minska emissionen i det högre frekvensområdet och i så fall hur gör vi (Zonindelning, filter eller offeranoder )

25 31 Further reading Larsson, A & Bollen, M 29, 'Emission and immunity of equipment in the frequency range 2 to 15 khz', i L Toma & B Otomega (red), 29 IEEE Bucharest PowerTech Proceedings, IEEE, Piscataway, N.J., s Rönnberg, S, Wahlberg, M, Bollen, M, Larsson, A & Lundmark, M 29, 'Measurement of interaction between equipment in the frequency range 9 to 95 khz', CIRED 2th International Conference on Electricity Distribution, I E T Conference Publication Series, The Institution of Engineering and Technology, s Bollen, M, Ribeiro, P, Larsson, A & Lundmark, M 28, 'Limits for voltage distortion in the frequency range 2 to 9 khz', I E E E Transactions on Power Delivery, vol 23, nr 3, s Larsson, A, Bollen, M, Wahlberg, M, Lundmark, M & Rönnberg, S 21, 'Measurements of high-frequency (2-15 khz) distortion in low-voltage networks', I E E E Transactions on Power Delivery, vol 25, nr 3, s Larsson, A & Bollen, M 21, 'Measurement result from 1 to 48 fluorescent lamps in the frequency range 2 to 15 khz', 14th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), IEEE, Piscataway, NJ. Larsson, A 211, On high-frequency distortion in low-voltage power systems, Doctoral thesis / Luleå University of Technology, Luleå tekniska universitet, Luleå.

26 TACK 32

27 33

28 Mätning från ett varuhus 34

29 35 2 V em with one lamps I em with one lamp Time (ms)

30 36 2 V em with two lamps I em with two lamp Time (ms)

31 Mätning från ett varuhus 37

32 38 Voltage spectrum (n) n (lamps) Frequency (khz)

33 39 Total current spectrum (n) n (lamps) Frequency (khz)

34 4 Current spectrum for one lamp (n) n (lamps) Frequency (khz)

35 41 Normalized current spectrum (n) n (lamps) Frequency (khz)

36 42.7 RMS of voltage spectrum (5 to 6 khz).6.5 Voltage (RMS) n (lamps)

37 43 8 x 1-3 RMS of lamp current spectrum (5 to 6 khz) 7 6 Current (RMS) n (lamps)

38 44 5 x 1-3 RMS of total current spectrum (5 to 6 khz) Current (RMS) n (lamps)

39 45.25 RMS of voltage spectrum (27.4 to 29.2).2 Voltage (RMS) n (lamps)

40 x 1-3 RMS of lamp current spectrum (27.4 to 29.2 khz) 1 Current (RMS) n (lamps)

41 47 3 x 1-3 RMS of total current spectrum (27.4 to 29.2 khz) Current (RMS) n (lamps)

42 48.5 Filtered current (normalized) -.5 Current (A) Time (ms)

43 49 In och ut ström från ett drivdon i frekvensområdet 2 till 15 khz 15 Frequency (khz) Time (ms) 15 Frequency (khz) Time (ms)

44 5 Sammanfattning Vi har mätt temperaturer men inte hittat alarmerande avvikelser Vi har märkt att de flesta investeringskalkyler har låga värden på antalet drifttimmar för belysningsanläggningar Distorsionen (störningarna) i frekvensområdet kan i de flesta fall kategoriseras till: o Smalbandiga komponenter o Bredbandiga komponenter o Återkommande oscillationer Emissionen från olika drivdon varierar mellan varandra När utrustning är installerad i större grupper sammanlagras komponenterna i frekvensområdet olika jämfört med övertoner. Detta kommer att påverka hur emissionsstandarder bör utföras. Då vi bl.a. genom Power Factor Correction (PFC) minskat övertonerna för denna typ av belysning finns det ett behov av att minska emissionen i det högre frekvensområdet. Lämpliga metoder kan vara När utrustning är installerad i större grupper sammanlagras komponenterna i frekvensområdet olika jämfört med övertoner. Detta kommer att påverka hur emissionsstandarder bör utföras.

45 51

46 52

47 53

48 54 Användandet av tids-domän data bör även användas i frekvensområdet 9 15 khz Det visade sig att man bör använda olika analysmetoder för att hitta olika signaler och för att kunna beskriva dessa. Dvs olika analysmetoder behövs för att kunna identifiera, klassificera och ange nivåer. Avslutningsvis: För denna typ av belysning har vi hanterat övertonerna och minimerat dessa finns det ett behov av att minska emissionen i det högre frekvensområdet och i så fall hur gör vi (Zonindelning, filter eller offeranoder )

49 Vilka typer av signaler kan vi hitta i frekvensområdet 2 till 15 khz från belysning? Hur observerar vi dessas signaler? Vad händer när vi har stora mängder belysning tillsammans? Hur sprider sig signalerna i nätet Kan dessa signaler försvåra introduktion av annan utrustning som t.ex. PLC, hemsjukvårdsutrustning multimedia etc Kan högfrekventa signaler leda till minskad livslängd och felfuntion hos annan utrustning? 55

50 Elkvalite parametrar Högt eller lågt RMS värde skulle kunna ge problem 56

51 Elkvalite parametrar Transienter anges ibland som en orsak till förkortad livslängd 57

52 58 Antal inrapporterade anläggningar där den förväntade livslängden hos drivdonen upplevs som ett problem Temperatur mätningar Elkvaliteparametrar Förväntad livslängd enligt tillverkare Försök till statistiskt underlag Immunitetskrav Vilka typer av signaler kan vi hitta i frekvensområdet 2 till 15 khz från belysning? Hur observerar vi dessas signaler? Vad händer när vi har stora mängder belysning tillsammans? Hur sprider sig signalerna i nätet Kan dessa signaler försvåra introduktion av annan utrustning som t.ex. PLC, hemsjukvårdsutrustning multimedia etc Kan högfrekventa signaler leda till minskad livslängd och felfuntion hos annan utrustning?

53 59 DRIFTSKOSTNADER Konv HF T5 Energikostnader Installerad effekt inkl. driftdonsförluster W Drifttid h/år Utnyttjningsfaktor 1, 1, 1, Energianvändning / år MWh/år 2,39 1,3 1,1 Elpris kr/kwh,6,6,6 Driftskostnad / år kr/år Beräkningsfaktor 1 14,13 14,13 14,13 Nuvärde energikostnader kr Ljuskällekostnader - inkl byte Ljuskällans livslängd h Utbytesintervall år Utbyteskostnad / st kr Beräkningsfaktor 2 1,3 1,2 1,2 Nuvärde ljuskällekostnader kr Underhållskostnader Underhållskostnad per armatur kr/st Drifttid före underhåll h Underhållsintervall år Beräkningsfaktor 3 2,5 2,5 2,5 Nuvärde underhållskostnad kr S:A DRIFTSKOSTNADER TOTAL KOSTNAD (NUVÄRDE) kr