Proč UPS odebírá proud přes PEN?

[filip14]

Dotaz týkající se připojení a provozu UPS.

UPS, se kterými přicházím do styku standardně potřebují na svém vstupu 3fáze+PEN.
Na vstupu je např. 6 pulsní 3f usměrňovač a to znamená, že 3 fáze jsou zcela dostačující.
Na výstupu za střídačem již mám k dispozici 5-žilový výstup (3 fáze PE+N, N se vytvoří v UPSce).
Toto je předpokládám standardní řešení většiny výrobců.
Avšak nyní jsem se setkal s UPSkou, která vyžaduje na svém vstupu 3fáze PE+N... A zde je kámen úrazu.

Provozovatel má k dispozici pouze síť TN-C, tzn. že N není k dispozici a používá jak pro svorku N, tak i PE vodič PEN.
Nevím, proč výrobce UPS vyžaduje N na vstupu (nemám vnitřní zapojení dané UPS).
A následně na vstupu UPS naměřím 20A (v každé fázi) a na výstupu 40A v každé fázi (při skutečném zatížení výstupu 40A) a proud tekoucí PEN je cca 13A.
Provedl jsem harmonickou analýzu vstupu i výstupu, změřil průběhy vst. a výst. proudů, atd. (dle požadavků provozovatele) - vše vypadá O.K.

Domnívám se, že problém bude v zapojení... 

[Rozmahel Vladimír]

Obecně platí, že v každé síti TN může být vodič PEN, který plní pracovní i ochrannou funkci v určitém bodě rozdělen na PE a N. Pro funkci Vaší UPS je principiálně jedno, zdali se toto rozdělení provede v určitém bodě sítě a nebo ve Vašem případě na přívodních svorkách UPS.
Rozdíly v měřených hodnotách lze těžko komentovat bez znalosti charakteru připojené zátěže. Záleží taky na tom, jakými přístroji bylo provedeno měření.

[filip14]

Pane  Rozmahele, to chápu, že UPSce je jedno kde se vodič PEN rozdělí na PE a N, ale proč tedy výrobce požaduje na vstupu do 3f usměrňovače vodič N? Z jakého důvodu?
Měření probíhalo s klešťovými ampérmetry FLUKE true RMS (měří efektivní hodnotu) a se síťovým analyzátorem a osciloskopem taktéž FLUKE.
Připojenou zátěží jsou AS motory (ventilátory+klapky),  spouští se postupně kvůli záběrovým proudům.
Ještě mě napadlo, že vedle v rozvaděči provozují frekvenční měniče, ale v měření vyšších harmonických jsem nic zvláštního nenašel...

[Rozmahel Vladimír]

.. ale proč tedy výrobce požaduje na vstupu do 3f usměrňovače vodič N? Z jakého důvodu?

V principu by možná stačil pro chod UPS přívod 3x fáze. To by potom stačilo zapojení 3PE. Je možné, že pro správnou funkci potřebuje UPS na přívodu fázové napětí a ne pouze sdružené a proto je zdůrazněn požadavek na N. Může to být třeba i z důvodu 3. harmonické... Nedávno se tady podobné téma rozebíralo.
Uvádíte zátěž motory a klapky, samá indukčnost, špatný účiník. Proud na sekundáru 40A je cca 20kVA. Jak je řešena kompenzace jalového proudu?

[filip14]

Kompenzace jalového proudu není řešena vůbec. Teda nevím z jakého důvodu tam má být N, protože 3f 6.pulsní usměrňovač jej ke své činnosti jistě nepotřebuje (v tomto případě asi ano...). Zase jsem se podíval na svůj náčrtek (který jsem po daném měření vytvořil) a napadlo mě pokud v dané továrně mají pouze systém 3f+PE a na vstupu UPS rozdělí vodič na PE+N (pro potřeby UPS) a na výstupu opět použijí vlastně vstupní vodič PE, který je totožný se vstupním vodičem PE a tedy vlastně s N, tak se může dít to co jsem popisoval na začátku nebo ne? A může takové zařízení projít vůbec revizí? Díky za reakce...

[Rozmahel Vladimír]

...pokud v dané továrně mají pouze systém 3f+PE a na vstupu UPS rozdělí vodič na PE+N (pro potřeby UPS) a na výstupu opět použijí vlastně vstupní vodič PE, který je totožný se vstupním vodičem PE a tedy vlastně s N...

V továrně mají jistě sytém 3f+PEN a ne pouze PE.
Přívod 3PEN pokud vyhoví průřezem pro vodiče PEN může být až na svorky UPS. Tam se provede rozdělení. Vlastní zapojení UPS je nutno provést podle dokumentace výrobce.
Na tu kompenzaci jsem se ptal právě z důvodů rozdílů naměřených proudů. Na sekundáru UPS vám tečou jalové proudy.

[filip14]

Po dalších studijích materiálů a konzultacích docházím k závěru, že to bude pravděpodobně způsobeno 3. harmonickou avšak zcela jistý si nejsem. Ve vstupních fázích jsou průběhy zarušeny a vodičem N (resp. PEN) teče proud. Harmonické spektra na vstupu UPS jsou v pořádku (ve všech fázích) až na vodič N, kde vychází hrozné hodnoty např. procentuální hodnota 3. harmonické 6866% první harmonické čemuž nemůžu uvěřit, domnívám se, že to snad není ani možné...

[Rozmahel Vladimír]

Nepíšete jak velký proud teče tím PEN.
Takhle na dálku je to pouze zajímavá polemika, ale pokud by se např. jednalo o obyčejný 3f odběr tak vodičem / N / PEN by nemuselo téměř nic téct. Připusťme že by tam třeba tekl 1mA jako 1. harmonická.
Potom podle vašeho analyzátoru by tekla 3. harmonická 6,866A. Ale to už je hrubá teorie...

[filip14]

Tak velikost proudu ve vodiči N (PEN) na vstupu UPS je 10,8A, při vstupních fázových proudech 22,1A - 22,3A - 22,1A a výstupních 40,9A - 40,6A - 42,3A a proud v N na výstupu 4,3A.

[Rozmahel Vladimír]

Nemám zkušenost s měřením pomocí analyzátoru, ale předpokládal bych, že vám podle kmitočtu " rozhodí " proud v N nebo PEN na jednotlivé složky.

[filip14]

Máte pravdu - to byly hodnoty z amp. kleští. Háček je v tom, že analyzátor ukazuje ve vodiči N u první harmonické 100% tzn. cca 22A - myslím, že by se tato hodnota měla blížit nule a 3. harmonická těch 6866% z první harmonické, 5. harmonická 399%,  7.harm. 418% atd. Takže buď se stala chyba při měření nebo...
Pokud by se 1. harmonická blížila 0 (např. Vašemu 0,1mA),  pak by to bylo zcela zřejmé, ale není tomu tak.

[dolac]

Po dalších studijích materiálů a konzultacích docházím k závěru, že to bude pravděpodobně způsobeno 3. harmonickou avšak zcela jistý si nejsem. Ve vstupních fázích jsou průběhy zarušeny a vodičem N (resp. PEN) teče proud. Harmonické spektra na vstupu UPS jsou v pořádku (ve všech fázích) až na vodič N, kde vychází hrozné hodnoty např. procentuální hodnota 3. harmonické 6866% první harmonické čemuž nemůžu uvěřit, domnívám se, že to snad není ani možné...

Važ. pán Filip, zdá sa mi že ste pri meraní robil niečo špatne. Píšete že "Harmonické spektra na vstupu UPS jsou v pořádku (ve všech fázích) až na vodič N". Čo to znamená, že sú harmonické spektrá v poriadku? Aké sú hodnoty jednotlivých zložiek prúdov vo fázových vodičoch? Nemôžete mať predsa 3-zložku prúdu iba v nulovom vodiči a vo fázovom nič! Tretia harmonická musí byť aj vo fázových vodičoch, aj keď v nižšej hodnote.
Tie percenta, čo tu uvádzate sa mi tiež veľmi nepozdávajú. Niekde robíte chybu.       

[filip14]

Domnívám se, že to tak špatné není, když hodnota 3. harmonické ve všech fázích dosahuje 20% základní harmonické, tzn. kolem 4A, 5 a 7.harmonická klesají pod 8%. Avšak ve vodiči N je to už 6866% ze základní harmonické. Domnívám se, že spektra proudů a napětí ve fázových vodičích jsou v pořádku.

[Rozmahel Vladimír]

3. harmonická se uzavírá právě přes vodič N. Vy máte naměřeno na přívodu.

Tak velikost proudu ve vodiči N (PEN) na vstupu UPS je 10,8A,...

Pokud je ve fázi naměřena 3.harmonická cca 4A jejich součet se dost podobá vstupnímu proudu ve vodiči N. Tzn. mohly by téct pouze 3.harmonické a potom při minimálním proudu 1.harmonické by mohly být i ta procenta v relaci. 
Pokud je obsah 3.harm. 20% měl by se dle ČSN 33 2000-5-523 ed.2 provést přepočet na proud přívodním kabelem koeficientem 0,86 / zvýšení / a provést kontrolu dimenzování. viz.příloha C2

[dolac]

Domnívám se, že to tak špatné není, když hodnota 3. harmonické ve všech fázích dosahuje 20% základní harmonické, tzn. kolem 4A, 5 a 7.harmonická klesají pod 8%. Avšak ve vodiči N je to už 6866% ze základní harmonické. Domnívám se, že spektra proudů a napětí ve fázových vodičích jsou v pořádku.

Tak už je mi to jasné. Čo sa týka harmonických, všetko je asi naozaj v poriadku. U harmonických zložiek prúdov by sa mali ich hodnoty merať v A a nie v %,  kedy to môže byť veľmi zvádzajúce, tak ako tých vaších 6866%. Tákáto hodnota sama o sebe nehovorí skoro nič. Kľudne by to mohlo byť aj 3000% a rozdiel by ste si nevšimol. Ak však poviete že je tam trebars 10A na tretej harmonickej tak je to jasné, veď sa tieto harmonické uzatvárajú do stredného vodiča a základná harmonická tam nieje v podstate žiadna.       

[dolac]

Po dalších studijích materiálů a konzultacích docházím k závěru, že to bude pravděpodobně způsobeno 3. harmonickou avšak zcela jistý si nejsem. Ve vstupních fázích jsou průběhy zarušeny a vodičem N (resp. PEN) teče proud. Harmonické spektra na vstupu UPS jsou v pořádku (ve všech fázích) až na vodič N, kde vychází hrozné hodnoty např. procentuální hodnota 3. harmonické 6866% první harmonické čemuž nemůžu uvěřit, domnívám se, že to snad není ani možné...

Zabudol som dodať, že v tomto príspevku ste si vlasne sám zodpovedal na svoju otázku. Všetko je naozaj v poriadku. Nielen vás, ale spočiatku aj mňa trohu poplietla tá vysoká hodnota 3.harmonickej, a to len preto, že ste ju nevhodne vyjadroval v percentách. 

[Jan Plojhar]

Protože nejspíš obsahuje kontroler, který je napájen zvláštním zdrojem malého výkonu. A kvůli ceně je tam obyčejný, komerční napaječ stavěný na 230VAC na vstupu...