NEUTRAL CURRENT MITIGATION IN LOW VOLTAGE INSTALLATIONS A dissertation submitted to the Department of Electrical Engineering, University of Moratuwa in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science By MOHAMED IHLAAS SADAM AMEER Supervised by Eng. Rienzie Fernando Eng. Upuli Jayatunga Department of Electrical Engineering University of Moratuwa Sri Lanka 2010 94555 Abstract Power quality problems with the ever increasing use of electrical and electronic loads has risen to a greater extent. It is quite common to blame the supply authority for lower power quality issues. CEB and LECO the main utilities in Sri Lanka are blamed of this problem. But what the consumers do not understand is that power generation is not low in power quality. It is the consumer himself, who makes the network a poor quality one. The bitter part is that consumers are in the losing side due to this poor network quality, which they take time to realize. This research was intended to consider the energy loss caused due to unbalance and heavy neutral currents. Heavy neutral currents can be for two reasons. First may be due to unbalance in the network and second could be due to presence of harmonics. This current is a loss to the system in terms of cable losses, over capacity network requirement and added operation and maintenance cost. In turn presence of harmonics and unbalance currents distorts the voltage supplied to other equipment which in turn produces unbalance currents. Several solution has been found by engineers to this problem. Finding the correct solution is important in this concept. The solution can be easily divided into two categories as energy efficient solutions and energy inefficient solution. For an example if a facility is having high neutral current with high temperature in the neutral current, one solution will be to overate the neutral cable to accommodate the extra current. But on the other hand this will be an inefficient solution, which is trying to accommodate the waste energy comfortably. But if a solution is looked into reducing the neutral current by phase balancing or reducing harmonics, this will be an energy efficient solution. I have extensively discussed energy efficient solutions as a rectification to this problem and other solutions should be discouraged. The case studies done at varying consumer location proved a much promising solution to, this problem with a sustainable saving from the bills. I have also implemented a logical unit which will reduce the time consumed for manual phase swapping by fast load flow analysis of the network. D e c l a r a t i o n T h e w o r k s u b m i t t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e r e s u l t o f m y o w n i n v e s t i g a t i o n , e x c e p t w h e r e o t h e r w i s e s t a t e d . I t h a s n o t a l r e a d y b e e n a c c e p t e d f o r a n y d e g r e e , a n d i s a l s o n o t b e i n g c o n c u r r e n t l y s u b m i t t e d f o r a n y o t h e r d e g r e e . M I S A m e e r 1~ M 1 \ ' P , C \ - \ 2 0 t O W e e n d o r s e t h e d e c l a r a t i o n b y t h e c a n d i d a t e . R e i n z i e F e r n a n d o ~ /--/ ~ U p y n g a I l l C o n t e n t s D e c l a r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i i i A b s t r a c t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i L i s t o f f i g u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i i i L i s t o f t a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i x 1 . 0 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 1 B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 . 2 M o t i v a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 . 0 P r o b l e m s F a c e d D u e T o H e a v y N e u t r a l C u r r e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 2 V o l t a g e u n b a l a n c e p r o b l e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 2 . 1 T h r e e p h a s e m o t o r s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 . 2 . 2 E l e c t r i c a l n e t w o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 . 3 C u r r e n t u n b a l a n c e p r o b l e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 . 4 H a r m o n i c s p r o b l e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 . 0 S t a n d a r d s & R e g u l a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 3 . 1 W h y S t a n d a r d s ? 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I B a c k g r o u n d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 5 . 2 D a t a c o l l e c t i o n f r o m v a r i o u s f a c i l i t i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 5 . 3 E q u i p m e n t u s e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 5 . 4 S t u d y r e s u l t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 . 4 . 1 C a s e I - A p p a r e l f a c i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 . 4 . 2 C a s e 2 - H o s p i t a l f a c i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 5 . 4 . 3 C a s e 3 - M o b i l e b a s e s t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 5 . 4 . 4 C a s e 4 - D a t a c e n t r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 6 . 0 A n A u t o m a t e d S o l u t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 6 . 1 I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 6 . 3 L o g i c a l p r o c e s s e s o f t h e s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 6 . 3 . 1 S o l v i n g c u r r e n t u n b a l a n c e p r o b l e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 6 . 3 . 2 S o l v i n g m i n i m u m n e t w o r k l o s s e s o v e r a p e r i o d o f t i m e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 6 . 4 C a s e s t u d y d o n e u s i n g t h e p r o g r a m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 7 . 0 C o n c l u s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 R e f e r e n c e s : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0 v . . A c k n o w l e d g e m e n t A s p e c i a l g r a t i t u d e i s d u e t o m y s u p e r v i s o r s w h o g u i d e d a n d f u l f i l l e d m y d r e a m o f a c h i e v i n g t h i s g o a l . N a m e l y E n g . R i e n z i e F e r n a n d o , a v e r y s e n i o r e n g i n e e r i n t h e i n d u s t r y w i t h a l o t e x p e r i e n c e i n S r i L a n k a a n d o v e r s e a s g a v e m e h i s f u l l e s t s u p p o r t d e s p i t e h i s b u s y s c h e d u l e s . A l s o I w i l l n o t f o r g e t t h e e n c o u r a g e m e n t g i v e n b y E n g U p u l i J a y a t u n g a f r o m t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a . M y s i n c e r e t h a n k s g o t o t h e o f f i c e r s i n P o s t G r a d u a t e O f f i c e , F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g , U n i v e r s i t y o f M o r a t u w a , S r i L a n k a f o r h e l p i n g i n v a r i o u s w a y s t o c l a r i f y t h e t h i n g s r e l a t e d t o m y a c a d e m i c w o r k s i n t i m e w i t h e x c e l l e n t c o o p e r a t i o n a n d g u i d a n c e . S i n c e r e g r a t i t u d e i s a l s o e x t e n d e d t o t h e p e o p l e w h o s e r v e i n t h e D e p a r t m e n t o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f f i c e . I w o u l d a l s o a p p r e c i a t e t h e o p p o r t u n i t i e s g i v e n t o m e b y t h e c o m p a n y I ' m e m p l o y e d , T h e E n e r g y T e a m S o l u t i o n s ( P v t ) L t d . T h e p r o j e c t w o u l d n ' t b e a s u c c e s s u n l e s s f o r t h e m e a s u r e m e n t e q u i p m e n t b o r r o w e d f r o m t h e c o m p a n y a n d f o r t h e t e s t i n s t a l l a t i o n p r o v i d e d t o m e f o r t h e s t u d i e s . L a s t l y , I s h o u l d t h a n k m a n y i n d i v i d u a l s , f r i e n d s a n d c o l l e a g u e s o f m y b a t c h w h o h a v e n o t b e e n m e n t i o n e d h e r e p e r s o n a l l y i n m a k i n g t h i s e d u c a t i o n a l p r o c e s s a s u c c e s s . I c o u l d n o t h a v e m a d e i t w i t h o u t y o u r s u p p o r t s . V l l L i s t o f f i g u r e s F i g u r e 1 : A b a l a n c e d s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 F i g u r e 2 : A n u n b a l a n c e d s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 F i g u r e 3 : C u r r e n t w a v e f o r m s o f a l o a d c e n t r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 F i g u r e 4 : C u r r e n t w a v e f o r m s o f a l i n e a r , n o n l i n e a r a n d n o n l i n e a r w i t h f i l t r a t i o n s y s t e m 4 F i g u r e 5 : T o r q u e - s p e e d c u r v e s u n d e r u n b a l a n c e c o n d i t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 F i g u r e 6 : V a r i a t i o n o f c u r r e n t a n d e f f i c i e n c y o f a m o t o ! w i t h v o l t a g e u n b a l a n c e [ 1 ] . . . . . . . . 8 F i g u r e 7 : M o t o r o v e r h e a t i n g w i t h v o l t a g e i m b a l a n c e [ 1 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 F i g u r e 8 : D e c r e m e n t o f r a t e d p o w e r w i t h v o l t a g e i m b a l a n c e [ 1 ] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 F i g u r e 9 : P h a s e c u r r e n t s o f a n i n d u s t r i a l i n s t a l l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 F i g u r e 1 0 : B u r n t c h a n g e o v e r s w i t c h o f a n i n s t a l l a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 F i g u r e 1 1 : E f f e c t s o f p r e s e n c e o f h a r m o n i c s i n p h a s e s t o t h e n e u t r a l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 F i g u r e 1 2 : C u r r e n t w a v e f o r m s o f d i f f e r e n t l o a d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 F i g u r e 1 3 : M o t o r d e r a t i n g w i t h p e r c e n t a g e u n b a l a n c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 F i g u r e 1 4 : A w e l l d e s i g n e d n e t w o r k f o r e a s y p h a s e b a l a n c i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 F i g u r e 1 5 : F i l t r a t i o n f o r n o n l i n e a r l o a d s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 F i g u r e 1 6 : A n a c t i v e p o w e r f i l t e r u s e d t o e l i m i n a t e n e g a t i v e a n d z e r o s e q u e n c e . . . . . . . . . . . . 2 7 F i g u r e 1 7 : P o w e r a n a l y z e r u s e d f o r d a t a c o l l e c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 F i g u r e 1 8 : L o g g e d d a t a o f t h e f a c i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 F i g u r e 1 9 : L o g g e d d a t a a f t e r b a l a n c i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 F i g u r e 2 0 : L o g g e d d a t a o f t h e f a c i l i t y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 F i g u r e 2 1 : L o g g e d d a t a o f a m o b i l e b a s e s t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 F i g u r e 2 2 : L o g g e d d a t a o f a c o m p u t e r d a t a c e n t r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 F i g u r e 2 3 : F l o w c h a r t f o r i n s t a n t a n e o u s p h a s e b a l a n c i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0 F i g u r e 2 4 : F l o w c h a r t f o r p h a s e b a l a n c i n g o v e r a p e r i o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 F i g u r e 2 5 : S a m p l e n e t w o r k c o n f i g u r a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 F i g u r e 2 6 : S c r e e n a f t e r d a t a e n t r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 F i g u r e 2 7 : O u t p u t s c r e e n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 8 V l l l L i s t o f t a b l e s T a b l e 1 : H a r m o n i c s r e g u l a t i o n s o n I E C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 T a b l e 2 : H a r m o n i c s r e g u l a t i o n s o n B S E N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 T a b l e 3 : V o l t a g e r e g u l a t i o n s o n I E E E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 T a b l e 4 : E q u i p m e n t u s e d f o r t e s t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 T a b l e 5 : S a m p l e d a t a e n t r y t a b l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 8 T a b l e 6 : M a t r i x a f t e r t h e f i r s t s t e p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 T a b l e 7 : m a t r i x a f t e r t h e s e c o n d s t e p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 T a b l e 8 : S a m p l e d a t a e n t r y f o r m a t f o r p h a s e b a l a n c i n g o v e r a p e r i o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 T a b l e 9 : I n p u t d a t a t o t h e s o f t w a r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 I X . . . . . . . C h a p t e r 1 1 . 0 I n t r o d u c t i o n 1 . 1 B a c k g r o u n d T h e k e y a s p e c t s o f e l e c t r i c a l s y s t e m h a v e b e e n i n t r o d u c e d f r o m o v e r 1 0 0 y e a r s . S t a r t i n g f r o m t h e r e p e o p l e h a v e u s e d d i f f e r e n t i d e a s a n d m e c h a n i s m s t o g e n e r a t e , t r a n s m i t , d i s t r i b u t e a n d u t i l i z e e l e c t r i c i t y . A p o w e r u t i l i z a t i o n s y s t e m i n S r i L a n k a w o u l d b e m o s t c o m m o n l y a t l o w v o l t a g e , w h i c h i s 3 p h a s e 4 0 0 V 5 0 H z . I d e a l l y a n d a s w e h a v e l e a r n t 3 p h a s e 4 0 0 V s u p p l y t o a l o a d i s b a l a n c e d . T h i s m e a n s a l l t h e p h a s e s a r e e q u a l i n m a g n i t u d e a t 2 3 0 V a n d t h e p h a s e s a r e e q u a l l y s p a c e d a t 1 2 0 ° p h a s e a n g l e s . A l s o i f i t i s a n i d e a l l o a d t h e c u r r e n t s a r e e q u a l i n m a g n i t u d e a n d e q u a l l y s p a c e d . I d e a l l y t h e n e u t r a l c u r r e n t w i l l b e z e r o . B u t i n r e a l i n d u s t r i a l l i f e w e h a r d l y f i n d s u c h s i t u a t i o n s . M o s t o f t h e t i m e s u p p l y v o l t a g e s f r o m s o u r c e a r e n o t b a l a n c e d . T h e v o l t a g e o f e a c h p h a s e i s n o t a t 2 3 0 V a n d t h e y a r e n o t e q u a l l y s p a c e d . A l s o o n t h e o t h e r h a n d w h e n i t c o m e s t o a s e t o f s i n g l e p h a s e l o a d s m o s t l y t h e c u r r e n t s a r e n o t e q u a l . E v e n i n t h e c a s e o f 3 p h a s e l o a d s t h e r e i s a p o s s i b i l i t y t h a t c u r r e n t s c a n b e u n b a l a n c e d . T h e c u r r e n t s o f a l o a d c e n t r e a r e n o t e q u a l i n m a g n i t u d e a n d n o t e q u a l l y s p a c e d . I n m o s t s i t u a t i o n s t h e s i n u s o i d c u r r e n t w a v e f o r m i s t o t a l l y d i s t o r t e d w i t h f o r e i g n c o m p o n e n t s a d d e d d u e t o t h e n o n l i n e a r i t y o f t h e l o a d s . H a r m o n i c s h a s b e e n a n u i s a n c e t o o p e r a t i o n a l e n g i n e e r s c a u s i n g p r o b l e m s i n t h e i n s t a l l a t i o n w i t h h e a v y c u r r e n t s i n t h e n e u t r a l a n d s u p p l y v o l t a g e e n t i r e l y d i s t o r t e d . H a r m o n i c s i s q u i t e c o m m o n t h e s e d a y s d u e t o t h e h e a v y u s e o f e l e c t r o n i c e q u i p m e n t i n c l u d i n g s w i t c h m o d e p o w e r s u p p l i e s , v a r i a b l e s p e e d a n d f r e q u e n c y d r i v e s , u n i n t e r r u p t e d p o w e r s u p p l i e s j u s t t o n a m e a f e w . . . \·~B \ - ' l 2 \ : - R \ 7 y F i g u r e 1 : A b a l a n c e d s y s t e m , . \ 1 • ~ 1 / V L N ~ · , u . . . . . • · • . • ' \ \ l i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · . . . • , : s : F i g u r e 2 : A n u n b a l a n c e d s y s t e m ' \ l T h e t w o f i g u r e s a b o v e d e p i c t a b a l a n c e d a n d a n u n b a l a n c e d s y s t e m i n a p h a s o r d i a g r a m . I n t e r e s t i n g p o i n t t o n o t e a s i n f i g u r e I o f a b a l a n c e d s y s t e m i s t h a t t h e p h a s e a n g l e o f a n y v o l t a g e p h a s e w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g c u r r e n t p h a s e i s t h e s a m e . W h e r e a s i n t h e c a s e o f p h a s e u n b a l a n c e d s y s t e m a s i n f i g u r e 2 t h e p h a s e a n g l e s b e t w e e n t h e p h a s e s w i l l b e d i f f e r e n t . T h e r e f o r e t h e n e u t r a l p o i n t w i l l b e s h i f t e d f r o m t h e c o m m o n g r o u n d a n d t h e r e w i l l b e a v o l t a g e o f V L N c o m p a r e d t o g r o u n d a t t h e n e u t r a l n o d e . [ 2 ] U n b a l a n c e v o l t a g e s a n d u n b a l a n c e c u r r e n t s g o h a n d i n h a n d . W h i c h m e a n s u n b a l a n c e c u r r e n t c a u s e s a n u n b a l a n c e v o l t a g e a n d t h i s u n b a l a n c e v o l t a g e c a u s e s a n u n b a l a n c e c u r r e n t . U n b a l a n c e l o a d s a n d p r e s e n c e o f n o n l i n e a r l o a d s i s t h e r e a s o n f o r u n b a l a n c e i r r e g u l a r c u r r e n t w a v e f o r m s . U n b a l a n c e p h a s e c u r r e n t s c a u s e s a f l o w o f n e u t r a l c u r r e n t . I n a n i d e a l s y s t e m n e u t r a l c u r r e n t s h o u l d b e z e r o . B u t p r a c t i c a l l y t h e r e e x i s t a n e u t r a l c u r r e n t f l o w . T h e h i g h e r t h e i m b a l a n c e t h e h i g h e r w i l l b e t h e n e u t r a l c u r r e n t . T h e p l o t b e l o w i s t y p i c a l c a s e o f a L V i n s t a l l a t i o n w h e r e t h e p h a s e s a r e u n b a l a n c e a n d t h e r e i s a c o n s i d e r a b l e n e u t r a l c u r r e n t . 2 . . . . . , . . . . . . . . . . . . , . . , . . , { . . ~----. . . . ' \ --~-T-.,._/ I , I . . . . . . . - . . . , - " , 1 ' - - h . . ' ' . _ _ , . . . . F i g u r e 3 : C u r r e n t w a v e f o r m s o f a l o a d c e n t r e L i n e 1 L i n e 2 L i n e 3 N e u t r a l T h e f i g u r e a b o v e i s a v e r y n a t u r a l c a s e o f a w a v e f o r m a n a l y s i s . T h e f i g u r e s h o w s o n e c y c l e e a c h o f e a c h p h a s e a n d t h e n e u t r a l p l o t t e d o n a c o m m o n t i m e a x i s . T h e w a v e f o r m s a r e t o t a l l y d i s t o r t e d w i t h u n b a l a n c e s a n d p r e s e n c e o f h a r m o n i c s i n t h e s y s t e m . H e n c e t h e r e s u l t a n t i s a c o n s i d e r a b l e n e u t r a l c u r r e n t s h o w i n g a c l e a r 3 r d h a r m o n i c . F r o m t h e r e c e n t p a s t t h i s p r o b l e m h a s r a i s e d d u e t o t h e r e c e n t h e a v y u s e o f e l e c t r o n i c e q u i p m e n t . S w i t c h m o d e p o w e r s u p p l i e s t h a t a r e v e r y c o m m o n i n e l e c t r o n i c d e v i c e s i s t h e m a i n c a u s e o f t h e p r o b l e m . I n t h i s c a s e e v e n i f t h e l o a d c u r r e n t s a r e b a l a n c e d , t h e r e c o u l d b e a n e u t r a l c u r r e n t d u e t o t h e n o n l i n e a r i t y . T h i s c a u s e d d u e t o t h e g e n e r a t i o n o f o t h e r f r e q u e n c y c o m p o n e n t s h i g h e r t h a n 5 0 H z , w h i c h r e f l e c t s i n t h e n e u t r a l . A t t i m e s t h e n e u t r a l c u r r e n t c a n b e m o r e t h a n t h e p h a s e c u r r e n t . I t i s q u i t e c o m m o n i n i n d u s t r y t o h a v e a n e u t r a l c u r r e n t t w i c e a s t h e p h a s e c u r r e n t o r a t l e a s t o n e r a t i n g h i g h e r t h a n t h e p h a s e . T h i s h a s b e e n t h e p r a c t i c e b y m a n y e l e c t r i c a l d e s i g n e r s , i n s t a l l i n g c o n t r a c t o r s a n d c o n s u l t a n t s . I t i s n o m o r e a g o o d p r a c t i c e w i t h t h e r i s i n g c o s t o f c o p p e r c a b l e s . 3 . . I l l Q . ~· . - . J . - ~ ~ ; Z J C J i i . : E ~·~ , . 1 ~ T 1 m e - - • L i n e a r l o a d - - - N o n - l i n e a r l o a d . . • • • • . N o n - l r n e a r l o a d · N r t h f i l t e r F i g u r e 4 : C u r r e n t w a v e f o r m s o f a l i n e a r , n o n l i n e a r a n d n o n l i n e a r w i t h f i l t r a t i o n s y s t e m T h e f i g u r e ( F i g u r e 4 ) a b o v e i l l u s t r a t e s t h e b e h a v i o r o f a c u r r e n t w a v e f o r m t o l i n e a r , n o n l i n e a r a n d n o n l i n e a r w i t h f i l t r a t i o n l o a d s . A s p e r t h e f i g u r e a l i n e a r l o a d w i l l h a v e a p e r f e c t s i n e w a v e w i t h a b s o l u t e l y n o d i s t o r t i o n . I n t h e c a s e o f a n o n l i n e a r l o a d t h e w a v e f o r m i s e n t i r e l y d i s t o r t e d h a v i n g a v e r y h i g h p e a k t o t h e o r i g i n a l w a v e a n d t h e r i s e a n d f a l l i s s h i f t e d f r o m t h e z e r o c r o s s i n g s . T h e t h i r d w a v e f o r m i s a c o r r e c t i o n d o n e t o t h e d i s t o r t e d w a v e f o r m b y c l i p p i n g t h e p e a k t o r e d u c e t h e u n b a l a n c e a n d d i s t o r t i o n . T h i s f i l t r a t i o n u s e d h a s t r i e d t o m a t c h t h e n o n l i n e a r i t y t o a c l o s e i d e a l s i n e w a v e f o r m . B u t s t i l l t h e w a v e f o r m i s d i s t o r t e d . T h i s w h o l e p o w e r q u a l i t y p r o b l e m i s n o t s o m e t h i n g h a p p e n i n g i n s t a n t a n e o u s n o r f o r a s h o r t p e r i o d . B u t t h e u n b a l a n c e s w i l l r e m a i n i n t h e s y s t e m f o r c o n s i d e r a b l e a m o u n t o f t i m e o r e v e n s o m e t i m e s a s l o n g a s i t i s r e c t i f i e d . I t h a s a l w a y s b e e n t h e p r a c t i c e t o b l a m e t h e p o w e r s u p p l i e r p o i n t i n g t h e f i n g e r a t u n b a l a n c e v o l t a g e p h a s e . B u t t h e b i t t e r p a r t i s t h a t t h e c u s t o m e r l o a d s a r e n o t b a l a n c e d n o r h a r m o n i c s i s t a k e n c a r e o f . B a l a n c i n g c u r r e n t a n d r e d u c i n g h a r m o n i c s w i l l b e e c o n o m i c a n d e n e r g y e f f i c i e n t o p t i o n s r a t h e r t h a n t r y i n g t o b a l a n c e p h a s e v o l t a g e s b y v a r i a b l e t r a n s f o r m e r s . 4 A . 1 . 2 M o t i v a t i o n T h e i d e a o f t h i s r e s e a r c h i s t o f i n d t e c h n i q u e s a n d m e t h o d o l o g i e s t o k e e p t h e n e u t r a l c u r r e n t l o w . T h i s w i l l m e a n k e e p i n g t h e p h a s e c u r r e n t s o f t h e l o a d b a l a n c e d a s w e l l a s k e e p i n g t h e h a r m o n i c l e v e l s a t a t o l e r a b l e v a l u e . H e n c e t h e v o l t a g e o f t h e s y s t e m w i l l b e b a l a n c e d o r m o r e p r e c i s e l y t h e u n b a l a n c e v o l t a g e s w i l l b e r e d u c e d . T h e w h o l e i n t e n t i o n o f t h i s a p p r o a c h i s t o s t o p c o m p l a i n i n g e l e c t r i c i t y a u t h o r i t i e s o v e r t h e i s s u e s r e l a t e d w i t h l o a d s . I d e a l l y i f a l l c o n s u m e r s c a n k e e p t h e c u r r e n t s b a l a n c e d a n d h a r m o n i c s r e d u c e d t h e d i s t o r t i o n i n t h e v o l t a g e w a v e f o r m i s m i n i m i z e d . W h i l e i n t e n d i n g t h i s c o n c e p t t h e c o n s u m e r a l s o s h o u l d n o t f o r g e t t h a t t h e b e n e f i t s h e i s g o i n g t o a c h i e v e b y f u l f i l l i n g t h i s c r i t e r i o n . S o m e o f t h e m a j o r b e n e f i t s a r e l i s t e d b e l o w , b u t n o t l i m i t e d t o t h o s e . [ 4 ] T h e b e n e f i t s w i l l b e d i s c u s s e d i n l e n g t h i n t h e l a t e r c h a p t e r s . • R e d u c t i o n o f e n e r g y l o s s e s f r o m c a b l e c u r r e n t s • O v e r l o a d i n g o f c a b l e s • R e d u c e o n e x t r a i n v e s t m e n t f o r c a b l e s • R e d u c e l o s s e s d u e t o h e a t i n g • K e e p p h a s e v o l t a g e s b a l a n c e d • R e d u c e d c o s t o f m a i n t e n a n c e • O v e r h e a t i n g o r d e r a t i n g o f t r a n s f o r m e r • O v e r l o a d i n g n e u t r a l c o n d u c t o r s • E x c e s s i v e h e a t i n g o f w i r i n g a n d c o n n e c t i o n s • D a m a g i n g o f c a p a c i t o r b a n k s • R e s o n a n c e • M a l f u n c t i o n o f e l e c t r o n i c e q u i p m e n t • C o m m u n i c a t i o n i n t e r f e r e n c e • D i s t o r t e d s u p p l y v o l t a g e • I n c r e a s e d p o w e r l o s s e s • L o g i c f a u l t s i n d i g i t a l d e v i c e s • E r r o r s i n p o w e r m e t e r i n g • I n a d v e r t e n t t h e r m a l t r i p p i n g o f r e l a y s , c i r c u i t b r e a k e r s a n d p r o t e c t i v e d e v i c e s . 5 . . . . . C h a p t e r 2 2 . 0 P r o b l e m s F a c e d D u e T o H e a v y N e u t r a l C u r r e n t s 2 . 1 I n t r o d u c t i o n T h e p r o b l e m s f a c e d d u e t o t h e u n b a l a n c e i s s u e s a r e e n o r m o u s a c r o s s d i f f e r e n t t y p e o f i n d u s t r i e s , d i s t r i b u t i o n s y s t e m s , c o m m e r c i a l a n d r e s i d e n t i a l i n s t a l l a t i o n s . T h e p r o b l e m s a r e f a c e d m o s t l y i n o p e r a t i o n s b y m a i n t e n a n c e a n d o p e r a t i o n a l s t a f f . M o s t p r o b l e m s a r e d e t e c t e d o n l y a f t e r e n g a g i n g t h e s y s t e m i n t o o p e r a t i o n s , w h i c h i s q u i t e u n p r o f e s s i o n a l . S o m e p r o b l e m s r e m a i n u n s o l v a b l e d u e t o t h e u n p l a n n e d d e s i g n a n d h i g h i n v e s t m e n t r e q u i r e d t o c h a n g e . C o n s i d e r a b l e a m o u n t o f t i m e , m o n e y a n d l o s s e s c o u l d h a v e s a v e d i f p r o p e r i n i t i a l d e s i g n w a s d o n e . H o w e v e r s o m e c o m m o n p r o b l e m s t o a r a n g e o f i n d u s t r i e s w i l l b e d i s c u s s e d i n t h i s c h a p t e r . S o m e o f t h e c a s e s a r e m y p e r s o n a l e x p e r i e n c e s a s a n o p e r a t i o n a l e n g i n e e r a n d a c o n s u l t a n t . 2 . 2 V o l t a g e u n b a l a n c e p r o b l e m s 2 . 2 . 1 T h r e e p h a s e m o t o r s V o l t a g e u n b a l a n c e i s e x t r e m e l y h a r m f u l t o t h e p r o p e r o p e r a t i o n a n d l i f e o f a t h r e e - p h a s e m o t o r . P r o b a b l y t h e h i g h e s t i m p a c t s e v e r r e c o r d e d d u e t o u n b a l a n c e . W h e n l i n e v o l t a g e s s u p p l y i n g a n i n d u c t i o n m o t o r a r e n o t e q u a l i n m a g n i t u d e s e v e r a l p r o b l e m s o c c u r . T h e s e a r e A C a s y n c h r o n o u s m a c h i n e s w i t h i n t e r n a l l y i n d u c e d r o t a t i n g m a g n e t i c f i e l d s . T h e m a g n i t u d e i s p r o p o r t i o n a l t o t h e a m p l i t u d e o f t h e d i r e c t a n d / o r i n v e r s e c o m p o n e n t s . T h e r o t a t i o n a l s e n s e o f t h e f i e l d o f t h e i n v e r s e c o m p o n e n t i s o p p o s i t e t o t h e f i e l d o f t h e d i r e c t c o m p o n e n t . H e n c e , i n t h e c a s e o f a n u n b a l a n c e d s u p p l y , t h e t o t a l r o t a t i n g m a g n e t i c f i e l d b e c o m e s ' e l l i p t i c a l ' i n s t e a d o f c i r c u l a r . I n d u c t i o n m a c h i n e s f a c e t h r e e k i n d s o f p r o b l e m s d u e t o u n b a l a n c e . 6 F i r s t , t h e m a c h i n e c a n n o t p r o d u c e i t s f u l l t o r q u e a s t h e i n v e r s e l y r o t a t i n g m a g n e t i c f i e l d o f t h e n e g a t i v e - s e q u e n c e s y s t e m c a u s e s a n e g a t i v e b r a k i n g t o r q u e t h a t h a s t o b e s u b t r a c t e d f r o m t h e b a s e t o r q u e l i n k e d t o t h e n o r m a l r o t a t i n g m a g n e t i c f i e l d . [ 2 ] • · w w I n v e r s e f . J ' . . v w ' L ' v w N U • i Y l " ' : A ::--;.t~ . . . , . . . . " ' l J j , r , ; . : t ~-Q.J<,n:~ . , . A , : h o £ " ~,:-ofr . , . . . " ' " ) - J r : b . . . W ' w ~4<.p . . ~:r- : z _ ''f?ho;~ $ . , t : ' J : ' ' ' f " " ' A · c ' l : T.¢~,=-l-c· ~,-::;ho~ F i g u r e 5 : T o r q u e - s p e e d c u r v e s u n d e r u n b a l a n c e c o n d i t i o n s F i g u r e 5 s h o w s t h e d i f f e r e n t t o r q u e - s p e e d c h a r a c t e r i s t i c s o f a n i n d u c t i o n m a c h i n e u n d e r u n b a l a n c e d s u p p l y . T h e a c t u a l s t e a d y - s t a t e c u r v e i s t h e w e i g h t e d s u m o f t h e s e c u r v e s w i t h t h e s q u a r e d u n b a l a n c e r a t i o s a s w e i g h t s a s t h e t o r q u e s c a l e s w i t h t h e s q u a r e o f t h e l o a d . I t c a n b e s e e n t h a t i n t h e n o r m a l o p e r a t i n g r e g i o n , b e i n g t h e a l m o s t s t r a i g h t l i n e s e c t i o n o f t h e ' D i r e c t ' c u r v e ( t h e p a r t s t a r t i n g a t t h e t o p o f t h e c u r v e , e v e n t u a l l y c r o s s i n g t h e h o r i z o n t a l a x i s a t s y n c h r o n o u s s p e e d ) , ' I n v e r s e ' c u r v e a n d ' H o m o p o l a r ' c u r v e a r e b o t h n e g a t i v e . 7 l S e c o n d l y , t h e b e a r i n g s m a y s u f f e r m e c h a n i c a l d a m a g e b e c a u s e o f i n d u c e d t o r q u e c o m p o n e n t s a t d o u b l e s y s t e m f r e q u e n c y . F i n a l l y , t h e s t a t o r a n d , e s p e c i a l l y , t h e r o t o r a r e h e a t e d e x c e s s i v e l y , p o s s i b l y l e a d i n g t o f a s t e r t h e r m a l a g e i n g . T h i s h e a t i s c a u s e d b y i n d u c t i o n o f s i g n i f i c a n t c u r r e n t s b y t h e f a s t r o t a t i n g ( i n t h e r e l a t i v e s e n s e ) i n v e r s e m a g n e t i c f i e l d , a s s e e n b y t h e r o t o r . T o b e a b l e t o d e a l w i t h t h i s e x t r a h e a t i n g , t h e m o t o r m u s t b e d e r a t e d , w h i c h m a y r e q u i r e a m a c h i n e o f a l a r g e r p o w e r r a t i n g t o b e i n s t a l l e d . U n b a l a n c e d v o l t a g e s o n t h r e e - p h a s e m o t o r s p r o d u c e l a r g e u n b a l a n c e d c u r r e n t s , o v e r h e a t i n g o f t h e m o t o r , s h o r t e r i n s u l a t i o n l i f e , e x c e s s i v e l o s s e s a n d w a s t e d e n e r g y . A l s o , s i g n i f i c a n t l y u n b a l a n c e d l i n e c u r r e n t s m a k e t h e p r o b l e m o f p r o v i d i n g a d e q u a t e o v e r l o a d p r o t e c t i o n m o r e d i f f i c u l t . ) 9 5 " · : ! . ) ~) ' ) _ ) , - )S~ ) S ' ) ' 7 J C u n e n l \ $ { ~0 \ . o l t a g e · 0 o l ( l ( l l E J F i g u r e 6 : V a r i a t i o n o f c u r r e n t a n d e f f i c i e n c y o f a m o t o r w i t h v o l t a g e u n b a l a n c e [ 1 ] T h e a b o v e g r a p h i n F i g u r e 6 i l l u s t r a t e s t h e v a r i a t i o n o f t h e c u r r e n t w i t h t h e v a r i a t i o n o f t h e v o l t a g e u n b a l a n c e . U n b a l a n c e d v o l t a g e p r o d u c e s a c o r r e s p o n d i n g n e g a t i v e s e q u e n c e f l u x c a u s i n g u n b a l a n c e d c u r r e n t s i n e x c e s s o f t h o s e u n d e r b a l a n c e d v o l t a g e c o n d i t i o n s . I t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t e x c e s s i v e c u r r e n t c r e a t e s e x c e s s i v e h e a t , w h i c h i n t u r n , s h o r t e n s i n s u l a t i o n l i f e ; i n s u l a t i o n b r e a k d o w n i s p e r m a n e n t . I n t h e p h a s e w i t h t h e h i g h e s t c u r r e n t , t h e p e r c e n t a g e i n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e r i s e w i l l b e a p p r o x i m a t e l y t w o t i m e s t h e s q u a r e o f 8 t h e p e r c e n t a g e v o l t a g e u n b a l a n c e . T h u s , a 3 % v o l t a g e u n b a l a n c e w i l l i n c r e a s e t e m p e r a t u r e r i s e a b o u t 3 x 3 x 2 o r 1 8 % . S u c h a n u n b a l a n c e c o u l d a l s o r e s u l t i n e l e c t r o m e c h a n i c a l v i b r a t i o n , l e a d i n g t o b e a r i n g f a i l u r e s . I n a d d i t i o n , n o i s e a n d v i b r a t i o n w i l l b e p a r t i c u l a r l y s e v e r e o n h i g h r p m m o t o r s . A l s o t h e g r a p h d e s c r i b e s h o w t h e e f f i c i e n c y o f t h e m o t o r d r o p s w i t h t h e v a r i a t i o n o f t h e i m b a l a n c e . I t i s i m p o r t a n t t o k e e p t h e v o l t a g e s b a l a n c e d t o s a v e o n e n e r g y , w h i l s t o b t a i n i n g t h e m a x i m u m o u t p u t f r o m t h e m o t o r . ' " ) " ) ( ) = _ _ . . . , - ~200 - : : : . . 1 . - , r . ~ . . . v - - ~ 1 0 0 . ; . , - ' \ t " i - : : . " ' ; . , - 0 ( J ~JOTOR 0 \ "'.RHE.~ T L ' X G D . I B A L . 4 . . . . ' \ C E D PH.~SE \ " O L T A G E S ~ 4 6 8 Y o l t a g E > I m b a l a n c e (~il) F i g u r e 7 : M o t o r o v e r h e a t i n g w i t h v o l t a g e i m b a l a n c e [ 1 ] 1 ( T h e a b o v e g r a p h i n F i g u r e 7 i s a c l a s s i c e x a m p l e o f t e m p e r a t u r e r i s e w i t h t h e v o l t a g e i m b a l a n c e . A d a n g e r z o n e i s m a r k e d t o d e s c r i b e t h e r i s k o f d e g r a d a t i o n o f i n s u l a t i o n d u e t o t h e t e m p e r a t u r e r i s e . H i g h e r t h e v o l t a g e i m b a l a n c e h i g h e r w i l l b e t h e p r o b a b i l i t y f o r a n i n s u l a t i o n f a i l u r e . N E M A s t a n d s f o r N a t i o n a l E l e c t r i c a l M a n u f a c t u r e r s A s s o c i a t i o n , w h i c h a l l o w s a v o l t a g e i m b a l a n c e o f 5 % f o r s a f e r o p e r a t i o n . 9 1 2 0 . C > 1 0 0 c : l : . . . s o . . . i : : 6 ( 1 0 ~ - 1 0 - . . . , . . . - 2 0 e o . : : r : t : 0 0 H O R S : E P O \ \ I R D:ER~Tl~·G I ! v 1 B A L A I ' \ C E D P H A S . E V O L I A G E S O B T A . I K . - \ . . B L E H O R S E P 0 " 1 : r E R " 4 6 V o l t a g E > l t n b a l a n c E > ( 0 o ) s 1 0 F i g u r e 8 : D e c r e m e n t o f r a t e d p o w e r w i t h v o l t a g e i m b a l a n c e [ 1 ] T h e p l o t a b o v e i n F i g u r e 8 s h o w s h o w t h e r a t e d p o w e r o u t p u t o f a m o t o r w i l l r e d u c e w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e i m b a l a n c e . 2 . 2 . 2 E l e c t r i c a l n e t w o r k T h e c a p a c i t y o f t r a n s f o r m e r s , c a b l e s a n d l i n e s i s r e d u c e d d u e t o n e g a t i v e s e q u e n c e c o m p o n e n t s . T h e o p e r a t i o n a l l i m i t i s i n f a c t d e t e r m i n e d b y t h e R M S r a t i n g o f t h e t o t a l c u r r e n t , b e i n g p a r t i a l l y m a d e u p o f ' u s e l e s s ' n o n - d i r e c t s e q u e n c e c u r r e n t s a s w e l l . T h i s h a s t o b e c o n s i d e r e d w h e n s e t t i n g t r i g g e r p o i n t s o f p r o t e c t i o n d e v i c e s , o p e r a t i n g o n t h e t o t a l c u r r e n t . T h e m a x i m u m c a p a c i t y c a n b e e x p r e s s e d b y a d e r a t i n g f a c t o r , t o b e s u p p l i e d b y t h e m a n u f a c t u r e r , w h i c h c a n b e u s e d t o s e l e c t a l a r g e r s y s t e m , c a p a b l e o f h a n d l i n g t h e l o a d . T r a n s f o r m e r s s u b j e c t t o n e g a t i v e s e q u e n c e v o l t a g e s t r a n s f o r m t h e m i n t h e s a m e w a y a s p o s i t i v e - s e q u e n c e v o l t a g e s . T h e b e h a v i o u r w i t h r e s p e c t t o h o m o p o l a r v o l t a g e s d e p e n d s o n t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a r y c o n n e c t i o n s a n d , m o r e p a r t i c u l a r l y , t h e p r e s e n c e o f a n e u t r a l c o n d u c t o r . I f , f o r i n s t a n c e , o n e s i d e h a s a t h r e e - p h a s e f o u r - w i r e c o n n e c t i o n , n e u t r a l c u r r e n t s c a n f l o w . I f a t t h e o t h e r s i d e t h e w i n d i n g i s d e l t a c o n n e c t e d , t h e h o m o p o l a r c u r r e n t i s t r a n s f o r m e d i n t o a c i r c u l a t i n g ( a n d h e a t - c a u s i n g ) c u r r e n t i n t h e d e l t a . T h e a s s o c i a t e d h o m o p o l a r m a g n e t i c f l u x p a s s e s t h r o u g h c o n s t r u c t i o n a l p a r t s o f t h e 1 0 , r a n s f i x m e r c a u s i n g p a r a s i t i c l o s s e s i n p a r t s s u c h a s t h e t a n k , s o m e t i m e s r e q u i r i n g a n ; d d i t J o n a l d e r a t i n g . ~.3 C u r r e n t u n b a l a n c e p r o b l e m s : u r r e n t u n b a l a n c e i s s e e n m u c h a s a s t a r t i n g p o i n t f o r t h i s w h o l e p r o b l e m . I n a m o s t , ) m m o n d i s t r i b u t i o n s y s t e m t h e r e w i l l b e a 4 w i r e s y s t e m w i t h a s i n g l e s e t f o r e a c h p h a s e m d a n e u t r a l w i r e . S o m e c r i t i c a l p r o b l e m s a r e l i s t e d b e l o w w i t h r e g a r d t o p h a s e c u r r e n t , 1 1 1 b a l a n c e s . • O v e r l o a d i n g o f s i n g l e s e t o f c a b l e s • H e a t i n g o f h i g h c u r r e n t c a r r y i n g c a b l e • P o s s i b l e i n s u l a t i o n f a i l u r e o f t h e h i g h c u r r e n t c a r r y i n g c a b l e • N e u t r a l o v e r l o a d i n g • E n e r g y l o s s i n n e u t r a l c u r r e n t • F a i l u r e s i n b r e a k e r s , c o n t a c t o r s , t e r m i n a l s e t c . ( u r r e n t u n b a l a n c e o c c u r s w i t h a b a d d e s i g n o f l o a d d i v i s i o n . S p e c i a l c a r e h a s t o b e t a k e n w h e n m u l t i p l e s i n g l e p h a s e l o a d s a r e i n c l u d e d i n a l o a d c e n t r e . T h e d i v e r s i t y a n d s i m u l t a n e i t y o f t h e s i n g l e p h a s e l o a d s n e e d t o b e c o n s i d e r e d . F o l l o w i n g i s a c l a s s i c c a s e i n a S r i L a n k a n i n d u s t r i a l i n s t a l l a t i o n . T h e c u r r e n t i m b a l a n c e i s m o r e t h a n 2 5 % . T h e c u r r e n t R M S v a l u e s l o g g e d o v e r a p e r i o d o f t i m e a r e g i v e n b e l o w . l o a d Phas~ C u r r e n t s , l l , ] • · 1 ' 1 1 1 J ' , F i g u r e 9 : P h a s e c u r r e n t s o f a n i n d u s t r i a l i n s t a l l a t i o n I I T h e p r o b l e m r a i s e d c o n c e r n o v e r s e v e r a l p a r t i e s d u e t o a c o n s t a n t f a i l u r e o f t h e c o n t a c t o r s o f t h e c h a n g e o v e r s w i t c h . O n e p h a s e c o n t a c t o r f a i l e d f o r t h e s e c o n d t i m e a f t e r t w o r e p l a c e m e n t s o f t h e c h a n g e o v e r s w i t c h w h i c h r e v e a l e d a s u b s e q u e n t o v e r l o a d i n g i n t h a t p h a s e . P r e v i o u s c h a n g e o v e r s w i t c h w a s r e p l a c e d b y t h e c l i e n t w i t h o u t p r o p e r i n v e s t i g a t i o n o f t h e c a u s e o f t h e p r o b l e m . T h e f o l l o w i n g i s a p i c t u r e ( F i g u r e 1 0 ) o f t h e s i n g l e p h a s e b u r n t c h a n g e o v e r s w i t c h . T h e b u r n t p h a s e i s c l e a r l y v i s i b l e w i t h b u r n t m a r k s . F i g u r e 1 0 : B u r n t c h a n g e o v e r s w i t c h o f a n i n s t a l l a t i o n 2 . 4 H a r m o n i c s p r o b l e m H a r m o n i c c u r r e n t s g e n e r a t e d b y n o n l i n e a r m a i n l y o f f i c e e q u i p m e n t m c r e a s e p o w e r s y s t e m h e a t l o s s e s a n d t h e p o w e r b i l l s o f e n d u s e r s . G e n e r a l l y h a r m o n i c p r o b l e m s i n o f f i c e b u i l d i n g s a r e c a u s e d b y n o n l i n e a r l o a d s c a u s i n g h a r m o n i c c u r r e n t i n j e c t i o n [ 5 ] . T h e i n j e c t e d c u r r e n t i s p r o p a g a t e d t o a l l d i s t r i b u t i o n c i r c u i t s a n d l e a d s t o h a r m o n i c v o l t a g e d i s t o r t i o n o n t h e s y s t e m . H a r m o n i c c u r r e n t s c a n c a u s e s u c h p r o b l e m s a s o O v e r l o a d i n g n e u t r a l c o n d u c t o r s o D a m a g i n g o f c a p a c i t o r b a n k s o R e s o n a n c e o M a l f u n c t i o n o f e l e c t r o n i c e q u i p m e n t o C o m m u n i c a t i o n i n t e r f e r e n c e o L o g i c f a u l t s i n d i g i t a l d e v i c e s o E r r o r s i n p o w e r m e t e r i n g o I n a d v e r t e n t t h e r m a l t r i p p i n g o f r e l a y s , c i r c u i t b r e a k e r s a n d p r o t e c t i v e d e v i c e s . 1 2 T h e 3 r d a n d o t h e r t r i p l e n h a r m o n i c c u r r e n t s a r e a d d i t i v e a s t h e y r e t u r n i n t h e n e u t r a l c o n d u c t o r . B e c a u s e o f t h i s , n e u t r a l c o n d u c t o r s w i l l o f t e n c a r r y v e r y h e a v y c u r r e n t s w h e n n o n - l i n e a r l o a d s a r e p r e s e n t . T h e s e c u r r e n t s h a v e b e e n k n o w n t o c a u s e o v e r h e a t i n g a n d f a i l u r e s o f t h e n e u t r a l c o n d u c t o r . I n a d d i t i o n , h a r m o n i c s w i l l i n c r e a s e e R a n d e d d y c u r r e n t l o s s e s i n t r a n s f o r m e r s a n d o t h e r d i s t r i b u t i o n e q u i p m e n t s u c h a s U P S s y s t e m s . T h e s e e x c e s s i v e l o s s e s c a n c a u s e t r a n s f o r m e r s t o o v e r h e a t e v e n w h e n t h e y a r e r e l a t i v e l y l i g h t l y l o a d e d . T h i s i s f u r t h e r d e s c r i b e d i n t h e f o l l o w i n g e q y a t i o n s a n d t h e w a v e f o r m s g i v e n b e l o w . A s i t i s i l l u s t r a t e d t h e t h i r d h a r m o n i c c o m p o n e n t s p r e s e n t i n t h e p h a s e c u r r e n t s w i l l n o t c a n c e l o u t i n t h e n e u t r a l b u t a d d u p . T h e r e f o r e a t t i m e s t h e n e u t r a l c u r r e n t c o u l d b e m o r e t h a n t h e p h a s e c u r r e n t . I N , r m s = ~(1 2 a , r m s + 1 2 b , r m s + e c , r m s ) I N , r m s = ~3 * l p h a s e , r m s 1 3 . . - J L - - - - + - - - - + - - _ / - - - - 7 ·--+-----+---+---~ - - . , F i g u r e I I : E f f e c t s o f p r e s e n c e o f h a r m o n i c s i n p h a s e s t o t h e n e u t r a l ' \ j o n - l i n e a r l o a d s , s u c h a s c o m p u t e r s , e m e r g e n c y l i g h t i n g , f l u o r e s c e n t l i g h t i n g , e t c , a r e h e c o m i n g e v e r m o r e p r e s e n t a n d c r e a t e h i g h l e v e l s o f h a r m o n i c c u r r e n t w h i c h c a n a d d - u p 1 1 1 t h e n e u t r a l , c r e a t i n g e v e r s e r i o u s p r o b l e m s . S o m e p l o t s o f c o m m o n e q u i p m e n t u s e d i n t h e d a y t o d a y l i t e a r e g i v e n b e l o w i n F i g u r e 1 2 . T h e d i s t o r t i o n i n t h e s e c u r r e n t w a v e f o r m s w i I I h e s e e n d u e t o h a r m o n i c s . [ 6 ] 1 4 ... ... .., ... ... ~ ~ I ---- --i-\ ~,'-4 -.he~· ...... - ... ... . ..... - I \ / ' """ ~ ... r .... ... -.... "' ... - I \ I ' \ \. .. • .. • f I .. .. •• .. • / t v .. ' .. • .. • / j ~ t t ""t ... - -...a ....... _ __ ....... _ - • • / \ ,... I \ i/ ~ ~ i\ - •OO& \ ............. _ I I .. . I . I I .. .. N~~--~··-·---·~·--~"----",_ ... ~-~·---·~·- I t----'i--1.....--l~f--1~( f ' f ' l u a t - 1 C t l l l l l l g ! . . M i l l C u t t e n ! W I V e l ' o t l l l l i . . . ¥ l I ' - I I I ' i j u l I I I \ I l l I io+----+----+----+----+---~----4 ' . 0 l l f t f G , . . . J t o * - . . . . . . . o . , - . . , . . . . . I . . i : : . , . . . " 't¥11"1"1~ C u r r . n l W w a t o r 1 1 1 l t \ l - . . . , l ; , • I _ \ ' J \ . , . " " \ \ r ~..I ' v " ' . . 1 M : t i t 1 1 0 I M , _ . _ , . , . . • . o . , - . F i g u r e 1 2 : C u r r e n t w a v e f o r m s o f d i f f e r e n t l o a d s F o r f l u o r e s c e n t l i g h t i n g f i x t u r e s w i t h c o n v e n t i o n a l m a g n e t i c b a l l a s t s , t h e t h i r d h a r m o n i c c o n t e n t i s t y p i c a l l y i n t h e r a n g e o f 1 3 % t o 2 0 % o f t h e f u n d a m e n t a l 5 0 H z f r e q u e n c y . E l e c t r o n i c b a l l a s t s g e n e r a t e a n e v e n h i g h e r t h i r d h a r m o n i c c o m p o n e n t , a s h i g h a s 8 0 % . O v e r h e a t e d t r a n s f o r m e r s ( K F a c t o r ) , m o t o r s , a n d s t a n d b y g e n e r a t o r s t h a t a r e e x p o s e d t o s i g n i f i c a n t l e v e l s o f h a r m o n i c c u r r e n t s c a n s u f f e r s e r i o u s i n c r e a s e s i n o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e . I n a d d i t i o n , e x c e s s i v e c u r r e n t i n t h e n e u t r a l c o n d u c t o r s n o t o n l y o v e r h e a t s t h e c o n d u c t o r s , p o s s i b l y c a u s i n g d a m a g e t o i n s u l a t i o n , b u t a l s o c a n b e r e f l e c t e d b a c k i n t o t h e 3 - p h a s e t r a n s f o r m e r w i n d i n g a s a c i r c u l a t i n g c u r r e n t , c a u s i n g a d d i t i o n a l h e a t . P o w e r F a c t o r C o r r e c t i o n C a p a c i t o r s ( P F C C ' s ) c a n a l s o o v e r h e a t d u e t o h a r m o n i c d i s t o r t i o n o n l i n e v o l t a g e i n t h e p o w e r s y s t e m . S i n c e t h e i m p e d a n c e o f a c a p a c i t o r d e c r e a s e s a s t h e f r e q u e n c y o f t h e a p p l i e d v o l t a g e i n c r e a s e s , e x c e s s i v e c u r r e n t c a n f l o w t h r o u g h t h e c a p a c i t o r . C a p a c i t o r s c a n a l s o f o r m a r e s o n a n t c i r c u i t w i t h i n d u c t i v e e l e m e n t s i n t h e s y s t e m , w h i c h w i l l c r e a t e a m e a s u r a b l e i n c r e a s e i n t h e v o l t a g e a c r o s s t h e c a p a c i t o r . L i g h t i n g b a l l a s t c a p a c i t o r s a r e a l s o s u s c e p t i b l e t o h e a t c a u s e d b y h i g h - f r e q u e n c y c u r r e n t s ; f r e q u e n t f a i l u r e s o f t h i s t y p e a r e i n d i c a t i v e o f t h e p r e s e n c e o f h a r m o n i c s i n t h e s y s t e m . H a r m o n i c s c a n b e c a u s e o f i n e f f i c i e n t d i s t r i b u t i o n o f p o w e r , p o w e r l i n e c a r r i e r ( P L C ) , e g . C l o c k s a n d E n e r g y M a n a g e m e n t S y s t e m s ( E M S ) 1 6 C h a p t e r 3 3 . 0 S t a n d a r d s & R e g u l a t i o n s 3 . 1 W h y S t a n d a r d s ? T h i s c h a p t e r w i l l b e c o n c e n t r a t e d o n s t a n d a r d s g o v e r n i n g t h e p r o b l e m o f p h a s e u n b a l a n c e s a n d n e u t r a l c u r r e n t s . T h i s i s t h e o n l y w a y a r e s t r i c t i o n c a n b e i m p o s e d o n c o n s u m e r s t o m a k e s u r e p o w e r d i s t r i b u t i o n q u a l i t y i s m a i n t a i n e d . T h e l e v e l s a r e g i v e n o n l y t o m a i n t a i n a n a c c e p t a b l e p o w e r q u a l i t y . B u t h o w m u c h a l a r g e c o n s u m e r i s l o o s i n g d u e t o n o t m a i n t a i n i n g a t l e a s t t h e l e v e l s w h e n h e c a n e a s i l y d o i s t h e m a i n c o n c e r n o f t h i s w h o l e r e s e a r c h s t u d y . I n a S r i L a n k a n c o n t e x t I h a v e n e v e r c o m e a c r o s s a s i t u a t i o n w h e r e t h e c o n s u m e r i s b l a m e d o f l o w p o w e r q u a l i t y . T h e o n l y c h a r g e w h i c h c a n b e c l o s e s t b a s e d o n p o w e r q u a l i t y i s s u e i s t h e m a x i m u m d e m a n d c h a r g e w h i c h i n t u m i s t h e p o w e r f a c t o r o f t h e l o a d c e n t r e f o r l a r g e c o n s u m e r s . T h e r e f o r e l a r g e c o n s u m e r s i n v e s t o n p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o n c a p a c i t o r b a n k s t o k e e p t h e m a x i m u m d e m a n d l o w , b e c a u s e t h e f i n a n c i a l p a y b a c k i s a c c e p t a b l e i n t h i s c a s e . B u t o t h e r t h a n t h a t n o o t h e r l o w p o w e r q u a l i t y p e n a l t i e s e x i s t i n t h e t a r i f f s t r u c t u r e . D u e t o t h e a b o v e f a c t t h a t l o w p o w e r q u a l i t y i s n o t p e n a l i z e d , w e c o u l d s e e m a n y i s s u e s i n t h e p o w e r s y s t e m o f S r i L a n k a . M a n y p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s i n t h e s y s t e m a r e d u e t o t h e l o a d c e n t r e s b e i n g o f l o w q u a l i t y c o n c e r n . O n e s i d e o f t h e s t o r y i s t h a t c o n s u m e r s a r e n o t a t a l l c o n c e r n o v e r b a l a n c i n g t h e i r p o w e r s y s t e m . T h e y a r e u n a w a r e o f t h e l o s s e s d u e t o u n b a l a n c e s y s t e m . B a l a n c i n g i s o n l y d u r i n g t h e d e s i g n w h i c h t h e e l e c t r i c a l d e s i g n e n g i n e e r w i l l t a k e c a r e o f a n d a f t e r t h a t i t h a s n o t b e e n o f c o n c e r n t o a n y o n e . T h e s y s t e m u n d e r o p e r a t i o n i s e n t i r e l y d i f f e r e n t f r o m w h a t i t w a s i n s t a l l e d a f t e r f e w y e a r s . O n t h e o t h e r h a n d v a r i o u s n o n s t a n d a r d i s e d c o m p o n e n t s a r e u s e d a c r o s s d i f f e r e n t c o n s u m e r s . L o w q u a l i t y f l u o r e s c e n t b a l l a s t s , l o w q u a l i t y d r i v e s a n d c o m p u t e r s a n d o t h e r e q u i p m e n t m a n u f a c t u r e d w i t h o u t s t a n d a r d s a r e f l o o d i n g t h e m a r k e t . T h e w h o l e i s s u e o f i m p o r t i n g l o w q u a l i t y c o m p o n e n t s h a s c a u s e d t h e p o w e r s y s t e m o f S r i L a n k a t o s u f f e r . 1 7 F o r a n e x a m p l e f r o m m y p e r s o n a l e x p e r i e n c e t h e f e e d e r l i n e r e a c h i n g t o B a t t i c l o a a l l t h e w a y t h r o u g h P o l o n n a r u w a i s f u l l o f p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s . P o w e r s a g s , h a r m o n i c s , v o l t a g e v a r i a t i o n s a r e j u s t t o n a m e a f e w i s s u e s . T h i s l i n e i s f e e d i n g r i c e m i l l s w i t h h u g e m o t o r s a n d t h e q u a l i t y h a s n o t b e e n a n y o n e ' s c o n c e r n . 3 . 2 R e l e v a n t S t a n d a r d s S e v e r a l s t a n d a r d s o f d i f f e r e n t i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d o r g a n i z a t i o n s a n d p r o f e s s i o n a l b o d i e s w e r e s t u d i e d f o r t h i s r e s e a r c h . U n f o r t u n a t e l y t h e r e e x i s t n e i t h e r S r i L a n k a n s t a n d a r d f o r p o w e r q u a l i t y n o r a n a d o p t e d s t r i n g e n t r u l e f o r a n y i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d . S o m e o f t h e m a j o r g o v e r n i n g b o d i e s o f p o w e r q u a l i t y s t a n d a r d a r e g i v e n b e l o w . • I n t e r n a t i o n a l E l e c t r o t e c h n i c a l C o m m i s s i o n ( I E C ) o f L o n d o n , E n g l a n d • I n s t i t u t e o f E l e c t r i c a l a n d E l e c t r o n i c s E n g i n e e r s ( I E E E ) o f U S A • B r i t i s h S t a n d a r d ( B S ) • E u r o p e a n S t a n d a r d ( E N ) • N a t i o n a l E l e c t r i c a l M a n u f a c t u r e r s A s s o c i a t i o n ( N E M A ) h a d v i s i t t o s e v e r a l l i b r a r i e s a n d s t a n d a r d o r g a n i z a t i o n s t o s t u d y t h e s e s t a n d a r d s . U n f o r t u n a t e l y t h e s e a r e n o t a v a i l a b l e f r e e o f c h a r g e . T h e s e a r e s o l d n o t a t a n o m i n a l p r i c e . T h i s c o u l d b e a r e a s o n f o r n o t a d o p t i n g s t a n d a r d d u e t o l i m i t a t i o n i n a c c e s s i b i l i t y . A s u m m a r y o f s t a n d a r d s i s g i v e n b e l o w . 3 . 2 . 1 I E C • T h e r a t i o o f t h e n e g a t i v e o r z e r o s e q u e n c e t o t h e p o s i t i v e s e q u e n c e i s g i v e n a s t h e i m b a l a n c e p e r c e n t a g e . U u = ( U i 1 U d ) * 1 0 0 % U u = ( U h I U d ) * 1 0 0 % I u = ( I i I I d ) * 1 0 0 % I u = ( h I I d ) * 1 0 0 % 1 8 W h e r e , U u i s t h e v o l t a g e u n b a l a n c e u i i s t h e v o l t a g e i n v e r s e ( n e g a t i v e ) s e q u e n c e U c t i s t h e v o l t a g e d i r e c t ( p o s i t i v e ) s e q u e n c e u h i s t h e v o l t a g e h o m o p o l a r ( z e r o ) s e q u e n c e l u i s t h e c u r r e n t u n b a l a n c e I i i s t h e c u r r e n t i n v e r s e ( n e g a t i v e ) s e q u e n c e l c t i s t h e c u r r e n t d i r e c t ( p o s i t i v e ) s e q u e n c e h i s t h e c u r r e n t h o m o p o l a r ( z e r o ) s e q u e n c e • L i m i t s f o r t h e u n b a l a n c e r a t i o d e f i n e d b y a b o v e e q u a t i o n i s l e s s t h a n 2 % f o r L V a n d M V s y s t e m s a n d l e s s t h a n 1 % f o r H V , m e a s u r e d a s 1 0 - m i n u t e v a l u e s , w i t h a n i n s t a n t a n e o u s m a x i m u m o f 4 % . • S t a n d a r d 6 1 0 0 0 - 3 - 2 a n d 6 1 0 0 0 - 3 - 3 d e s c r i b e s h a r m o n i c s a n d t h e i r t o l e r a b l e l i m i t s . E q u i p m e n t s a r e d i v i d e d i n t o d i f f e r e n t c l a s s e s a s c l a s s A , B , C a n d D . F o l l o w i n g i s t h e t a b l e f o r c l a s s D e q u i p m e n t . H a r m o n i c M a x i m u m p e r m i s s i b l e h a r m o n i c c u r r e n t p e r w a t t ( m A / W ) 3 3 . 4 5 1 . 9 7 1 . 0 9 0 . 5 1 3 0 . 3 5 O t h e r o d d u p t o 3 9 3 . 8 5 / n T a b l e 1 : H a r m o n i c s r e g u l a t i o n s o n I E C 1 9 9 4 5 5 5 J 3 . 2 . 2 B S E N 5 0 1 6 0 • I m b a l a n c e s t a n d a r d i s g i v e n a s n e g a t i v e s e q u e n c e R M S t o b e 2 % o f t h e p o s i t i v e s e q u e n c e R M S a s t h e d e s c r i b e d t e s t i n g m e t h o d i n t h e s t a n d a r d . • T h i s s t a n d a r d a l s o g i v e s t h e l i m i t a t i o n s f o r t h e h a r m o n i c s l e v e l s . T h e h a r m o n i c o r d e r i s d i v i d e d i n t o m u l t i p l e h a r m o n i c , o d d a n d e v e n h a r m o n i c s . U n i s t h e R M S v a l u e o f t h e h a r m o n i c a s a p e r c e n t a g e o f t h e f u n d a m e n t a l . O d d H a r m o n i c E v e n H a r m o n i c N o t a m u l t i p l e o f 3 M u l t i p l e o f 3 O r d e r U n ( % ) O r d e r U n ( % ) O r d e r U n ( % ) 5 6 . 0 3 5 . 0 2 2 . 0 7 5 . 0 9 1 . 5 4 1 . 0 1 1 3 . 5 1 5 0 . 5 6 t o 2 4 0 . 5 1 3 3 . 0 2 1 0 . 5 1 7 2 . 0 1 9 1 . 5 2 3 1 . 5 2 5 1 . 5 T a b \ e 2 : H a r m o n i c s r e g u \ a t i o n s o n B S E N 3 . 2 . 3 I E E E I n c o n t r a s t I E E E d e s c r i b e s t h e s t a n d a r d s o f t h e h a r m o n i c l e v e l s a s b e l o w . T h i s i s a m u c h s i m p l e r c a t e g o r i z a t i o n a n d d e s c r i p t i o n o f t h e s i m i l a r s t a n d a r d . T h i s i s d e s c r i b e d i n I E E E 5 1 9 s t a n d a r d . • T h e u t i l i t y i s r e s p o n s i b l e f o r m a i n t a i n i n g q u a l i t y o f v o l t a g e w a v e f o r m • T h e c u s t o m e r i s r e s p o n s i b l e f o r l i m i t i n g h a r m o n i c c u r r e n t s i n j e c t e d o n t o t h e p o w e r s y s t e m . B u s v o l t a g e M a x i m u m i n d i v i d u a l M a x i m u m T H O ( % ) h a r m o n i c c o m p o n e n t 6 9 k V a n d b e l o w 3 . 0 % 5 . 0 % I 2 0 6 9 t o 1 6 1 k V 1 . 5 % 2 . 5 % A b o v e 1 6 1 k V 1 . 0 % 1 . 5 % T a b l e 3 : V o l t a g e r e g u l a t i o n s o n I E E E 3 . 2 . 4 N E M A S t a n d a r d s O n N E M A s t a n d a r d s m a x i m u m d e v i a t i o n o f v o l t a g e i s d e f i n e d a s b e l o w . V o l t a g e U n b a l a n c e = M a x i m u m D e v i a t i o n f r o m m e a n o f ( V a , V b , V c ) / M e a n o f V a , V b , V c R e a l i s i n g t h a t v o l t a g e u n b a l a n c e c a u s e s e x t r a l o s s e s , i n o r d e r t o s a f e g u a r d m o t o r s f r o m o v e r l o a d i n g N E M A h a s d e v e l o p e d a d e r a t i n g c u r v e a s s h o w n b y F i g u r e 1 3 . T h i s c u r v e a s s u m e s t h a t t h e m o t o r i s a l r e a d y d e l i v e r i n g t h e r a t e d l o a d . A c c o r d i n g t o t h i s c u r v e i t i s r e q u i r e d t h a t a n y m o t o r s h o u l d b e b u i l t t o h a n d l e 1 % u n b a l a n c e a n d t h e r e a f t e r i t s h o u l d b e d e r a t e d d e p e n d i n g o n t h e l e v e l o f u n b a l a n c e . F o r e x a m p l e i f t h e u n b a l a n c e i s 3 % a I O k W m o t o r s h o u l d b e l o a d e d u p t o o n l y 9 k W . I f l O k W o f p o w e r i s t o b e d e v e l o p e d w i t h 3 % u n b a l a n c e t h e m o t o r s h o u l d b e r a t e d t o a b o u t 1 2 k W o r s h o u l d h a v e a s e r v i c e f a c t o r o f 1 . 1 5 . O p e r a t i o n o f a n i n d u c t i o n m o t o r a b o v e 5 % v o l t a g e u n b a l a n c e i s n o t r e c o m m e n d e d . ~ w t > 1 . 1 · ! 1 0 9 ' ; / , - ' : : 1 c ; . : 0 . 8 0 . 7 0 I 2 3 4 s P e r c e n t u n b a l . ' U l < : e F i g u r e 1 3 : M o t o r d e r a t i n g w i t h p e r c e n t a g e u n b a l a n c e 2 1 C h a p t e r 4 4 . 0 P r e v e n t i o n b e f o r e C u r e 4 . 1 W h y p r e v e n t i o n ? T h i s p o w e r q u a l i t y p r o b l e m i s n o t s o m e t h i n g n e w t o t h e w o r l d . F r o m t h e d a y o f p o w e r d i s t r i b u t i o n t h e p r o b l e m i s e x p e r i e n c e d . D i f f e r e n t t y p e o f s o l u t i o n s i s a v a i l a b l e i n t h e i n d u s t r y f r o m a r a n g e o f b r a n d n a m e s . U n f o r t u n a t e l y i n d u s t r i a l p r a c t i c e o v e r t h i s q u a l i t y i s s u e h a s b e e n c u r e r a t h e r t h a n p r e v e n t i o n . C o s t f a c t o r f o r h a r m o n i c f i l t e r s c a n b e n a m e d a s o n e r e a s o n f o r a c u r i n g p r o c e s s r a t h e r t h a n p r e v e n t i o n i n t h e i n i t i a l s t a g e . W h a t i s f o r g o t t e n b y p o w e r c o n s u m e r s i s t h a t h o w m u c h t h e f a c i l i t y i s l o s i n g i n t e r m s o f e n e r g y a n d p r o c e s s i n e f f i c i e n c i e s d u e t o n o t i n c o r p o r a t i n g a q u a l i t y p o w e r s y s t e m . T h e l o s s e s a s s o c i a t e d w i t h t h i s p o w e r q u a l i t y p r o b l e m w e r e d i s c u s s e d i n d e t a i l i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r a n d I w i l l b e d i s c u s s i n g f e w r e m e d i a l m e a s u r e s i n t h i s c h a p t e r . 4 . 2 P r e v e n t i o n o f c u r r e n t i m b a l a n c e A s a l r e a d y d i s c u s s e d u n b a l a n c e i n c u r r e n t w i l l c a u s e s e v e r a l p r o b l e m s i n t h e s y s t e m a n d i s t h e c a u s e f o r t h e u n b a l a n c e i n v o l t a g e . H e a v y n e u t r a l c u r r e n t , c a b l e o v e r l o a d i n g , b r e a k e r s o v e r l o a d i n g , t e m p e r a t u r e r i s e o f c a b l e s a n d c o m p o n e n t s a r e t o n a m e a f e w . T h e r e i s n o c o m p l e x c u r r e n t b a l a n c i n g m e t h o d o t h e r t h a n p r o p e r l o a d d i s t r i b u t i o n t o p h a s e s a n d a n a l y s i s o f c u r r e n t s i n p h a s e s i n r e g u l a r m a i n t e n a n c e w o r k . T h e m o s t e c o n o m i c a l a n d v i a b l e m e t h o d o l o g i e s i s f e e d e r s w a p p i n g t o b a l a n c e l o a d c u r r e n t s . T h i s c a n b e d o n e d u r i n g a m a i n t e n a n c e p r o g r a m a f t e r i d e n t i f y i n g t h e c o r r e c t s w a p p i n g . 4 . 2 . 1 E l e c t r i c a l s y s t e m d e s i g n e r ' s r o l e i n a v o i d i n g t h e p r o b l e m T h e d i s c u s s i o n s a n d i n t e r v i e w s c o n d u c t e d w i t h m o s t j u n i o r a n d s e n i o r e l e c t r i c a l i n s t a l l a t i o n d e s i g n e r s p r o v e t h a t t h e y h a v e a m a j o r r o l e t o p l a y i n r e d u c i n g t h e c u r r e n t i m b a l a n c e a n d n e u t r a l c u r r e n t p r o b l e m s . L o t o f i s s u e s a r i s i n g a f t e r t h e i n s t a l l a t i o n d u r i n g o p e r a t i o n c a n b e s o l v e d a t t h e l e v e l o f d e s i g n i n g . A s t h e i n s t a l l a t i o n d e s i g n e r i s t h e f i r s t p e r s o n w h o c o m e i n t o p l a y o f t h e d i s t r i b u t i o n s y s t e m i t i s i m p o r t a n t h e p l a y s a c o r r e c t 2 2 l r o l e . S o m e f a c i l i t i e s e n c o u n t e r u n s o l v a b l e p r o b l e m s d u e t o b a d d e s i g n s . C o m m o n p r o p o s a l s a r e g i v e n b e l o w f o r t h e d e s i g n e r t o f o l l o w . • D e s i g n i n a w a y t h a t 3 p h a s e p o w e r i s s u p p l i e d t o a l l m a j o r l o a d p o i n t s , t o t h e l o w e s t p o i n t d o w n s t r e a m o f t h e n e t w o r k . - I . . . . ; I _ _ , - - : : l i s b b u : : i o n r I ?~n-l#l L o a c - - r I D e l t a ! W y e D i s t r i b u t l . o n " : ' r a r : s f o n n e r 3 P h a s e / . . . . . 4 W i r e - ' I I I - - i ' U [ D L I - D i s t r i b u t i o n - L ) a d I \ - l L P a n e l # 2 . J - ....r~ l - ~ v / I V . : a m D i s t r i O > u t : t o n " P a n P - 1 - - - l -- - D ! s t i . b u i o n r - - : F ' d l l e l # 3 - + - - - L~ad L - - - - - - - --~ 1-~ - F i g u r e 1 4 : A w e l l d e s i g n e d n e t w o r k f o r e a s y p h a s e b a l a n c i n g • T a k e e x t r a e f f o r t i n d i v i d i n g t h e l o a d s t o 3 p h a s e s . T h i s w i l l n e e d a c l e a r u n d e r s t a n d i n g o f t h e l o a d i n g p a t t e r n s o f t h e f a c i l i t y w i t h t h e d i v e r s i t y a n d s i m u l t a n e i t y o f t h e l o a d s . 4 . 2 . 2 E l e c t r i c a l m a i n t e n a n c e e n g i n e e r ' s r o l e i n a v o i d i n g t h e p r o b l e m M a i n t e n a n c e e n g i n e e r s o f t h e e l e c t r i c a l n e t w o r k a r e t h e p e r s o n s w h o w i l l b e c l o s e s t t o t h i s p r o b l e m o f p h a s e u n b a l a n c e . T h e y w i l l e x a c t l y k n o w a t w h a t p e r i o d s w h i c h p h a s e s o f w h i c h f e e d e r g e t s o v e r l o a d e d . M o s t o f t h e t i m e t h e y w i l l e n c o u n t e r t h e f i r s t g l i m p s e o f t h e p r o b l e m e i t h e r a s a n o v e r h e a t i n g o r h i g h n e u t r a l c u r r e n t . S o m e t i m e s u n f o r t u n a t e l y t h e y w i l l n o t r e a l i z e u n t i l t h e p r o b l e m w o r s e n s t o a b r e a k e r f a i l u r e o r s h o r t c i r c u i t d u e t o i n s u l a t i o n d a m a g e . 2 3 ' S u % < g , < c ' S \ m c . \ \ \ \ < c \ \ c . \ \ r ; : . < c < c \ \ < g , \ \ \ < c < c ' ' S \ : . \ ) \ \ \ \ m \ \ : 1 \ \ ' S \ ; m \ : 1 \ \ \ \ \ ) ' \ \ \ < c ! J ' < c ' S < c \ \ \ \ : l } J < c ' c . \ \ \ \ < g , \ : . \ : 1 \ \ C \ \ \ \ ) \ \ c . \ \ C c o l l e c t a s m u c h a s d a t a b y p o w e r a n a l y s i s f o r p o s s i b l e s w a p p i n g d u r i n g t h e n e x t m a i n t e n a n c e . T h e c r i t e r i o n s h o u l d b e m i n i m u m e n e r g y l o s s o r i n o t h e r w o r d s l o w e s t n e u t r a l c u r r e n t i n t h e n e t w o r k . T h e s a v i n g i n t h e s y s t e m w i l l b e e n o r m o u s i n t e r m s o f e n e r g y l o s s , r e d u c e d m a i n t e n a n c e c o s t s a n d r e d u c e d n u i s a n c e t r i p p i n g . A l o g i c a l u n i t i s p r o p o s e d i n t h e n e x t c h a p t e r s f o r e a s y g u i d a n c e t o s o l v e t h e a b o v e p r o b l e m . I f c o r r e c t d a t a c a n b e i n s e r t e d t o t h e s y s t e m a s u g g e s t i o n f o r l o a d t r a n s f e r i s g i v e n a s a n o u t p u t . 4 . 3 P r e v e n t i o n o f v o l t a g e i m b a l a n c e E s t a b l i s h m e n t o f z e r o v o l t a g e u n b a l a n c e o n a d i s t r i b u t i o n s y s t e m i s c l e a r l y i m p o s s i b l e d u e t o t h e r a n d o m n e s s o f t h e c o n n e c t i o n a n d d i s c o n n e c t i o n o f s i n g l e p h a s e l o a d s , u n e v e n d i s t r i b u t i o n o f s i n g l e - p h a s e l o a d s o n t h e t h r e e p h a s e s a n d i n h e r e n t a s y m m e t r y o f t h e p o w e r s y s t e m . H o w e v e r , t h e r e a r e u t i l i t y s y s t e m l e v e l m i t i g a t i o n t e c h n i q u e s a s w e l l a s p l a n t l e v e l m i t i g a t i o n t e c h n i q u e s t h a t c a n b e u s e d t o i m p r o v e t h e v o l t a g e u n b a l a n c e a n d i t s e f f e c t s . U t i l i t y l e v e l t e c h n i q u e s : • R e d i s t r i b u t i o n o f s i n g l e - p h a s e l o a d s e q u a l l y t o a l l p h a s e s . • R e d u c t i o n o f t h e s y s t e m u n b a l a n c e t h a t a r i s e d u e t o s y s t e m i m p e d a n c e s s u c h a s t h o s e d u e t o t r a n s f o r m e r s a n d l i n e s . • S i n g l e - p h a s e r e g u l a t o r s h a v e b e e n s u g g e s t e d a s d e v i c e s t h a t c a n b e u s e d t o c o r r e c t t h e u n b a l a n c e b u t c a r e m u s t b e e x e r c i s e d t o e n s u r e t h a t t h e y a r e c o n t r o l l e d c a r e f u l l y n o t t o i n t r o d u c e f u r t h e r u n b a l a n c e . • P a s s i v e n e t w o r k s y s t e m s a n d a c t i v e p o w e r e l e c t r o n i c s y s t e m s s u c h a s s t a t i c v a r c o m p e n s a t o r s a n d l i n e c o n d i t i o n e r s a l s o h a v e b e e n s u g g e s t e d f o r u n b a l a n c e c o r r e c t i o n . C o m p a r e d t o p a s s i v e s y s t e m s , a c t i v e s y s t e m s a r e a b l e t o d y n a m i c a l l y c o r r e c t t h e u n b a l a n c e . 2 4 . . P l a n t l e v e l t e c h n i q u e s : • L o a d b a l a n c i n g . • U s e o f p a s s i v e n e t w o r k s a n d s t a t i c v a r c o m p e n s a t o r s . • E q u i p m e n t t h a t i s s e n s i t i v e t o v o l t a g e u n b a l a n c e s h o u l d n o t b e c o n n e c t e d t o s y s t e m s w h i c h s u p p l y s i n g l e - p h a s e l o a d s . • F o r c e r t a i n a p p l i c a t i o n s , t h e r e i s a p o s s i b i l i t y o f r e d u c i n g u n b a l a n c e b y c h a n g i n g t h e o p e r a t i n g p a r a m e t e r s . I n o r d e r t o r e d u c e t h e i n f l u e n c e o f n e g a t i v e s e q u e n c e c u r r e n t s , c a u s i n g n e g a t i v e s e q u e n c e v o l t a g e d r o p s , o n t h e s u p p l y v o l t a g e , l o w i n t e r n a l s y s t e m i m p e d a n c e i s r e q u i r e d . T h i s m a y b e a c h i e v e d b y c o n n e c t i n g t h e u n b a l a n c e d l o a d s a t p o i n t s w i t h h i g h e r s h o r t c i r c u i t l e v e l , o r b y o t h e r s y s t e m m e a s u r e s t o r e d u c e t h e i n t e r n a l i m p e d a n c e . • E f f e c t o f v o l t a g e u n b a l a n c e o n a c v a r i a b l e s p e e d d r i v e s c a n b e r e d u c e d b y p r o p e r l y s i z i n g a c s i d e a n d d e l i n k r e a c t o r s . 4 . 4 P r e v e n t i o n o f h a r m o n i c p r o b l e m s T h e r e a r e a n u m b e r o f a p p r o a c h e s t o a v o i d i n g h a r m o n i c p r o b l e m s . T h e s e i n c l u d e : I . S p e c i f y i n g e q u i p m e n t t h a t d o e s n o t c r e a t e h a r m o n i c s 2 . C o r r e c t i n g h a r m o n i c s 3 . O v e r s i z i n g n e u t r a l w i r i n g 4 . K - r a t e d t r a n s f o r m e r s S p e c i f y i n g e q u i p m e n t t h a t d o e s n o t c r e a t e h a r m o n i c s I n t h e c a s e o f n e t w o r k i n g e q u i p m e n t , t h e p r o b l e m i s s o l v e d b e c a u s e o f t h e I E C r e g u l a t i o n s . I n t h e c a s e o f P C s , i t i s m o r e d i f f i c u l t s i n c e a l a r g e a m o u n t o f t h e h a r m o n i c c o n t r i b u t i o n c o m e s f r o m t h e m o n i t o r . O n e a p p r o a c h i s t o u s e P C s a n d m o n i t o r s w i t h l o w e r p o w e r d r a w o v e r a l l , s u c h a s t h e u s e o f L C D m o n i t o r s o r l a p t o p P C s . T h i s a v o i d s b o t h b u i l d i n g w i r i n g a n d t r a n s f o r m e r p r o b l e m s . 2 5 l I f a U P S i s u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e e q u i p m e n t , t h e n i n s o m e c a s e s t h e U P S c a n c o r r e c t o r e l i m i n a t e t h e h a r m o n i c s . S o m e s i n g l e p h a s e U P S l i k e t h e A P C S y m m e t r a e l i m i n a t e s n e u t r a l c u r r e n t e n t i r e l y . I f a p o w e r f a c t o r c o r r e c t i n g U P S i s u s e d t o p o w e r c l u s t e r s o f P C s , t h e h a r m o n i c s p r o b l e m c a n n o t p a s s u p s t r e a m t o t h e b u i l d i n g w i r i n g o r p o w e r t r a n s f o r m e r s . T h i s a p p r o a c h h a s t h e a d v a n t a g e t h a t i t c a n b e r e t r o f i t t o a n e x i s t i n g b u i l d i n g , a n d u s e d w i t h e x i s t i n g l o a d s . I t a l s o c o r r e c t s b o t h t h e w i r i n g a n d t h e t r a n s f o r m e r i s s u e s . F o r o t h e r t y p e s o f l o a d s , s u c h a s l a r g e industria~ m o t o r d r i v e s w h i c h a r e n o t c o v e r e d b y t h e h a r m o n i c r e g u l a t i o n s , s p e c i a l i z e d p r o d u c t s a r e a v a i l a b l e t h a t c a n a b s o r b h a r m o n i c s n e a r t h e s o u r c e . A b c J i s t : i b u T r a n s f o 0 I a s l p b l b l c l p L J c l p 1 i o n r m E r F i l i m 3 1 o : k F i g u r e 1 5 : F i l t r a t i o n f o r n o n l i n e a r l o a d s I e . ' l b ' No~lin3ar L o a d l c ' ( A :ombin:~tio1 o t s m g l e - p h a s e a n i thrPP-~ha;p 1 1 ' I n l o e . d s ) I n ! • S e l e c t a l l e q u i p m e n t w h i c h c o n f o r m s t o i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d s i n h a r m o n i c s l e v e l s . T h e s e e q u i p m e n t s a r e l a b e l l e d w i t h t h e " C E " m a r k i n g . • S e g r e g a t e l o a d s p r o d u c i n g h i g h h a r m o n i c s i n s u c h a w a y t h a t a f i l t e r i n g m e c h a n i s m c a n b e e a s i l y i n c o r p o r a t e d . • A s a s t a n d a r d p r a c t i c e e s t i m a t e t h e p o s s i b l e h a r m o n i c s l e v e l s o f s u b p a n e l s a n d u s e f i l t e r s f o r e l i m i n a t i n g h a r m o n i c s . 2 6 A B c l l e It~' N o 1 1 i n e a r I B . [ \ > f l r b l b l b ' L o a d l c l p l c ' ( A ~omhin'ltino c o f s i n g l e - p h a s e l f J a n d t h r e e - o h a a e h ' I n l a e . d o ) 1 . J r s t r b u : r o n T r a n s f o r m c ; ; r F i l + e r B l o c k - l n f P a s s i v e a p p r o a c h f o r n e u t r a l c u r r e n t r e d u c t i o n N o n l i n c l l l ' , . . _ , . . . , . . , . . I r I I S i n g l c - P h u c ~ P W M V o t L & g c - S o u r c : e l l w e n c r R i p p l e F i l t e r R c s o n a n a L C F i l t e r L o a d s N e u l f l ) Co~ctor F i g u r e 1 6 : A n a c t i v e p o w e r f i l t e r u s e d t o e l i m i n a t e n e g a t i v e a n d z e r o s e q u e n c e 2 7 C h a p t e r 5 5 . 0 C a s e S t u d i e s f o r E x i s t i n g I n s t a l l a t i o n s 5 . 1 B a c k g r o u n d T h i s c h a p t e r w i l l p r e s e n t f e w c a s e s t u d i e s o f e x i s t i n g b u i l d i n g e l e c t r i c a l i n s t a l l a t i o n s o n h o w a b o v e m e t h o d o l o g i e s c a n b e u s e d t o s a v e o p e r a t i o n a l a n d m a i n t e n a n c e c o s t s . A t t h e t i m e o f p r o p o s a l t h e y d i d n o t h a v e a n y i s s u e o v e r t h e u n b a l a n c e . H e n c e t h e w h o l e i d e a o f t h e r e s e a r c h c o u l d b e a c h i e v e d b y s u g g e s t i n g c h a n g e s t o t h e e x i s t i n g s y s t e m t o s a v e t h e l o s s e s a n d p o s s i b l e f u t u r e u n e x p e c t e d m a i n t e n a n c e c o s t s . 5 . 2 D a t a c o l l e c t i o n f r o m v a r i o u s f a c i l i t i e s D a t a w a s c o l l e c t e d f r o m v a r y i n g l a r g e L V i n s t a l l a t i o n s . T h e p u r p o s e w a s t o a n a l y z e h o w d i f f e r e n t c o n s u m e r s f a c e t h e p r o b l e m o f p h a s e u n b a l a n c e a n d h o w d i f f e r e n t s o l u t i o n s w i l l b e i m p l e m e n t e d . T h e f o l l o w i n g d i f f e r e n t t y p e s o f f a c i l i t i e s w e r e i n c l u d e d f o r t h e s t u d y . • A p p a r e l f a c i l i t y - L o c a t e d i n t h e K a l u t h a r a a r e a p r o d u c i n g c h i l d r e n ' s w e a r f o r e x p o r t t o U S & E u r o p e . T h e m a x i m u m d e m a n d i s 2 6 0 k V A a n d t h e f a c i l i t y i s m o s t l y 4 5 0 W s i n g l e p h a s e s e w i n g m a c h i n e s o f 3 5 0 n u m b e r s a n d f l u o r e s c e n t l i g h t i n g w i t h m a g n e t i c b a l l a s t s . • H o s p i t a l f a c i l i t y - L o c a t e d i n M a l a y s i a a 2 2 5 b e d h o s p i t a l e q u i p p e d w i t h m o d e r n t h e a t r e s a n d l a b o r a t o r i e s . T h e m a x i m u m d e m a n d i s 4 M V A . C e n t r a l a i r c o n d i t i o n i n g a n d f l u o r e s c e n t l i g h t i n g w i t h m a g n e t i c b a l l a s t s a r e t h e l a r g e s t p o w e r c o n s u m e r s . B i o m e d i c a l e q u i p m e n t s u c h a s s c a n n e r s , x - r a y m a c h i n e s i s u s e d w i d e l y . • M o b i l e b a s e s t a t i o n - a G S M b a s e s t a t i o n o f a l e a d i n g m o b i l e o p e r a t o r i n S r i L a n k a , l o c a t e d i n t h e R a t h m a l a n a a r e a . T h e m a x i m u m d e m a n d i s 1 5 k V A . A G S M B T S s t a t i o n i s p r e s e n t w i t h s p l i t t y p e a i r c o n d i t i o n i n g t o k e e p t h e t e m p e r a t u r e i n s i d e t h e r o o m . 2 8 • D a t a C e n t r e - a d a t a p r o c e s s i n g f a c i l i t y w i t h o v e r 3 0 0 0 c o m p u t e r s s e r v i n g f o r a n i n t e r n a t i o n a l b a n k . T h e m a x i m u m d e m a n d i s 1 . 2 M Y A . C o m p u t e r s a r e p r o v i d e d w i t h l a r g e s c r e e n m o n i t o r s o f b o t h C R T a n d L C D . L i g h t i n g i s p r o v i d e d v i a T 5 f l u o r e s c e n t f i t t i n g s . A i r c o n d i t i o n i n g i s c e n t r a l a i r c o o l e d c h i l l e r s y s t e m . 5 . 3 E q u i p m e n t u s e d T h e s t u d y r e q u i r e d s e v e r a l m e t e r s t o b e u s e d t o c o l l e c t d a t a a n d t o b e r e c o r d e d a t t h e i n s t a l l a t i o n . T h e f o l l o w i n g e q u i p m e n t w a s u s e d f o r t h e d a t a r e c o r d i n g a n d h a r m o n i c s a n a l y s i s o f t h e a b o v e l o c a t i o n s . r i D e t a i l o f E q u i p m e n t I i N a r n e a n d m o d e l D e s c r i p t i o n S e r i a l N o . F l u k e 1 7 3 5 P o w e r L o g g e r 3 p h a s e p o w e r a n a l y z e r S 0 8 2 7 0 1 0 5 1 B 6 w i t h l o g g e r T a b l e 4 : E q u i p m e n t u s e d f o r t e s t i n g i F i g u r e 1 7 : P o w e r a n a l y z e r u s e d f o r d a t a c o l l e c t i o n 2 9 5 . 4 S t u d y r e s u l t s S t u d y r e s u l t s w i t h p r o b l e m d e f i n i t i o n a r e p r e s e n t e d b e l o w a s c a s e s . P o s s i b l e s o l u t i o n s a r e s u g g e s t e d w i t h e s t i m a t e d s a v i n g s a n d i n v e s t m e n t r e q u i r e d t o j u s t i f y a n e c o n o m i c s o l u t i o n . 5 . 4 . 1 C a s e 1 - A p p a r e l f a c i l i t y A n a l y s i s • P h a s e C u r r e n t s d u r i n g p e a k - 3 2 2 A , 3 2 1 A , 3 7 8 A • • • • • • • • " " ~00 J~O J o t ! 2~0 1 0 0 n o t O O w A v e r a g e c u r r e n t - 3 4 0 A M a x i m u m U n b a l a n c e - 1 1 % P h a s e v o l t a g e s d u r i n g p e a k - 2 3 3 V , 2 3 1 V , 2 2 6 V A v e r a g e v o l t a g e - 2 3 0 V V o l t a g e u n b a l a n c e - 1 . 7 % N e u t r a l c u r r e n t - 6 0 A N e u t r a l c a b l e - 2 r u n s o f 1 2 0 m m 2 , 5 5 m I n a p p r o p r i a t e s i n g l e p h a s e l o a d d i s t r i b u t i o n L o a d P h a s e C u r r e n t s ~ O O : l l O J : H O l : l l O J ' I J O~ ;B O S : H 0 4 d \ 0 7 : 1 1 8 8 : 1 ! o < I : H J O : H 1 1 : 1 1 l l : l l l l : : l l U : : I l n : J J J i : H 1 7 : : 1 1 1 3 : : 1 1 n : B l O : B l i : J l l Z : : I J B · B - ( U I I r f t l t U A . . . - : - C t w n • n t U A -. g (t•r"ltt 4 A·f~ F i g u r e 1 8 : L o g g e d d a t a o f t h e f a c i l i t y 3 0 S u g g e s t i o n f o r i m p r o v e m e n t s A l m o s t a l l t h e l o a d s o f t h e f a c i l i t y w e r e s i n g l e p h a s e l o a d s a n d t h e l o a d d i s t r i b u t i o n w a s b a d . T h i s i s a c l a s s i c e x a m p l e o f a b a d d e s i g n . T h e d e s i g n w a s b y a d e s i g n e r w h o d o e s n ' t h a v e a n i d e a o f s i m u l t a n e i t y o f l o a d s a t t h i s t y p e o f f a c i l i t y . T h e p r o b l e m r e m a i n s p e r m a n e n t t o a c e r t a i n e x t e n d m a k i n g i t d i f f i c u l t t o s o l v e a s a p r o p e r l o a d b a l a n c i n g w i l l c o s t a n e n t i r e r e w i r i n g . I d i d a f e e d e r r e a r r a n g e m e n t o f t h e f a c i l i t y t o r e d u c e n e u t r a l c u r r e n t b y a b o u t 6 0 % . T h i s f a c i l i t y i s a n i d e a l p l a c e w h e r e 8 , i h a l f n e u t r a l c a b l e c o u l d b e u s e d . T h e r e a r e n o m a j o r h a r m o n i c d i s t o r t i o n s i n t h e n e t w o r k . I t i s i n v a i n t o u s e a c a b l e t h a t c a n c a r r y o v e r S O O A w h e n t h e a c t u a l i s o n l y 2 0 A . B e n e f i t s t o t h e f a c i l i t y ~00 l~O ~011 1 5 0 1 0 0 H O 1 0 0 w • • • • • • L o a d b a l a n c i n g - N e u t r a l c u r r e n t r e d u c e d t o 2 0 A C a b l e l o s s r e d u c t i o n - 1 , 6 3 4 k W h / a n n u m S a v i n g - 1 6 , 0 0 0 L K R / a n n u m I n v e s t m e n t - n e g l i g i b l e ( p h a s e s w a p p i n g a t b r e a k e r s b y t e c h n i c i a n s ) I f Y z n e u t r a l c a b l e u s e d - 1 5 0 , 0 0 0 L K R s a v i n g C h a n g e o v e r s w i t c h h e a t i n g r e c t i f i e d L o a d P h a s e C u r r e n _ ! S - A f t e r B a l a n c i n g 20 : ~3 21:~J ll : ~J B:~J OO:~J O l : H O l : \ J O J : \ J 0~:\J 0 \ : \ J M d J 0 7 : H I H I : B 09:~3 JO:~J ll :~J 1 2 : S J tl:~J U : \ J H : B U : \ l l 7 : H 18:~! - C• • r t 1 l t U Av g - C • • r r n t l l A v g ( u n m t U A v g F i g u r e 1 9 : L o g g e d d a t a a f t e r b a l a n c i n g j l ~ 5 . 4 . 2 C a s e 2 - H o s p i t a l f a c i l i t y A n a l y s i s • C u r r e n t s b a l a n c e d - b u t , h i g h n e u t r a l c u r r e n t • U n b a l a n c e - < 1 0 % , N e u t r a l c u r r e n t - 2 0 % o f p h a s e c u r r e n t • N o n - l i n e a r l o a d s n o t s e g r e g a t e d • F e e d e r f o r b i o m e d i c a l e q u i p m e n t w i t h h i g h n e u t r a l c u r r e n t a n d h a n n o n i c s l e v e l . • P o o r q u a l i t y e l e c t r o n i c b a l l a s t n o t c o n f o n n i n g I E C " 1 0 0 0 ! 1 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 < ( 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 b b b b b b b b b b b b b b ~ b ~ b ~ b b b b b ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~ ~- ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ a a ~ ~ ~ ~ a - C u r r e n t L l A v g - C u r r e n t L 2 A v g C u r r e n t L 3 A v g - C u m m t N A v g F i g u r e 2 0 : L o g g e d d a t a o f t h e f a c i l i t y S u g g e s t i o n f o r i m p r o v e m e n t T h i s i s a b a d d e s i g n d u e t o n o n - s e g r e g a t i o n o f p o s s i b l e h a n n o n i c p r o d u c i n g e q u i p m e n t t o a s i n g l e f e e d e r . T h e n f i l t r a t i o n o f h a n n o n i c s i s m u c h e a s i e r . N o f i l t r a t i o n w a s u s e d a t t h i s f a c i l i t y a n d t r a n s f o r m e r o v e r l o a d i n g w a s e x p e r i e n c e d b y o p e r a t i o n a l s t a f f . B e n e f i t s • H a r m o n i c f i l t e r i n g - N e u t r a l c u r r e n t r e d u c e d t o 2 0 A • C a b l e l o s s r e d u c t i o n - 1 0 , 1 0 0 k W h / a n n u m 3 2 • S a v i n g - 1 0 0 , 0 0 0 L K R / a n n u m • I f Y 2 n e u t r a l c a b l e u s e d - 1 , 3 0 0 , 0 0 0 L K R s a v i n g • T r a n s f o r m e r o v e r l o a d i n g s o l v e d • I n v e s t m e n t - 2 , 5 0 0 , 0 0 0 L K R 5 . 4 . 3 C a s e 3 - M o b i l e b a s e s t a t i o n A n a l y s i s . . • C u r r e n t s u n b a l a n c e d - d i f f e r e n t p h a s e s c a r r y i n g d i f f e r e n t l o a d s , h e a v y n e u t r a l c u r r e n t • U n b a l a n c e - > 2 5 % , N e u t r a l c u r r e n t - 9 0 % o f a v e r a g e p h a s e c u r r e n t • N o n - l i n e a r l o a d s s u c h a s s w i t c h e s a n d s w i t c h m o d e p o w e r s u p p l i e s u s e d • N o f i l t r a t i o n o f h a r m o n i c s 1 0 9 8~ 7 6 5 4 3 l Y ~y u 2 1 ~ l - l l - u 0 0 0 0 ~ ~ ~ 0 0 0 0 ~ 0 0 0 0 ~ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 . . , . ~ ~ . . , . ~ . . , . . . , . . . , . . . , . . . , . ~ . . , . . . , . ~ . . , . . . , . ~ ~ ~ ~ ~ . . , . . . , . u ; c o 0 N ~ 1 0 c i c i ~ r 4 ~ u ; c i c i 0 r 4 . . , . 1 0 c i c i 0 N ~ u ; c o 0 N . . , . 1 0 c i c i 0 ~ . . , . . . . . , . . . . , . . . . , . . . . , . . . . , 9 . 9 . 9 . 9 . ' : ' ! ' : ' ! . . . . . . . . . . . . ~ ~ ~ ~ ~ ' ! ! ' ! ! ' ! ! ' ! ! ' ! ! ~ 0 0 0 0 0 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; . ; ; . ; ; . ; . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - C u r r e n t l 1 A v g - C u r r e n t L 2 A v g C u r r e n t L 3 A v g - C u r r e n t N A v g F i g u r e 2 1 : L o g g e d d a t a o f a m o b i l e b a s e s t a t i o n t ~ 0 ~ N . . , . ~ ~ . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 S u g g e s t i o n f o r i m p r o v e m e n t T h i s i s a t y p i c a l c a r e l e s s n e s s o f t h e c o n s u l t a n t s . M o s t w i l l t h i n k t h i s i s a v e r y l o w l o a d , b u t t h e s e r a n g e i n t h o u s a n d s f o r e a c h o p e r a t o r . T h e y a b s o r b p o w e r f r o m t h e n a t i o n a l g r i d u d a n d i n j e c t h a r m o n i c s i n t o t h e s y s t e m . N o f i l t r a t i o n w a s u s e d a t t h i s f a c i l i t y w h i c h c a n b e e a s i l y i n c o r p o r a t e d a t t h e i n c e p t i o n . B e n e f i t s . . • H a r m o n i c f i l t e r i n g - N e u t r a l c u r r e n t c a n b e r e d u c e d t o 2 A • C a b l e l o s s r e d u c t i o n - 3 , 0 0 0 k W h / a n n u m • S a v i n g - 4 5 , 0 0 0 L K R / a n n u m • I n v e s t m e n t - 5 0 , 0 0 0 L K R 5 . 4 . 4 C a s e 4 - D a t a c e n t r e A n a l y s i s • C u r r e n t s u n b a l a n c e d - d i f f e r e n t p h a s e s c a r r y i n g d i f f e r e n t l o a d s , h e a v y n e u t r a l c u r r e n t • U n b a l a n c e - < 5 % , N e u t r a l c u r r e n t - 1 0 % o f a v e r a g e p h a s e c u r r e n t • N o n - l i n e a r l o a d s s u c h a s c o m p u t e r s , d a t a s e r v e r s , U P S , e m e r g e n c y p o w e r s y s t e m s a n d n e t w o r k s w i t c h e s u s e d e x t e n s i v e l y . • S o m e a m o u n t o f f i l t r a t i o n o f h a r m o n i c s f r o m c e n t r a l U P S . 3 4 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N mmm~mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm ~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~m~ < : " ! l { l < ; : ! < ; " ! < : " ! l { l • • < ; " ! < : " ! l { l 9 . < ; " ! < : " ! l { l 9 . < ; " ! < : " ! l { l ' ? . < ; " ! < : " ! l { l < ; : ! < ; " ! < : " ! l { l < ; : ! < ; " ! < : " ! l { l < ; : ! < ; " ! < : " ! l { l ' ? . < ; " ! < : " ! l { l 9 . ~~~~~~~~~~8ss~~~s~s~~~~~~~~~~~ss~~~s~~~ - C u r r e n t l l A v g C u r r e n t U A v g - c u r r e n t l 3 A v g - c u r r e n t N A v g F i g u r e 2 2 : L o g g e d d a t a o f a c o m p u t e r d a t a c e n t r e S u g g e s t i o n f o r i m p r o v e m e n t T h i s i s a s o m e w h a t b e t t e r d e s i g n e d f a c i l i t y . C o n s u l t a n t s h a v e a c t e d e a r l y f o r t h e h e a v y n o n l i n e a r l o a d s t h a t w i l l b e a d d e d t o t h e s y s t e m . T h i s h a s l e d t h e m t o a l o t o f s a v i n g f r o m t h e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k . H o w e v e r f u r t h e r r e d u c t i o n c a n b e r e c o m m e n d e d t o k e e p t h e n e t w o r k l o s s e s l o w . M a i n r e q u i r e m e n t i s t o a n a l y z e e x i s t i n g h a r m o n i c f i l t r a t i o n s a n d t o r e c o m m e n d i m p r o v e m e n t s t o t h e e x i s t i n g s y s t e m . B e n e f i t s • H a r m o n i c f i l t e r i n g - N e u t r a l c u r r e n t c a n b e r e d u c e d t o 2 0 A • C a b l e l o s s r e d u c t i o n - 2 6 , 0 0 0 k W h / a n n u m • S a v i n g - 2 6 0 , 0 0 0 L K R / a n n u m • I n v e s t m e n t - 3 0 0 , 0 0 0 L K R 3 5 C h a p t e r 6 6 . 0 A n A u t o m a t e d S o l u t i o n 6 . 1 I n t r o d u c t i o n I n t h i s c h a p t e r I w o u l d l i k e t o d e s c r i b e a n e f f o r t b y m e t o d e v e l o p a s o l u t i o n f o r a m u c h c o m p l i c a t e d e l e c t r i c a l d i s t r i b u t i o n n e t w o r k s u f f e r i n g f r o m n e t w o r k i n e f f i c i e n c i e s a n d l o s s e s . T h e n e c e s s i t y a r i s e s a s I f o u n d a m a n u a l p h a s e s w a p p i n g o r l o a d b a l a n c i n g i s n o t p r a c t i c a l w h e n i t c o m e s t o a c o m p l i c a t e d d i s t r i b u t i o n s y s t e m l i k e a l a r g e i n s t a l l a t i o n o f t h e r a n g e o f 4 - 5 M V A o r a b o v e . T h i s t y p e o f a n i n s t a l l a t i o n w i l l h a v e s e v e r a l t r a n s f o r m e r s w i t h s e v e r a l M a i n S w i t c h B o a r d s m a k i n g t h e p r o c e s s c o m p l e x . T h e n u m b e r o f f e e d e r s i n c o r p o r a t e d w i l l b e h i g h a n d f i n d i n g a m a n u a l s o l u t i o n w i l l n o t b e t h e m o s t f e a s i b l e t h i n g t o d o . A n o t h e r p r o b l e m I e n c o u n t e r e d w a s t h a t m o s t e q u i p m e n t s u c h a s p o w e r a n a l y z e r s u s e d f o r a n a l y s i s o f a n e l e c t r i c a l n e t w o r k i s p u r e l y f o r d a t a c o l l e c t i o n p u r p o s e s . T h e r e w e r e v e r y f e w s o f t w a r e f a c i l i t i e s t o a n a l y z e t h e c o l l e c t e d d a t a . T h e r e f o r e I t r i e d t o d e v e l o p a p r o g r a m t o g e t a s o l u t i o n f o r t h i s p r o b l e m . I h a v e u s e d M A T L A B a s t h e s o f t w a r e f o r d e v e l o p i n g t h i s s o l u t i o n a s I f o u n d i t e a s y t o d e v e l o p a s o l u t i o n u s i n g m a t r i x o p e r a t i o n s . A ' m f i l e ' i s d e v e l o p e d f o r e a c h a n d e v e r y f e a t u r e o f t h e p r o g r a m a n d i s a v a i l a b l e f o r f u r t h e r d e v e l o p m e n t o n t h e s a m e p l a t f o r m . I i n t e n d t h i s s o f t w a r e t o b e u s e d b y o p e r a t i o n s a n d m a i n t e n a n c e m a n a g e r s f o r t h e p r o c e s s o f l o a d b a l a n c i n g a n d h a r m o n i c d e t e c t i o n i n a n e l e c t r i c a l n e t w o r k . T h e s y s t e m w i l l g i v e s u g g e s t i o n s f o r p h a s e s w a p p i n g o n a i n s t a n t a n e o u s o r l o n g t e r m b a s i s . T h e r e c o m m e n d a t i o n s c a n b e i n c o r p o r a t e d a t t h e n e x t m a i n t e n a n c e p r o g r a m a s t h e s e r e q u i r e p o w e r i n t e r r u p t i o n s . O b j e c t i v e o f t h e p r o g r a m • R e d u c e n e u t r a l c u r r e n t b y r e d u c i n g p h a s e c u r r e n t u n b a l a n c e • R e d u c e n e t w o r k l o s s e s o v e r a p e r i o d o f o p e r a t i o n 3 6 I n p u t t o t h e s y s t e m • A v e r a g e c u r r e n t r e a d i n g s o f t h e f e e d e r s t o f i n d o u t b e s t c o m b i n a t i o n t o r e d u c e n e u t r a l c u r r e n t a n d v o l t a g e u n b a l a n c e • C u r r e n t l o g s o v e r p e r i o d t o f i n d o u t b e s t s o l u t i o n t o r e d u c e n e u t r a l c u r r e n t l o s s e s a n d r e d u c e v o l t a g e u n b a l a n c e O u t p u t o f t h e s y s t e m • B e s t c o m b i n a t i o n o f f e e d e r p h a s e a r r a n g e m e n t t o r e d u c e t h e l o s s e s a n d i m p r o v e e f f i c i e n c y . 6 . 2 P h a s e c o m b i n a t i o n s I f y o u a r e t r y i n g t o c o n n e c t u p a f e e d e r t o a m a i n o r s u b p a n e l , t h e r e a r e s e v e r a l c o m b i n a t i o n s o f c o n n e c t i o n . I t i s n o t n e c e s s a r y o n t e c h n i c a l t e r m s t o c o n n e c t p h a s e 1 o f t h e f e e d e r t o p h a s e 1 o f t h e i n c o m e r . B u t d e p e n d i n g o n t h e t y p e s o f m a c h i n e s o n t h e l o a d s i d e l i k e t h r e e p h a s e m a c h i n e s , i t i s i m p o r t a n t t o c o n n e c t u p s o t h a t t h e p h a s e r o t a t i o n i s n o t c h a n g e d . G i v e n t h a t t h e i n c o m i n g i s L l , L 2 a n d L 3 , a n d i f t h e f e e d e r t o b e c o n n e c t e d i s L 4 , L 5 a n d L 6 t h e f o l l o w i n g c o m b i n a t i o n s a r e p o s s i b l e . I f l o a d i n c l u d e s 3 p h a s e l o a d s • L 1 - L 4 , L 2 - L 5 , L 3 - L 6 • L 1 - L 5 , L 2 - L 6 , L 3 - L 4 • L 1 - L 6 , L 2 - L 4 , L 3 - L 5 H o w e v e r w e w i l l n o t c o n s i d e r a f e e d e r t o b e c o n n e c t e d i n a r e v e r s e p h a s e r o t a t i o n d u e t o s a f e t y r e g u l a t i o n s a n d c o m p a t i b i l i t y t o s t a n d a r d s . 6 . 3 L o g i c a l p r o c e s s e s o f t h e s y s t e m 6 . 3 . 1 S o l v i n g c u r r e n t u n b a l a n c e p r o b l e m T h e i d e a o f t h i s f e a t u r e i s t o m a k e s u r e t h e p h a s e c u r r e n t s o f a d i s t r i b u t i o n s y s t e m t s b a l a n c e d a n d h e n c e t h e v o l t a g e u n b a l a n c e p r o b l e m i s s o r t e d t o a c e r t a i n e x t e n t . T h e 3 7 p r o g r a m w i l l c o n s i d e r h o w t h e p h a s e s c a n b e s w a p p e d t o a r r i v e a t t h e m i n i m u m n e u t r a l c u r r e n t a n d m i n i m u m p h a s e u n b a l a n c e l e v e l . F o r t h e p h a s e s w a p p i n g o p t i o n f e e d e r s a r e c o n s i d e r e d f r o m e a c h p a n e l . S a y p a n e l n o . I i s t a k e n f i r s t a n d t h e o u t g o i n g f e e d e r s o f t h e p a n e l t o t h e l o a d s i d e a r e i d e n t i f i e d . F e e d e r d a t a o f e a c h f e e d e r i s i n s e r t e d t o t h e s o f t w a r e f i r s t . T h e n t h i s w i l l d o a l o a d f l o w a n a l y s i s f o r a l l c o m b i n a t i o n s o f t h e c o n n e c t i o n s . T h e n t h e b e s t c o m b i n a t i o n t o r e d u c e t h e r e s u l t a n t n e u t r a l c u r r e n t i s s e l e c t e d . T h i s i s a v e r y b a s i c p r o c e s s w~ere t h e c u r r e n t o f e a c h p h a s e o f e a c h f e e d e r i s i n p u t m a n u a l l y t o t h e s y s t e m a n d t h e s y s t e m w i l l a d v i s e o n t h e b e s t c o m b i n a t i o n f o r t h a t f e e d e r . U s e r w i l l n e e d t o i d e n t i f y t h e r m s c u r r e n t s o f t h e 3 p h a s e s a n d t h e p o w e r f a c t o r s t o i n p u t t o t h e s y s t e m . H a r m o n i c s c u r r e n t s n e e d t o b e e l i m i n a t e d f i r s t a n d o n l y t h e f u n d a m e n t a l i s t o b e i n s e r t e d f o r c a l c u l a t i o n s . H i g h h a r m o n i c s w i l l r e d u c e t h e a c c u r a c y o f t h e o u t p u t . I n p u t t o t h e s y s t e m F e e d e r F e e d e r P h a s e 1 N o . N a m e c u r r e n t ( A ) 1 2 3 . . . P h a s e u n b a l a n c e C u r r e n t U n b a l a n c e R a t i o W h e r e P F P h a s e 2 P F P h a s e 3 P F 3 c u r r e n t c u r r e n t p h a s e ( A ) ( A ) T a b l e 5 : S a m p l e d a t a e n t r y t a b l e M a x i m u m d i f f e r e n c e o f a p h a s e c u r r e n t t o a v e r a g e A v e r a g e p h a s e c u r r e n t M a x { I I a - I a v g I , I I b - I a v g I , I I c - l a v g I } I a v g 3 8 l a v g ( I a + l b + l c ) I 3 W h e r e I a , l b a n d l c a r e f u n d a m e n t a l p h a s e r m s c u r r e n t s . N e u t r a l c u r r e n t i s e s t i m a t e d a s s u m i n g t h e f u n d a m e n t a l p h a s e c u r r e n t s a r e b a l a n c e d w i t h e q u a l p h a s o r d i f f e r e n c e s o f 1 2 0 ° . N e u t r a l c u r r e n t I n = - ! 2 I a S i n c o t + - ! 2 l b S i n ( c o t + 2 0 / 3 ) + - ! 2 I a S i n ( c o t + 4 0 / 3 ) T h i s f e a t u r e w i l l r e q u i r e o n l y t h e i n s t a n t a n e o u s v a l u e s o f t h e p h a s e s , w h i c h c a n b e e a s i l y m e a s u r e d u s i n g a c l i p o n m e t e r . I t i s i m p o r t a n t t h a t a t r u e r m s v a l u e a m m e t e r i s u s e d t o m e a s u r e a s o t h e r m e t e r s w i l l n o t g i v e t h e c o r r e c t v a l u e . T h e p o w e r f a c t o r l e v e l w i l l n e e d a p o w e r f a c t o r m e t e r o r a p o w e r a n a l y z e r t o b e u s e d f o r m e a s u r e m e n t . I f P F c a n n o t b e m e a s u r e d i t i s r e c o m m e n d e d t o i n s e r t a v e r a g e a s s u m e d p o w e r f a c t o r s t o e n a b l e c a l c u l a t i o n s . T h e f o l l o w i n g p r o c e s s f l o w d i a g r a m i s w h a t w i l l b e u s e d i n t h e l o g i c a l c o m p o n e n t s i n f i n d i n g a s o l u t i o n f o r t h i s p r o b l e m . 3 9 T a k e p a n e l I I n p u t f e e d e r d a t a - P e r f o r m l o a d f l o w f o r a l l p o s s i b l e c o m b i n a t i o n s , S e l e c t b e s t / " t ' - - . / ' c o m b i n a t i o n a n d S t o r e i m p a c t p e r c e n t a g e r e s u l t s ' - N o P r e s e n t r e s u l t s Y e s N e x t P a n e l N o S t o p F i g u r e 2 3 : F l o w c h a r t f o r i n s t a n t a n e o u s p h a s e b a l a n c i n g 4 0 M a t r i x o p e r a t i o n d e s c r i p t i o n I f f e e d e r 1 c u r r e n t s a , b & c a n d i f f e e d e r 2 c u r r e n t s a r e d , e & f , w h e r e c u r r e n t s a r e w r i t t e n i n c o m p l e x n u m b e r s f o r a c t i v e a n d r e a c t i v e c o m p o n e n t s i n t h e f o r m o f x + j y . T h e f o l l o w i n g c o m b i n a t i o n s c a n b e a c h i e v e d a s t h e r e s u l t a n t . P h a s e s I ' l l a + d b + e c + f = .~ . . . . ~ a + e b + f c + d - = : E e 0 a + f b + d c + e u T a b l e 6 : M a t r i x a f t e r t h e f i r s t s t e p I f a n o t h e r f e e d e r i s t o b e a d d e d a s f e e d e r 3 o f c u r r e n t s g , h & I , t h e r e s u l t a n t w i l l b e i n c r e a s e d t o 9 * 3 m a t r i x a s b e l o w . P h a s e s a + d + g b + e + h c + f + i a + d + h b + e + i c + f + g a + d + i b + e + g c + f + h ' l l a + e + g b + f + h c + d + i = .~ . . . . a + e + h b + f + i c + d + g ~ = : E e a + e + i b + f + g c + d + h 0 u a + f + g b + d + h c + e + i a + f + h b + d + i c + e + g a + f + i b + d + g c + e + h T a b l e 7 : m a t r i x a f t e r t h e s e c o n d s t e p 4 1 T h e d i a g r a m a b o v e i s t h e m a t r i x o p e r a t i o n f o r t h e c u r r e n t p h a s e u n b a l a n c e s o l u t i o n f i n d e r . T h e p r o c e s s i s i t e r a t i v e i n f i n d i n g t h e b e s t c o m b i n a t i o n f o r t h e n e t w o r k . H i g h e r t h e n u m b e r o f f e e d e r s , h i g h e r w i l l b e t h e s i z e o f t h e m a t r i x . H o w e v e r f o r p a n e l w i t h a l a r g e n u m b e r o f f e e d e r s , t h e p r o c e s s t i m e w i l l b e c o n s i d e r a b l y l o n g e r . T h e g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e f o r e n t e r i n g t h e d a t a o f e a c h f e e d e r o f e a c h p a n e l 1 s g 1 v e n b e l o w . E n t r y t o t h e s y s t e m i s m a n u a l a n d r e s u l t s w i l l b e s h o w n a t t h e e n d o f t h e p r o c e s s . I I '-'!HI~>:.' ~oi"1 > : . . m t':i~11·n ~OHI ' - • •---••••-•••-·-·------·~-- - - - - · - - - - - ' ' " " ' " " " " " " " " _ . _ _ , , _ , _ _ _ _ _ " ' ' ' ' " " ' " ' ' " w - • m S a d a m S O F T V a r i a b l e p h a s e b a l a n c e r 1 r J W I L r X : . K 1 L o a d s A d d o d U n s w a p p e d T o t t i R M S ! ' J e w L o a d F e e d e r N u m b e r F u n d a m e n l l ! l R M S P F ( C o s a ) L G s t t-~.~jdod F e e d e r N u m b e r C u r r e n t R M S U n b a l a n c e L l n e 1 L i n e 2 L l n e 4 L l n o 6 1 0 0 1 . 0 0 L l n e 4 L l n o 6 % L l n e 3 A L i n e S A 1 . 0 0 ~d~ L i n e 6 A L e a d s A d • j B d U ! / 1 . ) l 2 a • , ) U ( A . J C c m b l l l 4 t w n l Q F 1 n a 1 S c 1 1 u t J o n L l n e 1 C u r r o n t R M S U n b a l a n c e U m b i n a t l o n s 1 ; l 1 - U , l . 2 - t . 5 , l 3 - L 6 2 : l1-l~. l 2 - L 6 , l 3 - l 4 3 : l 1 - l 6 , l 2 U , l 3 - L 5 L i n e 2 % ""'-"'~ C a l c u l a t e ! L l n e 3 A F i g u r e 2 4 : U s e r i n t e r f a c e f o r d a t a e n t r y f o r i n s t a n t a n e o u s p h a s e b a l a n c i n g I n t h e f i r s t f r a m e o f " T o t a l L o a d " d i s p l a y s t h e p r e s e n t s t a t u s o f t h e i t e r a t i v e l o a d a d d i t i o n p r o c e s s . T h i s w i l l g e t u p d a t e d w h e n e a c h f e e d e r i s a d d e d t o t h e s y s t e m . T h e s e c o n d f r a m e o f " N e w L o a d " i s w h e r e t h e u s e r e n t e r s t h e n e x t f e e d e r a n d a d d s i t u p t o t h e e x i s t i n g s y s t e m . T h e b u t t o n " A d d " w i l l c o n v e r t p h a s e c u r r e n t s t o c o m p l e x n u m b e r s u s i n g t h e p o w e r f a c t o r a n d s t o r e i t f o r c a l c u l a t i o n s . T h e f r a m e " L a s t A d d e d " w i l l d i s p l a y t h e f e e d e r a d d e d l a s t t o t h e s y s t e m . I t w i l l d i s p l a y t h e u n b a l a n c e o f t h e l a s t a d d e d f e e d e r . O n c e t h e a d d i t i o n s o f t h e f e e d e r s a r e d o n e , n e x t s t e p i s t o c a l c u l a t e t h e l o a d f l o w s f o r e a c h c o m b i n a t i o n . T h i s w i l l b e d o n e b y c l i c k i n g t h e " C a l c u l a t e " b u t t o n . T h i s w i l l c a l c u l a t e t h e m a x i m u m u n b a l a n c e s o f e a c h c o m b i n a t i o n f i r s t . T h e n i t w i l l s e l e c t t h e m i n i m u m u n b a l a n c e c o m b i n a t i o n a s t h e b e s t s o l u t i o n . 4 2 T h e r e s u l t s w i l l b e d i s p l a y e d o n t h e " L o a d s A d d e d " f r a m e u n d e r c o m b i n a t i o n c o l u m n . T h e t a b l e w i l l d i s p l a y r e c o m m e n d e d c o m b i n a t i o n f o r e a c h f e e d e r . T h e c o m b i n a t i o n s a r e g i v e n a t t h e b o t t o m o f t h e p a n e l . T h e f r a m e " F i n a l S o l u t i o n " w i l l d i s p l a y f i n a l p h a s e c u r r e n t s a f t e r p h a s e s w a p p i n g a n d t h e r e s p e c t i v e u n b a l a n c e l e v e l . T h e u s e r c a n d e c i d e w h e t h e r t h e r e q u i r e d l e v e l o f u n b a l a n c e i s r e a c h e d . 6 . 3 . 2 S o l v i n g m i n i m u m n e t w o r k l o s s e s o v e r a p e r i o d o f t i m e T h i s f e a t u r e w a s i n t r o d u c e d t o t h e p r o c e s s t o o v e r c o m e s o m e p r o b l e m s i n t h e a b o v e s y s t e m . T h e p r e v i o u s s y s t e m c a n r e c e i v e o n l y i n s t a n t a n e o u s d a t a . I n a p r a c t i c a l l o a d f l o w t h e c u r r e n t s i n e a c h p h a s e w i l l n o t b e c o n s t a n t . I t c a n e v e n b e t h e c a s e t h a t t h e o v e r l o a d e d p h a s e a t o n e t i m e i s a m i n i m u m l o a d e d a t a n o t h e r t i m e . T h e r e f o r e t h e r e q u i r e m e n t a r i s e s t o f i n d a s o l u t i o n f o r a w h o l e p e r i o d o f t i m e . T h i s c o u l d b e a d a y o r w e e k a s a p p r o p r i a t e t o t h e l o a d c e n t r e . 6 0 s o 4 0 3 0 2 0 1 0 0 8 8 8 8 o . n o . n O . n t o n • ~~~8 8 g E F i g u r e 2 5 : L o g g e d d a t a w i t h h i g h c u r r e n t v a r i a t i o n s 8 g s 4 3 S y s t e m w i l l r e c e i v e d a t a a s l o g g e d d a t a o v e r t h e p e r i o d a s a v e r a g e d d e c i d e d b y t h e u s e r . T h e l o g g e d d a t a w i l l b e i n a t a b l e f o r m a t w i t h t h e t i m e a n d a v e r a g e c u r r e n t a s c o l u m n s . E a c h n o d e s d a t a w i l l b e a d d e d t o t h e s y s t e m a n d a t t h e e n d o f t h e i n p u t t h e s y s t e m w i l l s t a r t p r o c e s s i n g t h e d a t a t o f i n d o u t t h e b e s t s o l u t i o n f o r t h e l o a d f l o w . Y e s Y e s I n p u t l o g g e d d a t a f o r p a n e l S e l e c t n o d e 1 d a t a S e l e c t n e x t n o d e d a t a P e r f o r m l o a d f l o w f o r a l l p o s s i b l e S e l e c t b e s t c o m b i n a t i o n a n d i m p a c t P r e s e n t r e s u l t s S t o p S t o r e r e s u l t s F i g u r e 2 4 : F l o w c h a r t f o r p h a s e b a l a n c i n g o v e r a p e r i o d A n e x a m p l e t a b l e o f a l o ! : ! ! : ! e d d b e l ~ R e c o r d C h a n 1 E n d T i m e A v g . A m p 1 3 : 4 5 : 0 0 1 3 . 0 4 1 3 : 5 0 : 0 0 4 . 5 2 1 3 : 5 5 : 0 0 3 . 2 1 4 : 0 0 : 0 0 1 3 . 5 6 1 4 : 0 5 : 0 0 1 0 . 5 3 1 4 : 1 0 : 0 0 1 4 . 5 9 1 4 : 1 5 : 0 0 1 3 . 7 3 1 4 : 2 0 : 0 0 1 2 . 5 9 1 4 : 2 5 : 0 0 1 0 . 8 1 1 4 : 3 0 : 0 0 7 . 8 4 1 4 : 3 5 : 0 0 7 . 3 8 1 4 : 4 0 : 0 0 6 . 7 5 1 4 : 4 5 : 0 0 7 . 9 5 1 4 : 5 0 : 0 0 6 . 6 4 1 4 : 5 5 : 0 0 1 . 3 2 1 5 : 0 0 : 0 0 0 1 5 : 0 5 : 0 0 2 . 9 2 1 5 : 1 0 : 0 0 1 . 8 9 1 5 : 1 5 : 0 0 0 1 5 : 2 0 : 0 0 0 1 5 : 2 5 : 0 0 3 . 3 2 1 5 : 3 0 : 0 0 4 . 7 5 1 5 : 3 5 : 0 0 5 . 8 4 1 5 : 4 0 : 0 0 6 . 4 6 1 5 : 4 5 : 0 0 5 . 8 4 T a b l e 8 : S a m p l e d a t a e n t r y f o r m a t f o r p h a s e b a l a n c i n g o v e r a p e r i o d T h e a b o v e t a b l e i s o n l y f o r L i n e 1 , w h i c h i s t a b u l a t e d a s " c h a n 1 " a s d o w n l o a d e d f r o m c o m m o n p o w e r d a t a l o g g e r s . T h e r e f o r e i t i s c o n v e n i e n t t o t r a n s f e r d o w n l o a d e d d a t a d i r e c t l y t o t h e p r o g r a m f o r f i n d i n g a s o l u t i o n . S i m i l a r l y t h e d a t a f o r " L i n e 2 " a n d " L i n e 3 " n e e d t o b e i n s e r t e d f o r t h e c a l c u l a t i o n . T h e r e p o r t g e n e r a t e d f r o m t h e i n p u t w i l l b e d i s p l a y e d i n t h e s a m e f o r m a t a s o f t h e a b o v e c o m p u t a t i o n . 4 5 6 . 4 C a s e s t u d y d o n e u s i n g t h e p r o g r a m T h e p r o g r a m w a s e x e c u t e d f o r a f e w s a m p l e d a t a c o l l e c t e d a t d i f f e r e n t f a c i l i t i e s . T h e s e d a t a w a s c o l l e c t e d b y m e a s u r e m e n t o f e x i s t i n g l o a d f l o w i n t h e p a r t i c u l a r i n s t a l l a t i o n . C a s e s t u d y D a t a w a s c o l l e c t e d f r o m a m a i n d i s t r i b u t i o n p a n e l o f a h o s p i t a l f a c i l i t y w h i c h w a s a l s o u s e d f o r t h e p r e v i o u s u n b a l a n c e a n a l y s i s . T h e o u t g o i n g b r e a k y r s w e r e m e a s u r e d f o r p h a s e c u r r e n t s a n d t a b u l a t e d a s b e l o w . B B B ( Ris~l ) ( Ris~2 ) ( Ris~s ] c : J [ P~~ ) F i g u r e 2 5 : S a m p l e n e t w o r k c o n f i g u r a t i o n F e e d e r F e e d e r P h a s e 1 P F P h a s e 2 P F P h a s e 3 P F N o . N a m e c u r r e n t c u r r e n t c u r r e n t ( A ) ( A ) ( A ) 1 A C 1 1 6 5 0 . 7 4 1 2 0 0 . 7 3 1 3 0 0 . 7 5 2 A C 2 1 2 5 0 . 6 8 1 3 0 0 . 6 8 9 2 0 . 6 9 3 A H U 1 7 5 0 . 8 0 1 4 0 0 . 7 9 1 5 0 0 . 8 1 4 6 4 R i s e r 1 1 3 0 0 . 8 5 1 2 0 0 . 8 6 1 3 0 0 . 8 5 5 R i s e r 2 1 4 0 0 . 6 5 1 2 0 0 . 6 7 1 2 0 . 6 0 6 R i s e r 3 1 1 1 0 . 7 8 1 1 0 0 . 7 5 1 0 7 0 . 7 7 7 L i f t 1 1 5 0 . 6 8 1 1 5 0 . 6 8 1 1 6 0 . 6 9 8 H e a t 5 4 0 . 9 3 5 3 0 . 9 2 5 4 0 . 9 4 p u m p - - - - - L _ _ - - - - L _ _ _ - - - T a b l e 9 : I n p u t d a t a t o t h e s 9 f t w a r e I n p u t t o t h e s y s t e m 11!1=-l'h-'_"_s_o_'"-'"'-n._:_~~~-~~-~----·-------~ ----~---------·-····-----··· S a d a m S O F T V a r i a b l e p h a s e b a l a n c e r T o t a l L o a < J L o a d s A d d e d U n s w a p p e d T o t a l R M S N e w L o a d F e e d e r N u m b e r F u n d a m e n t a l R M S P F ( C o s a ) L a s t A d d e d F e e d e r N u m b e r C u r r e n t R M S U n b a l a n c e L l n e 1 L i n e 4 1 . 0 0 L l n e 4 L l n e 2 L l n e 3 A L l n e 6 L i n e 6 A 1 . 0 0 1 . 0 0 L l n e 6 L l n e 6 A % L o a d s A d d 8 d l l i A ) L 2 l , A ) 1 6 [ , 1 2 0 . 0 0 0 0 1 1 2 ' 5 0 0 0 0 1 3 0 3 1 7 5 0 0 0 0 1 4 0 1 3 0 1 2 0 1 4 0 1 2 0 0 0 0 0 6 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 5 1 1 5 5 4 0 0 0 0 : . 3 0 0 0 0 1 0 F 1 n a l S o l u t J r : 1 n l 3 \ t . } ( c m t m u t w n 1 3 0 9 2 1 5 0 1 3 0 1 2 0 1 0 7 1 1 6 5 4 L i n e 1 L i n e 2 C u r r e n t R M S U n b a l a n c e C o n 1 b l n e t l o n s 1 ; L 1 H , L 2 - L 5 , L 3 - l 6 2 ; L H 5 , L 2 - l 6 , L 3 - L 4 3 ; L 1 - 1 . 6 . L 2 - L 4 , l 3 - L 5 % F i g u r e 2 6 : S c r e e n a f t e r d a t a e n t r y C a l c u l a t e J L i n e 3 A 4 7 O u t p u t o f t h e s y s t e m - ~~ S c ; . ; t i o n S a d a m S O F T V a r i a b l e p h a s e b a l a n c e r T o t a l L o a d L o a d s A d d e d L i n e 1 U n s W B p p e d T o t a l R M S N 8 W l ( J ( K l F e e d e r N u m b e r L l n e 4 F u n d a m e n t a l R M S P F ( C o s a ) 1 0 0 L a s t A d d e d F e e d e r N u m b e r l i n e 4 C u r r . n t R M S U n b a l a n c e " ' " ; " > ' L l n e 2 L l n e 3 A L l n e 5 L i n e S A 1 . 0 0 1 . 0 0 A d d L l n e 5 L l n e 6 A % L o a d s A d d e d l l t A ) l 2 { A J U ( A ; C o m b n u t i o 1 1 1 6 5 1 2 0 . 0 0 0 0 1 3 0 1 2 5 . 0 0 0 0 1 3 0 9 2 1 7 5 0 0 0 0 1 4 0 1 5 0 1 : { 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 2 0 . 0 0 0 0 1 2 0 ' 1 1 1 . 0 0 0 0 1 1 0 1 0 7 1 - 1 5 1 1 5 1 1 6 2 5 4 1 ) 0 0 0 m o o o o 5 4 9 1 0 F m a l S ( i l u t l o n L l n e 1 L l n e 2 C u r r . n t R M S ~<:~ ~,A~ U n b a l a n c e % C o m b i n a t i o n s 1 : l 1 - l 4 , l 2 H , l J . l 6 2 : l 1 - l 5 , l H 6 , l J H 3 : l 1 - l 6 . l 2 - l 4 , l 3 - l 5 F i g u r e 2 7 : O u t p u t s c r e e n L~Cii<:IJ!at~Ji L l n e 3 A 4 8 C h a p t e r 7 7 . 0 C o n c l u s i o n T h e i d e a o f t h e p r o j e c t w a s t o b e a n e y e o p e n e r f o r - t h i s c a r e l e s s m i s t a k e o f l o o s i n g e n e r g y o n t h e e l e c t r i c a l n e t w o r k . M i l l i o n s o f u n i t s e n e r g y w o u l d h a v e l o s t a n d b e i n g l o s t e v e n t o d a y d u e t o t h i s c a r e l e s s n e s s . H o p e t h i s r e s e a r c h w i l l r e a c h a l l c o n c e r n o f d e s i g n i n g a n d o p e r a t i n g e l e c t r i c a l n e t w o r k s t o i n c o r p o r a t e i n t o f u t u r e p r o j e c t s o r m i n i m i z e i n t h e e x i s t i n g f a c i l i t i e s . I h a v e d i s c u s s e d t h e b a c k g r o u n d f o r t h e p r o j e c t a n d t h e l e n g t h y p r o b l e m s o c c u r r i n g d u e t o t h e u n b a l a n c e s i n t h e e l e c t r i c a l n e t w o r k . T h e l i s t i s n o t l i m i t e d t o t h o s e b u t e v e r i n c r e a s i n g a s t h e d e m a n d f o r e l e c t r i c i t y g e t s e x p a n d e d a n d m o r e l o a d s a n d e l e c t r o n i c e q u i p m e n t i s a d d e d t o t h e s y s t e m . S o m e t y p i c a l s o l u t i o n s w a s d i s c u s s e d t h a t c a n b e e a s i l y a d a p t e d t o t h e f a c i l i t i e s . E v e n t h e s e a r e n o t l i m i t e d t o t h o s e s o l u t i o n b u t a n y o t h e r m e t h o d o l o g i e s c a n b e u s e d t o k e e p t h e u n b a l a n c e s a n d n e u t r a l c u r r e n t s l o w . C a s e s t u d i e s p r e s e n t e d g a v e a g o o d i n d i c a t i o n o f t h e s a v i n g p o t e n t i a l e a c h f a c i l i t y h a s , w h i c h c a n b e a m o t i v a t i o n f o r e n g i n e e r s c o n s i d e r i n g m o d i f i c a t i o n s . I t w a s p r o v e d t h a t t h e p r o b l e m i s n o t l i m i t e d t o p a r t i c u l a r c o n s u m e r t y p e o r s e t o f c o n s u m e r s , b u t w i d e l y s p r e a d o v e r a l l c o n s u m e r c a t e g o r i e s c o n s u m i n g 3 p h a s e p o w e r . T h e p r o b l e m i s r e f l e c t e d f o r t h e s i n g l e p h a s e c o n s u m e r s i n l a r g e s c a l e . A b i l i t y o f d a t a c o l l e c t i o n b y e l e c t r o n i c e n e r g y m e t e r s i s n o t b e i n g p r a c t i c e d f o r t h e p u r p o s e o f c o n c e n t r a t i n g o n t h e s a v i n g s a s a b o v e . I t i s p r o p o s e d t h a t t h e p o w e r s u p p l y a u t h o r i t i e s s h o u l d g i v e t h e d a y t o d a y d a t a c o l l e c t i o n a c c e s s t o t h e c o n s u m e r f r o m e n e r g y m e t e r s a n d l e t t h e c o n s u m e r b e a w a r e a b o u t h i s o w n p o w e r q u a l i t y p r o b l e m s a n d t o i n i t i a t e r e m e d i a l a c t i o n f o r h i s p r o b l e m s . A s p r o p o s e d b y t h e p a p e r t h e c o n s u m e r c a n u s e l o a d b a l a n c i n g a n d t o s e l e c t t h e c o r r e c t e q u i p m e n t s o t h a t t h e h a r m o n i c s a r e m i n i m i z e d b a c k o n t h e s y s t e m c o u l d b e p r a c t i c e d . 4 9 -~ ) R e f e r e n c e s : [ 1 ] H 0 H a g e r a n d M i k e M e h r d a d , " E n e r g y E f f i c i e n c y t h r o u g h P o w e r Q u a l i t y , " I s k h u s P o w e r ( P t y ) L t d , p p . 1 - 6 . [ 2 ] J o h a n D r i e s e n a n d T h i e r r y V a n C r a e n e n b r o e c k , " V o l t a g e D i s t u r b a n c e s I n t r o d u c t i o n t o U n b a l a n c e , " C o p p e r D e v e l o p m e n t A s s o c i a t i o n , p p . 1 - 1 1 , M a y 2 0 0 2 . [ 3 ] J i n x i a n g Z h u , G r i f f B i l b r o , a n d M o - Y u e n C h o w , " P h a s e B a l a n c i n g U s i n g S i m u l a t e d A n n e a l i n g , " I E E E t r a n s a c t i o n s o n p o w e r s y s t e m s , v o l 1 4 N o 4 N o v e m b e r 1 9 9 9 , p p . 1 - 6 . [ 4 ] B o r a A c a r k a n , O s m a n K i l i c , " E l e c t r i c a l H a r m o n i c s M o d e l l i n g o f O f f i c e E q u i p m e n t s u s i n g M A T L A B a n d S I M U L I N K , " Y i l d i z T e c h n i c a l U n i v e r s i t y , p p 1 - 6 . [ 5 ] A l a n F r i e d m a n , " A n I n t r o d u c t i o n t o L i n e a r a n d N o n L i n e a r S y s t e m s a n d t h e i r R e l a t i o n t o M a c h i n e r y F a u l t s , " D L I E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n , p p . 1 - 7 . [ 6 ] P r a s a d E n j e t i , H a r m o n i c s i n L o w V o l t a g e T h r e e - P h a s e F o u r - W i r e E l e c t r i c D i s t r i b u t i o n S y s t e m s a n d F i l t e r i n g S o l u t i o n s " , P S E R C O n l i n e S e m i n a r F e b r u a r y 2 0 0 1 , p p 1 - 5 4 . ~~ 5 0