JAKO?? ENERGII

Termin "Jako?? energii" jest cz?sto u?ywany dla okre?lenia tych szczególnych charakterystyk napi?cia zasilaj?cego gdzie bezprzerwowo?? i zwyk?e zmiany napi?cia s? w znacznym stopniu wyeliminowane w wyniku sta?ej troski.

G?ówne zjawiska zwi?zane z jako?ci? energii:

• harmoniczne i inne odst?pstwa od planowanej cz?stotliwo?ci przemiennego napi?cia zasilaj?cego
• fluktuacje napi?cia, szczególnie te powoduj?ce migotanie ?wiat?a,
• zapady napi?cia i krótkie przerwy
• asymetria napi?? w uk?adzie trójfazowym,
• przepi?cia, maj?ce charakterystyk? wysokiej cz?stotliwo?ci

Terminologi? oraz parametry zjawisk zwi?zanych z jako?ci? energii elektrycznej okre?la Polska Norma PN-EN 50160:1998 pod tytu?em: "Parametry napi?cia zasilaj?cego w publicznych sieciach rozdzielczych" stanowi?ca implementacj? Normy Europejskiej EN 50160:1994.

Cz?stotliwo?? napi?cia zasilaj?cego okre?lana jest jako liczba powtórze? sk?adowej podstawowej napi?cia zmierzona w jednostce czasu.

Zmiana warto?ci napi?cia to zwi?kszenie lub zmniejszenie si? warto?ci napi?cia spowodowane zazwyczaj zmian? ca?kowitego obci??enia sieci rozdzielczej lub jej cz??ci.

Szybka zmiana napi?cia to pojedyncza, szybka zmiana warto?ci skutecznej napi?cia pomi?dzy dwoma kolejnymi jego poziomami, które utrzymuj? si? przez sko?czony, lecz nieokre?lony przedzia? czasu.

Migotanie ?wiat?a, to wra?enie niestabilno?ci postrzegania wzrokowego spowodowane przez bodziec ?wietlny, którego luminancja lub rozk?ad spektralny zmieniaj? si? w czasie.

Zapad napi?cia zasilaj?cego to nag?e zmniejszenie si? napi?cia zasilaj?cego do warto?ci zawartej w przedziale od 90% do 1 % napi?cia deklarowanego Uc, po którym w krótkim czasie nast?puje wzrost napi?cia do poprzedniej warto?ci.

Umownie czas trwania zapadu napi?cia wynosi od 10 ms do 1 minuty.

G??boko?? zapadu napi?cia definiowana jest jako ró?nica mi?dzy minimaln? warto?ci? skuteczn? napi?cia w czasie trwania zapadu a napi?ciem deklarowanym.

Zmiany napi?cia zasilaj?cego, które nie powoduj? obni?enia jego warto?ci poni?ej 90 % napi?cia deklarowanego nie s? uwa?ane za zapady.

Przerwa w zasilaniu to stan, w którym napi?cie w z??czu sieci elektroenergetycznej jest mniejsze ni? 1 % napi?cia deklarowanego.

Przerwy mog? by? sklasyfikowane jako:

• planowe, gdy odbiorcy s? o nich wcze?niej poinformowani, maj?ce na celu wykonywanie zaplanowanych prac w sieciach rozdzielczych, oraz
• przypadkowe, spowodowane trwa?ymi lub przemijaj?cymi zwarciami zwi?zanymi g?ównie ze zdarzeniami zewn?trznymi, uszkodzeniami urz?dze? lub zak?óceniem ich pracy.

Przerwy przypadkowe mog? by? klasyfikowane jako:

• przerwy krótkie ( do trzech minut) spowodowane zjawiskami przemijaj?cymi,
• przerwy d?ugie (d?u?sze ni? trzy minuty) spowodowane trwa?ymi uszkodzeniami.

Dorywcze przepi?cia o cz?stotliwo?ci sieciowej s? spowodowane zazwyczaj prze??czeniami lub zwarciami

Przej?ciowe przepi?cie, to krótkotrwa?e oscylacyjne lub nieoscylacyjne przepi?cie , zwykle silnie t?umione, trwaj?ce kilka milisekund lub krócej, spowodowane wy?adowaniami atmosferycznymi, operacjami ??czeniowymi lub zadzia?aniem bezpieczników.

Czas narastania przej?ciowego przepi?cia mo?e si? zmienia? w przedziale od mniej ni? milisekunda do kilku milisekund.

Niesymetria napi?cia w sieci trójfazowej to stan, w którym warto?ci skuteczne napi?? fazowych lub k?ty fazowe mi?dzy kolejnymi fazami nie s? równe.

CZ?STOTLIWO?? SIECIOWA

Wymagania odno?nie cz?stotliwo?ci sieciowej s? okre?lone zarówno dla sieci niskiego napi?cia, o napi?ciach deklarowanych do 1 kV, jak i sieci ?redniego napi?cia zasilaj?cego o napi?ciach deklarowanych do 35 kV.

Miar? jako?ci cz?stotliwo?ci jest jej warto?? ?rednia mierzona w warunkach normalnej pracy w przedziale czasowym wynosz?cym 10 sekund.

Wymaga si? aby warto?? ta dla sieci pracuj?cych synchronicznie z systemem elektroenergetycznym by?a zawarta w przedziale:

1. 50 Hz ±1% ( to jest od 49,5 do 50,5 Hz) - przez 95 % tygodnia,
2. 50 Hz + 4% / - 6% ( to jest od 47,0 do 52 Hz przez 100 % tygodnia.

Jak wynika z powy?szego okre?lenia miar? jako?ci cz?stotliwo?ci jest statystyka ?rednich warto?ci otrzymanych w przedzia?ach 10 sekundowych, przy rejestracji prowadzonej nieprzerwanie przez ca?y tydzie?.

Norma nie okre?la poj?cia tygodnia. Je?eli przyj?? i? jest to przedzia? czasu obejmuj?cy siedem dób, a ka?da doba jak wiemy liczy 24 godziny, te z kolei licz? po sze??dziesi?t minut, minuty za? po 60 sekund - a w ka?dej minucie mamy sze?? przedzia?ów 10 sekundowych, to mo?emy obliczy? liczb? wyników pomiarów ?redniej warto?ci 10 sekundowej jak? nale?y zgromadzi? celem dokonania oceny jako?ci cz?stotliwo?ci.

Liczba tych wyników wyniesie:

• 6 - w ci?gu minuty,
• 360 - w ci?gu godziny,
• 8 460 - w ci?gu doby,
• 60 480 - w ci?gu tygodnia.

Tak wi?c aby oceni? jako?? cz?stotliwo?ci nale?y uporz?dkowa? wyniki 10 sekundowych ?rednich warto?ci w liczbie 60 480 np. od najmniejszej do najwi?kszej warto?ci, a nast?pnie porówna? czy wynik najmniejszy nie jest mniejszy od 47 Hz za? wynik najwi?kszy nie jest wi?kszy od 52 Hz, co pozwoli na ocen? warunku drugiego.

W dalszej kolejno?ci nale?y policzy? liczb? wyników w przedziale od 49,5 Hz do 50,5 Hz. Liczba ta nie powinna by? mniejsza od 57 456 aby mo?na by?o stwierdzi? spe?nienie warunku pierwszego.

Z powy?szego wynika i? oceny takiej nie mo?na dokona? bez dysponowania wyspecjalizowanym rejestratorem, dysponuj?cym odpowiednia pami?ci? oraz programem pozwalaj?cym na uporz?dkowanie tej wielkiej liczby danych a nast?pnie przeprowadzenie oblicze? i dokonanie oceny.

Brak okre?lenia pocz?tku i ko?ca tygodnia mo?e powodowa? i? pomiary wykonane z pewnym przesuni?ciem w czasie dadz? ró?ne, nie daj?ce si? porówna? wyniki. Dlatego te? w przypadkach prowadzenia pomiarów w ró?nych miejscach, je?eli wyniki te z za?o?enia b?d? porównywane, to wskazane jest zsynchronizowanie momentu rozpocz?cia rejestracji.

Problemy przy porównywaniu wyników mog? tak?e wynikn?? przy stosowaniu aparatury o ró?nej dok?adno?ci pomiarów a tak?e z powodu zastosowania przez producentów tej aparatury ró?nych algorytmów obróbki danych. Dlatego te? wydaje si? i? konieczna jest dok?adna analiza celu, w jakim pomiar jako?ci cz?stotliwo?ci jest dokonywany, i w zale?no?ci od potrzeb wprowadzenie odpowiednich u?ci?le? dotycz?cych warunków pomiaru, metody i u?ytej aparatury.

HARMONICZNE NAPI?CIA

Harmoniczne napi?cia to napi?cia sinusoidalne o cz?stotliwo?ci równej ca?kowitej krotno?ci cz?stotliwo?ci podstawowej napi?cia zasilaj?cego.

Harmoniczne mog? by? okre?lone:

• indywidualnie przez ich wzgl?dn? amplitud? (U_h) odniesion? do sk?adowej podstawowej U₁, gdzie h jest rz?dem harmonicznej,

• ??cznie na przyk?ad przez ca?kowity wspó?czynnik odkszta?cenia harmonicznymi THD, obliczany zgodnie z nast?puj?cym wyra?eniem:

Uwaga: Harmoniczne napi?cia zasilaj?cego s? spowodowane g?ównie przez nieliniowe odbiorniki u odbiorców, przy??czone do sieci zasilaj?cych o ró?nych napi?ciach znamionowych. Harmoniczne pr?du przep?ywaj?cego przez impedancj? sieci powoduj? powstanie harmonicznych napi?cia. Harmoniczne pr?dów i impedancje sieci, a zatem równie? harmoniczne napi?cia w z??czach sieci elektroenergetycznych zmieniaj? si? w czasie.

Interharmoniczne napi?cia to napi?cia sinusoidalne o cz?stotliwo?ci zawartej pomi?dzy harmonicznymi, tj. cz?stotliwo?ci nie b?d?cej ca?kowit? krotno?ci? cz?stotliwo?ci sk?adowej podstawowej.

Uwaga: Interharmoniczne napi?cia o bardzo niewiele ró?ni?cych si? warto?ciach cz?stotliwo?ci mog? wyst?pi? w tym samym czasie tworz?c widmo szerokopasmowe.

Przebieg napi?cia o cz?stotliwo?ci podstawowej

Dodajmy do niego przebieg trzeciej harmonicznej

Dodajmy teraz przebieg pi?tej harmonicznej

Dodajmy przebieg siódmej harmonicznej

Zobaczmy jak odkszta?cony jest przebieg wypadkowy

?ród?a harmonicznych.

Pr?dy harmoniczne s? g?ównie generowane przez odbiorniki przemys?owe lub biurowe. Pr?dy harmoniczne wytwarzane przez odbiorniki przemys?owe maj? du?e warto?ci. Du?e warto?ci pr?dów harmonicznych wytwarzanych przez odbiorniki biurowe zwi?zane s? z du?ym nasyceniem sprz?tem biurowym i informatycznym.

Pr?dy harmoniczne wytwarzane s? tak?e przez sprz?t u?ytkowany w mieszkaniach jak na przyk?ad odbiorniki telewizyjne, komputery osobiste, o?wietlenie lampami wy?adowczymi, klimatyzatory. Zasadniczo ka?dy z tego typu pojedynczych odbiorników ma niewielki pr?d znamionowy i wytwarza ma?e warto?ci harmonicznych, ale z powodu ?e s? one cz?sto u?ytkowane w tym samym czasie przez u?ytkowników, skumulowany efekt tych wszystkich ma?ych pr?dów nie mo?e by? pomini?ty.

G?ówny efekt wp?ywu harmonicznych to zmniejszenie zdolno?ci przesy?owych instalacji odbiorczych zwi?zane ze wzrostem warto?ci obci??enia ponad obci??enie wynikaj?ce z mocy zainstalowanych odbiorników oraz rezonanse.

W szczególno?ci efekt ten mo?na zaobserwowa?:

• w instalacjach przemys?owych obci??onych przekszta?tnikami statycznymi,
• w instalacjach biurowych z du?? ilo?ci? o?wietlenia fluoroscencyjnego, zawieraj?cego kondensatory do poprawy wspó?czynnika mocy,
• w instalacjach ze znacz?cym obci??eniem sprz?tem komputerowym.

Coraz cz?stsze jest zjawisko przegrzewania transformatorów oraz przewodu neutralnego powodowane przez pr?dy harmoniczne, szczególnie trzeci? harmoniczn?. Sk?adowa ta sumuje si? w przewodzie neutralnym obwodów trójfazowych, a poniewa? przewód ten nie potrzebowa? dot?d odr?bnej ochrony przed przeci??eniem mo?e to prowadzi? do po?aru.

Odbiorcy i dostawcy s? zmuszeni przewymiarowywa? swoje transformatory z powodu przegrzewania sk?adowymi harmonicznymi. Producenci transformatorów zalecaj? zwi?kszenie mocy o 10 % je?eli transformator zasila odbiorniki nieliniowe o mocy ??cznej wi?kszej ni? 30 % mocy transformatora.

Przewód neutralny musi mie? t? sam przekrój co przewody fazowe. Jest stwierdzone tak?e u?ywanie przewodu neutralnego o przekroju wi?kszym ni? przekrój przewodów fazowych w instalacjach biurowych, bior?c pod uwag? systematyczny wzrost zawarto?ci trzeciej harmonicznej pr?du w instalacjach.

Wymiana instalacji z tak powi?kszonym przekrojem przewodu neutralnego w istniej?cych sieciach mo?e powodowa? znaczny koszt bior?c pod uwag? wzrost zapotrzebowania na mied? i aluminium, który nie mo?e by? realistycznie okre?lony.

Przep?yw harmonicznych pr?du powodowany przez nieliniowe odbiorniki mo?e powodowa? zak?ócenia w sieciach telekomunikacyjnych

Niski wspó?czynnik mocy towarzysz?cy nieliniowym odbiornikom jest odpowiedzialny za wzrost warto?ci pr?du p?yn?cego przez sieci zasilaj?ce i odbiorcze, co powoduje wzrost kosztów strat w tych sieciach.

Harmoniczne mog? powodowa? konieczno?? wymiany transformatorów, wy??czników i sieci powoduj?c zawy?enie ich kosztu.

Nie ma w?tpliwo?ci, i? wielu u?ytkowników mo?e mie? niebawem problemy spowodowane przedwczesnym uszkodzeniem odbiorników i maszyn, a zjawiska te mog? narasta?.

Skumulowany efekt zniekszta?cenia harmonicznymi ma du?e znaczenie w zwi?zku z przep?ywem zak?óce? o niskiej cz?stotliwo?ci kiedy we?miemy pod uwag? i? powodowane to jest przez masowo produkowane i u?ytkowane wyroby.

WYMAGANIA ODNO?NIE HARMONICZNYCH

W NAPI?CIU ZASILAJ?CYM.

Norma PN-EN 50160 okre?la zarówno dla sieci niskiego napi?cia jak i dla sieci ?redniego napi?cia wymaganie, i? w normalnych warunkach pracy, w ci?gu ka?dego tygodnia, 95% ze zbioru 10-minutowych, ?rednich warto?ci skutecznych dla ka?dej harmonicznej napi?cia powinno by? mniejsze lub równe warto?ciom zamieszczonym w ni?ej podanej tablicy. Rezonanse mog? powodowa? wyst?pienie wi?kszych warto?ci dla indywidualnej harmonicznej.

Ponadto, wspó?czynnik THD napi?cia zasilaj?cego (uwzgl?dniaj?cy wszystkie harmoniczne, a? do rz?du 40) powinien by? mniejszy lub równy 8 %.

Uwaga: Ograniczenie rz?du harmonicznych do 40 ma charakter umowny.

Jak wynika z powy?szego wymagania dla oceny zawarto?ci harmonicznych w napi?ciu zasilaj?cym nale?y dokona? statystycznej analizy zawarto?ci poszczególnych harmonicznych a? do rz?du 25, oceni? wspó?czynnik THD a? do 40 harmonicznej, a ponadto oczywiste jest i? w uk?adzie trójfazowym nale?y dokona? tej oceny odr?bnie dla ka?dej fazy. Pomimo i? przedzia? czasowy z którego nale?y u?redni? i zapami?ta? warto?ci wynosi tutaj 10 minut, to jednak liczba danych jakie nale?y zebra? do ostatecznej analizy b?dzie znacz?ca.

Pozornie wydawa? by si? mog?o i? danych tych b?dzie 25 w ka?dym 10 minutowym przedziale w ka?dej fazie. Jednak?e wymaganie okre?lenia wspó?czynnika THD dla czterdziestej harmonicznej powoduje i? nale?y uzyska? czterdzie?ci danych, a warto?? THD b?dzie stanowi?a czterdziest? pierwsza. mno??c to przez trzy fazy otrzymamy 123 wyniki w przedziale 10 minutowym i 738 w przedziale jednej godziny.

W przeci?gu tygodnia b?dzie to 123 984 wyniki.

Wyniki te musz? by? zapami?tane w odpowiednim porz?dku: dla ka?dej fazy, ka?dego rz?du harmonicznej gdy? ka?dy rz?d harmonicznej a? do dwudziestej pi?tej musi by? przeanalizowany w odniesieniu do wymaga? podanych w tabeli, a zbiór tygodniowych wyników dla tej harmonicznej poddany ocenie statystycznej.

Problemy interpretacyjne jakie mog? wynikn?? z braku okre?lenia pocz?tku i ko?ca tygodnia oraz rodzaju stosowanej aparatury wydaj? si? powa?niejsze ni? w przypadku oceny cz?stotliwo?ci napi?cia.

WYMAGANIA ODNO?NIE INTERHARMONICZNYCH

W NAPI?CIU ZASILAJ?CYM

Poziom interharmonicznych wzrasta na skutek wzrostu zastosowa? przemienników cz?stotliwo?ci i podobnych urz?dze? steruj?cych. Dotychczas norma nie okre?la konkretnych wymaga? w tym zakresie. stanowi jedynie i? po zgromadzeniu wi?kszej liczby do?wiadcze? rozwa?ane b?dzie przyj?cie odpowiednich warto?ci dopuszczalnych poziomów interharmonicznych.

CDN

Artyku? ten b?dzie uzupe?niany