Farnell element14   Przedstawicielstwo Handlowe Paweł Rutkowski   Phoenix Contact Sp. z o.o.   Fluke Europe B.V.  

Energetyka, Automatyka przemysłowa, Elektrotechnika

Dodaj firmę Ogłoszenia Poleć znajomemu Dodaj artykuł Newsletter RSS
strona główna ARTYKUŁY Energetyka Analiza i ocena jakości energii elektrycznej jako efektu monitoringu jej parametrów w wybranych punktach sieci zasilającej odbiorców indywidualnych
drukuj stronę
poleć znajomemu

Analiza i ocena jakości energii elektrycznej jako efektu monitoringu jej parametrów w wybranych punktach sieci zasilającej odbiorców indywidualnych

fot. Sonel

Ciągły wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną, wzrost jej ceny, i idący za tym wzrost kosztów, zarówno u odbiorców indywidualnych jak i przemysłowych, powodują, że rosną również wymagania tych odbiorców co do jakości dostarczanej energii elektrycznej. Energia elektryczna jest bardzo specyficznym rodzajem energii m.in. z racji tego, że nie można jej magazynować i nie można sprawdzić parametrów jej jakości bezpośrednio przed dostarczeniem do odbiorcy ani też po jej dostarczeniu (chyba że po negatywnych skutkach złej jakości energii). Chcąc określić jakość energii elektrycznej, można tego dokonać jedynie w trakcie jej dystrybucji.

Jakość energii ma kluczowe znaczenie nie tylko ze względu na rosnące wymagania konsumentów, ale także z uwagi na obowią­zujące standardy zawarte w dokumentach UE. Obecnie parame­try określające jakość energii elektrycznej zostały uregulowane w odpowiednich rozporządzeniach i normach. W Polsce obowią­zuje norma PN-EN 50160, która jest implementacją normy obo­wiązującej na terenie całej Unii Europejskiej - EN 50160. Do 2010 r. przywołana norma dotyczyła jakości napięć zasilających w sieciach rozdzielczych do 35 kV (czyli sieci nN i SN) i nosiła nazwę „Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych”. Po jej nowelizacji w 2010 r., norma ta funkcjonuje pod nazwą „Parametry napięcia zasilającego w publicznych sie­ciach elektroenergetycznych” [3], a jej zakres został rozszerzony i obecnie obejmuje również sieci elektroenergetyczne wysokiego napięcia (WN). Ponadto ta nowelizacja wprowadziła wiele uściśleń i dodatkowych objaśnień niektórych wcześniejszych zapisów, m.in. wprowadziła do normy dwie kategorie zaburzeń napięcia, wyraźnie podkreślając ich odmienny charakter co do częstości występowa­nia, jak i co do ich związku z czasem. Wyróżniła ona zaburzenia napięcia jako: trwałe zaburzenia napięcia (ustawiczne, ciągłe) oraz przypadkowe zaburzenia napięcia.

We wspomnianej normie europejskiej, do trwałych zaburzeń na­pięcia zasilającego zalicza się: odchylenia częstotliwości podsta­wowej, zmiany poziomów napięcia (odpowiada im polski termin: odchylenia napięcia), szybkie zmiany napięcia (w tym pojedyncze, szybkie zmiany napięcia oraz zmiany powodujące migotanie świat­ła - polski termin to wahania napięcia), niesymetrię napięcia oraz wyższe harmoniczne. Na podstawie zapisów znowelizowanej nor­my, w tabeli zestawiono standardy jakości dla trwałych zaburzeń napięć zasilających odbiorców z sieci nN.

Wybrane parametry jakości energii elektrycznej dla sieci nN wg normy PN-EN 50160:2010

Parametr napięcia elektrycznego

Wartości dopuszczalne parametrów dla sieci nN

Wymagania pomiarów i oceny wyników

Miara podstawowa

Przedział uśrednienia

Czas pomiaruProcent liczby pomiarów*
Częstotliwość podstawowa 50 Hz± 1%wartość średnia 10 srok99,5
50 Hz + 4%/-6%brak ustaleń100
Odchylenia (zmiany napięcia) 230 V ± 10%wartość skuteczna (RMS) 10 min.tydzień95
230 V ± 15%100
Szybkie zmiany napięcia - uciążliwość migotania światła (flicker)wskaźnik długookresowej uciążliwości < 1wartość względna2 htydzień95
Asymetriawskaźnik asymetrii kolejności przeciwnej <2%, na wydzielonych obszarach < 3%wartość skuteczna (RMS)10 min.tydzień95
Wyższe harmoniczneTHD < 8%wartość skuteczna (RMS)10 min.tydzień95
Interharmonicznebrak ustaleń

 * umożliwia określenie liczby wartości danego parametru spośród całkowitej liczby pomierzonych wartości w okresie pomiarowym
 

Charakterystyka punktów pomiarowych

Pomiary mające na celu pozyskanie danych i dokonanie oceny ja­kości energii elektrycznej w wybranych punktach sieci elektroenergetycznej wykonane zostały w pięciu losowo wybranych stacjach transformatorowych na terenie jednego z rejonów energetycznych PGE.

W artykule zostaną zamieszczone wybrane wyniki badań jednej ze stacji, gdyż wyniki dla pozostałych okazały się porównywalne. Do wybranej do prezentacji wyników stacji transformatorowej dołą­czone są cztery linie nN, zasilające indywidualnych odbiorców (in­dywidualne gospodarstwa domowe) oraz jeden obwód oświetlenia ulicznego.

Poniżej przedstawiono parametry stacji transformatorowej.

Stacja:

  • rodzaj stacji - słupowa napowietrzna,
  • napięcie robocze - 15 kV,
  • napięcie izolacji - 15 kV.

Transformator:

  • typ - TNOSCT 160/15 PNS,
  • moc - 160 kVA,
  • napięcie strony pierwotnej - 15,750 kV,
  • napięcie strony wtórnej - 0,420 kV,
  • układ połączenia -Yzn5.

 

Charakterystyka miernika

Do pomiarów wykorzystano analizator jakości energii elektrycz­nej firmy Sonel - miernik PQM 702. Analizator jakości zasilania PQM-702 jest przeznaczony do pomiaru, rejestracji i analizy ja­kości energii elektrycznej zgodnie z europejską normą EN 50160. Miernik ten spełnia także wymogi normy PN-EN61000-4-30:2011 klasa A. Szczegółowe informacje znaleźć można w instrukcji do miernika.

Analiza wyników pomiarów charakteryzujących jakość energii elektry cznej w wybranym punkcie pomiarowym

W artykule zaprezentowane zostaną wybrane wyniki pomiarów niektórych parametrów charakteryzujących jakość energii elek­trycznej w wybranej stacji transformatorowej, z której zasilane są indywidualne gospodarstwa domowe. Na rys. 1-10 zaprezentowane są kolejno wyniki dla wybranych parametrów charakteryzujących jakość energii elektrycznej.

  • Częstotliwość - jej wartość powinna wynosić 50 Hz, a dopuszczalna zmiana to ±1%. Wynik taki powinno uzyskać 99,5% wszystkich pomiarów. Największa wartość, jaką zaobserwowano wyniosła 50,07 Hz, najmniejsza zaś - 49,93 Hz. Zatem obie skrajne wartości częstotliwości mieszczą się w granicach wyznaczonych przez normę.
  • Odchylenia (zmiany) napięcia - wartość napięcia powinna wynosić 230 V, a dopuszczalne odchylenia napięcia nie powinny prze­kraczać ±10% wartości napięcia. W tych granicach musi mieścić się 95% wszystkich wyników pomiarów. Otrzymane wyniki pomiarów pokazują, że w badanym punkcie spełniony jest warunek normy PN-EN 50160 - największa zmierzona wartość napięcia wyniosła 244,8 V, natomiast najmniejsza - 228,7 V.
  • Szybkie zmiany napięcia - określane także jako uciążliwe migotanie światła. Rozróżnia się dwa rodzaje tego zjawiska i stosuje odpowiednie wskaźniki: krótkookresowy Pst, którego wartość wyznacza się raz na 10 minut oraz długookresowy Plt, którego wartość wyliczana jest na podstawie kolejnych 12 wartości Pst, czyli co 2 godziny. Według obowiązującej normy wskaźnik długookresowej uciążliwości Plt nie może przekroczyć wartości 1 przez 95% wy­ników pomiarów. Rysunki 3 i 4 przedstawiają przebiegi zmian od­powiednio wskaźnika krótkookresowego Pst i długookresowego Plt w trzech fazach w ciągu tygodniowych pomiarów. Największa zare­jestrowana wartość dla Pst wyniosła 9,82, zaś dla Plt - 4,98. W obu przypadkach wartości te wystąpiły w fazie L2 i znacznie przekro­czyły wartości dopuszczane w normie. W pozostałych dwóch fazach również przekroczone zostały dopuszczalne wartości, ale w mniej­szym stopniu: w fazie L1 największa zarejestrowana wartość wy­niosła 1,21, natomiast w fazie L3 - 1,41.
  • Asymetria napięć - wg obowiązujących przepisów wskaźnik asymetrii, tzn. stosunek składowej kolejności przeciwnej do składowej zgodnej (U2/Ut) nie powinien przekroczyć wartości 2% spośród 95% zarejestrowanych pomiarów. Otrzymane wyniki pomiarów po­zwalają stwierdzić, że badana sieć spełnia ten warunek. Największa wartość wskaźnika asymetrii wyniosła 0,65% (rys. 5).
  • Wyższe harmoniczne - odkształcenie krzywej napięcia jest określane za pomocą współczynnika zawartości harmonicznych THDU oraz przez dopuszczalne wartości udziału wyższych harmonicznych napięcia. Wartość współczynnika THDU napięcia nie może przekro­czyć progu 8% dla 95% zarejestrowanych pomiarów, zaś wartości dopuszczalne udziału każdej z wyższych harmonicznych napięcia przedstawione są szczegółowo w normie. Badana sieć spełnia wy­magania stawiane przez normę co do zawartości harmonicznych napięcia. Na rys. 6 widać harmoniczne rzędu 3. o wartości 0,29%, 5. ‒ o wartości 0,59%, 7. ‒ o wartości 0,77% oraz śladowo 11. i 13. harmoniczną. Wszystkie wartości tych harmonicznych odniesione do podstawowej harmonicznej są dużo niższe niż progi wyznaczane przez obowiązującą normę.
  • Zapady napięcia - wg obowiązujących przepisów zapad napięcia definiowany jest jako obniżenie napięcia poniżej 90% wartości znamionowej napięcia w przedziale czasu od 10 ms do 1 min. Podczas wykonywania pomiarów w ciągu tygodnia zostało zarejestrowane aż 8 zapadów napięcia ‒ maksymalny czas trwania najdłuższego z nich wyniósł 0,650 s, zaś minimalna wartość napięcia podczas najgłębszego z zapadów to 34,72 V. Rysunek 7 przedstawia zapad napięcia w fazie L3 oraz napięcie UN-PE. Napięcie w fazach L1 oraz L2 wynosi 235 V, natomiast w fazie L3 waha się w granicach od 90 do 170 V. W czasie trwania zapadu w znacznym stopniu wzrosło także napięcie UN-PE, a jego wartość waha się od 0 do 30 V. Na rys. 8 pokazano zmianę kształtu sinusoidy w fazie L3 podczas trwa­nia zapadu napięcia.

Rys.1. Przebieg zmian wartości  częstotliwości w funkcji czasu w ciągu tygodnia.

Rys. 1. Przebieg zmian wartości  częstotliwości w funkcji czasu w ciągu tygodnia.

 

Rys. 2. Przebieg zmian wartości napięcia fazowego w trzech fazach w ciągu tygodnia.

Rys. 2. Przebieg zmian wartości napięcia fazowego w trzech fazach w ciągu tygodnia.

 

Rys. 3. Przebieg zmian krótkookresowego wskaźnika Pst  dla trzech faz w ciągu tygodnia.

Rys. 3. Przebieg zmian krótkookresowego wskaźnika Pst  dla trzech faz w ciągu tygodnia.

 

Rys. 4. Przebieg zmian długookresowego wskaźnika Plt  dla trzech faz.

Rys. 4. Przebieg zmian długookresowego wskaźnika Plt  dla trzech faz.

 

Rys. 5. Przebieg zmian współczynnika asymetrii napięć U2/U1 (przebieg górny) oraz współczynnika U0/U1  (przebieg dolny) w funkcji czasu.

Rys. 5. Przebieg zmian współczynnika asymetrii napięć U2/U1 (przebieg górny) oraz współczynnika U0/U1  (przebieg dolny) w funkcji czasu. 

 

Rys. 6. Widmo harmonicznych w napięciu dla trzech faz.

Rys. 6. Widmo harmonicznych w napięciu dla trzech faz.

 

Rys. 7. Zapad napięcia w fazie L3.

Rys. 7. Zapad napięcia w fazie L3.

 

Rys.8. Kształt sinusoidy napięcia fazy L3 podczas zapadu napięcia.

Rys. 8. Kształt sinusoidy napięcia fazy L3 podczas zapadu napięcia.

 

Rys. 9. Przebieg zmian współczynnika DPF.

Rys. 9. Przebieg zmian współczynnika DPF.

 

Rys. 10. Przebieg zmian współczynnika tgφ.

Rys. 10. Przebieg zmian współczynnika tgφ.

 

Analiza wyników pomiarów dotyczących mocy czynnej, biernej, pozornej oraz współczynników DPF (często opisywany jako cosφ) oraz tgφ 

Zaprezentowane zostaną tylko wyniki pomiarów dotyczące współ­czynników DPF i tgφ, bowiem tu stwierdzono nieprawidłowości. Na rys. 9 przedstawiono przebieg zmian współczynnika DPF fazy L2. Wartość tego współczynnika przyjmuje zróżnicowanie wartość od 0,99 do 0,55. Takie zróżnicowanie jest spowodowane załącza­niem u odbiorców indywidualnych coraz większej liczby odbiorni­ków o charakterze innym niż rezystancyjny.

Współczynnik tg(p w umowie sprzedaży energii elektrycznej określany jest na poziomie 0,4. Rysunek 10 przedstawia przebieg zmian wartości współczynnika mocy tgφ fazy L2. Zarejestrowany współczynnik przez większość czasu trwania pomiarów w znaczny sposób przekraczał umowną wartość 0,4. Oznacza to znaczny udział mocy biernej w przesyle energii elektrycznej w tym punkcie sieci. Największa wartość, jaka została zarejestrowana wyniosła 1,50, zaś najmniejsza ‒ 0,17.

 

Podsumowanie

Celem pomiarów było dokonanie oceny jakości energii elek­trycznej w losowo wybranych punktach systemu elektroenerge­tycznego, skąd zasilani są odbiorcy indywidualni. Otrzymane wy­niki pomiarów zostały porównane z wielkościami dopuszczanymi przez odpowiednie normy i rozporządzenia aktualnie obowiązują­ce, i na tej podstawie można stwierdzić, że w badanych punktach sieci zasilającej parametry jakości energii elektrycznej są w za­sadzie spełnione. Jedynym parametrem, który nie jest spełniony, jest wartość współczynnika długotrwałego migotania światła. Zgodnie z obowiązującymi normami co najmniej 95% zmierzo­nych wartości tego współczynnika musi zawierać się w przedziale 0-1. Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że ten warunek nie został spełniony w żadnej z trzech faz. W fazie L1 w granicach wy­znaczonych przez normy mieści się 80,72% wyników pomiarów, a wartość tego współczynnika wyniosła 1,11. Najgorsze wyniki zanotowano w fazie L2  w której tylko 73,49% zarejestrowanych pomiarów mieściło się w wyznaczonych granicach, a wartość współczynnika wyniosła 3,31. W fazie L3 jest to odpowiednio 75,9% wyników i współczynnik 1,2%.

Problemem do analizy, który pojawił się w trakcie pomiarów jest niedotrzymywanie współczynnika tgφ przez odbiorców indywidu­
alnych. Ale dopóki nie jest to związane z karami - nie stanowi to problemu dla tej grupy odbiorców - jest to raczej problem dla energetyki.

 

LITERATURA:

[1] Błajszczak G., Firlit A.: Narzędzia do oceny i analizy jakości energii elektrycznej. Energetyka 2009 nr 12.

[2] Łatka M.: Assessing electric power quality parameters in Street lighting system using LED-type light sources. Przegląd Elektrotechniczny 2014 nr 1.

[3] Norma PN-EN 50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych.

follow us in feedly
Średnia ocena:
 
REKLAMA

Otrzymuj wiadomości z rynku elektrotechniki i informacje o nowościach produktowych bezpośrednio na swój adres e-mail.

Zapisz się
Administratorem danych osobowych jest Media Pakiet Sp. z o.o. z siedzibą w Białymstoku, adres: 15-617 Białystok ul. Nowosielska 50, @: biuro@elektroonline.pl. W Polityce Prywatności Administrator informuje o celu, okresie i podstawach prawnych przetwarzania danych osobowych, a także o prawach jakie przysługują osobom, których przetwarzane dane osobowe dotyczą, podmiotom którym Administrator może powierzyć do przetwarzania dane osobowe, oraz o zasadach zautomatyzowanego przetwarzania danych osobowych.
Komentarze (0)
Dodaj komentarz:  
Twój pseudonim: Zaloguj
Twój komentarz:
dodaj komentarz
$nbsp;
REKLAMA
Nasze serwisy:
elektrykapradnietyka.com
przegladelektryczny.pl
rynekelektroniki.pl
automatykairobotyka.pl
budowainfo.pl