3
7.Jakość energii elektrycznej
Jakość energii elektrycznej określa częstotliwość oraz jakość napięcia.
7.1.Częstotliwość napięcia
Związana jest z bilansem mocy w sieci elektroenergetycznej – maleje przy niedoborze mocy wytwarzanej w stosunku do mocy urządzeń zapotrzebowanej. Zmiany częstotliwości wpływają na pracę urządzeń napędowych i odbiorników reaktancyjnych – stąd musi być stabilizowana na zadanym poziomie.
Do regulacji częstotliwości w systemie elektroenergetycznym wykorzystuje się:
a) turbogeneratory w wybranych elektrowniach, których moc, poprzez regulację prędkości obrotowej turbin automatycznie dopasowuje się do wzrostu mocy zapotrzebowanej – niwelując zmienność częstotliwości,
b) automatyczna samoczynna częstotliwość obciążenia (tzw. automatyka SCO), która w warunkach awaryjnych powoduje wyłączenie określonych odbiorców po obniżeniu się częstotliwości do wartości charakterystycznych dla danego stopnia zadziałania urządzenia SCO.
Dopuszczalne odchylenie częstotliwości w Polskiej sieci elektroenergetycznej wynosi -0,5Hz do 0,2Hz.
7.2.Jakość napięcia
Wielkości charakteryzujące jakość napięcia:
a) poziom napięcia,
b) wahania napięcia,
c) symetria napięć w układzie trójfazowym,
d) kształt krzywej po napięcia (tj. odkształcone krzywej napięcia od sinusoidy).
7.3.Poziom napięcia
Poziom napięcia w określonym punkcie sieci określa względne odchylenie napięcia (U) od wartości znamionowej (UN) opisane wzorem
(7.1)
Zbyt wysokie napięcie spowodować może m.in. uszkodzenie izolacji (przebicie), zmniejszenie trwałości odbiorników rezystancyjnych (np. grzejników, żarówek). Zbyt niskie szkodliwie wpływa na pracę wszystkich odbiorników (głównie silników), a przede wszystkim powoduje wzrost strat obciążeniowych i spadek sprawności przesyłu – przy stałym poborze mocy.
Dopuszczalne poziomy napięć w sieciach:
a) w sieciach NN nie mogą przekraczać wartości podane w tablicy 7.1,
b) sieci 110kV - ±10% (max 123kV)
c) w sieciach SN - ±5%, - 10%,
d) w sieci n N max napięcie nie może przekroczyć max dopuszczalnych odbiorów (np. 230V), a mianowicie wartości wynoszą:
- 0,95UN w stanie normalnym dla odbiorców miejskich,
- 0,90UN w stanie normalnym dla odbiorców wiejskich oraz w stanie zakłóceniowym dla wszystkich odbiorców.
Najważniejsze czynniki wpływające na odchylenie napięcia u odbiorców
a) nadmierne spadki napięć w liniach SN i nN,
b) niesymetria obciążeń w liniach nN,
c) błędna regulacja napięć transformatora 110kV/SN i SN/nN.
Sposób usunięcia przyczyn odchylenia napięć – odpowiednia budowa i eksploatacyjne sieci (np. kompensacja nocy biernej, poprawny dobór przewodów).
7.4.Wahania napięcia
Wahania napięcia – szybkie zmiany wartości skutecznej napięcia, zachodzi z prędkością nie mniejszą niż 1% napięcia znamionowego na sekundę w odstępie nie dłuższych niż 10 minut.
Przyczyną wahań napięcia może być: praca tzw. odbiorców niespokojnych (np. piece łukowe, spawarki), rozruchy silników.
Sposoby ograniczania wahań napięcia:
a) rozdział obwodów zasilających odbiorniki niespokojne i oświetleniowe,
b) zmniejszenie spadków napięcia poprzez zmniejszenie impedancji (podłużne) w sieci, np. zwiększenie przekrojów przewodów skracanie obwodu,
c) włączenie w obwód odbiornika niespokojnego kondensatora szeregowego,
d) stosowanie nadążnych kompensatorów mocy biernej.
Dopuszczalne wahania (tzw. zapady) napięcia nie powinny przekraczać:
a) 2% w sieci 110kV, SN i nN przy pracy pieców łukowych,
b) przy pracy innych niespokojnych odbiorów:
- 1-2% przy częstotliwości od 30/min do 3/min,
- 2% przy częstotliwości od 3.min do 0,1/min w sieciach 110kV,
- 1-2% przy częstotliwości od 30/min do 0,8/min,
- 203% przy częstotliwości od 3/min do 0,8/min,
- 3-4% przy częstotliwości od 0,8/min do 0,1/min w sieciach SN i nN.
7.5.Niesymatria napięć fazowych
Przyczyna – różne obciążenia poszczególnych fazach, powoduje różne spadki napięcia w przewodzie linii.
Niesymetria spadków napięć, spowodowana asymetrią prądów fazowych pojawiają się w przewodzie neutralnym prądu wyrównawczego
(7.2)
niesymetria spadków napięć w linii określa współczynnik zmienności spadków napięć, wyrażona jako
(7.3)
gdzie
ΔUA, ΔUB, ΔUC – spadki napięcia w poszczególnych fazach,
ΔU – średni spadek napięcia trzech faz (ΔU = 1/3(ΔUA + ΔUB +ΔUC)).
Zmniejszenie lub wyeliminowanie niesymetria napięć można uzyskać poprzez:
a) równomierne obciążenie wszystkich faz układów trójfazową odbiornika jednofazowego,
b) odpowiedni dobór rodzaju i konfiguracji połączeń uzwojeń transformatorów SN/nN.
7.6.Odkształcenie krzywej napięcia
Odkształcenie krzywej napięcia od sinusoidy jest wynikiem wystąpienia w sieci wyższych harmonicznych prądu i napięcia, wskutek obecności w sieci urządzeń i elementów o nieliniowej charakterystyce (np. piece łukowe, prostowniki sterowane i niesterowalne, lampy wyładowane).
Wyższe harmoniczne prądu wywołają w impedancji sieci zasilającej straty napięcia zniekształcenia sinusoidalne zasilania.
Miarą odkształcenia krzywej napięcia jest współczynnik odkształcenia „D” określony ze wzoru
(7.4)
w którym
Un% - procent zwartości napięcia n-tej harmonicznej w odniesieniu do harmonicznej podstawowej napięcia zasilającego wyznaczą z zależności
Skutki obecności wyższych harmonicznych – dodatkowych:
a) nagrzewanie maszyn wirujących,
b) nagrzewanie i straty dzielnika w kondensatorze,
c) straty w transformatorach oraz zakładach w pracy urządzeń elektrycznych.
Wymagania – zawartość Un% poszczególnych harmonicznych, odniesione do harmonicznych podstawowych, nie może przekraczać w sieciach o napięciu znamionowym UN wartości:
a) UN > 110kV – 1%,
b) 110kV ≥ UN > 30kV – 1,5%,
c) 30kV ≥ UN > 1kV – 3%,
d) UN ≤ 1kV – 3%.
haslo12344