Analiza wyników badań jakości energii elektrycznej.pdf

W Seminarium 7 SPE - 2005

Elektrownia Opole - Pokrzywna, 25-27.04.2005

Analiza wyników badań jakości energii elektrycznej

w wybranych punktach sieci elektroenergetycznej

Ryszard Beniak, Arkadiusz Gardecki, Jerzy Hickiewicz, Leszek Kosiorek,

Zbigniew Kowalski, Józef Moch, Waldemar Skomudek, Piotr Wach

2001-2004 na

Lokalizacja punktów pomiarowych

w latach 2001-2003 i 2004

Prezentacja punktów pomiarowych przeprowadzona została od-

dzielnie dla wysokich i średnich napięć oraz dla napięć niskich.

Wiąże się to ze specyfiką tych punktów pomiarowych. Punkty

pomiarowe dotyczące napięć wysokich i średnich odpowiadają

z reguły lokalizacji GPZ, zaś punkty dotyczące napięć niskich

odpowiadają małym i średnim odbiorcom przemysłowym oraz

indywidualnym odbiorcom energii.

PN-EN 50160,

jak I

z 25

z lat 2001-2003 z

Porównanie wyników poprzednich i obecnych pomiarów

Ze względu na specyfikę odbiorców, przeprowadzone pomiary

podzielono na dwie grupy. Grupa pierwsza obejmuje odbiorców

mających przyłącze średniego napięcia lub zasilanych z głównych

punktów zasilania (GPZ). Grupa druga to odbiorcy zasilani z sieci

niskiego napięcia. Odbiorcy zasilani z sieci SN przeważnie

pobierają większą moc, a co za tym idzie - wyraźniej oddziałują na

sieć zasilającą.

Ich

Porównanie to pozwala na wstępne określenie trendów w zakresie

jakości energii w porównywanych punktach, jak również na

analizę, czy cechy charakterystyczne wiążące punkty pomiarowe

ze specyficznymi wynikami poszczególnych parametrów jakości

energii zostały zachowane, czy też uległy zmianie.

Zakres badań

W celu zobrazowania stanu sieci energetycznej oraz określenia

wpływu poszczególnych grup odbiorców na stan sieci, badanie

przeprowadzono w 90 punktach pomiarowych, w szczególności

w punktach zasilania niespokojnych odbiorów.

Parametry jakości energii elektrycznej, w myśl uregulowań PN-EN

50160, to:

- poziom napięcia,

- wahania napięcia, współczynnik uciążliwości migotania światła

(flicker/V? !( ),

- harmoniczne napięć, współczynnik THD (Total Harmonie

Distortion),

- zapady napięcia, krótkie i długie przerwy w zasilaniu,

- asymetria napięć,

- częstotliwość napięcia.

Przykładowi odbiorcy

i sieci SN

oraz

punkty

Na rysunkach oznaczenia LI, L2, L3 wskazują odpowiednią fazę;

3fo, 5fo, 7fo, llfo, 13fo oznaczają odpowiednio 3., 5., 7., 11., 13.

harmoniczną napięcia; P st , P l t oznaczają krótkookresowy i długo-

okresowy współczynnik uciążliwości migotania światła (flicker);

delta U - maksymalne odchylenie napięcia od wartości nominalnej.

Na rysunkach od 3 do 10 nieprzekroczenie wartości jeden oznacza

wyniki zgodne z normą [1].

Rysunek 3 jest niemalże modelowym przykładem zachowania sieci

SN przy zasilaniu małego miasteczka. Sieć ta charakteryzuje się

stosunkowo dużym udziałem 5. harmonicznej, co jest związane

z występowaniem u odbiorcy zasilaczy impulsowych o zasilaniu

jednofazowym. Wzrost zawartości harmonicznych w roku 2004

względem roku 2002 wiąże się prawdopodobnie ze zwiększeniem

ilości sprzętu elektronicznego posiadającego zasilacze. Spadek

wartości współczynników uciążliwości migotania światła wynika

prawdopodobnie z innej pory roku, w której wykonano pomiar

porównawczy. W 2002 roku pomiary przeprowadzono w lis-

topadzie, a pomiary w 2004 roku - w sierpniu.

Dr inż. Ryszard Beniak, mgr inż. Arkadiusz Gardecki, dr hab. inż. Jerzy

Hickiewkzprof. Politechniki Opohkiej, mgr inż. Józef Moch, prof. dr hab.

inż. Piotr Wach - Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki

Opolskiej, członkowie SEP

mgr inż. Leszek Kosiorek - EnergiaPro Koncern Energetyczny SA,

Wrocław, członek SEP

mgr inż. Zbigniew Kowalski, dr inż. Waldemar Skomudek - EnergiaPro

Koncern Energetyczny SA, Oddział Opole, członkowie SEP

Ł ) Od 14 stycznia 2005 r. obowiązuje nowe rozporządzenie ministra gospodarki

i pracy z 20 grudnia 2004 roku, w sprawie szczegółowych warunków przyłączenia

podmiotów do sieci elektroenergetycznych, ruchu i eksploatacji tych sieci.

Rok LXXIII 2005 nr 4

Seminarium 7 SPE - 2005

Elektrownia Opole - Pokrzywna, 25-27.04.2005

Rys. 1. Rozmieszczenie punktów pomiarowych średniego i wysokiego napięcia, w których przeprowadzono pomiary

w latach 2001-2003 T

w 2004 roku T

Ł Wielkopolskie

<£r^ ./Nh-

Łódzkie

Wielkopolskie

Łódzkie

— V »>_.~"-' 1 -'

jKm

"ł,

Dolnoskfhe

**•

»«# -**»

/•

^^WEK-^

"• ^«»™1

ZjasaMB-ł

ftam»v*

.occ^s?

tHirzPlcz f"** 1

Slcnkie

«BWa5< Pmiitltt

W .^ >

•r -r'"

i ł

Nr^-

Rys. 2. Rozmieszczenie punktów pomiarowych niskiego napięcia, w których przeprowadzono pomiary

w latach 2001-2003 T

w 2004 roku T

WietkopoMe

JfieUsap&fstje

Latttie

Dotnailcykie

tirmaat

*— '

r 1 .

— 1

Rasl l um>/

z0M!s

<"***•

apow

Jfc

'lf< ef V

HOmotu V

^_f

mmfr,

IM.gK-fm*M»

-«™~

"**—«

to«to«'^ 1 ,

-„,„. ^teto > -J

X a*

S^«*

g^ato^ya.^?^

\i •Y

dechy

Rok LXXIII 2005 nr 4

«B

(£•—, ataw, ^^

Seminarium 7 SPE - 2005

Elektrownia Opole - Pokrzywna, 25-27.04.2005

Rys. 3. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku małego miasteczka - pomiar w RS Paczków

H Paczków 2002 D Paczków 2004

Zwiększona wartość współczynników uciążliwości migotania

światła w 2002 roku spowodowana jest najprawdopodobniej przez

intensywniejsze stosowanie urządzeń grzewczych.

Rysunek 4 pozwala na stwierdzenie, że w przypadku miasta

średniej wielkości zachowanie prezentowanych parametrów obra-

zujących jakość energii jest zbliżone do zachowania występującego

w małych miasteczkach. W przypadku większych miast występuje

jednak większe nasycenie aparaturą elektroniczną, przy czym

porównanie rysunków 3 i 4 wskazuje, że opóźnienie małych

miasteczek względem większych miast w nasyceniu odbiorami

zawierającymi zasilacze wynosi około dwa lata. Zwiększony

poziom dwugodzinnych współczynników uciążliwości migotania

światła wskazuje na sporadyczne - ale radykalnie wpływające na

parametry zasilania - oddziaływanie uciążliwych odbiorców.

ŁL

HHermanowicelV2001 nHermanowice IV 2004

Wpływ odbiorów PKP (rys. 5) przejawia się w podwyższonym

poziomie harmonicznych napięcia, zwiększonych fluktuacjach

wartości napięcia i zwiększonych poziomach współczynników

uciążliwości migotania światła. Zwiększony poziom 7., 11. i 13.

harmonicznej jest spowodowany działaniem prostowników 6-

i 12-pulsowych.

Różnica pomiędzy rokiem 2001 i 2004 wynika z faktu, że w roku 2001

remontowano zasilany z tego punktu odcinek linii kolejowej. Remont

ten spowodował zmniejszenie częstotliwości przejazdów składów

towarowych, ale zwiększenie ich długości. Zastosowana taktyka

przewozów w roku 2001 i znacznie zwiększone możliwości przewo-

zowe w roku 2004 spowodowały różnice w poziomie 10-minutowych

współczynników uciążliwości migotania światła, przy praktycznie

niezmienionym poziomie współczynników 2-godzinnych.

Rys. 4. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku średniego miasta - pomiar w GPZ Hermanowice

[eiHermanowice II 2001 DHermanowice II 2004

W nowoczesnym zakładzie przemysłowym (rys. 6) zastosowano

układy filtrujące, które w znaczący sposób zmniejszają zawartość

5. i 7. harmonicznej napięcia. Działanie tych układów powoduje

jednak nieznaczne zwiększenie zawartości 11. i 13. harmonicznej.

Rozbudowa zakładu powoduje, że w roku 2004 wzrosła wartość

współczynników uciążliwości migotania światła. Duże i zmienne

zapotrzebowanie na energię powoduje, że wzrosły także wahania

poziomu napięcia zasilającego.

W zakładzie przemysłowym (rys. 7) wykorzystującym w swojej

technologii tradycyjne rozwiązania (silniki asynchroniczne, spawa-

rki o zasilaniu trójfazowym) bez układów filtrujących uwidacznia

się wzrost zawartości 5. i 7. harmonicznej napięcia, przy względnie

niskim poziomie 11. i 13. harmonicznej.

Rys. 5. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku zasilania odbiorów PKP - pomiar w GPZ Hermanowice

Z badanej linii (rys. 8) zasilane są główne punkty zasilania miasta

i zakład przemysłowy. Charakterystyczną cechą takich linii jest

zwiększony poziom zawartości 5. harmonicznej. W 2004 roku

obciążenie linii było wyraźnie wyższe (ok. 3-krotnie), co spowodo-

wało obniżenie zawartości 5. ł 7. harmonicznej napięcia oraz

zmniejszenie poziomu wahań napięcia.

Rys. 6. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku zasilania nowoczesnego zakładu przemysłowego z układami filtrującymi

Rok LXXIII 2005 nr 4

Seminarium 7 SPE - 2005

Elektrownia Opole - Pokrzywna, 25-27.04.2005

j H Kluczbork l 2002 n Kluczbork l 2004

Przykładowi odbiorcy z nN

W badanym punkcie odbiorca indywidualny (rys. 9) prowadzący

indywidualne gospodarstwo domowe znajdował się na końcu linii

zasilającej, stąd widoczne typowe niedomagania, takie jak spadki

napięcia. Duża liczba odbiorców, nasycenie uciążliwymi odbior-

nikami (ogrzewanie elektryczne, podgrzewacze przepływowe i in-

ne) powodują podwyższony poziom wartości współczynników

uciążliwości migotania światła. Mimo iż żaden z odbiorców sam

w znaczącym stopniu nie zakłóca sieci, to jednak łącznie wszyscy

odbiorcy składają się na pogorszenie jej parametrów jakościowych.

W 2004 roku podniesienie znamionowego napięcia zasilającego

spowodowało znaczącą poprawę w zakresie wahań poziomu

napięcia.

Odbiorca indywidualny (rys. 10) - w tym przypadku prowadzący

zarówno indywidualne gospodarstwo domowe, jak i warsztat

samochodowy - sam stanowił źródło zakłóceń parametrów jakości

energii elektrycznej. Widoczne są typowe niedomagania, takie jak

spadki napięcia. Dodatkowo uwidocznił się wpływ warsztatu

samochodowego oraz innych uciążliwych odbiorów, powodując

podwyższony poziom wartości współczynników uciążliwości mi-

gotania światła.

Podsumowując, widoczna jest poprawa w zakresie poziomu wahań

napięcia zasilającego. Podwyższenie w 2004 roku napięcia znamio-

nowego z 220 V na 230 V wpłynęło pozytywnie na ten wskaźnik

jakości energii elektrycznej. Ciągły wzrost nasycenia gospodarstw

urządzeniami energoelektronicznymi uwidacznia się we wzroście

poziomu zawartości 5., 7., 11. i 13. harmonicznej napięcia.

Tendencja ta ma charakter wzrostowy.

tui

MIL™!

Rys. 7. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku zasilania zakładu przemysłowego bez układów filtrujących

Rys. 8. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku GPZ Ozimek - linia 110 kV

Rys. 9. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku odbiorcy indywidualnego z terenu wiejskiego

Przykładowi odbiorcy

Przeprowadzone pomiary i analizy porównawcze pozwalają na

wyodrębnienie charakterystycznych odbiorców energii elektrycz-

nej pod względem ich wpływu na parametry określające jakość

energii w sieci elektroenergetycznej. Są to:

- zakłady obróbki drewna,

- odbiory PKP,

- centra telekomunikacji,

- odbiorcy wiejscy,

- odbiorcy miejscy.

HStara Schodnia 2002 nStara Schodnia 2004

11 11 El Cl-Hn ii jfl S~l 11 «n PTI pn ,n j-i »n

i ?

Rys. 10. Zestawienie wybranych wartości obrazujących jakość energii elektrycznej

w przypadku odbiorcy indywidualnego z terenu wiejskiego

Rys. 11. Przebieg zmian współczynnika uciążliwości migotania światła P a

Rok LXXIII 2005 nr 4

Seminarium 7 SPE - 2005

Elektrownia Opole - Pokrzywna, 25-27.04.2005

(rys. 11) charakteryzuje się zwiększonym

negatywnym wpływem na sieć zasilającą pod względem poziomu

współczynników uciążliwości migotania światła.

Często u odbiorców wiejskich występuje niesymetryczne ob-

ciążenie faz (rys. 15). Jest to spowodowane często zaszłościami

historycznymi. Ponadto na terenach wiejskich mamy zbyt długie

i o zbyt małym przekroju linie zasilające oraz transformatory o zbyt

małej mocy w stosunku do chwilowych potrzeb odbiorców.

Poziom migotania rośnie na terenach wiejskich w godzinach

wieczornych (rys. 16), w związku z włączaniem różnorodnych

odbiorników o znacznych mocach i działaniu dwustanowym

(hydrofory, kuchnie elektryczne itp.).

Odbiory PKP. W przypadku odbiorów PKP występuje okresowe

znaczne zapotrzebowanie na dostarczaną energię -jest to związane

z rozpoczynaniem jazdy pociągów. Skutkuje to krótkotrwałymi

spadkami napięcia zasilania. Do dalszego pogorszenia jakości

energii przez tego odbiorcę przyczynia się znaczna, wartość

charakterystycznej dla działania stosowanego prostownika har-

monicznej napięcia (rys. 12). Z tego względu przeważnie odbiory

PKP przyłączone są do transformatorów za pomocą wydzielonych

linii. Fakt ten powoduje jedynie pośrednie oddziaływanie na innych

odbiorców zasilanych z tego samego GPZ.

Odbiorcy miejscy charakteryzują się dopasowaniem obciążenia

pod względem symetrii faz oraz dopasowaniem pod względem

mocy transformatorów. Duże nasycenie odbiorami wyposażonymi

w zasilacze elektroniczne i coraz powszechniejsze stosowanie

oświetlenia energooszczędnego powoduje zwiększoną zawartość

wyższych harmonicznych w napięciu zasilającym (rys. 17).

Wyniki pomiarów potwierdzają pewne cechy ogólne zakłóceń

spotykanych w sieciach zasilających nN w Europie. Zawartość

harmonicznych 5. i 7. rzędu wykazuje powtarzalność w cyklu

dobowym w dni robocze, odchylając się od tego cyklu w dniach

wolnych. Obserwuje się wyraźny wzrost zawartości harmonicz-

nych w godzinach wieczornych (rys. 18), czego przyczyną są np.

masowo włączane odbiorniki telewizyjne.

Duże nasycenie odbiorami elektro-

nicznymi i energoelektronicznymi w obiektach telekomunikacji

powoduje znaczne odkształcenie prądów i napięć. W celu wyelimi-

nowania tego wpływu w napięciu, stosuje się zaawansowane

technicznie filtry, poprawiające jakość fali napięciowej, kosztem

jakości fali prądowej (rys. 13 i 14).

Odbiorcy wiejscy charakteryzują się dużą liczbą odbiorów, takich

jak: silniki jednofazowe, silniki trójfazowe, ogrzewacze prze-

pływowe wody, urządzenia elektromechaniczne używane w gos-

podarstwach rolnych. Działanie tych urządzeń jest najczęściej

krótkookresowe, co powoduje częste zmiany wartości prądu, a tym

samym chwilowe obciążenia sieci. Ma to bezpośredni wpływ na

poziom współczynników uciążliwości migotania światła.

Wnioski z przeprowadzonych badań

Dla każdego rodzaju odbiorców można wyróżnić co najmniej jedną

cechę charakterystyczną, nie występującą u innych. Dla zakładów

001

002

003

004

005

Time. t (s)

Rys. 12.

Rys. 13.

Rys. 14.

Przykładowe przebiegi prądów i napięć obrazujące Przebiegi prądów i napięć po strome nN w transfer-

Przebiegi prądów i napięć po stronie SN w transfor-

zachowanie linii zasilającej podczas jazdy pociągu

matorze zasilającym centrum telekomunikacyjne

Rok LXXIII 2005 nr 4

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: