542ebook PL

Zaburzenia napięciaNorma EN 50160

Parametry napięcia zasilającegow publicznych sieciach rozdzielczych

Zaburzenia napięcia

5.4.2

zapad napięcia, ∆t < 10 ms

krótka przerwa w zasilaniu ∆t < 3min

Niniejszy Poradnik został opracowany jako część europejskiego programu edukacyjnego i szkoleniowego Jakość Zasilania Inicjatywa Leonardo (LPQI), wspieranego przez Komisję Europejską (w ramach Programu Leonardo da

Vinci) i Międzynarodowe Stowarzyszenie Miedzi. Dla uzyskania bliższych informacji odwiedź stronę LPQI www.lpqi.org.

Polskie Centrum Promocji Miedzi Sp. z o.o. (PCPM)Polskie Centrum Promocji Miedzi Sp. z o.o. jest organizacją non-profit, finansowaną przez dostawców miedzi oraz producentów pragnących zachęcić odbiorców do stosowania miedzi i jej stopów oraz promujących ich prawidłowe

i efektywne zastosowanie. Działalność Centrum obejmuje zapewnienie technicznego doradztwa i informacji tym, którzy są zainteresowani wykorzystaniem miedzi w jej wszystkich aspektach. Centrum również zapewnia łączność między jednostkami badawczymi a przemysłem wykorzystującym miedź w produkcji oraz utrzymuje bliską łączność z innymi organizacjami zajmującymi się rozwojem miedzi na całym świecie.

Europejski Instytut Miedzi (ECI)Europejski Instytut Miedzi jest spółką joint venture Międzynarodowego Stowarzyszenia na Rzecz Miedzi (ICA) i IWCC. ECI, dzięki swoim członkom, zajmuje się w imieniu największych producentów miedzi na świecie i czołowych europejskich producentów - promocją miedzi w Europie. Powstały w styczniu

1996 roku Europejski Instytut Miedzi jest wspierany dzięki sieci dziesięciu Towarzystw Rozwoju Miedzi (CDA) w krajach Beneluksu, we Francji, w Niemczech, Grecji, na Węgrzech, we Włoszech, w Polsce, Skandynawii, Hiszpanii i Wielkiej Brytanii. Towarzystwo rozwija swoją działalność podjętą przez CDA powstałą w 1959 roku oraz dzięki INCRA (Międzynarodowemu Towarzystwu Badań Miedzi) powstałemu w 1961 roku.

Zrzeczenie się odpowiedzialnościNiniejszy projekt nie musi odzwierciedlać stanowiska Komisji Europejskiej ani nie nakłada na Komisję Europejską żadnej odpowiedzialności.

Europejski Instytut Miedzi, Deutsches Kupferinstitut i Polskie Centrum Promocji Miedzi zrzekają się wszelkiej odpowiedzialności za wszelkie bezpośrednie lub pośrednie skutki jak również nie przewidziane szkody, które mogą być poniesione w wyniku użycia informacji lub nieumiejętnego użycia informacji lub danych zawartych w niniejszej publikacji.

Copyright© European Copper Institute, Deutsches Kupferinstitut and Polskie Centrum Promocji Miedzi.

Reprodukcja materiału zawartego w niniejszej publikacji jest legalna pod warunkiem reprodukcji w całości i po dania jej źródła.

Promocja LPQI w Polsce prowadzona jest w ramach Polskiego Partnerstwa Jakości Zasilania:

Politechnika Wrocławska Akademia Górniczo-Hutnicza Instytut Szkoleniowy Schneider Electric Polska Medcom Sp. z o.o.

Zaburzenia napięciaNorma EN 50160 �

Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych Prof. dr hab. inż. Henryk Markiewicz i Dr inż. Antoni Klajn

Politechnika WrocławskaLipiec 2004

1

Zaburzenia napięcia

1 Odpowiednikiem normy EN 50160 jest Polska Norma PN-EN 50160:1998 [1].2 Odpowiednikiem normy IEC 60038 jest Polska Norma PN-IEC 60038:1999 [2].

Norma EN 501601Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych

Wstęp Energia elektryczna jest produktem i, jak każdy inny produkt, powinna spełniać odpowiednie wymagania jako-ściowe. Prawidłowe działanie urządzeń elektrycznych wymaga, aby wartość napięcia zasilającego zawierała się w określonym przedziale wokół wartości znamionowej. Znaczna część obecnie użytkowanych urządzeń elek-trycznych, szczególnie elektronicznych i komputerowych, wymaga wysokiej jakości energii. Jednakże te same urządzenia są często przyczyną odkształceń napięcia zasilającego w instalacji, gdyż z powodu nieliniowości swo-ich charakterystyk pobierają niesinusoidalny prąd przy sinusoidalnym napięciu zasilającym (p. zeszyt 3.1 niniej-szego Poradnika).

Tak więc, utrzymywanie zadowalającej jakości energii jest wspólną odpowiedzialnością dostawcy i odbiorcy energii elektrycznej. Zgodnie z normą EN 50160 [1], dostawca jest stroną, która dostarcza energię elektryczną za pośrednictwem publicznej sieci rozdzielczej, a odbiorca jest nabywcą energii od dostawcy. Użytkownik ma prawo wymagać, aby jakość energii elektrycznej dostarczanej przez dostawcę była odpowiednia. W praktyce, poziom jakości energii jest kompromi-sem między odbiorcą a dostawcą. Jeżeli jakość energii nie jest wystarczająca dla potrzeb użytkownika, niezbędne będzie podjęcie środków poprawy jakości energii i wykonanie analizy kosztów i korzyści (p. zeszyt 2.5 niniejszego Poradnika). Koszty niskiej jakości energii zwykle przewyższają koszty środków potrzebnych do jej poprawy. Ocenia się, że straty po-wodowane niską jakością energii elektrycznej w przemyśle i handlu Unii Europejskiej, wynoszą około 10 mld euro rocz-nie (p. zeszyt 2.1 niniejszego Poradnika).

Energia elektryczna jest jednak bardzo specyficznym produktem. Możliwości jej magazynowania, w ilościach, które miałyby znaczenie, są bardzo ograniczone, stąd też jest ona zużywana w chwili wytwarzania. Pomiar i ocena jakości do-starczanej energii muszą być wykonane w czasie jej poboru. Pomiary jakości energii stanowią złożony problem, ponie-waż dostawca i odbiorca, którego urządzenia są nie tylko wrażliwe, ale same są także źródłem zaburzeń, mają odmien-ne punkty widzenia.

Norma IEC 600382 [2] rozróżnia dwa napięcia w sieciach i instalacjach elektrycznych:

! napięcie zasilania - napięcie międzyfazowe lub fazowe w punkcie wspólnego przyłączenia, tj. w punkcie dostawy.

! napięcie użytkowe - napięcie międzyfazowe lub fazowe w gnieździe wtyczkowym lub na zaciskach urzą-dzenia.

Zasadniczym dokumentem formułującym wymagania po stronie dostawcy jest norma EN 50160, która określa pa-rametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych. Jest to norma europejska, której w niektórych regionach lub krajach towarzyszą normy uzupełniające, jak [3] w Niemczech lub [4] w Polsce. Wiele przepisów lo-kalnych, takich, jak niemieckie TAB [3], odnosi się do indywidualnych zakładów energetycznych, ale zostały one ujednolicone w ramach liberalizacji niemieckiego rynku energii elektrycznej. Zgodnie z normą IEC 60038, zarów-no norma EN 50160, jak i przepisy [3,4] dotyczą napięcia zasilającego, tj. napięcia mierzonego w punkcie wspól-nego przyłączenia.

Po stronie odbiorcy istotne znaczenie ma jakość energii dostarczanej do jego urządzeń. Prawidłowe działanie urządzeń elektrycznych wymaga, aby poziom oddziaływań elektromagnetycznych na urządzenia był utrzymany poniżej pew-nych wartości granicznych. Na urządzenia elektryczne mają wpływ zaburzenia elektromagnetyczne w zasilaniu oraz oddziaływanie innych urządzeń przyłączonych do instalacji, które także oddziałują na zasilanie. Zagadnienia te zo-stały zebrane w serii norm EN 61000 dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej (EMC), które określają gra-niczne wartości zaburzeń przewodzonych. Wrażliwość urządzeń na jakość napięcia użytkowego, jak również środki redukcji zaburzeń, przedstawiono w zeszycie 3 � �Harmoniczne�, i w zeszycie 5 � �Zaburzenia napięcia�, niniejsze-go Poradnika.

Tematem niniejszego zeszytu jest szczegółowe omówienie normy EN 50160 i analiza jej wymagań dotyczących działania wybranych urządzeń. Przedstawiono również metody pomiaru parametrów napięcia zasilającego.

2

Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych

Podstawowe definicje parametrów napięcia Norma EN 50160 definiuje szereg parametrów napięcia. Najważniejszymi z nich są:

Napięcie zasilające � wartość skuteczna napięcia w określonej chwili w złączu sieci elektroenergetycznej, mierzona w określonym przedziale czasu.

Napięcie znamionowe sieci (Un) � wartość napięcia określająca i identyfikująca sieć elektroenergetyczną, do której odnie-sione są pewne parametry charakteryzujące jej pracę.

Deklarowane napięcie zasilające (Uc) � jest w normalnych warunkach równe napięciu znamionowemu Un sieci. Jeżeli, w wyniku porozumienia między dostawcą a odbiorcą, w złączu sieci elektroenergetycznej występuje napięcie różniące się od znamionowego, wówczas to napięcie jest deklarowanym napięciem zasilającym Uc.

Normalne warunki pracy � stan pracy sieci rozdzielczej, w którym spełnione są wymagania dotyczące zapotrzebowania mocy, obejmujący operacje łączeniowe i eliminację zaburzeń przez automatyczny system zabezpieczeń przy równocze-snym braku wyjątkowych okoliczności spowodowanych wpływami zewnętrznymi lub czynnikami pozostającymi poza kontrolą dostawcy.

Zmiana wartości napięcia � zwiększenie lub zmniejszenie się wartości napięcia spowodowane zazwyczaj zmianą całko-witego obciążenia sieci rozdzielczej lub jej części.

Migotanie światła � wrażenie niestabilności postrzegania wzrokowego spowodowane przez bodziec świetlny, którego lu-minancja lub rozkład spektralny zmienia się w czasie.

Uciążliwość migotania światła � poziom dyskomfortu spowodowanego migotaniem światła, wyznaczony metodą pomia-rową migotania UIE-IEC i określony za pomocą następujących wielkości:

! wskaźnik krótkookresowego migotania światła (Pst) mierzony w okresie dziesięciu minut,

! wskaźnik długookresowego migotania światła (Plt) obliczony z sekwencji 12 kolejnych wartości Pst, występują-cych w okresie dwóch godzin, zgodnie z następującą zależnością:

PP

lt

sti

i

==

∑3

1

12

3

12 (1)

Zapad napięcia zasilającego � nagłe zmniejszenie się napięcia zasilającego do wartości zawartej w przedziale od 90% do 1% napięcia deklarowanego Uc, po którym w krótkim czasie, następuje wzrost napięcia do poprzedniej wartości. Umow-nie czas trwania zapadu napięcia wynosi od 10ms do 1 minuty. Głębokość zapadu napięcia definiowana jest jako różni-ca między minimalną wartością skuteczną napięcia w czasie trwania zapadu a napięciem deklarowanym. Zmiany napię-cia zasilającego, które nie powodują obniżenia jego wartości poniżej 90% napięcia deklarowanego Uc, nie są uważane za zapady.

Przerwa w zasilaniu � stan, w którym napięcie w złączu sieci elektroenergetycznej jest mniejsze niż 1% napięcia dekla-rowanego Uc. Przerwy w zasilaniu mogą być sklasyfikowane jako:

! planowe, gdy odbiorcy są wcześniej poinformowani, mające na celu wykonanie zaplanowanych prac w sieciach rozdzielczych,

! przypadkowe � spowodowane np. trwałymi (długa przerwa) lub przemijającymi (krótka przerwa) zwarciami, związanymi głównie ze zdarzeniami zewnętrznymi, uszkodzeniami urządzeń lub zakłóceniami w pracy sieci.

Przepięcia dorywcze o częstotliwości sieciowej � o relatywnie długim czasie trwania, zwykle kilka okresów często-tliwości sieciowej, powodowane głównie przez operacje łączeniowe, nagłe zmniejszenie obciążenia lub eliminowa-nie zwarć.

Przepięcia przejściowe � krótkotrwałe, oscylacyjne lub nieoscylacyjne, zwykle silnie tłumione przepięcie trwające kilka milisekund lub krócej, zwykle powodowane wyładowaniami atmosferycznymi lub niektórymi operacjami łączeniowymi, na przykład wyłączeniem prądu indukcyjnego.

Harmoniczna napięcia � napięcie sinusoidalne o częstotliwości równej całkowitej krotności częstotliwości pod tawowej napięcia zasilającego. Harmoniczne napięcia mogą być określone:

! indywidualnie przez ich względną amplitudę Uh odniesioną do napięcia składowej podstawowej U1, gdzie h jest rzędem harmonicznej.

3


! łącznie, zwykle przez całkowity współczynnik odkształcenia harmonicznego THDU, obliczany zgodnie z nastę-pującym wyrażeniem:

THD

U

Uu

h

h= =

∑( )2

2

40

1

(2)

Interharmoniczna napięcia - napięcie sinusoidalne o częstotliwości zawartej pomiędzy harmonicznymi, tj. o częstotliwo-ści nie będącej całkowitą krotnością częstotliwości składowej podstawowej.

Niesymetria napięcia � stan, w którym wartości skuteczne napięć fazowych lub kąty fazowe między kolejnymi fazami w sieci trójfazowej nie są równe.

Norma EN 50160:1998 podaje główne parametry napięcia oraz dopuszczalne przedziały ich odchyleń w punkcie wspól-nego przyłączenia odbiorcy w publicznych sieciach rozdzielczych niskiego napięcia (nn) i średniego napięcia (SN), w normalnych warunkach eksploatacyjnych. W tym kontekście niskie napięcie (nn) oznacza, że skuteczna wartość zna-mionowa napięcia międzyfazowego nie przekracza 1000 V, a średnie napięcie (SN) oznacza, że skuteczna wartość zna-mionowa napięcia międzyfazowego zawarta jest między 1 kV a 35 kV.

Porównanie wymagań tej normy z wymaganiami norm kompatybilności elektromagnetycznej EN 61000, podane w tabe-lach 1 i 2, ukazuje znaczne różnice dla różnych parametrów. Istnieją dwa główne powody tych różnic:

! Normy EMC, zgodnie z normą IEC 60038, dotyczą napięcia użytkowego, podczas gdy norma EN 50160 odnosi się do napięcia zasilającego. Różnice miedzy tymi napięciami są spowodowane spadkami napięcia w instalacji i zaburzeniami pochodzącymi z sieci oraz od innych urządzeń zasilanych z tej instalacji. Z tego powodu, w wie-lu normach serii EN 61000 prąd odbiornika jest istotnym parametrem, podczas gdy norma EN 50160 nie doty-czy prądu obciążenia.

! Norma EN 50160 podaje tylko ogólne zakresy wartości, które są dla dostawcy ekonomicznie i technicznie moż-liwe do utrzymania w publicznych sieciach rozdzielczych. Jeżeli wymagane są bardziej rygorystyczne warunki, musi zostać wynegocjowana oddzielna, szczegółowa umowa między dostawcą a odbiorcą. Pomiary, mające na celu poprawę jakości energii, pociągają za sobą dodatkowe koszty i wymagają użycia aparatury, są rozważane w innych częściach niniejszego Poradnika.

Norma EN 50160 ma dodatkowe ograniczenia � jej postanowienia nie są stosowane w nienormalnych warunkach pra-cy, w tym:

� w warunkach powstałych w wyniku zwarcia lub w warunkach zasilania tymczasowego

� w przypadku niezgodności instalacji lub urządzeń odbiorcy odpowiednimi normami lub z warunkami tech-nicznymi przyłączenia odbiorców

� w przypadku niezgodności instalacji wytwórcy energii z odpowiednimi normami lub z wymaganiami tech-nicznymi połączenia z elektroenergetycznymi sieciami rozdzielczymi

� w sytuacjach wyjątkowych pozostających poza kontrolą dostawcy, w szczególności:

� wyjątkowych warunków atmosferycznych i innych klęsk żywiołowych

� zakłóceń spowodowanych przez osoby trzecie

� strajków (zgodnych z prawem)

� siły wyższej

� niedoboru mocy wynikającego ze zdarzeń zewnętrznych.

Jak pokazuje analiza danych przedstawionych w tabeli 1, wymagania te nie są szczególnie rygorystyczne dla do-stawcy. Liczne sytuacje, w których postanowienia normy nie są stosowane, mogą usprawiedliwiać większość wy-stępujących w praktyce przerw w zasilaniu i zaburzeń napięcia. Stąd wielu dostawców interpretuje wymagania nor-my EN 50160 jako w zasadzie informacyjne i nie przyjmuje odpowiedzialności za przekroczenie wartości dopusz-czalnych.

4


Z drugiej strony, punkt widzenia odbiorcy jest zwykle całkowicie odmienny � wartości graniczne podane w normie EN 50160 odbiorca uważa za wymagania, które muszą być gwarantowane przez dostawcę. Jednakże, jak już wcześniej wspo-mniano, dla wielu odbiorców nawet spełnienie wymagań zawartych w normie EN 50160 nie zapewnia akceptowanego poziomu jakości energii. W takich przypadkach, poziom jakości energii musi być określony w dodatkowej umowie za-wartej między dostawcą i odbiorcą.

Nr Parametr Parametry napięcia zasilającego Parametry niskiego napięcia wg normy EMC EN 61000

EN 61000-2-2 Inne części1 Częstotliwość sieciow nn, SN: średnia wartość częstotliwości

podstawowej, mierzona przez 10 s±1% (49,5�50,5 Hz) przez 99,5% tygodnia-6%/+4% (47-52 Hz) przez 100% tygodnia

2%

2 Zmiany wartości napięcia

nn, SN: ±10% przez 95% tygodnia,10-minutowe, średnie wartości skuteczne (rys. 1)

±10% przez 15 minut

3 Szybkie zmiany napięcia

nn: 5% w warunkach normalnych10% rzadkoPlt ≤1 przez 95% tygodnia

SN: 4% w warunkach normalnych6% rzadkoPlt ≤1 przez 95% tygodnia

3% w warunkach normalnych,8% rzadkoPst < 1.0Plt < 0.8

3% w war. normalnych4% maksimumPst < 1.0Plt < 0.65(EN 61000-3-3)3% (IEC 61000-2-12)

4 Zapady napięcia zasilającego

Większość: czas trwania <1s, głębokość <60%Lokalnie: zapady spowodowane załączaniem odbiorników:nn: 10-50%, SN: 10-15% (rys. 1)

sieci miejskie:1-4/miesiąc

do 30% przez 10 msdo 60% przez 100 ms(EN 61000-6-1, 6-2)do 60% przez 1000 ms(EN 61000-6-2)

5 Krótkie przerwy w zasilaniu

nn, SN: (do 3 minut)kilkadziesiąt - kilkaset/rok 70% z nich o czasie trwania < 1 s

zmniejszenie o 95% przez 5 s(EN 61000-6-1, 6-2)

6 Długie przerwy w zasilaniu

nn, SN: (dłuższe niż 3 minuty)<10-50/rok

7 Przepięcia dorywcze o częstotliwości sieciowej

nn: <1,5 kV (wartość skuteczna)

SN: 1,7 Uc (sieć z punktem neutralnym uziemionym bezpośrednio lub przez impedancję)2,0 Uc (sieć z nieuziemionym punktem neutralnym lub skompensowana

8 Przepięcia przejściowe nn: z reguły < 6kV,sporadycznie większe; czas narastania: ms-µs.SN: nie zdeÞ niowane

±2 kV, faza-ziemia ±1 kV, faza-faza1,2/50(8/20) Tr/Th µs(EN 61000-6-1, 6-2)

9 Niesymetria napięcia zasilającego

nn, SN: do 2% przez 95% tygodnia, 10-minutowe, średnie wartości skuteczne,do 3% na pewnych obszarach

2% 2% (IEC 61000-2-12)

10 Harmoniczne napięcia nn, SN: p. tabela 2 6% - 5; 5% -7;3,5% -11;3% - 13;THD <8%

5% 3; 6% 5;5% 7; 1,5% 9;,3,5% 11; 3% 13;0,3% 15;, 2% 17;(EN 61000-3-2)

11 Interharmoniczne napięcia

nn, SN: w trakcie opracowania 0,2%

Tabela 1. Porównanie wymagań w stosunku do napięcia zasilającego według norm EN 50160 i IEC 60038

5


Nieparzyste harmoniczneParzyste harmoniczne

Nie będące krotnością 3 będące krotnością 3

Rząd h Względna wartość napięcia (%) Rząd h Względna wartość

napięcia (%)

5 6 3 5 2 2

7 5 9 1,5 4 1

11 3,5 15 0,5 6 � 24 0,5

13 3 21 0,5

17 2

19 1,5

23 1,5

25 1,5

Tabela 2. Wartości poszczególnych harmonicznych napięcia w złączu sieci elektroenergetycznej dla rzędów do 25, wyrażone w procentach Un

Rys. 1. Ilustracja zapadu napięcia i krótkiej przerwy w zasilaniu � klasyfikacja według EN 50160; Un � znamionowe napięcie skuteczne sieci zasilającej, UA � amplituda napięcia zasilającego,

U(rms) � rzeczywista wartość skuteczna napięcia sieci zasilającej

Funkcjonowanie urządzeń i wymagania EN 50160Prawidłowe działanie urządzeń elektrycznych wymaga aby wartość napięcia zasilającego była jak najbliższa wartości znamionowej. Nawet relatywnie małe odchylenia od wartości znamionowej mogą powodować suboptymalne działanie urządzeń, np. pracę ze zmniejszoną sprawnością lub zwiększony pobór mocy, połączony z dodatkowymi stratami i skró-ceniem czasu eksploatacji. Długotrwałe odchylenia mogą czasami powodować zadziałanie zabezpieczeń, a w konse-kwencji przerwy w zasilaniu. Oczywiście, prawidłowe działanie urządzeń zależy także od wielu innych czynników, ta-kich jak warunki środowiskowe i właściwy dobór instalacji.

zakres zmian napięcia zasilającego,przez 95% czasu zasilania

zapad napięcia, ∆t < 10 mskrótka przerwa w zasilaniu

∆t < 3min

6


Wpływ każdego parametru napięcia zasilają-cego na działanie urządzeń można stosunko-wo łatwo badać niezależnie, natomiast jeżeli parametry zmieniają się równocześnie, sytu-acja jest znacznie bardziej złożona. W pew-nych przypadkach, po szczegółowej anali-zie wpływu każdego z parametrów napię-cia, można stosować superpozycję wyników w celu oszacowania łącznego wpływu wie-lu parametrów. Wpływ konkretnego parame-tru napięcia na działanie urządzenia można ocenić na podstawie zależności matematycz-nych opisujących analizowane zjawiska fi-zyczne. Poniżej podano dwa przykłady doty-czące oświetlenia i silników elektrycznych.

W przypadku żarowych źródeł światła naj-większy wpływ na strumień świetlny ma na-pięcie zasilania, jak ilustrują to rysunek 2 i zależność (3). Zmiany napięcia, dopusz-czalne wg normy EN 50160, mogą zatem po-wodować znaczne zmiany strumienia świetl-nego. Norma EN 50160 zezwala, na przy-kład, aby napięcie zasilania w długich okre-sach było równe Un-10% lub Un+10%; dla takich napięć strumień świetlny lampy żaro-wej wyniesie odpowiednio 70% i 140% stru-mienia znamionowego. Ponadto, przy napię-ciu Un+10% czas eksploatacji tego rodzaju lamp zmniejsza się do 25% wartości nomi-nalnej (rys. 3), tj. około 250 godzin zamiast typowego czasu życia, wynoszącego 1000 godzin. (Należy zauważyć, że trwałość lamp fluorescencyjnych i lamp wyładowczych zależy głównie od liczby cykli załączania. Wpływ zmian napięcia jest niewielki. War-tości przedstawione na rysunkach 2 i 3 są ob-liczone dla stanu ustalonego przy danej war-tości napięcia pracy.

W praktyce wartość napięcia zmienia się cią-gle, w zależności od warunków eksploatacji i obciążenia w sieci, jak pokazano na rysun-ku 4. Charakterystyki przedstawione na ry-sunkach 2 i 3 są opisane zależnością:

F

F

U

Un n

b

=

(3)

gdzie:

F = strumień świetlny

U = napięcie zasilania

Fn = strumień świetlny przy znamionowej wartości napięcia zasilania Un

b = współczynnik równy 3,6 dla lamp żarowych i 1,8 dla lamp wyładowczych

Rys. 2. Względna wartość strumienia świetlnego lampy żarowej i wyładowczej jako funkcja napięcia zasilania, według zależności (3)

Lampa żarowa

Lampa wyładowcza

Wzg

lędn

a w

artość

stru

mie

nia

Względna wartość napięcia znamionowego

Wzg

lędn

y cz

as e

kspl

oata

cji

Względna wartość napięcia znamionowego

Rys. 3. Względna wartość czasu eksploatacji (trwałości) lampy żarowej jako funkcja napięcia zasilania,

według zależności (4)

7


D

D

U

Un n

=

−14

(4)

gdzie:

D = czas eksploatacji (trwałość) lampy żarowej

Dn = trwałość przy znamionowej wartości napięcia zasilania Un.

Rys. 4. Przykłady zapadów napięcia (wartość skuteczna napięcia fazowego); oscylogramy ukazują napięcie zasilania (przebieg górny) i zmiany częstotliwości (przebieg dolny)

w punkcie wspólnego przyłączenia małego zakładu przemysłowego

Widać stąd, że wymagania normy EN 50160 dotyczące zmian napięcia nie są zbyt rygorystyczne. Utrzymanie zmian na-pięcia, nawet w dopuszczalnych granicach 10%, może spowodować pogorszenie działania źródeł światła. Dla uniknięcia ujemnego wpływu na oświetlenie, zmiany te powinny być ograniczone do około 3-4%.

Wahania napięcia przedstawione na rysunku 4 ilustrują wpływ napięcia na uciążliwość migotania światła, mierzoną i obliczaną zgodnie z zależnością (1). Pomiar migotania światła jest omówiony w innym zeszycie niniejszego Porad-nika.

Dla silników elektrycznych najważniejszym czynnikiem są wahania momentu, który jest zależny od kwadratu war-tości napięcia zasilającego. Problemy mogą występować podczas rozruchu napędów z dużym obciążeniem, ponie-waż duży prąd rozruchowy powoduje dodatkowe spadki napięcia w instalacji (rys. 5). W praktyce, dla większości silników trójfazowych rozruch przebiega normalnie przy napięciu zasilania wynoszącym 85%, lub więcej, napię-cia znamionowego przy rozruchu z dużym obciążeniem i od 70% przy rozruchu lekkim. W tym przypadku wyma-gania normy EN 50160 dotyczące wahań napięcia są wystarczające. Jednak długotrwała praca silnika przy napię-ciu wynoszącym -10% lub +10 % wartości znamionowej Un może mieć inne, negatywne skutki: w pierwszym przy-padku będzie to przeciążenie i działanie zabezpieczeń cieplnych, w drugim � praca przy nadmiernym poborze mo-cy i wyłączanie przez zabezpieczenia. Wszystkie zapady napięcia mogą powodować niepożądane wyzwalanie za-bezpieczeń silnika.

Wpływ prądu obciążenia na napięcie zasilania instalacji zależy od impedancji sieci zasilającej. Napięcie użytkowe na za-ciskach urządzeń zależy od impedancji sieci zasilającej i od impedancji instalacji odbiorcy. Wpływ prądu obciążenia na napięcie zasilania ilustruje rysunek 6.

8


Innymi, istotnymi zagadnieniami, dotyczącymi sil-ników elektrycznych, są harmoniczne napięcia i nie-symetria napięcia zasilającego. Niesymetria napię-cia w sieci trójfazowej wywołuje moment o przeciw-nym kierunku, proporcjonalny do składowej kolej-ności przeciwnej napięcia. Każda harmoniczna na-pięcia wytwarza odpowiadający jej prąd harmonicz-ny i związany z nim moment, który może mieć kie-runek zgodny lub przeciwny do momentu głównego, dla różnych wartości poślizgu. Największe znacze-nie mają tu harmoniczne 5 i 7. Rysunek 7 przedsta-wia sytuację, w której 7 harmoniczna momentu mo-że powodować problemy podczas rozruchu silnika, kiedy krzywe momentu silnika i momentu obciąże-nia przecinają się.

Dla innych urządzeń elektrycznych zależność między napięciem zasilania a ich mocą lub sprawnością, może być istotna. Dla większości urządzeń zmiany napięcia w zakresie 0,9�1,1 Un nie powodują żadnych ujemnych skutków, szczególnie w zwykłych urządzeniach grzew-czych. Urządzenia o większej wrażliwości na wartość napięcia zasilającego wymagają zainstalowania odpo-wiednich zabezpieczeń.

Metody pomiaruPomiary i badania jakości napięcia zasilającego, zgod-nie z normą EN 50160, wymagają zastosowania specja-listycznej aparatury i metod pomiarowych (p. zeszyty 3.2 i 5.2, niniejszego Poradnika). Układ pomiarowy po-winien umożliwiać ciągłe monitorowanie przez 7 dni, następujących parametrów:

! napięcia w trzech fazach

! częstotliwość

! całkowity współczynnik odkształcenia har-monicznego THDU

! współczynnik asymetrii napięcia, będący sto-sunkiem składowej przeciwnej do składowej zgodnej napięcia

! szybkie i wolne zmiany napięcia, definiowa-ne jako wskaźnik krótkookresowego migota-nia światła (Pst) i wskaźnik długookresowego migotania światła (Plt), wg zależności (1).

Tego rodzaju aparatura pozwala również na pomiar zapadów napięcia i przerw w zasilaniu, częstości ich występowania i czasu trwania.

Mierzone parametry są przetwarzane i rejestrowane jako 10-minutowe przedziały czasowe uśredniania (1008 przedzia-łów w ciągu 7 dni). Dla każdego przedziału jest obliczana średnia wartość mierzonego parametru. Po 7-dniowym okre-sie rejestrowania tworzona jest tzw. charakterystyka uporządkowana wg wartości, która ukazuje sumę czasów trwania dla danego poziomu zaburzenia w okresie obserwacji (dla pomiaru częstotliwości czas trwania każdego przedziału wy-nosi 10 sekund).

Rys. 5. Przykład zmian napięcia zasilającego (górny przebieg) przy rozruchu silnika asynchronicznego;

dolny przebieg � prąd obciążenia w instalacji małego zakładu przemysłowego;

na końcu przebiegu widoczny udar prądu rozruchowego

Rys. 6. Wpływ prądu obciążenia na zapady napięcia zasilającego

w instalacji elektrycznej

9


Przykład charakterystyki uporządkowanej przedstawiono na rysunku 8. Pokazuje on jasno czy mierzone parametry napię-cia były utrzymywane na dopuszczalnym poziomie przez 95% czasu pomiaru (tabela 1).

Rys. 7. Wpływ momentu asynchronicznego wytwarzanego przez harmoniczne na charakterystykę momentu silnika asynchronicznego

Rys. 8. Przykład charakterystyki uporządkowanej całkowitego współczynnika odkształcenia harmonicznego, mierzonego w rozdzielniach zasilających

przemysłowe (1 i 3) i miejskie (2) sieci niskiego napięcia

Niektóre dodatkowe ustalenia w poszczególnych krajach Jak wcześniej wspomniano, podczas gdy norma EN 50160 podaje ogólne wartości dopuszczalne dla publicznych sieci rozdzielczych, wiele krajów europejskich stworzyło dodatkowe przepisy regulujące warunki zasilania. Wiele z tych prze-pisów krajowych obejmuje zagadnienia nie ujęte w normie EN 50160, takie jak maksymalne dopuszczalne obciążenie harmonicznymi, które może być dołączone w PWP.

Mom

ent

Prędkość

moment od częstotliwości podstawowej

moment wypadkowy

moment obciążenia (hamujący)

moment 7 harmonicznejmoment 5 harmonicznej

Uporządkowane próbki

THD

u (%

)

10


Niemiecka norma krajowa VDE 0100 stwierdza, że parametry określone w DIN EN 50160 odzwierciedlają ekstremal-ne sytuacje w sieci i nie są reprezentatywne dla typowych warunków. W planowanych sieciach należy stosować się do zaleceń VDE 0100. Jeden z warunków przyłączenia TAB [3] podaje maksymalne wartości (w jednostkach względnych) dla odbiorników rezystancyjnych sterowanych fazowo (1700 VA dla jednofazowych, 3300 VA dla dwufazowych i 5000 VA dla trójfazowych symetrycznych) oraz dla nie sterowanych prostowników z pojemnościowym filtrem wygładzającym (300 VA dla jednofazowych, 600 VA dla dwufazowych i 1000 VA dla trójfazowych symetrycznych); cytowana jest także norma dotycząca urządzeń VDE 0838 (EN 60555).

W Polsce, przepisy wprowadzone przez rząd [4], dotyczące dystrybucji energii elektrycznej, podają podstawowe parame-try napięcia zasilającego (tab. 3) i nie odwołują się do normy EN 50160. Ponadto, odbiorcy są podzieleni na sześć grup, dla których oddzielnie zdefiniowano dopuszczalne roczne łączne czasy przerw. Dokument ten również traktuje szczegó-łowo różne aspekty ekonomiczne rynku energii, zasady rozstrzygania sporów pomiędzy przedsiębiorstwami sieci energe-tycznych i zakładami energetycznymi, itp.

Parametr napięcia zasilającego Wartości dopuszczalne wg [4]

Częstotliwość nn i SN: znamionowa 50 Hz (49,5 � 50,2 Hz)

Wartość napięci nn i SN: -10% do +5% 15-minutowej wartości skutecznej

Harmoniczne nn: THDU ≤ 8%, dowolna harmoniczna/U1 ≤ 5%SN: THDU ≤ 5%, dowolna harmoniczna/U1 ≤ 3%

Długie przerwy w zasilaniu nn i SN: 60 h/rok do 31.12.2004 48 h/rok po 01.01.2005

Tabela 3. Wymagania dotyczące jakości zasilania w polskich sieciach rozdzielczych, według [4]

We Włoszech istnieje ważny dokument dotyczący ciągłości zasilania [8]. Włoski Urząd Regulacji Energetyki i Gazu (AEEG) ustanowił jednolity system wskaźników ciągłości dostawy oraz wprowadził system zachęt i kar, mających na celu stopniowo doprowadzić poziomy ciągłości do zgodności z normami europejskimi. Urząd podzielił terytorium kra-ju na 230 stref geograficznych, zróżnicowanych następnie na obszary wg gęstości zaludnienia, i na podstawie wyników poprzedzającego roku ustalił cele poprawy ciągłości zasilania dla każdego obszaru. Przedsiębiorstwa energetyczne, które poprawiły swoje wyniki w większym stopniu niż założony, mogą odzyskać wyższe poniesione koszty, natomiast przed-siębiorstwa energetyczne, które nie zdołały osiągnąć celów poprawy jakości zasilania, muszą zapłacić kary. Przerwy w zasilaniu, będące wynikiem działania siły wyższej lub spowodowane przez stronę trzecią, nie są uwzględniane w tych obliczeniach.

Docelowym zadaniem jest doprowadzenie poziomów ciągłości zasilania do zgodności z krajowymi wskaźnikami, opar-tymi na normach europejskich - roczny łączny czas przerw przypadający na użytkownika: 30 minut w dużych miastach (duża gęstość zaludnienia); 45 minut w średniej wielkości miastach (średnia gęstość) i 60 minut na obszarach wiejskich (mała gęstość). Podobne zasady, ustalone przez ciała regulacyjne, obowiązują także w innych krajach.

W Wielkiej Brytanii istnieje szereg dokumentów, które składają się na kodeks dystrybucji energii. Jednym z najważ-niejszych jest dokument G5/4, omawiany w innym miejscu niniejszego Poradnika, który reguluje przyłączanie do punktu wspólnego przyłączenia odbiorników nieliniowych, emitujących harmoniczne. Środki mające na celu popieranie popra-wy ciągłości zasilania są w gestii Office of Gas and Electricity Markets (OFGEM) [Biuro Rynków Gazu i Energii Elek-trycznej].

WnioskiDla dostawców energii elektrycznej wymagania normy EN 50160 nie są trudne do spełnienia. Parametry napięcia zasila-jącego winny zawierać się w określonym zakresie (tab. 1) przez 95% czasu pomiaru, podczas gdy w pozostałych 5% tego czasu ich odchyłki mogą być znacznie większe. Na przykład, średnia wartość napięcia przez 95% czasu winna zawierać się między 90% a 110% wartości znamionowej. Oznacza to, że odbiorca może być zasilany w sposób ciągły napięciem wynoszącym 90% wartości znamionowej, a przez 5% czasu napięcie może być znacznie niższe. Jeżeli, w skrajnej sytu-

11


acji, inne parametry są również na granicy dopuszczalnej przez normę, np. harmoniczne napięcia lub niesymetria napię-cia, to istnieje prawdopodobieństwo wadliwego działania urządzeń.

Normę tę można poprawić. Na przykład wymóg, aby średnie wartości mierzonych parametrów napięcia mieściły się w zakresie ±5% w całym okresie pomiarowym, mógłby zagwarantować, że napięcie zasilania nie będzie utrzymywane długotrwale na górnej lub dolnej granicy wartości dopuszczalnej. Dopuszczalna liczba zapadów napięcia (do 1000 w ro-ku) oraz liczby krótkich i długich przerw w zasilaniu są z punktu widzenia odbiorcy raczej wysokie. Zapady napięcia o głębokości do 30% napięcia znamionowego i czasie trwania dłuższym niż 0,3 s, mogą powodować zadziałanie zabez-pieczeń podnapięciowych lub odpadnięcie styczników w obwodach silników. Stąd rzeczywista liczba przerw w procesie technologicznym będzie znacznie większa niż liczba, której można oczekiwać w wyniku przerw w zasilaniu

Normę EN 50160 należy traktować jako odzwierciedlenie kompromisu między dostawcą a odbiorcą. Wymaga ona aby dostawca zapewniał, jako minimum, zaledwie wystarczającą jakość zasilania. Większość dostawców rutynowo przekra-cza wymagania normy z dużym zapasem, ale nie gwarantuje tego. Jeżeli odbiorca ma wyższe wymagania, należy zasto-sować środki redukcji zaburzeń lub wynegocjować umowę o wyższej jakości zasilania.

Natomiast istotnymi zaletami normy są:

! zdefiniowanie parametrów napięcia istotnych dla jakości energii elektrycznej

! ilościowe określenie wartości, stanowiących punkt odniesienia dla oceny jakości energii elektrycznej.

Zadaniem urzędu regulacyjnego jest ustalenie poziomu jakości, który od dostawcy wymaga najlepszej praktyki, nie usta-lając przy tym poziomu zbyt wysoko, aby nie powodować wzrostu cen energii dla wszystkich użytkowników.

LITERATURA I ŹRÓDŁA [1] Polska Norma PN-EN 50160:1998, Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych.

[2] Polska Norma PN-IEC 60038:1999, Napięcia znormalizowane IEC.

[3] Technische Anschlussbedingungen, VDEW.

[4] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 25 września 2000, w sprawie szczegółowych warunków przyłączania podmiotów do sieci elektroenergetycznych, obrotu energia elektryczna, świadczenia usług przesyłowych, ruchu sieciowego i eksploatacji sieci oraz standardów jakościowych obsługi odbiorców. Dziennik Ustaw Nr 85, poz. 957

[5] Baranecki A. i in., Poprawa jakości zasilania w sieciach nn i SN, Elektronizacja 1-2/2001.

[6] Seipp G G, Elektrische Installationstechnik, Berlin � München, Siemens AG, 1993

[7] DIN VDE 0100-100 (VDE 0100 part 100): 2002-08.

[8] Decision 128/1999: Definizione di obblighi di registrazione delle interruzioni del servizio di distribuzione dell�energia elettrica e di indicatori di continuita del servizio.

[9] Decision 144/00: Determinazione dei livelli effettivi base e dei livelli tendenziali di continuita del servizio per ogni ambito territoriale e per ogni anno del periodo 2000-2003 ai sensi dell�articolo 7 della deliberazione dell�Autorita per l�energia elettrica e il gas 28 dicembre 1999, n. 202/99 e per la determinazione della media nazionale dei livelli tendenziali di continuita del servizio per l�anno 2004, ai sensi dell�articolo 9, comma 9.4, della medesima deliberazione.

12

Notatki

Partnerzy główni i referencyjni

Zespół redakcyjnyDavid Chapman (Chief Editor) CDA UK [email protected]

Prof Angelo Baggini Università di Bergamo [email protected]

Dr Araceli Hernández Bayo ETSII - Universidad Politécnica de Madrid [email protected]

Prof Ronnie Belmans UIE [email protected]

Dr Franco Bua ECD [email protected]

Jean-Francois Christin MGE UPS Systems [email protected]

Prof Anibal de Almeida ISR - Universidade de Coimbra [email protected]

Hans De Keulenaer ECI [email protected]

Gregory Delaere Lemkco [email protected]

Prof Jan Desmet Hogeschool West-Vlaanderen [email protected]

Dr ir Marcel Didden Laborelec [email protected]

Dr Johan Driesen KU Leuven [email protected]

Stefan Fassbinder DKI [email protected]

Prof Zbigniew Hanzelka Akademia Górniczo-Hutnicza [email protected]

Stephanie Horton LEM Instruments [email protected]

Dr Antoni Klajn Politechnika Wrocławska [email protected]

Prof Wolfgang Langguth HTW [email protected]

Jonathan Manson Gorham & Partners Ltd [email protected]

Prof Henryk Markiewicz Politechnika Wrocławska [email protected]

Carlo Masetti CEI [email protected]

Mark McGranaghan EPRI PEAC Corporation [email protected]

Dr Jovica Milanovic UMIST [email protected]

Dr Miles Redfern University of Bath [email protected]

Dr ir Tom Sels KU Leuven [email protected]

Prof Zbigniew Styczynski Universität Magdeburg [email protected]

Andreas Sumper CITCEA [email protected]

Roman Targosz PCPM [email protected]

Hans van den Brink Fluke Europe [email protected]

European Copper Institute (ECI)www.eurocopper.org

ETSII - Universidad Politécnica de Madridwww.etsii.upm.es

LEM Instrumentswww.lem.com

Akademia Górniczo-Hutnicza (AGH)www.agh.edu.pl

Fluke Europewww.fluke.com

MGE UPS Systemswww.mgeups.com

Centre d�Innovació Tecnològica en Convertidors Estàtics i Accionaments (CITCEA)www-citcea.upc.es

Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW)www.htw-saarland.de

Polskie Centrum Promocji Miedzi (PCPM)www.miedz.org.pl

Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI)www.ceiuni.it

Hogeschool West-VlaanderenDepartement PIHwww.pih.be

University of Bathwww.bath.ac.uk

Copper Beneluxwww.copperbenelux.org

Istituto Italiano del Rame (IIR)www.iir.it

Università di Bergamowww.unibg.it

Copper Development Association (CDA UK)www.cda.org.uk

International Union for Electricity Applications (UIE)www.uie.org

Utto-Von-Guericke-Universität Magdeburgwww.uni-magdeburg.de

Deutsches Kupferinstitut (DKI)www.kupferinstitut.de

ISR - Universidade de Coimbrawww.isr.uc.pt

University of Manchester Institute of Science andTechnology (UMIST)www.umist.ac.uk

Engineering Consulting & Design (ECD)www.ecd.it

Katholieke Universiteit Leuven(KU Leuven)www.kuleuven.ac.be

Politechnika Wrocławskawww.pwr.wroc.pl

EPRI PEAC Corporationwww.epri-peac.com

Laborelecwww.laborelec.com

Dr inż. Antoni Klajn

Politechnika WrocławskaWybrzeże Wyspiańskiego 2750-370 WrocławPolska

Tel: 00 48 71 320 39 20Fax: 00 48 71 320 35 96Email: [email protected]: www.pwr.wroc.pl

Prof. dr hab. inż. Henryk Markiewicz

Politechnika WrocławskaWybrzeże Wyspiańskiego 2750-370 WrocławPolska

Tel: 00 48 71 320 34 24Fax: 00 48 71 320 35 96Email: [email protected]: www.pwr.wroc.pl

Polskie Centrum Promocji Miedzi Sp. z o.o.50-136 Wrocławpl. 1 Maja 1-2Polska

Tel: 00 48 71 78 12 502Fax: 00 48 71 78 12 504e-mail: [email protected]: www.miedz.org.pl

European Copper Institute168 Avenue de TervuerenB-1150 BrusselsBelgium

Tel: 00 32 2 777 70 70Fax: 00 32 2 777 70 79Email: [email protected]: www.eurocopper.org

542ebook PL

Documents

Transcript of 542ebook PL