WYBRANE ZAGADNIENIA JAKOŚCI ZASILANIA I UŻYTKOWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Transkrypt

1 Seminarium nt. WYBRANE ZAGADNIENIA JAKOŚCI ZASILANIA I UŻYTKOWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ Warszawa, 3 listopada 24 r. z cyklu Polskie Partnerstwo Jakości Zasilania zorganizowane w ramach Europejskiego Programu Leonardo da Vinci jako forma realizacji projektu Edukacyjny Program Jakości Zasilania LEONARDO Leonardo Power Quality Initiative ORGANIZATORZY Polskie Centrum Promocji Miedzi Sp. z o.o. European Copper Institute Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw SEP Stowarzyszenie Elektryków Polskich Oddział Warszawski

2 Seminarium Wybrane zagadnienia jakości zasilania i użytkowania energii elektrycznej Warszawa, 3 listopada 24 r. zorganizowano pod patronatem Centrum Promocji Jakości i Efektywności Użytkowania Energii Elektrycznej (JUEE), AGH Kraków Autorska koncepcja tematyki: mgr inż. Antoni LISOWSKI Recenzent naukowy tematyki seminarium: prof. dr hab. inż. Zbigniew HANZELKA CENTRALNY OŚRODEK SZKOLENIA I WYDAWNICTW STOWARZYSZENIA ELEKTRYKÓW POLSKICH Warszawa 24 ISBN Redakcja, opracowanie graficzne i skład: Monika Wolska CENTRALNY OŚRODEK SZKOLENIA I WYDAWNICTW STOWARZYSZENIA ELEKTRYKÓW POLSKICH

3 SPIS TREŚCI 1. R. TARGOSZ, Zb. HANZELKA Jakość energii elektrycznej-edukacja przez Internet - Europejski Program Leonardo Power Quality Initiative Zb. HANZELKA Jakość zasilania w kontraktach na dostawę energii elektrycznej A. LISOWSKI Jakość elektroenergetycznego zasilania na forum CIRED' 23 w Barcelonie T. KOWALAK Ciągłość zasilania zadanie dostawcy energii W. KOZUBIŃSKI Dotychczasowe i przyszłe prace PTPIREE w zakresie jakości energii elektrycznej A. BARANECKI, M. NIEWIADOMSKI, T. PŁATEK Środki techniczne samoczynnej neutralizacji THD ich skuteczność techniczna i efektywność ekonomiczna R. KLEMPKA Projektowanie grupy filtrów prostych z uwzględnieniem ich wzajemnych wpływów Z. SZULC, J. PRZYBYLSKI Współczesna automatyka napędu elektrycznego a kształtowanie się THD w środowisku elektroenergetycznym odbiorcy i jego otoczenia B. GRANISZEWSKI Ochrona czułych instalacji w sektorze usług i przemyśle przed zakłóceniami napięcia i harmonicznymi K. LOREK Celowość monitorowania jakości i kosztów energii elektrycznej M. MACIĄŻEK, M. PASKO Wkład elektrotechniki teoretycznej w poprawę jakości energii elektrycznej...95

4 KOMITET ORGANIZACYJNY: prof. dr hab. inż. Zbigniew HANZELKA Centrum Promocji Jakości i Efektywnego Użytkowania Energii Elektrycznej (JUEE), AGH Kraków mgr inż. Antoni LISOWSKI (przewodniczący) Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw SEP mgr inż. Jerzy SZASTAŁŁO Oddział Warszawski SEP mgr Michał RAMCZYKOWSKI Polskie Centrum Promocji Miedzi Sp. z o. o. Krystyna SUCHECKA Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw SEP

5 WYBRANE ZAGADNIENIA JAKOŚCI ZASILANIA I UŻYTKOWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ seminarium z cyklu Polskie Partnerstwo Jakości Zasilania, Warszawa r Roman TARGOSZ Polskie Centrum Promocji Miedzi, Wrocław Zbigniew HANZELKA Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków Jakość Energii Elektrycznej Edukacja przez Internet Europejski Program LPQI (Leonardo Power Quality Initiative) 1. Streszczenie W referacie przedstawiono Europejski Program Leonardo Power Quality Initiative. Program ten poświęcony jest edukacji o praktycznych aspektach jakości energii. Główne jego narzędzia to poradnik i strona internetowa. Drugim tematem referatu są wyniki z porównania tradycyjnych metod nauczania o jakości energii z nauką przez internet oferowaną przez Leonardo. We wrześniu 24 roku w Krakowie podczas 7. międzynarodowej konferencji Electrical Power Quality and Utilization (EPQU 3), zorganizowano odrębną sesję poświęconą zagadnieniom nauczania jakości energii elektrycznej. Uzupełnieniem praktycznym tej sesji był eksperyment dydaktyczny porównujący efektywność nauczania tradycyjnego z nauczaniem przez internet. Wykorzystano do tego celu moduł edukacyjny strony internetowej Leonardo Power Quality Inititive. 2. Dlaczego jakość zasilania Ilość problemów technicznych mających związek z jakością zasilania w ciągu ostatnich dwudziestu lat dramatycznie wzrosła. Problemy te dotyczą niezawodności pracy urządzeń i jakości napięcia w sieci zasilającej. Można je podzielić następująco: ciągłość zasilania; krótkie i długie przerwy w zasilaniu powodują przerwanie procesu produkcyjnego i często długą i kosztowną operację jego wznowienia zapady napięcia; skutkują zakłóceniami w pracy urządzeń zwłaszcza sprzętu informatycznego w tym elementów sterowania oraz napędów z płynną regulacją prędkości obrotowej szybkie (tzw. fliker) lub wolne zmiany napięcia zasilającego, niesymetria napięć, przepięcia, problemy z uziemieniem; powodujące zmiany natężenia strumienia świetlnego i związany z tym dyskomfort dla personelu, przegrzanie, uszkodzenie lub niestabilną pracę urządzeń elektrycznych, zakłócenia elektromagnetyczne wysokoczęstotliwościowe np. w transmisji danych harmoniczne napięć i prądów i całą gamę związanych z tym problemów min. awarie silników i transformatorów, dodatkowe straty energii, przegrzanie i upalenie przewodów zwłaszcza 1

6 neutralnego, zakłócenia w pracy urządzeń i systemów, zwłaszcza sterowanych elektronicznie Głównym powodem takiego stanu rzeczy jest dynamiczny rozwój energoelektroniki. Obecnie trudno sobie właściwie wyobrazić branże, w których można się całkowicie obejść bez różnych elementów energoelektronicznych, takich jak zasilacze impulsowe, prostowniki i falowniki. W ostatnich latach coraz częściej energoelektronika wkracza również w obszar wytwarzania energii. W nowoczesnych elektrowniach wiatrowych, gdzie napięcie generatora posiada częstotliwość inną od sieciowej, czy ogniwach fotowoltaicznych wytwarzających prąd stały układy energoelektroniczne służą do przekształcenia takiego prądu przemiennego lub stałego na prąd przemienny o częstotliwości 5 Hz. Można się spodziewać coraz powszechniejszego stosowania takich układów z konsekwencjami dla jakości energii w sieci. 3. Leonardo W 21 roku rozpoczęto realizację projektu Leonardo. Zanim to nastąpiło czekaliśmy na kontrakt z Komisją Europejską na sponsorowanie projektu w ramach projektu edukacyjnego Leonardo. Komisja zgodziła się sponsorować projekt na wartość ponad 6 tysięcy uro. Kontrakt jak i cały projekt składał się z dwóch zasadniczych części. Jedna to odpowiednio dobrana wiedza o praktycznych i optymalnie do problemu dobranych rozwiązaniach problemów jakości energii. Druga część projektu to stworzenie systemu upowszechniania wiedzy rezultatu części pierwszej. Do projektu przystąpiło 12 partnerów. Ponad połowa z nich to uniwersytety techniczne, których zadaniem w projekcie jest rozwijanie części pierwszej a więc wiedzy. Pomagają w tym inne uczelnie ale też instytucjonalni i afiliowani partnerzy przemysłowi, którzy dołączają do projektu przez cały czas jego trwania. Międzynarodowe Partnerstwo LPQI dzisiaj liczy łącznie ponad 7 partnerów i już od blisko roku wykracza poza Europę. Główne narzędzia LPQI to: Poradnik Jakości Zasilania, unikalne źródło informacji publikowane w częściach. Wydano już 23 części - zeszyty a w różnych fazach procesu redakcyjnego jest kolejne ponad 3 zeszytów. Części poradnika w polskiej wersji językowej dołączane są w miarę ich publikowania do magazynu Elektroinfo. Strona internetową, z sekcją dotyczącą nauki przez internet stanowiącą wersją html poradnika z odwołaniami do słownika oraz innych części poradnika oraz testami, weryfikującymi postęp nauczania. Inne ważne sekcje strony internetowej to biblioteka z dokumentami poszerzającymi i pogłębiającymi zakres prezentowanej wiedzy oraz zdjęciami, forum dyskusyjne w tym sekcja najczęściej zadawanych pytań. Programy seminaryjne omawiające podstawowe zagadnienia jakości energii, z założenia stanowiące zaproszenie i punkt wyjściowy do korzystania z innych narzędzi Leonardo. 3.1.Poradnik Jakości Zasilania Poradnik składa się z sześciu rozdziałów (pierwsza cyfra numeru) oznaczających kolejno: 1) Materiał wprowadzający 2) Koszty niskiej jakości zasilania 3) Harmoniczne 4) Odporność i niezawodność 5) Zapady napięcia (i inne odkształcenia napięcia) 6) Uziemienia i kompatybilność elektromagnetyczna Druga cyfra oznacza kategorię tematyczną każdego z rozdziałów. I tak kolejno: Przyczyny i skutki 2

7 Pomiar. Wielkości Metody likwidacji i łagodzenia zaburzeń Normy Poradnictwo Można przyjąć, że dwa pierwsze rozdziały mają charakter mniej techniczny i przeznaczone są dla osób mających kluczowy wpływ na podejmowanie decyzji o sposobach reagowania na problemy jakości energii. Z kolei kategorie tematyczne od 3 do 5 przeznaczone są przede wszystkim dla projektantów i osób, zajmujących się w praktyce wdrażaniem różnych rozwiązań. Rysunek 1 Poradnik Jakości Zasilania Poniżej przedstawiono wszystkie dotychczas wydane części poradnika: 1.1 Wstęp 1.2 Poradnik samodzielnej oceny jakości zasilania 2.1 Koszty niskiej jakości zasilania 3

8 B Analiza inwestycyjna rozwiązań w dziedzinie jakości zasilania Przyczyny powstawania i skutki działania Interharmoniczne (w przygotowaniu do wydania polskiego) Kondensatory w środowisku o dużej zawartości harmonicznych Rzeczywista wartość skuteczna - jedyny prawdziwy wyznacznik Filtry pasywne Filtry aktywne Wymiarowanie przewodu neutralnego Odporność, Pewność, Redundancja Zasilania Układy rezerwowego zasilania odbiorców Niezawodnie zasilanie dużego budynku biurowego Zapady napięcia - Wprowadzenie Wprowadzenie do asymetrii Obsługa zapobiegawcza - Klucz do jakości zasilania Zapobieganie zapadom napięcia Norma EN516 Charakterystyka napięcia w sieciach rozdzielczych sn (w przygotowaniu do wydania polskiego) Studium przypadku ciągłe procesy produkcyjne Analiza techniczno ekonomiczna metod redukcji skutków zapadów napięcia Systemowe Podejście do Uziemienia Systemy uziemień Podstawy obliczeń i projektowania Uziemienia podstawy konstrukcyjne 3.2.Strona Internetowa Rysunek 2 Strona internetowa Leonardo 1 tzw. background note- ang. Zeszyt do pogłębiania wiedzy, publikacja wyłącznie elektroniczna w jęz. angielskim 4

9 Strona jest administrowana w 11 wersjach językowych. Główne sekcje to - Informacja o projekcie; co nowego, informacje prasowe - Wydarzenia; szczegóły programów seminaryjnych, konferencji, targów w dziedzinie jakości energii lub związanej z jakością energii - Nauka przez internet; nauczanie przez internet za pomocą poradnika jakości zasilania z elementami interaktywnymi - Klub jakości zasilania sekcja redagowana przez krajowe Partnerstwa jakości zasilania, rodzaje aktywności, nowości - Biblioteka; w tym poradnik w wersji elektronicznej, biblioteka obrazów i innych dokumentów elektronicznych - Forum dyskusyjne; platforma dyskusyjna typu pear to pear w tematach zgodnych z rozdziałami poradnika i innymi związanymi 4. Nauczanie o jakości energii przez internet inicjatywa Leonardo W coraz większym stopniu wiedza jest przekazywana w nowoczesnej formie, umożliwiającej interaktywny kontakt pomiędzy nauczycielem a słuchaczem, wybór własnego tempa nauczania, szybkie pogłębianie wiedzy z innych źródeł. Uczący się, zwłaszcza studenci studiów dziennych, posiadają umiejętność sprawnego korzystania z internetu. Stąd między innymi wynika potrzeba stosowania takich narzędzi nauczania jak tematyczna strona internetowa. Ważnymi elementami takiego procesu nauczania są zadania projektowe rozbudowane o elementy nauczania programowego rozbudzające ciekawość uczącego się i skłaniające go do samodzielnego szukania rozwiązań również w internecie. Eksperyment dydaktyczny towarzyszący konferencji EPQU 4 stanowił próbę oceny skuteczności nauczania metodą tradycyjną poprzez wykład oraz wykorzystując do tego celu internet, a ściślej internetowe środowisko przygotowane w ramach europejskiego programu o jakości energii, Leonardo. Eksperyment został zorganizowany pod patronatem europejskiego programu dydaktycznego Leonardo Power Quality Initative (LPQI) którego uczestnikami jest liczne grono partnerów przemysłowych i uczelni technicznych z 1 krajów Europy. Inicjatorami i bezpośrednimi wykonawcami eksperymentu byli pracownicy Akademii Górniczo-Hutniczej z Krakowa oraz Centrum Promocji Miedzi z Wrocławia a także Politechniki Wrocławskiej i Łódzkiej. Data eksperymentu dzień 17 września 23 - był pierwszym dniem organizowanej już po raz 7 w Krakowie międzynarodowej konferencji Electrical Power Quality and Utilization (EPQU 3). Jedna z sesji tej konferencji była poświęcona zagadnieniom nauczania jakości energii elektrycznej. Do udziału w eksperymencie zaproszono wydziały elektryczne polskich uczelni technicznych. Ostatecznie w dniu eksperymentu w AGH spotkało się 46 studentów reprezentujących 8 uczelni (w nawiasach podano liczbę studentów): Politechnikę Białostocką (1), Lwowską (1), Radomską (8), Warszawską (3), Wrocławską (13), Akademię Morską z Gdyni (5), Państwową Wyższą Szkołę Zawodową z Tarnowa (3) oraz AGH (12). Od uczestników wymagano znajomości podstaw elektrotechniki zgodnie z programem studiów. Studenci zostali podzieleni, w drodze losowania, na dwie grupy A i B, o czym powiadomiono ich wcześniej. Uczestnicy grupy A wysłuchali tradycyjnego wykładu. Uczestnicy grupy B, pracujący w laboratorium komputerowym, wykorzystywali podczas uczenia się materiały ze strony internetowej programu Leonardo w zakresie zgodnym z tematyką wykładów. 5

10 Grupa A wysłucha czterech wykładów 4 x 45 min (z jedną 15 minutową przerwą) - dotyczących jakości energii i kompatybilności elektromagnetycznej: Wykład 1: Wykład 2: Wykład 3: Wykład 4: Pewność zasilania. Układy rezerwowego zasilania odbiorców (wykładowca: dr inż. Antoni Klajn, Politechnika Wrocławska) Uziemienia. Podstawy obliczeń i projektowania (wykładowca: prof. dr hab. inż. Henryk Markiewicz, Politechnika Wrocławska) Wyższe harmoniczne (wykładowca: dr hab. inż. Zbigniew Hanzelka, prof. AGH) Zapady napięcia (wykładowca: dr inż. Ryszard Pawełek, Politechnika Łódzka). W tym samym czasie grupa B pracowała w laboratorium komputerowym ucząc się tej samej tematyki w oparciu o materiały umieszczone na stronie internetowej programu LPQI. Ponieważ studenci grupy B mogli wcześniej zapoznać się ze stroną internetową programu LPQI, część z materiałów została udostępniona na stronie kilka minut przed rozpoczęciem eksperymentu. Z przeprowadzonych rozmów wynikało, że nieomal wszyscy uczestnicy grupy internetowej korzystali ze strony LPQI przed rozpoczęciem eksperymentu. Zasadą było, że zakres wykładów oraz końcowego testu nie może wykraczać poza ramy określone treściami strony internetowej LPQI. Studenci mogli wyjaśnić ewentualne wątpliwości w bezpośredniej rozmowie z wykładowcami, którzy po zakończeniu wykładów byli przez godzinę do dyspozycji uczestników eksperymentu. Nikt nie skorzystał z tej formy konsultacji. Efekty nauczania zostały sprawdzane za pomocą pisemnego testu. Każdy z uczestników otrzymał arkusz z 39 pytaniami, odnoszącymi się do poszczególnych tematów, na które odpowiadał, w czasie 6 min. wybierając jedną poprawną odpowiedz z pośród czterech podanych możliwości. Rysunek 3 Zdjęcie uczestników eksperymentu w sali wykładowej Na rysunku 4, z lewej przedstawiono średnie (w % maksymalnej możliwej liczby punktów i w przeliczeniu na jednego uczestnika) wyniki uzyskane w grupie wykładowej, komputerowej oraz dla wszystkich uczestników eksperymentu. Widoczna jest niewielka przewaga tradycyjnego wykładu. Rysunek 4, z prawej, przedstawia te same informacje w odniesieniu do poszczególnych 6

11 wykładów. Rysunek 4 Wyniki testu % zdobytyc h punktów 4 5 % zdobytyc h punktów Wykład Internet Średnie Wykład Internet Srednio Części testu Średnie wyniki uzyskane w grupie wykładowej, Średnie wyniki dla poszczególnych wykładów uzyskane komputerowej oraz dla wszystkich uczestników w grupie wykładowej, komputerowej oraz dla eksperymentu (w % maksymalnej możliwej do uzyskania wszystkich uczestników eksperymentu (w % liczby punktów i w przeliczeniu na jednego uczestnika) maksymalnej możliwej do uzyskania liczby punktów i w przeliczeniu na jednego uczestnika) Eksperyment, któremu z pewnością można zarzucić wiele niedociągnięć metodologicznych osiągnął, zdaniem organizatorów, dwa cele. Udowodnił, że nawet w dobie intensywnego rozwoju informatycznych metod nauczania, rewolucji komputerowej i internetu nie należy zapominać o ogromnej wartości bezpośredniego kontaktu nauczyciela i studenta, bezpośredniej wymiany informacji i myśli. Truizmem będzie stwierdzenie, że komputer i wykładowca to nie wzajemnie konkurujące strony, lecz partnerzy których współdziałanie gwarantuje ostateczny sukces w postaci dobrze przygotowanych do zawodowego życia absolwentów wyższych uczelni. Organizatorzy osiągnęli jeszcze jeden, bardzo ważny efekt. Zainteresowali młodszych kolegów/studentów bardzo atrakcyjną dziedziną nauki i techniki jaką z pewnością jest jakość dostawy energii elektrycznej. Narzędziem popularyzacji tej wiedzy jest strona internetowa Strona ta, mimo pewnych niedoskonałości, które były omawiane podczas konferencji, posiada wiele zalet; olbrzymi zasięg poprzez tłumaczenie na 11 języków, mnogość sekcji i narzędzi do nauki, wymiany poglądów, szukania informacji. 5. Europejski Przegląd Jakości Energii Zespół d/s Przeglądu Jakości Energii Leonardo realizuje obecnie projekt polegający na zebraniu danych i opinii od użytkowników energii elektrycznej, najbardziej narażonych na problemy z jakością energii. Jednym z głównych celów projektu, jest oszacowanie kosztów niedostatecznej jakości energii w Europie. Leonardo jest w fazie realizacji pilotażowego etapu projektu. Narzędziem do zbierania danych jest plik programu MICROSOFT WORD, stanowiący kwestionariusz, który po wypełnieniu w formie elektronicznej należy odesłać autorom projektu. 7

12 Rysunek 5 Ankieta Leonardo 6. Podsumowanie Coraz szerszego i większego znaczenia nabiera zastosowanie energii elektrycznej w rozwoju nowoczesnego społeczeństwa. Wzrasta zatem waga jej jakości. Potwierdzają to różne wyniki projektu w tym wspomnianej ankiety. Jakość energii jest ciągle rzadkim przedmiotem regularnych studiów technicznych. Wiedza o dostępnych technikach eliminacji i łagodzenia skutków złej jakości energii nie dociera do jej adresatów bez przeszkód. Projekt Leonardo jest źródłem edukacji o jakości energii o międzynarodowym zasięgu w wielu aspektach nowoczesnym i innowacyjnym. Polskie Partnerstwo Jakości Zasilania bardzo aktywnie realizuje Inicjatywę. W 23 roku zrealizowało cykl seminaryjny, przeprowadziło dyskusję o nauczaniu jakości energii na Konferencji EPQU 3, porównało nauczanie tradycyjne z uczeniem się przez internet, przeprowadziło ankietę jakości energii. Na tym nie koniec. Projekt będzie kontynuowany wykorzystując istniejące narzędzia projektu ale wprowadzane są też zmiany służące zdynamizowaniu Inicjatywy. Rozszerza się też zakres międzynarodowego partnerstwa Leonardo, które liczy już ponad 7 partnerów a przykładem wyjścia Leonardo poza Europę jest współpraca z EPRI PEAC. Dodatkowo, szerzej jeszcze niż dotychczas Leonardo, sięga projekt Leonardo Energy. Leonardo Energy polega na rozwijaniu kompetencji w dziedzinie energii elektrycznej i komunikowaniu o tym w obiektywny i pożądany przez zainteresowane środowiska sposób. 8

13 WYBRANE ZAGADNIENIA JAKOŚCI ZASILANIA I UŻYTKOWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ seminarium z cyklu Polskie Partnerstwo Jakości Zasilania, Warszawa r Zbigniew Hanzelka Akademia Górniczo-Hutnicza, 3-59 Kraków, Al. Mickiewicza 3 tel: (12) ; tel/fax: (12) ; hanzel@uci.agh.edu.pl Jakość energii w zapisach kontraktu na dostawę energii elektrycznej Istnieją racjonalne przyczyny uzasadniające występowanie właśnie obecnie tak ogromnego zainteresowania jakością dostawy energii. Należą do nich: 1. rosnąca świadomość, że energia elektryczna jest towarem i to, co nazywamy jakością energii jest w swej istocie określeniem cech oferowanego towaru, sprecyzowaniem jego wartości użytkowej. Jednoznaczne zdefiniowanie liczbowych wskaźników jakości energii jest szczególnie istotne w przypadku łamania monopolu dostawcy, a więc w okresie tworzenia rynku energii elektrycznej. 2. wzrost liczby i mocy jednostkowej niespokojnych, nieliniowych, niekiedy również niesymetrycznych odbiorników. Istnieje coraz większa liczba technologii będących potencjalnym źródłem zaburzeń elektromagnetycznych (napędy o regulowanej prędkości, kompensatory statyczne SVC, systemy przesyłu energii prądem stałym HVDC, piece łukowe prądu stałego i przemiennego itp.). Sieć 5Hz jest w coraz większym stopniu traktowana jako źródło energii pierwotnej. Pomiędzy nią i odbiorami finalnymi instalowane są układy przetwarzania tej energii w inne bardzie użyteczne formy. W następstwie rozwoju technologii elementów półprzewodnikowych dużej mocy oraz rewolucji mikroprocesorowej umożliwiającej realizację coraz bardziej wyrafinowanych algorytmów sterowania, wszechobecna staje się energoelektronika. Korzyści wynikające z jej rozwoju są jednakże często okupione wzrostem zaburzeń wprowadzanych do sieci zasilającej. Równocześnie energoelektronika, która była i jest nadal jednym z najbardziej dominujących źródeł zaburzeń niskiej częstotliwości, staje się coraz doskonalszym środkiem technicznym stosowanym do ich eliminacji. Generalnie można postawić tezę, że wzrost produkcji oraz rozwój coraz bardziej wyrafinowanych jej form nierozerwalnie wiąże się ze wzrostem znaczenia zagadnień jakości energii. 3. zmniejszenie odporności odbiorników na zaburzenia elektromagnetyczne. Współczesne odbiorniki są bardzo czułe na zaburzenia. Coraz większa liczba odbiorców energii skarży się na złą jej jakość utrudniającą lub często wręcz uniemożliwiającą pracę tych urządzeń. Jako szczególnie czuły należy wymienić sprzęt informatyczny. Jego rozwój i redukcja gabarytów została w dużym stopniu okupiona obniżeniem odporności na zaburzenia. Jak łatwo obecnie zakłócić pracę urządzeń elektronicznych obrazuje wielkość energii niezbędnej do trwałego 9

14 uszkodzenia elementów układu. Dla przekaźników i lamp elektronowych było to 1-3Ws, dla tranzystorów jest to rząd 1-6Ws, a dla układów scalonych już Ws. Występujące obecnie dążenie do redukcji mocy zainstalowanej w urządzeniach, tym samym redukcji kosztów ich produkcji sprawia, że tranzystory mocy w wielu układach napędowych ulegają uszkodzeniu już przy napięciu chwilowym wynoszącym 11-13% znamionowej wartości szczytowej. rosnący koszt awarii. Dla wielu końcowych odbiorców energii jej jakość wiąże się nie tyle z jakością produkcji, lecz przede wszystkim z wielkością produkcji w określonym czasie, a w konsekwencji w przypadku przerwy w produkcji z ogromnymi stratami. Ekonomiczne skutki zaburzeń elektromagnetycznych są wymierne i niekiedy bardzo wysokie. wzrost efektywności przetwarzania energii. Coraz popularniejsze stają się energooszczędne produkty oferowane w ramach programów DSM np. energooszczędne w eksploatacji i materiałooszczędne na etapie produkcji silniki elektryczne, energooszczędne źródła światła itp. Mimo ich niewątpliwych zalet są one bardzo często źródłem zwiększonej emisji zaburzeń i produktami o zmniejszonym poziomie odporności, co można uznać za cenę poprawy efektywności przetwarzania energii. W coraz większej liczbie przypadków racjonalizacja i oszczędność zużycia energii elektrycznej wywołuje jako skutek wzrost problemów z jej jakością. Rosnące wymagania dotyczące efektywności pracy systemu zasilającego jako całości powodują wzrost liczby technologii, które poprawiając jeden aspekt pracy systemu negatywnie wpływają na inne. Przykładem mogą być baterie kondensatorów do kompensacji mocy biernej, których obecność zmienia charakterystykę częstotliwościową w punkcie ich przyłączenia i wywołuje zjawiska rezonansowe dla coraz niższych częstotliwości (w miarę wzrostu mocy baterii). W energetyce zawodowej w uprzemysłowionych krajach świata maleje poziom nowych inwestycji. Istniejące systemy zasilające i urządzenia wytwórcze podlegają modernizacji polepszającej ich sprawności przetwarzania (transmisji i rozdziału) oraz cechy funkcjonalne. Pociąga to za sobą zwiększoną liczbę urządzeń energo- i elektronicznych. Urządzenia te w wielu przypadkach wprowadzają znaczące zaburzenia elektromagnetyczne np. SVC. ekologia elektromagnetyczna. Jakość energii to element większej całości jakości życia. Promowane są obecnie wszelkie przedsięwzięcia służące zachowaniu czystości środowiska, także elektromagnetycznego. Równocześnie rośnie świadomość rangi technicznych i ekonomicznych problemów, które niesie ze sobą energia elektryczna złej jakości. Istnieje coraz powszechniejsze przekonanie, że te zagadnienia, a szerzej kompatybilność elektromagnetyczna to problem, którego nie można nie zauważać. Nie można czekać z jego rozwiązaniem, aż pojawią się negatywne skutki. Trzeba go analizować i rozwiązywać na każdym etapie technicznych działań. Wymiernym dowodem takiego rozumienia problemu jest w Polsce prawo energetyczne i związane z nim rozporządzenia wykonawcze w których to dokumentach zagadnienia jakości energii zostały zauważone (szkoda, że w tak niedoskonałej formie). restrukturyzacja sektora energetycznego wytwarza nowe rynkowe postawy u uczestników. Jakość zasilania staje się w coraz większym stopniu kategorią marketingową. Równocześnie w nowo tworzonych warunkach nie do końca jest jeszcze oczywiste, kto i w jakim zakresie ma odpowiadać za poszczególne aspekty jakości zasilania. rozwój metod i środków technicznych służących do pomiaru różnych, niekiedy bardzo złożonych w swej definicji wskaźników jakości energii. To, co jeszcze niedawno było niemierzalne obecnie może podlegać rejestracji i być podstawą kontraktu. Sprzęt pomiarowy jest powszechnie dostępny, jego cena w coraz większym stopniu ulega redukcji, co sprawia, że praktycznie wszyscy uczestnicy rynkowej gry mają możliwość kontrolowania warunków 1

15 zasilania. 9. jakość energii to również ogromne pieniądze. Przykładowo w USA szacuje się, że około 45% całkowitych kosztów inwestycyjnych dotyczących centralnych instalacji komputerowych związanych jest z jakością energii. Regulacje prawne jakości zasilania W procesie regulacji jakości energii elektrycznej można wyróżnić trzy etapy. A. Etap I Zmiana wzajemnych relacji pomiędzy różnymi stronami rynkowego obrotu energią elektryczną wymaga stanu przejściowego w celu adaptacji do nowych warunków. Nie są zalecane nagłe zmiany, proces regulacji zagadnień związanych z jakością zasilania wymaga czasu. W tym okresie najczęściej nie są stosowane żadne kary ani bonifikaty, ustalane są natomiast poziomy referencyjne oraz uruchamiany jest mechanizm kontroli i pomiaru. W szczególności należy uwzględnić następujące aspekty: a) historyczne indeksy ciągłości zasilania. Korzystne jest kontynuowanie ich stosowania, aby mieć wystarczającą ilość danych z przeszłości w celu określenia wartości docelowych. Jeżeli będą proponowane nowe indeksy jakości, stan przejściowy powinien umożliwić przystosowanie systemu pomiarowego do nowych wskaźników i umożliwić zgromadzenia wystarczającej bazy danych z przeszłości. b) istniejące poziomy jakości. Docelowe poziomy jakości muszą być realne w istniejącym stanie systemu elektroenergetycznego. Wymagany jest wystarczający okres czasu dla przystosowania poziomów jakości do nowych wymagań. c) nowa infrastruktura pomiarowa. Nie są zazwyczaj monitorowane indywidualne dla poszczególnych odbiorców - indeksy pewności zasilania oraz poziomy jakości napięcia. Podczas okresu przejściowego dostawcy energii tworzą techniczną infrastrukturę pomiarową umożliwiającą ciągłe monitorowanie zaproponowanych wskaźników jakości. Dla przeciętnego odbiorcy jakość kojarzy się głównie z przerwami i zapadami napięcia, niekiedy także z harmonicznymi. Zrozumienie pozostałych wskaźników jakości staje się najczęściej pytaniem do ekspertów. Stąd naturalna tendencja do ograniczania liczby wskaźników (najczęściej asymetria, wahania, harmoniczne). Należy temu stanowczo przeciwdziałać. d) techniki pomiarowe: Jakość energii musi być kontrolowana i mierzona. To wymaga dobrze zdefiniowanych wskaźników. Musi być opublikowany jednoznaczny sposób pomiaru każdego z nich. W chwili obecnej tylko harmoniczne i wahania napięcia spełniają ten warunek tzn. istnieją normy definiujące procedury pomiarowe i wymagania dotyczące mierników. Powszechną tendencją jest instalowanie w sieciach przesyłowych sprzętu pomiarowego w każdym istotnym ekonomicznie punkcie systemu przesyłowego tj. głównie w punktach połączenia z odbiornikami WN i z zakładami energetycznymi. Operator systemu WN potrzebuje najczęściej indeksy zgodne z normą IEC 1-3-6/7, które są percentylami 99 % (nie 95 %) (np. Pst i Plt). Przyrząd pomiarowy powinien umożliwiać uzyskanie takich danych. Ten rodzaj mierników nie jest powszechnie dostępny na rynku. Powinna być realizowana zasada potrzebna jest informacja a nie dane. Wymaga to przetwarzania wyników pomiarów w przyrządzie lub w jego oprogramowaniu wspomagającym. Oznacza to reakcję na przekroczenie poziomów granicznych lub wyznaczanie głównych indeksów jakościowych. Uregulowania techniczne i prawne na poziomie WN są w nieomal wszystkich krajach na tym samym bardzo wczesnym, początkowym etapie. Jak na razie nie ma na tym poziomie napięcia 11

16 odpowiedzi na kilka zasadniczych pytań. Przykładowo: 1. czy należy formułować jednakowe uregulowania jakościowe w skali międzynarodowej2; 2. czy poziomy graniczne będą: ustalane na podstawie istniejących narodowych norm, przepisów i rekomendacji, jeżeli tak to których3 będą określone w przyszłości jako efekt międzynarodowej dyskusji, zgodne ze stanem jakości występującym obecnie w przeważającej części systemów elektroenergetycznych. 3. jak będzie finansowy proces kontroli jakości: czy kara w przypadku niespełnienia zapisów umowy/standardu jakości będzie płacona na rzecz odbiorcy, urzędu regulacyjnego lub operatora systemu przesyłowego? czy kompensacja płacona odbiorcy będzie oparta na rzeczywistych kosztach uszkodzeń/skutków czy będzie to wielkość umowna? czy kompensacja będzie płacona jedynie w następstwie skargi czy z urzędu, a więc zawsze w przypadku niespełnienia wymagań jakościowych? czy nastąpi płacenie zwrotne przez operatora systemu przesyłowego w przypadku, gdy jakość zasilania będzie lepsza niż określona w standardzie? czy całkowita roczna suma opłat kompensacyjnych będzie ograniczona? Jeżeli tak, to co będzie podstawą naliczania wartości granicznej4 czy przewidywane jest wprowadzenie formy ubezpieczenia przed ryzykiem wystąpienia zaburzenia. Fundusz ubezpieczeniowy może być np. finansowany przez odbiorców którym zależy na dobrej jakości energii, ze względu na koszty potencjalnych skutków jej złej jakości5. Pytań jest wiele, większość z nich nadal pozostaje bez odpowiedzi. Powyżej przytoczono jedynie wybrane, najczęściej pojawiające się w dyskusjach dotyczących regulacji jakości energii. B. Etap II - stan ustalony Zaczyna się, gdy zostaną rozwiązane wszystkie problemy stanu przejściowego. Należy zwrócić szczególna uwagę na następujące aspekty: - obieg informacji: Poprawa jakości realizowana jest głównie przez przedsiębiorstwa dystrybucyjne. One powinny więc w największym stopniu dostarczać informacje operatorowi systemu oraz odbiorcom Odpowiedz jest raczej pozytywna. Duch dyrektyw europejskich wskazuje, że problem ten w dłuższej skali czasu powinien być rozwiązywany w Europie w podobny sposób. Jednakże w chwili obecnej nie jest to opinia powszechna w Europie, daleko jeszcze do ogólnoeuropejskiego porozumienia. Prawdopodobnie w najbliższym czasie każdy kraj będzie opracowywał przepisy dotyczące jakości energii zgodnie z jego własną czułością na zaburzenia. Przykładowo Francuzi nie przyjęli normy EN 516 jako standard jakości, ponieważ rozważa ona poziomy 95%, które zostały jednoznacznie odrzucone przez przedstawicieli odbiorców. Przykładowo w 1997 roku dla odbiorców zasilanych z sieci przesyłowej wprowadzono w Norwegii opłatę kompensacyjną w kwocie 16 NOK/kWh ($2,1 US) za energię nie dostarczoną dla przerw trwających dłużej niż 3 min. i 8 NOK/kW dla przerw mniejszych niż 3 min. Energia nie dostarczona jest szacowana z grafika obciążenia. Całkowita suma opłat kompensacyjnych w roku jest ograniczona do 2 % zysku i nie może przekraczać 25 % całkowitej opłaty przesyłowej. Dzięki temu identyfikowana będzie grupa odbiorców, którym naprawdę zależy na dobrej jakości zasilania. Operator systemu może wówczas skoncentrować na nich swoje działania inwestycyjne. 12

17 - audyt: Cały proces monitorowania jakości energii i transmisji informacji musi być przeźroczysty i czytelny dla zewnętrznych audytorów. - procedura rozstrzygania konfliktów: Powinna być jednoznacznie zdefiniowana w celu rozstrzygania nieuniknionych sporów pomiędzy odbiorcami i dostawcami energii. Uregulowania systemowe oraz wprowadzenie zapisów dotyczących jakości zasilania w umowach na dostawę energii uruchamia (tak było w większości krajów vide Francja) okres procesów sądowych. Odbiorcy w oparciu o kontrakt domagają się bardzo dobrej jakości zasilania, której dostawca często nie może zagwarantować. - ocena skutków regulacji jakości: Powinna istnieć procedura oceny skutków działań podjętych w celu poprawy jakości oraz, w oparcie o rachunek ekonomiczny, powinien funkcjonować mechanizm zmiany w czasie dopuszczalnych wartości wskaźników jakości. C. Indywidualne kontrakty Regulacja jakości jest odniesiona do całego systemu elektroenergetycznego. Istnieje więc pewien podstawowy standard. To nie wyklucza indywidualnych kontraktów zawieranych na bazie ekonomicznego i technicznego porozumienia. Ten rodzaj kontraktów nie powinien przenosić dodatkowych kosztów na innych odbiorców, którzy nie zabiegają o wyższą jakość zasilania. Przykładowo w warunkach francuskich podstawowym celem dostawcy było umieszczenie w kontrakcie postanowienia zobowiązującego odbiorcę do podjęcia wszelkich działań w celu poprawy jego instalacji. Była to również okazja do współdziałania z odbiorcą w celu ustalenia pożądanych cech emisji zaburzeń w jego instalacji. Kontrakt nie powinien być konfliktowy. Francuzi wyraźnie stwierdzili, że poprzez wprowadzenie kontraktu jakościowego chcieli poprawić relację pomiędzy energetyką zawodową i odbiorcami, która w chwili tworzenia kontraktu nie była najlepsza. Istotnym był także fakt, że jakość zasilania definiowano w porozumieniu z odbiorcami, nie narzucano im standardów. Gdzie jesteśmy dziś? Problem jakości dostawy energii elektrycznej staje się w Polsce, podobnie jak w wielu innych krajach, w których dokonano lub dokonuje się prywatyzacji sektora energetycznego, kategorią nie tylko techniczną, lecz również, a może głównie, ekonomiczną. Zrezygnowanie z systemu wspólnych elektrowni, wspólnych sieci przesyłowych i rozdzielczych na rzecz różnych konkurujących ze sobą producentów energii, wspólnej sieci wyłącznie do przesyłu energii i regulowanego prawami rynku sposobu rozliczania się sprzedawcy z pośrednikiem i klientem (tzn. przyjęcie komercyjnego rozdziału energii elektrycznej jako produktu od jej transmisji traktowanej jako usługa), stworzyło problem rekonstrukcji taryf za energię i gwarancji jakości energii oraz związanych z tym kosztów jej pogorszenia. Nie powstał dotychczas w Polsce dokument przedstawiający w sposób kompleksowy stan jakości energii w kraju, można więc zgodzić się z często wyrażanym poglądem, że obecnie nie jest wiadomo, czy energetyka polska jest przygotowana do przyjęcia nowych przepisów międzynarodowych. W przypadku ich szybkiego wdrożenia odbiorca (szczególnie duży, przemysłowy) nie wyeliminuje szybko szkodliwej emisji swoich instalacji, ani też od razu nie zainstaluje urządzeń do jej redukcji. Są co najmniej trzy przyczyny tego stanu: duże koszty, brak jednoznacznych uregulowań prawnych i brak wystarczającej liczby specjalistów w tej dziedzinie. Ze względu na kilkudziesięcioletnie zaniedbania inwestycyjne w kraju oraz brak należytej uwagi dotyczącej przyłączania do sieci odbiorców pogarszających jakość energii można przypuszczać, iż występują obszary, na których lokalnie jakość energii jest zła. Poprawa w takich przypadkach będzie następowała prawdopodobnie w wyniku wielokrotnych skarg i monitów, co może trwać nawet kilka lat. W przyjętych założeniach rozwoju branży energetycznej w Polsce mówi się o trzech zasadniczych 13

18 kierunkach rozwoju tego sektora: (a) nastawieniu się na potrzeby klienta; (b) zapewnieniu bezpieczeństwa energetycznego krajowi; (c) szczególnej trosce o środowisko naturalne. Każdy z tych celów wiąże się, w mniejszym lub większym stopniu, z problemem jakości dostawy energii elektrycznej. Obecna sytuacja w polskiej energetyce jest szczególna, nie tylko z punktu widzenia jakości energii. Zaczęło funkcjonować prawo energetyczne, które jest nowym narzędziem regulującym na poziomie państwowym funkcje różnych podmiotów gospodarczych i ich wzajemne powiązania oraz zasady finansowych rozliczeń. Ustawa funkcjonuje w dynamicznej sytuacji zmieniających się struktur zarządzania, uruchamianiu mechanizmów konkurencyjności i prywatyzacji oraz niezbędnych, a zaspokajanych w niewystarczającym stopniu, potrzeb inwestycyjnych w energetyce. W ustawie Prawo energetyczne pojawiły się sformułowania o obowiązku przedsiębiorstwa sieciowego przestrzegania wymagań jakościowych określanych w kontrakcie, oraz obowiązku Urzędu Regulacji Energii kontrolowania parametrów jakościowych. Prawo energetyczne funkcjonuje wraz z całym szeregiem dokumentów wykonawczych przedmiotowych rozporządzeń. Ich celem jest między innymi stworzenie podstaw prawnych gwarantujących: zapewnienie właściwych parametrów jakości energii elektrycznej odbiorcom finalnym zasilanym z sieci dostawcy, ochronę sieci dostawcy przed nadmiernym negatywnym oddziaływaniem na nią odbiorników zainstalowanych u odbiorców oraz określenie wymagań w zakresie ciągłości dostawy energii elektrycznej. Dokąd zmierzamy? Natychmiastowa poprawa jakości energii i ciągłości jej dostawy nie jest możliwa - wymaga przedsięwzięć organizacyjnych i technicznych oraz znaczących nakładów finansowych. W najbliższym czasie, zdaniem autora artykułu należy: (1) określić parametry jakości energii elektrycznej, które powinny być w pierwszej kolejności objęte standaryzacją (nie ograniczą się one tylko do tych, które są w rozporządzeniu do prawa energetycznego6 np. wartość napięcia, harmoniczne, niesymetria, wahania, załamania i wzrosty napięcia, niezawodność dostawy; (2) określić dopuszczalne wartości odchyleń tych parametrów, które można uznać za dopuszczalne (podstawa kontraktów); (3) zdefiniować protokół pomiaru parametrów jakości energii; (4) określić precyzyjnie odpowiedzialność dostawcy za niedotrzymanie ww. parametrów jakościowych energii elektrycznej, a odbiorcy - za wprowadzanie zaburzeń do sieci zasilającej; (5) uzupełnić cennik opłat za energię elektryczną w zakresie upustów i dopłat, związanych z wymaganiami jakościowymi energii elektrycznej; (6) wyposażyć zakłady energetyczne i wyspecjalizowane firmy, a także placówki naukowo-badawcze w specjalistyczną aparaturę pomiarową (7) powołać instytucję upoważnioną do bieżącej kontroli poszczególnych parametrów, określić tryb odszkodowań oraz zasady rozstrzygania sporów. Ponadto warto: kontynuować prace związane z terminologią w dziedzinie jakości energii, istnieje bowiem nadal duża dowolność określeń i niewystarczająca precyzja w definicjach. Ukazanie się polskiej normy terminologicznej z dziedziny kompatybilności elektromagnetycznej [PN-T-13] rzecz o ogromnym znaczeniu - nie rozwiązało ostatecznie problemu. Zbiór zawartych w niej pojęć trudno uznać za kompletny i nadal budzi on wiele kontrowersji i wznieca dyskusje (podobnie jak i w innych krajach). uruchomić w Polsce wieloletni program oceny jakości energii, wzorem nieomal wszystkich państw europejskich. Za niewystarczające można uznać wykonane dotychczas pomiary 6 W ten sposób należy zdefiniować standard jakości gwarantowany przez dostawcę. Wszystko to, co jest ponad te gwarancje stanowić będzie przedmiot negocjacji odbiorcy z dostawcą, które znajdą swój finał w kontrakcie na dostawę energii. 14

19 parametrów jakości energii realizowane bez całościowej koncepcji, za pomocą różnej aparatury pomiarowej, bardzo ograniczone w czasie i dotyczące niewielu punktów pomiarowych. Tylko kompleksowy program konsekwentnie realizowany pozwoli zinwentaryzować istniejący stan jakości energii w sieciach rozdzielczych i przesyłowych. Duże zróżnicowanie struktury odbiorców poszczególnych spółek dystrybucyjnych pozwala przypuszczać, że istnieją znaczące różnice w jakości energii elektrycznej na terenie kraju. Ten stan faktyczny powinna uwzględniać standaryzacja wprowadzająca jednakowe wymagania wobec wszystkich spółek dystrybucyjnych. Raport o stanie energii elektrycznej, który mógłby powstać jako skutek realizacji programu, byłby podstawą oceny przydatności zagranicznych rozwiązań w zakresie normalizacji jakości energii elektrycznej w warunkach polskich. Będzie to również podstawa oceny krajowych rozwiązań dotyczących normalizacji jakości energii powstałych jako dokumenty związane z nowym prawem energetycznym. Program, gdyby został rozpoczęty, wprowadziłby pewną unifikację w dziedzinie przyrządów pomiarowych służących ocenie jakości zasilania. Obecnie wiele zakładów energetycznych i przemysłowych dokonuje zakupu tego specjalistycznego i niekiedy bardzo drogiego sprzętu, kierując się różnymi, nie zawsze technicznymi kryteriami. Skutkiem będzie znacząca liczba przyrządów o ograniczonym stopniu przydatności. Różnice w algorytmach pomiarowych, a ogólnie różnice cech metrologicznych tych przyrządów powodują bowiem brak komplementarności ich wskazań. promować urządzenia i instalacje przyjazne dla sieci zasilającej; wprowadzić problematykę jakości energii do programów nauczania na różnych szczeblach edukacji, w szczególności w wyższych uczelniach technicznych, studiach podyplomowych itp. W wielu krajach jest to oddzielna specjalność na wydziałach elektrycznych. stworzyć zespoły monitorujące w sposób ciągły stan jakości energii elektrycznej w Polsce. Ogromne, rosnące zainteresowanie problematyką jakości energii nie jest polską specyfiką. Występuje w większości krajów, co najwyżej w niektórych z nich nastąpiło to znacznie wcześniej i stąd wypracowano tam szereg wzorcowych rozwiązań, z których należy korzystać. Na całym świecie istnieje duża liczba organizacji, instytucji, stowarzyszeń itp. zajmujących się tymi zagadnieniami. Może nastał czas, aby w Polsce połączyć rozproszone siły i środki i stworzyć podstawy organizacyjne krajowego forum jakości energii? Literatura 1. Gomez T., Rivier J.: Distribution and power quality regulation under electricity competition. A comparative study // 2IEEE. 2. Hanzelka Z.: Rozważania o jakości energii elektrycznej (I) Jeden z najważniejszych problemów elektrotechniki. Elektroinstalator 9, 21 ( 3. Javerzac J. L.: Contracting the quality of electricity: the French experience // 2IEEE. 4. Rivier J., Gomez T.: A conceptual framework for power quality regulation // 2IEEE. 5. Robert A.: Power quality monitoring at the interface between transmission system and users // 2IEEE. 15

20 16

21 WYBRANE ZAGADNIENIA JAKOŚCI ZASILANIA I UŻYTKOWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ seminarium z cyklu Polskie Partnerstwo Jakości Zasilania, Warszawa r Antoni Lisowski Rzeczoznawca SEP Autor koncepcji tematycznych i organizator kilku seminariów lpqi Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw SEP Jakość elektroenergetycznego zasilania w sieciach rozdzielczych Na podstawie materiałów 17-tej Międzynarodowej Konferencji w sprawie rozdziału energii elektrycznej (17 th International Conference on electricity distribution CIRED: Comité International des Reseaux l Électricité de Distribution) mai 23 r., Barcelona. 1. Wprowadzenie Zagadnienie jakości energii (JE) stosunkowo niedawno wydzieliło się w samodzielny kierunek bardziej obszernego tematu kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Tematyka JE jest prezentowana na wszystkich dużych forach naukowych tak za granicą (CIRED, CIGRE, IEEE, PSCC, w Rosjii) tak i w Polsce. W praktyce światowej pojęcie power quality, jak będzie to pokazane niżej, zawiera nie tylko zagadnienia JE w układach zasilania elektroenergetycznego ogólnego przeznaczenia (np. ГОСТ ), ale i też, np. jako niezawodność zasilania elektroenergetycznego (np. bezprzerwowość). Na odbytej konferencji CIRED temat ten był omawiany na sesji 2, której krótka prezentacja jest przedstawiona w niniejszym opracowaniu. Przedstawione na konferencji referaty były omawiane na 6 sesjach: Sesja 1: Wyposażenie sieci elektrycznych (Network Components); Sesja 2: Jakość energii elektrycznej i kompatybilność elektromagnetyczna (Power quality and EMC); Sesja 3: Sterowanie, regulacja i zabezpieczenia (Operation, control and protection); Sesja 4: Źródła energii w sieciach rozdzielczych (Distributed generation); Sesja 5: Rozwój układów rozdzielczych (System development); Sesja 6: Kierowanie, organizacja, doświadczenie (Management, organization skills). Na sesji 2 zostało przedstawionych ponad 9 referatów na cztery tematy: 1. Pola elektromagnetyczne. Wpływ i bezpieczeństwo (25 referatów); 2. Wpływ zniekształcającego obciążenia na JE. Graniczne poziomy emisji wyższych harmonicznych, migotania i niesymetrii. Środki kompensowania (28 referatów); 3. Wpływ zapadów napięcia i innych zaburzeń na wyposażenie elektryczne odbiorców. Odporność na zakłócenia i środki zapobiegawcze (2 referatów); 17

22 4. Jakość energii elektrycznej z pozycji rynku konkurencyjnego. Operator, obrót energią, odbiorca (21 referatów). Zagadnienia dotyczące JE były rozważane w odpowiednich aspektach i na innych sesjach CIRED, obejmując problemy EMC tak w obszarze zaburzeń wywoływanych polem elektromagnetycznym jak i w obszarze zaburzeń konduktatywnych. Ten ostatni aspekt odnosi się bezpośrednio do zagadnień JE. W referatach znalazły odbicie rezultaty badań otrzymane drogą obliczeniową, na modelach matematycznych i drogą eksperymentalną. Poświęcono uwagę stworzeniu baz danych, algorytmów i programów. Prologiem do omawianego tematu można nazwać referat, w którym znalazły odbicie rezultaty europejskiej ankiety (Polska, Bułgaria, Węgry, Czechy Rumunia, Ukraina) w sprawie JE. Ankieta obejmowała zagadnienia stanu prac, szkolenia personelu, wpływu JE na funkcjonowanie odbiorników elektrycznych, obciążenie sieci urządzeniami będącymi źródłami zaburzeń itp. Ankieta penetrowała cele marketingowe i była skierowana do administracji i projektantów układów zasilania budynków niemieszkalnych, a także odbiorców. Ankietowanie pokazało, ze nie zwracając uwagi na wzrost mocy zainstalowanej wyposażenia, nasycenia energoelektroniką i innymi nieliniowymi odbiornikamiw energii elektrycznej, personel administracyjny w większości przypadków nie jest zorientowany w zagadnieniach JE i wymaganiach w stosunku do wyposażenia elektrycznego w zakresie JE. Równocześnie od 3 % do 5 % respondentów (w zależności od kraju) mogło dać wyczerpującą informację nie tylko o rodzajach konduktatywnych zaburzeń, ale i o środkach zapewnienia JE. 2. Wpływ obciążeń zaburzających na JE. W referatach na ten temat rozpatrzono pięć kierunków badań: - źródła odkształceń napięcia i sposoby redukcji ich wpływu na JE (4 referaty); - urządzenia do kompensowania, filtry i instalacje kompensujące (3 referaty); - urządzenia pomiarowe i bazy danych (3 referaty); - monitorowanie JE (2 referaty); - metody oceny wpływu odbiorców na JE (6 referatów). Omówiono trzy typy szeroko rozpowszechnionych źródeł zniekształceń przebiegów czasowych wielkości elektrycznych, wywierających największy wpływ na pracę odbiorników energii elektrycznej w sieciach odbiorców. Są to piece łukowe prądu zmiennego i stałego, będące źródłami wahań napięcia i wyższych harmonicznych, szeroko rozpowszechnione 6-ciopulsowe przekształtniki jako źródła wyższych harmonicznych, a także rozmaite typy środków technicznych z układami elektronicznego sterowania, wprowadzające harmoniczne zniekształcenia w niskonapięciowe sieci odbiorcze. Jako specyficzne źródło wahań napięcia i wyższych harmonicznych rozpatrzono synchrotron wielkiej mocy, zasilany z 12-topulsowego przekształtnika. Długość jego cyklu ładowania stanowi 5 ms podczas uderzeń obciążenia 23 MW i 2 MVAr w ciągu 2 s. Jako środki kompensowania i obniżenia wpływu źródeł zniekształceń napięcia autorzy przedstawiają kompensatory statyczne i ich odmiany. Dla pieców łukowych są to układy typu STATCOM na całkowicie wysterowywanych zaworach półprzewodnikowych (GTO, IGBT) z udoskonalonym układem sterowania, które pozwalają zwiększyć ilość stopni regulacji do 11 z równoczesnym zwiększeniem szybkości regulacji mocy biernej do 1 ms. W 18 kv-owym 18

23 układzie zasilania synchrotronu zainstalowano kompensator statyczny o mocy 15 MVAr wyposażony w filtry wyższych harmonicznych. Pozwala to ustabilizować napięcie na szynach 18 kv w przedziale ±,75 % i obniżyć współczynnik zniekształcenia krzywej napięcia do,74 %. W obliczeniach szeroko są stosowane modele matematyczne i rezultaty pomiarów wskaźników JE. Rozpatrzono stosunkowo nowe środki kompensacji wyższych harmonicznych filtry aktywne. Autorzy rozwiązują zagadnienie optymalizacyjne doboru mocy i wyboru miejsca przyłączenia takich filtrów. Optymalizacja dotyczy zmniejszenia wzajemnego wpływu filtrów przeznaczonych do zapewnienia minimalnego poziomu wyższych harmonicznych w sieci. Optymalne rozmieszczenie filtrów jest rozpatrywane jako zadanie, którego rozwiązanie analityczne może być otrzymane w konkretnym obszarze przy zadanym poziomie zniekształceń i określonych parametrach sieci. Jeden z referatów został poświęcony dobrze znanemu zagadnieniu regulacji współczynnika mocy z zastosowaniem baterii kondensatorowych. Rozpatrzono wpływ parametryczny baterii kondensatorów na charakterystyki częstotliwościowe układu zasilania i w następstwie możliwe zwiększenie wyższych harmonicznych prądu lub napięcia w wyniku zachodzących zjawisk rezonansowych. Wielofunkcyjne właściwości statycznych elastycznych układów prądu zmiennego (FACTS) odbijają się i na poziomie JE tak w sieciach rozdzielczych jak i w sieciach przesyłowych. W referacie są rozpatrywane i porównywane charakterystyki rozmaitych typów FACTS, sposoby starowania nimi i ich zastosowanie jako urządzeń zapewnienia JE. Środkom pomiarowym poświęcono kilka referatów. W szczególności otrzymano interesujące rezultaty jednoczesnych pomiarów porównawczych porcji migotania z wykorzystaniem dziesięciu migotaniometrów różnych firm, wyprodukowanych zgodnie ze znaną normą IEC Pomiary wykonano w czasie 7 dób w zakładzie metalurgicznym w Gdańsku. Charakterystyczną cechą kontrolowanego napięcia było skażenie jego sinusoidalnego kształtu. Wszystkie mierniki dały istotnie różniące się wyniki pomiaru krótkotrwałej porcji migotania Pst. W referacie przeanalizowano przyczyny takich rozbieżności. W celu zmierzenia zapadów napięcia, jego krótkotrwałych zaników i przepięć opracowano metodę, pozwalającą w czasie rzeczywistym rejestrować te zjawiska z krokiem od 1 ms do 8 ms. Zatem charakter zjawisk może być oceniany nie tylko w aspekcie głębokości i długości, ale i w odniesieniu do chwilowych wartości napięcia zgodnej i przeciwnej składowej sieci 38 V. Monitorowanie parametrów stanu oraz rejestracja działania EAZ i sterowania są traktowane jako aktualne zadania w obszarze zapewnienia JE. W jednym z referatów jest mowa o konieczności monitorowania wskaźników JE jako o składowej tych zadań, które wpływają na normalne funkcjonowanie środków automatyki i zabezpieczeń. Proponuje się stosowanie w niewielkich rozdzielniach inteligentnych systemów ekspertowych w roli środków służących do zapewnienia takiego monitorowania. O rezultatach długotrwałego monitorowania (lata 21 22) w sieciach nn donosi się w referacie Electricité de France. Pomiary wykonano głównie z zamiarem dokonania oceny poziomu zniekształceń harmonicznych w miejskich, przemysłowych i komercyjnych układach zasilania. Celem pomiarów była ocena stanu sieci pod kątem wskaźników JE i opracowanie w tym zakresie prognozy na najbliższe lata. Jako miernik wykorzystano analizator harmonicznych, wyposażony w modem GSM, umożliwiający przekazywanie wyników pomiarów do mikroprocesorowego stanowiska ich gromadzenia i przetwarzania. Badacze australijscy proponują włączenie informacji o JE do systemu informatycznego, funkcjonującego jako baza danych w obszarze techniki i biznesu. W warunkach stosunków rynkowych badacze uważają za konieczne wprowadzenie bloku informacyjnego o JE oraz jako czynnika, który będzie sprzyjać przyjęciu bardziej obiektywnych rozwiązań w obszarze zasilania 19