OCENA SPADKÓW NAPIĘĆ I AWARYJNOŚCI SIECI WIEJSKICH NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADAŃ

Transkrypt

1 OCENA SPADKÓW NAPIĘĆ I AWARYJNOŚCI SIECI WIEJSKICH NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADAŃ Jerzy Niebrzydowski, Grzegorz Hołdyński Politechnika Białostocka Streszczenie: W referacie przedstawiono wyniki badań napięć i awaryjności przykładowej elektroenergetycznej sieci wiejskiej. 1. WPROWADZENIE Sieci elektroenergetyczne na terenach wiejskich są rzadko modernizowane i rozbudowywane. Sytuacja taka jest szczególnie niepokojąca z uwagi na rozwój przetwórstwa rolno-spożywczego i gospodarstw rolnych, które odbiorcy wymagają dostarczania energii nie tylko w wystarczającej ilości ale także spełniającej wymagania jakościowe. Jakość energii elektrycznej określają parametry napięcia zasilającego takie jak: wartość skuteczna napięcia, częstotliwość, kształt krzywej napięcia, symetria napięć trójfazowych oraz ciągłość dostawy energii. Najbardziej odczuwalne dla odbiorców są pogarszające się warunki napięciowe a także przerwy w dostawie energii. Spowodowane jest to złym stanem sieci zasilających, które są w większości stare i nie przystosowane do przyjęcia zwiększonych obciążeń. 2. CHARAKTERYSYKA BADANEJ SIECI Obiektem badań była praca sieci nn we wsi Spiczki położonej w odległości 8 km na południowy wschód od Bielska Podlaskiego w woj. białostockim. Została ona zelektryfikowana w 1956 r. a po upływie 22 lat w roku 1978 przebudowano linię nn oraz stację transformatorową. Badania we wsi Spiczki były przeprowadzane dwukrotnie: w roku 1976 i ponownie w roku W roku 1976 wieś Spiczki zasilana była linią 15 kv 3 x AFL 35 mm 2 poprzez transformator TOc 50/20 o mocy 50 kva. Dla zasilania odbiorców z szafki rozdzielczej w stacji wyprowadzono dwie linie napowietrzne nn 4 x AL 25 mm 2, wykonane na słupach drewnianych (18 szt.) i żelbetowych (11 szt.). Na słupach z linią nn zainstalowano przewód oświetlenia ulicznego 2 x AL 16 mm 2. Całkowita długość linii nn wynosiła 1,2 km. 1

2 W roku 1976 wieś liczyła 77 gospodarstw rolnych i 264 mieszkańców. Całkowita moc zainstalowana wynosiła 727 kw. Moc zainstalowana przypadająca kw kw na gospodarstwo - 9, 44 gosp, a w odniesieniu do liczby mieszkańców - 2,75 M. Uproszczony schemat ideowy sieci z 1976 r. przedstawia rys. 1. Rys. 1. Schemat ideowy sieci zasilającej wieś Spiczki w roku 1976 Obecnie (rok 1996) wieś zasilana jest z napowietrznej stacji słupowej, w której zainstalowano transformator typu TON o mocy 75 kva. Stacja zasilana jest (tak jak w 1976 r.) linią 15 kv 3 x AFL 35 mm 2. Do zasilania wsi wyprowadzone są ze stacji dwie linie napowietrzne 4 x AL 50 mm 2, wykonane na 30 słupach żelbetowych w układzie płaskim. Na wspólnych słupach zainstalowano przewody 2 x AL 25 mm 2 do zasilania opraw oświetleniowych oraz sterowania licznikami dwutaryfowymi. Obecnie (rok 1996) wieś Spiczki liczy 74 gospodarstwa rolne i 135 mieszkańców. Całkowita moc zainstalowana wynosi 1039 kw. Moc zainstalowana kw przypadająca na gospodarstwo - 14, 04 gosp a w odniesieniu do liczby mieszkań- kw ców - 7,69 M. Uproszczony schemat ideowy sieci z 1996 r. przedstawia rys. 2. Rys. 2. Schemat ideowy sieci zasilającej wieś Spiczki w roku

3 W ciągu 20 lat w wyniku starzenia się oraz migracji do miast liczba mieszkańców zmniejszyła się o 129 osób czyli o 48,9 %. W tym samym czasie moc zainstalowana zwiększyła się o 312 kw (42,9 %). Moc zainstalowana przypadająca na gospodarstwo zwiększyła się o 4,6 kw (48,7 %), natomiast moc zainstalowana przypadająca na jednego mieszkańca zwiększyła się o 4,9 kw (183 %). 3. POZIOMY NAPIĘĆ Pomiary napięć w 1976 r. i 1996 r. obejmowały stację transformatorową zasilającą wieś i najbardziej oddalonego od stacji odbiorcę. Poniżej przedstawiono dobowe przebiegi napięcia po stronie nn stacji transformatorowej (rys. 3.) i u najdalej położonego odbiorcy (rys. 4.) przeprowadzone dla dnia roboczego i świątecznego roku Przebiegi na rys. 5. przedstawiają procentowy spadek napięcia w linii nn zasilającej najdalej położonego odbiorcy, którego odległość od stacji wynosiła 664 m [ V ] :00 4:00 6:00 8: :00 16:00 18: :00 Rys. 3. Dobowy przebieg napięcia po stronie nn stacji transformatorowej w 1976 r [ V ] :00 4:00 6:00 8: :00 16:00 18: :00 Rys. 4. Dobowy przebieg napięcia u najdalej położonego odbiorcy w 1976 r. 3

4 12,00% 10,00% 8,00% 6,00% 4,00% 2,00% 0,00% 2:00 4:00 6:00 8: :00 16:00 18: :00 Rys. 5. Dobowy przebieg procentowego spadku napięcia w linii zasilającej najdalej położonego odbiorcę w 1976 r. Analogicznie jak dla roku 1976, w roku 1996 przeprowadzono pomiary dobowej zmienności napięcia po stronie nn stacji transformatorowej (rys. 6.) i u najdalej położonego odbiorcy (rys. 7.) :45 3:30 5:15 7:00 8:45 10:30 12:15 15:45 17:30 19:15 21:00 [ V ] 22:45 Rys. 6. Dobowy przebieg napięcia po stronie nn stacji transformatorowej w 1996 r [ V ] :45 3:30 5:15 7:00 8:45 10:30 12:15 15:45 17:30 19:15 21:00 22:45 Rys. 7. Dobowy przebieg napięcia u najdalej położonego odbiorcy w 1996 r. Przebiegi na rys. 8. przedstawiają procentowy spadek napięcia w linii nn zasilającej najdalej położonego odbiorcy, którego odległość od stacji wynosiła 672 m. Pro- 4

5 centowe spadki napięcia obliczane były już według wytycznych nowej normy [1], zalecającej utrzymanie napięcia znamionowego na poziomie 230 V. 8,00% 7,00% 6,00% 5,00% 4,00% 3,00% 2,00% 1,00% 0,00% 1:45 3:30 5:15 7:00 8:45 10:30 12:15 15:45 17:30 19:15 21:00 22:45 Rys. 8. Dobowy przebieg procentowego spadku napięcia w linii zasilającej najdalej położonego odbiorcę w 1996 r. W tabeli 1. zestawiono średnie dobowe wartości napięć po stornie nn transformatora i u ostatniego odbiorcy oraz spadków napięcia w linii w latach 1976 i Tabela 1. Porównanie wartości średnich dla lat 1976 i 1996 Wielkość dzień świąteczny dzień roboczy 1976 r r. zmiana 1976 r r. zmiana Średni dobowy poziom napięcia 196,3 226,6 15,4 % 193,1 225,8 16,9 % w stacji [V] Średni dobowy poziom napięcia u ostatniego odbiorcy [V] 185,3 217,9 17,6 % 182,2 216,1 18,6 % Średni dobowy spadek napięcia w linii [%] 4,99 2,79-44 % 4,98 3,42-31 % Na rys. 9. przestawiono przebiegi dobowej zmienności obciążenia mocą czynną dla dnia roboczego w roku 1976 i [ kw ] :00 4:00 6:00 8: :00 16:00 18: : r r. Rys. 9. Dobowy przebieg mocy czynnej w latach 1976 i

6 W tabeli 2. zestawiono wskaźniki charakteryzujące pracę sieci dla lat 1976 i Tabela 2. Porównanie wskaźników dla lat 1976 i 1996 Wielkość Jednostka 1976 r r. zmiana Średnie obciążenie dobowe KW 17,2 25,1 45,9 % Moc szczytowa KW 36,1 43,4 20,2 % Energia dobowa KWh 413,1 601,9 45,7 % Czas użytkowania mocy szczytowej h 11,4 13,8 21,1 % Analizując zamieszczone wykresy oraz tabele porównawcze możemy stwierdzić, że stan pracy badanej sieci uległ znacznej poprawie. Nastąpiło to dzięki przebudowie sieci nn i wymianie transformatora. Podczas przebudowy zwiększono dwukrotnie przekrój przewodów i o 50 % moc transformatora zasilającego. Pomimo zwiększenia obciążenia o 45 % spadki napięć spadki napięć zmniejszyły się średnio aż o 37 %. Zmieniła się również struktura obciążenia. W roku 1976 szczyt obciążenia występował w godzinach nocnych a spowodowane było to tym, że przeważały odbiorniki pracujące w strefie nocnej, głównie parniki. Obecnie (rok 1996) możemy wyraźnie wyróżnić szczyt poranny i wieczorny spowodowany tym, że większość gospodarstw wyposażona jest w elektryczne dojarki. Największe spadki napięć w liniach występują właśnie w szczytach obciążeń i tak dla roku 1976 były to godziny nocne, natomiast dla roku 1996 godziny poranne. 4. AWARYJNOŚĆ SIECI Oddzielnym problemem eksploatacji sieci wiejskich jest duża awaryjność spowodowana głównie tym, że większość z nich to linie napowietrzne narażone na uszkodzenia w wyniku działania czynników atmosferycznych takich jak: wiatr, upadające drzewa lub gałęzie, deszcz, śnieg. Sieci nn i SN na terenach wiejskich są stosunkowo słabo wyposażone w beziskiernikowe ograniczniki przepięć co w konsekwencji prowadzi do dużej awaryjności powodowanej przez wyładowania atmosferyczne. Analiza zakłóceń badanej sieci dotyczyła tylko linii SN Parcewo -Wólka zasilającej wieś Spiczki. Zakłócenia w badanej linii 15 kv za okres przedstawia tabela 3. 6

7 Tabela 3. Zestawienie zakłóceń linii SN Parcewo-Wólka w okresie Lp. Data Czas [h] Rodzaj uszkodzenia r. 1,6 Asymetria r. 11,0 Zerwany przewód r. 5,1 Wycinanie gałęzi r. 3,0 Zwarcie - burza r. 1,15 Uszkodzony słup, zerwane przewody r. 0,5 Przeciążenie r. 22,1 Zerwany przewód r. 2,8 Naprawa odłącznika r. 5,24 Zwarcie - burza r. 0,85 Doziemienie r. 3,14 Brak zasilania z sieci 110 kv r. 2,8 Zwarcie Z analizy tabeli 3. wynika, że elementami najczęściej ulegającymi uszkodzeniom są zamocowania przewodów, izolatory, słupy oraz osprzęt liniowy. Większość zakłóceń występowało w okresie letnim, co należy tłumaczyć tym, że największy wpływ na występowanie zakłóceń mają czynniki atmosferyczne, a w szczególności burze występujące właśnie latem. W niektórych przypadkach czynnikiem dodatkowo wpływającym na powstawanie zakłóceń jest zła jakość stosowanych elementów, wykonawstwa i zmęczenie materiałów. Sumaryczny czas trwania zakłóceń badanej w linii SN w roku 1976 wyniósł 22 h 21 min, a w roku h 56 min, co daje średni czas trwania zakłócenia odpowiednio 3 h 43 min i 6 h 10 min. W tabeli 5. przedstawione zostały zakłócenia linii SN Parcewo - Wólka występujące w okresie Tabela 2. Zestawienie zakłóceń linii SN Parcewo-Wólka w roku 1996 Lp. Data Czas [h] Rodzaj uszkodzenia r. 1,56 uszkodzenie izolatora - śnieg r. 3,5 oderwana wiązałka - śnieg r. 2,16 zwarcie - gałęzie r. 4,78 Zerwany przewód - burza r. 1,03 uszkodzenie izolatora - woda r. 1,12 oderwana wiązałka - wiatr r. 1,9 zwarcie - gałęzie, wiatr 7

8 Podobnie jak w latach 1976 i 1977 najczęstsze były uszkodzenia zamocowania przewodów, izolatorów oraz osprzętu liniowego powodowane czynnikami atmosferycznymi (wiatr, burze, opady śniegu czy deszczu) oraz złą jakością urządzeń i robót. Sumaryczny czas trwania zakłóceń w roku 1996 w badanej linii SN wyniósł 15 h 4 min co daje średni czas trwania zakłócenia 2 h 9 min. Porównując obie tabele można stwierdzić, że sumaryczny czas trwania zakłóceń znacznie się skrócił. W porównaniu z rokiem 1976 był krótszy o 7 h 17 min (32 %), a w stosunku do roku 1977 aż o 21 h 52 min (61 %). Skróceniu uległ także średni czas trwania zakłócenia i zmniejszył się odpowiednio o 1 h 34 min (39 %) i 4 h 1 min (66 %). 5. PODSUMOWANIE Działania zmierzające do poprawy jakości dostarczanej energii elektrycznej i zmniejszenia awaryjności linii napowietrznych zasilających odbiorców wiejskich, powinny być prowadzone w takich kierunkach jak: budowa wydzielonej linii dla dużych odbiorów, przestrzeganie zależności między odległością od stacji, obciążeniem i przekrojem przewodów linii, budowa linii napowietrznych z przewodami izolowanymi poprawiającymi zarówno niezawodność jak i pozwalające na zmniejszenie start, powszechne stosowanie beziskiernikowych ograniczników przepięć, przestrzeganie terminów badań linii i stacji, 6. LITERATURA 1. PN-88/E Napięcia znamionowe. 2. Niebrzydowski J. : Sieci elektroenergetyczne. Białystok WPB ESTIMATION OF VOLTAGE DROP AND FAILURE OF RURAL NETWORKS ON THE GROUND OF THE RESULTS OF TESTS Summary The report presetnts results of voltage tests and failure of examplary rural electric network system. 8