BADANIE WSKAŹNIKÓW CHARAKTERYZUJĄCYCH JAKOŚĆ NAPIĘCIA W WIEJSKICH SIECIACH ELEKTROENERGETYCZNYCH

Transkrypt

1 Iżyieria Rolicza 4(122)/2010 BADANIE WSKAŹNIKÓW CHARAKTERYZUJĄCYCH JAKOŚĆ NAPIĘCIA W WIEJSKICH SIECIACH ELEKTROENERGETYCZNYCH Małgorzata Trojaowska, Krzysztof Nęcka Katedra Eergetyki i Automatyzacji Procesów Roliczych, Uiwersytet Roliczy w Krakowie Streszczeie: Na podstawie kryterium uiwersalości, zmieości oraz ważości zidetyfikowao wskaźiki, które dobrze charakteryzują jakość apięcia w wiejskich elektroeergetyczych sieciach rozdzielczych i są możliwe do wyzaczeia a podstawie daych aktualie zbieraych w spółkach dystrybucyjych. W oparciu o wybrae wskaźiki przeaalizowao, metodą porządkowaia liwego, zróżicowaie jakości eergii elektryczej a obszarach wiejskich Polski połudwej. Słowa kluczowe: eergia elektrycza, jakość apięcia zasilającego Wstęp Decydujący wpływ a pracę odbrików elektryczych ma wartość skutecza apięcia występującego długotrwale w daym pukcie sieci elektroeergetyczej, azywaa rówież pozmem apięcia. Na pozm apięcia mają wpływ zmiay obciążeia sieci, a o jego wartości decyduje przede wszystkim wielkość apięcia w źródle zasilaia oraz spadki apięć w poszczególych elemetach sieci. Miarą stałości pozmu apięcia są odchyleia apięcia defiwae jako długotrwała różica między apięciem zasilającym, a jego wartością zamową [PN-EN 50160]. Odchyleia apięcia wykraczające poza dopuszczale graice toleracji tj. ±10% apięcia zamowego sieci [Dz.U. z 2004 r 2, poz. 5 i 6] są szkodliwe dla wszystkich rodzajów odbrików i powodują zakłóceia w ich pracy, do których moża zaliczyć, obok trudości podczas rozruchu silików elektryczych, przetężeia i związae z tym admiere przyrosty temperatury ich uzwojeń, iestabilą pracę lamp wyładowczych, zmiejszeie mocy bierej idukcyjej geerowaej do sieci przez kodesatory, jak rówież obiżeie wydajości urządzeń elektrotermiczych. Niedotrzymaie wartości apięcia a pozmie określoym odpowiedimi przepisami może być przyczyą kar płacoych przez dostawcę odbrcom eergii elektryczej. Aby zmiimalizować straty z tym związae spółki dystrybucyje muszą systematyczie aalizować jakość apięcia zasilającego, do czego potrzebe są wskaźiki ją charakteryzujące. 269

2 Małgorzata Trojaowska, Krzysztof Nęcka Cel, zakres i metoda pracy Celem pracy było ustaleie wskaźików dobrze idetyfikujących jakość apięcia zasilającego odbrców wiejskich, możliwych do wyzaczeia a podstawie daych statystyczych gromadzoych przez spółki dystrybucyje. W pracy wyzaczoo wskaźiki bezpośred lub pośred charakteryzujące jakość apięcia zasilającego odbrców wiejskich, a ich przydatość do opisu jakości zasilaia eergią elektryczą ustaloo przez utworzeie zbru cech decyzyjych, w oparciu o kryterium uiwersalości, zmieości oraz ważości. Zidetyfikowae w taki sposób wskaźiki wykorzystao astępie do aalizy terytorialego zróżicowaia jakości apięcia w wiejskich elektroeergetyczych sieciach rozdzielczych a tereach Polski połudwej, stosując metodę porządkowaia liwego. Obliczeia i aalizy wykoao w oparciu o dae uzyskae z 10 rejoów dystrybucyjych, odpowiedzialych za dostawę eergii elektryczej do blisko 447 tys. odbrców wiejskich zasilaych za pośredictwem ok. 22 tys. km liii iskiego apięcia (N). Wyiki badań W ramach prowadzoej od 2001 r. ocey stau urządzeń elektryczych, spółki dystrybucyje zestawiają dae dotyczące pozmów apięcia a końcach obwodów N. Dae takie uzyskują a podstawie wyrywkowych pomiarów prowadzoych główie u odbrców woszących skargi a złą jakość apięcia zasilającego. W związku z tym podawae przez przedsiębrstwa eergetycze dae dotyczące liczby obwodów iskiego apięcia, a końcach których apięcie przekracza wartości dopuszczale przez przepisy, mogą budzić wątpliwości. Pozm apięcia zasilającego a końcu obwodu iskiego apięcia zależy od jego impedacji i obciążeia. Przedsiębrstwa dystrybucyje gromadzą i systematyczie aktualizują dae dotyczące długości i przekroju przewodów obwodów N, które mają wpływ a ich impedację oraz dae dotyczące stopia wykorzystaia obciążalości dopuszczalej (przepustowości) obwodów. Wydaje się więc, że w/w dae mogą być z powodzeiem wykorzystywae przy oceie jakości apięcia zasilającego. Akceptoway pozm apięcia zasilającego dostawca eergii elektryczej może bowiem zapewić m. i. poprzez utrzymaie a właściwym pozmie długości i przekrojów przewodów obwodów iskiego apięcia oraz stopia wykorzystaia ich obciążalości dopuszczalej. Powszechie uważa się, że ze względu a spadki apięcia i skuteczość ochroy przeciwporażewej długość obwodu N ie powia być większa iż 500 m, dochodząc w wyjątkowych przypadkach do 1 km, zaś przekroje przewodów obwodów iskiego apięcia ie miejsze iż 50 mm 2. Na podstawie aktualie zbieraych przez spółki dystrybucyje daych dotyczących stau urządzeń elektryczych moża wyzaczać wskaźiki, bezpośred lub pośred charakteryzujące jakość apięcia zasilającego, takie jak: procetowy udział obwodów o apięciu iedopuszczalym (PPB), procetowy udział obwodów o długości poiżej 500 m (PPL 500 ), procetowy udział obwodów o długości powyżej 1000 m (PPL 1000 ), 270

3 Badaie wskaźików... procetowy udział obwodów o przekroju przewodów poiżej 50 mm 2 (PPS 50 ), procetowy udział obwodów o wykorzystaiu przepustowości poiżej 49% (PPL 49 ), procetowy udział obwodów o wykorzystaiu przepustowości powyżej 70% (PPL 70 ), procetowy udział obwodów o wykorzystaiu przepustowości powyżej 90% (PPL 90 ). Charakterystycze ich wartości, uzyskae a podstawie pomiarów prowadzoych w 2007 r., zestawo w tabeli 1. Tabela 1. Wskaźiki charakteryzujące jakość apięcia zasilającego odbrców wiejskich Polski połudwej oraz ich zmieość ε Table 1. Idicators characterisig the quality of supply voltage for recipiets i rural areas of souther Polad ad their variability ε Wartość Wskaźik ε [%] miimala maksymala średia PPB [%] 0,0 11,4 1,6 202,7 PPL 500 [%] 21,9 78,9 45,9 43,3 PPL 1000 [%] 3,5 19,5 12,0 36,4 PPS 50 [mm 2 ] 34,4 61,2 46,3 18,78 PPL 49 [%] 2,3 98,9 69,2 49,6 PPL 70 [%] 0,0 57,3 10,3 164,5 PPL 90 [%] 0,0 8,1 1,3 197,3 Źródło: obliczeia włase autorów a podstawie statystyk rejoów dystrybucyjych z roku 2007 Jak wyika z tabeli 1 jakość apięcia w wiejskich sieciach N a tereach Polski połudwej budzi w iektórych rejoach szereg zastrzeżeń. Udział obwodów zasilaych apięciem przekraczającym dopuszczale wartości osiąga lokalie 11%. Dzieje się tak gdyż występują rejoy, w których blisko 20% obwodów N jest o długości powyżej 1 km, poad połowa ma przekroje przewodów miejsze iż 50 mm 2, a w 8% obwodów stopień wykorzystaia obciążalości dopuszczalej przekracza 90%. Spośród wyszczególych siedmiu wskaźików (tab. 1) do ocey jakości eergii elektryczej postaowo wybrać tylko te, które spełiają kryteria: uiwersalości (powiy mieć uzae zaczeie), zmieości (ie powiy być podobe do siebie w sesie iformacji o obiektach, przy czym wysoką zdolość dyskrymiacji mają cechy charakteryzujące się dużą zmieością) oraz ważości (trudo osiągają wysokie wartości). W pracy do ocey zmieości przestrzeej wskaźików wykorzystao współczyik zmieości ε, wyzaczay jako stosuek odchyleia stadardowego badaego parametru do jego wartości średiej i wymagao, by miał o wartość wyższą od 10% [Ostasiewicz 1999]. Ocey ważości cech dokoao z kolei a podstawie wypukłości dystrybuat zgodie z algorytmem przedstawym w pracy Ostasiewicza [1999]. W efekcie do zbru cech decyzyjych charakteryzujących jakość apięcia zasilającego zaliczoo astępujące wskaźiki: udział obwodów N o apięciu iedopuszczalym (PPB), o długości poiżej 500 m (PPL 500 ) i przekroju przewodów poiżej 50 mm 2 (PPS 50 ) oraz obwody o stopiu wykorzystaia przepustowości powyżej 70% (PPL 70 ). 271

4 Małgorzata Trojaowska, Krzysztof Nęcka Z przeprowadzoych obliczeń wyika, że wskaźiki charakteryzujące jakość apięcia w sieciach iskiego apięcia, wyzaczoe oddzielie dla tereów wiejskich obsługiwaych przez poszczególe rejoy eergetycze, różią się zaczie między sobą, o czym świadczą wysokie wartości współczyików zmieości wskaźików przekraczające awet 200%. Do ocey terytorialego zróżicowaia jakości eergii elektryczej dostarczaej odbrcom wiejskim a aalizowaych tereach Polski połudwej posłużoo się metodą porządkowaia liwego, stosując procedury oparte a zmieej sytetyczej. Charakterystycze dla mierików sytetyczych jest to, że zastępując opis obiektów za pomocą wielu cech cechą sytetyczą, umożliwiają ich klasyfikację tylko według jedej zmieej. Istieje wiele metod tworzeia zmieych sytetyczych. Jako pierwszy taką zmieą zastosował Hellwig [1968]. Zmiea sytetycza zapropoowaa przez Hellwiga jest azywaa miarą Hellwiga i powszechie stosowaa w praktyce. W pracy sytetycza miara jakości apięcia zasilającego dla każdego aalizowaego rejou eergetyczego została opisaa wzorem [Krakowiak-Bal 2005]: d c i = 1 i = 1,2,, (1) co gdzie: d i miara Hellwiga, c odległość euklidesowa każdej stadaryzowaej cechy o charakterze stymulaty z ij od wartości maksymalej z oj ze zbru cech (wzorca), c o krytycza (graicza) odległość daej cechy od wzorca. Wykorzystywae we wzorze (1) wielkości określoe są zależościami: c = ( z z ) (2) ij oj = j 1 oraz atomiast c o 1 = c o + 2 sd co = = j 1 c (3) 2 ( c co ) s = (4) d = j 1 Miara d i została skostruowaa w te sposób, że im jej wartości są bliższe jedości, tym day obiekt jest miej oddaloy od określoego wzorca, zwaego też bieguem górym zbru obiektów. Zastosowaa metoda pozwoliła wyodrębić, ze względu a jakość eergii elektryczej dostarczaej odbrcom wiejskim, trzy grupy rejoów (rys. 1). 272

5 Badaie wskaźików... Źródło: obliczeia włase autorów a podstawie statystyk rejoów dystrybucyjych z roku 2007 Rys. 1. Fig. 1. Terytoriale zróżicowaie jakości apięcia zasilającego a tereach wiejskich Polski połudwej Territorial differetiat of the quality of supply voltage i rural areas of souther Polad Do pierwszej grupy, charakteryzującej się ajlepszą jakością apięcia zasilającego, zaliczoe zostały rejoy dystrybucyje Kraków-Nowa Huta i Kraków-Krowodrza. Natomiast ajgorsza jakość eergii elektryczej występuje a tereach wiejskich obsługiwaych przez rejoy eergetycze w Bochi, Nowym Sączu, Wadowicach i Zakopaem. Wski 1. Na podstawie przeprowadzoych obliczeń stwierdzoo, że jakość apięcia zasilającego odbrców wiejskich z sieci N dobrze charakteryzują takie wskaźiki jak: udział obwodów o apięciu iedopuszczalym (PPB), o długości poiżej 500 m (PPL 500 ) i przekroju przewodów poiżej 50 mm 2 (PPS 50 ) oraz udział obwodów o stopiu wykorzystaia obciążalości dopuszczalej powyżej 70% (PPL 70 ). Są to wskaźiki bezpośred lub pośred opisujące jakość eergii elektryczej, możliwe do wyzaczaia a postawie pomiarów eksploatacyjych prowadzoych przez polskie przedsiębrstwa eergetycze. 273

6 Małgorzata Trojaowska, Krzysztof Nęcka 2. Ze względu a wymagaia prawe [Dz.U. z 2004 r 2, poz. 5 i 6], pomiary i aalizy prowadzoe w spółkach eergetyczych powiy być poszerzoe o pozostałe parametry charakteryzujące jakość eergii elektryczej, tj. wahaia apięcia, asymetrię apięć czy ich odkształceia. 3. Obliczeia wykoae w oparciu o zidetyfikowae wskaźiki potwierdziły sygalizowaą wcześiej iezadowalającą jakość eergii elektryczej a przeważającym obszarze tereów wiejskich Polski połudwej. Biblgrafia Hellwig Z Zastosowaie metody taksoomiczej do typologiczego podziału krajów ze względu a pozm rozwoju oraz zasoby i strukturę wykwalifikowaych kadr. Przegląd Statystyczy 4. Krakowiak-Bal A Wykorzystaie wybraych miar sytetyczych do budowy miary rozwoju ifrastruktury techiczej. Ifrastruktura i Ekologia Tereów Wiejskich 3. s Ostasiewicz W. (red) Statystycze metody aalizy daych. Wydawictwo Akademii Ekoomiczej we Wrocławiu. Wrocław. ISBN Polska Norma PN EN Parametry apięcia zasilającego w publiczych sieciach rozdzielczych. PKN Rozporządzeie Miistra Gospodarki z dia 20 grudia 2004 r. w sprawie szczegółowych waruków przyłączeia podmtów do sieci elektroeergetyczych, ruchu siecwego i eksploatacji sieci oraz stadardów jakoścwych obsługi odbrców. Dz.U. z 2004 r. r 2, poz. 5 i 6. ANALYSIS OF INDICATORS CHARACTERISING THE QUALITY OF VOLTAGE IN RURAL POWER NETWORKS Abstract. The criter of uiversality, variability ad importace became a basis for the idetificat of idicators that characterise well the quality of voltage i rural power distribut etworks ad ca be determied o the basis of data beig collected i distribut compaies. O the basis of selected idicators, the differetiat of the quality of electric power i rural areas of souther Polad was aalysed usig the liear orderig method. Key words: electric power, quality of supply voltage Adres do korespodecji: Małgorzata Trojaowska; malgorzata.trojaowska@ur.krakow.pl Katedra Eergetyki i Automatyzacji Procesów Roliczych Uiwersytet Roliczy w Krakowie ul. Balicka 116B Kraków 274