WYBRANE ZAGADNIENIA JAKOŚCI DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ. Zbigniew HANZELKA

Transkrypt

1 WYBRANE ZAGADNIENIA JAKOŚCI DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ Zbigniew HANZELKA

2 Sieć EE przyszłości jaka powinna być? 1. INTELIGENTNA 2. WYDAJNA 3. ELASTYCZNA 4. MOTYWUJĄCA 5. PLUG AND PLAY 6. WYSOKIEJ JAKOŚCI 7. ODPORNA 8. EKOLOGICZNA Źródło: Amerykańska Agencja Energii

3 Sieć EE przyszłości jaka powinna być? napięcie prąd ωt φ

4 Sieć EE przyszłości jaka powinna być?

5 Przykładowe przebiegi napięcia i prądu oraz widma napięcia środowisko przemysłowe środowisko komunalne

6 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) Zdolność sprzętu, systemu, instalacji do prawidłowego funkcjonowania w jego środowisku elektromagnetycznym, bez wprowadzania do tego środowiska nadmiernych zaburzeń.

7 Odpowiedzialność za zaburzenia ŚRODOWISKO ZEWNĘTRZNE Nasze odbiory źródłem zakłóceń u innych odbiorców MY

8 Odpowiedzialność za zaburzenia ŚRODOWISKO ZEWNĘTRZNE MY

9 Odpowiedzialność za zaburzenia ŚRODOWISKO ZEWNĘTRZNE Jesteśmy źródłem własnych stanów awaryjnych MY

10 Środowisko elektromagnetyczne ŹRÓDŁO ZABURZENIA SPRZĘŻENI E ODBIORCA PRZEWODZONE RADIACYJNE

11 Energia elektryczna jest towarem, który jest sprzedawany klientowi spodziewającemu się, że otrzymuje dobry produkt w formie odpowiadającej jego potrzebom, a charakteryzowanej zbiorem wyróżnionych właściwości które, jeżeli są złej jakości to mogą zagrażać własności użytkownika, jego zdrowiu, a nawet życiu.

12 Podstawy prawne Dyrektywa 85/374/EEC: regulacje prawne i administracyjne, zabezpieczające obywateli Unii Europejskiej przed wadliwymi produktami Artykuł 1: odpowiedzialność producenta za uszkodzenia spowodowane wadą jego produktu, Artykuł 2: produktem jest również energia elektryczna. Directive 2004/108/EC of the European Parliament and the Council of Ustawa CE o kompatybilności 15 December 2004 on the approximation of the laws of the Member States elektromagnetycznej relating to electromagnetic compatibility and repealing Directive 89/336/EEC", Official Journal of the European Union of 31 December 2004, pp L 390/24 to L 390/37. (Dz.U. Nr 82 z dn. 13 kwietnia 2007 r.)

13 Jakość dostawy energii elektrycznej Jakość dostawy energii elektrycznej to zbiór parametrów opisujących właściwości procesu dostarczania energii do użytkownika w normalnych warunkach pracy, określających ciągłość zasilania (długie i krótkie przerwy w zasilaniu) oraz charakteryzujących napięcie zasilające (wartość, niesymetrię, częstotliwość, kształt przebiegu czasowego). UWAGA 1: Jakość energii wyraża się stopniem zadowolenia użytkownika z warunków zasilania. UWAGA 2: Jakość energii zależna jest nie tylko od warunków zasilania, lecz także od rodzaju stosowanego sprzętu (jego odporności na zaburzenia i jego emisyjności) oraz praktyki instalacyjnej.

14 Rynek energii elektrycznej Nowy model rynku energii elektrycznej: SAIDI SAIFI Koszt jednostkowy energii Koszt jednostkowy energii Ilość energii Ilość energii Jakość dostawy energii

15 ROZPORZĄDZENIE SYSTEMOWE.. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, Dziennik Ustaw Nr 93 z dnia 29 maja 2007 r. PN EN : 2002 (EN :1999) Charakterystyki napięcia w publicznych sieciach zasilających

16 ROZPORZĄDZENIE SYSTEMOWE.. warunkiem utrzymania parametrów napięcia zasilającego w określonych granicach jest pobieranie przez odbiorcę mocy czynnej nie większej od mocy umownej, przy współczynniku tgφ nie większym niż 0,4. Z analizy statystycznej będącej podstawą oceny jakości napięcia należy wykluczyć te wyniki pomiarów, które zostały zmierzone w warunkach przekroczenia mocy umownej lub wartości współczynnika tg φ 0,4...

17 Uchwała Sądu Najwyższego z dnia 8 stycznia 2014 r., sygn. akt VI ACa 757/13 Przewidziane w art. 45a ust. 3 ustawy z dnia 1 O kwietnia 1997 r.- Prawo energetyczne Jednolity tekst: Dz. U. z 2012 r., poz ze zm.) bonifikaty za niedotrzymanie przez przedsiębiorstwo energetyczne standardów jakościowych obsługi odbiorców energii oraz parametrów jakościowych energii elektrycznej przysługują odbiorcom energii, bez względu na przyczyny nienależytego wykonania zobowiązania umownego przez przedsiębiorstwo energetyczne.

18 METROLOGIA, TELEKOMUNIKACJA MODELOWANIE I SYMULACJA JAKOŚĆ DOSTAWY EE ŹRÓDŁA ZŁEJ JAKOŚCI METODY I SPRZĘT DO POPRAWY JAKOŚCI SKUTKI, EKONOMIA NORMALIZACJA, KONTRAKTY, PRAWO

19 Przyczyny wzrostu zainteresowania jakością energii elektrycznej 1. Wzrost świadomości, że energia elektryczna jest towarem. 2. Wzrost liczby i mocy nieliniowych, niespokojnych i często także niesymetrycznych odbiorników energii. 3. Zmniejszenie odporności odbiorników na zaburzenia elektromagnetyczne Lamy elektronowe Ws Tranzystory Ws Obwody scalone Ws

20 Przyczyny wzrostu zainteresowania jakością energii elektrycznej 4. Wzrost kosztów zakłóceń 5. Poprawa efektywności przetwarzania energii 6. Ekologia elektromagnetyczna 7. Rynek energii elektrycznej 8. Rozwój technik pomiarowych 9. Jakość energii to ogromne pieniądze!!!

21 Powody zainteresowania tematem USA CEIDS $ mld Eurelectric Kanada $ 650 mln Francja $ 25 mld Niemcy $ mld Hiszpania $ 6-7 mld Total: % GDP 50% całkowitej wyprodukowanej energii elektrycznej

22 Reducing the financial losses caused by disturbances Reliability and consistency of electricity supply is critical to many industrial and service activities. When the Power Quality is inadequate due disturbances such as interruptions, dips or harmonic pollution, business suffers. The financial losses due to poor Power Quality amount to a total of 150 billion annually in the EU-25. The damage caused by poor Power Quality in the rest of the world is in the same order of magnitude.

23 Jakość energii elektrycznej

24 Jakość dostawy energii elektrycznej Jakość obsługi Ciągłość zasilania Jakość napięcia Częstotliwość Wartość Jakość energii elektrycznej Kształt Asymetria

25 Jakie zjawiska związane z jakością energii są przyczyną głównych problemów odbiorców energii elektrycznej? Przerwy w zasilaniu o czasie krótszym niż 1min Przerwy w zasilaniu Inne o czasie dłuższym niż Zapady napięcia, przepięcia, Spawarki 1min stany przejściowe w napięciu Silniki elektryczne Harmoniczne (np. w czasie napięć rozruchu) i prądów Źródła światła Wahania napięcia Komputery Wartość napięcia Układy bezprzerwowego zasilania UPS Asymetria napięcia Przekształtniki, Zmiany częstotliwości napędy bezstopniowe Jakości instalacji odbiorczej braki danych Główne źródła problemów jakości energii ,00% % ,00% % ,00% % ,00% % ,00% % ,00% %

26 Klasyfikacja zaburzeń Środowisko komunalne wartość napięcia wahania napięcia przerwy w zasilaniu zapady napięcia przepięcia odkształcenie napięcia asymetria zmiany częstotliwości Środowisko przemysłowe zapady napięcia przerwy w zasilaniu wartość napięcia odkształcenie napięcia przepięcia asymetria wahania napięcia zmiany częstotliwości ROZPORZADZENIE MINISTRA GOSPOGARKI I PRACY w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń w obrocie energią elektryczną

27 Klasyfikacja zaburzeń P3-Najbardziej kosztowne zaburzenie po stronie dostawcy Zmiany częstotliwości 2 Niewłaściwa wartość napięcia (1) 3 Szybkie zmiany napięcia 4 Wahania napięcia (2) 5 Zapady napięcia (3) 6 Wzrosty napięcia 7 Krótkie przerwy w zasilaniu (2) 8 Asymetria napięcia 9. Harmoniczne napięcia 10. Interharmoniczne napięcia 11. Przepięcia dorywcze 12. Przepięcia przejściowe Sygnały napięciowe

28 Klasyfikacja zaburzeń P4-Najbardziej kosztowne zaburzenie po stronie odbiorcy Zmiany częstotliwości 2 Niewłaściwa wartość napięcia (1) 3 Szybkie zmiany napięcia 4 Wahania napięcia 5 Zapady napięcia (2) 6 Wzrosty napięcia 7 Krótkie przerwy w zasilaniu (3) 8 Asymetria napięcia 9. Harmoniczne napięcia 10. Interharmoniczne napięcia 11. Przepięcia dorywcze 12. Przepięcia przejściowe 13. Sygnały napięciowe

29 Przykłady najczęściej rozważanych zaburzeń elektromagnetycznych Podstawowe zaburzenia elektromagnetyczne zapad napięcia krótka przerwa w zasilaniu wahania napięcia wzrost napięcia odkształcenie przebiegu czasowego asymetria zaburzenie impulsowe zaburzenie oscylacyjne załamania komutacyjne napięcia

30 Pomiar częstotliwości. wartość średnia częstotliwości mierzonej przez 10 sekund w miejscach przyłączenia powinna być zawarta w przedziale: a) 50 Hz ±1 % (od 49,5 Hz do 50,5 Hz) przez 99,5 % tygodnia, b) 50 Hz +4 % / -6 % (od 47 Hz do 52 Hz) przez 100 % tygodnia;

31 Pomiar częstotliwości. wartość średnia częstotliwości mierzonej przez 10 sekund w miejscach przyłączenia powinna być zawarta w przedziale: a) 50 Hz ±1 % (od 49,5 Hz do 50,5 Hz) przez 99,5 % tygodnia, b) 50 Hz +4 % / -6 % (od 47 Hz do 52 Hz) przez 100 % tygodnia;

32 CZĘSTOTLIWOŚĆ a) 7500 t 1 t 2 t U rms(1/2) [V] t [s] b) f (1/2) [Hz] t [s]

33 Dlaczego mierzymy wskaźniki jakości energii? Porównanie z poziomami kompatybilności Określenie poziomów odporności i emisji Diagnostyka i działania profilaktyczne Badania statystyczne

34 Analizator jakości energii elektrycznej Klasa A Ta klasa pomiarowa jest stosowana w przypadku konieczności przeprowadzenia dokładnych pomiarów np. dla celów kontraktowych, gdy może być wymagane rozstrzygnięcia sporów, weryfikacji zgodności z postanowieniami norm, itp. Dowolne pomiary parametru przeprowadzone za pomocą dwóch różnych przyrządów spełniających wymagania klasy A i mierzących te same sygnały powinny dać zbieżne wyniki mieszczące się w określonym przedziale niepewności. Klasa S Ta klasa pomiarowa jest stosowana do zastosowań statystycznych tj. pomiary lub ocena jakości energii z ograniczoną liczbą parametrów. Mimo, że stosowane są takie same czasy pomiarów jak w przypadku klasy A, wymagania dotyczące przetwarzania danych są w klasie S mniejsze. Klasa B Ta klasa została stworzona, aby nie traktować jako rozwiązania przestarzałe wielu istniejących jeszcze przyrządów. Metody Klasy B nie są rekomendowane dla nowych projektów. Informuje się czytelników niniejszej normy, że Klasa B może być usunięta z przyszłej edycji niniejszej normy.

35 Analizator jakości energii elektrycznej

36 Pomiar wskaźników jakości energii Distribution Substation Example of System Monitoring Concept Transmission Customer Monitoring System Substation Monitoring System Customer Monitoring System Power Quality/ Energy Information Service Data Collection Data Collection Local Network Internet/ World Wide Web Monitoring Database Database Management/ Local Data Analysis Corporate Intranet Power Quality/ Reliability Performance and Data Analysis

37 Normalizacja (SERIA 61000) IEC MIĘDZYNARODOWA KOMIISJA ELEKTROTECHNICZNA (IEC ) CENELEC EUROPEJSKI KOMITET NORMALIZACYJNY ELEKTROTECHNIKI (EN ) PKN POLSKI KOMITET NORMALIZACYJNY (PN IEC lub PN IEC )

38 IEC (EN, PN) Część 1: Postanowienia ogólne Część 2: Środowisko Część 3: Dopuszczalne poziomy Część 4: Metody badań i pomiarów Część 5: Wytyczne dotyczące urządzeń do ograniczania zaburzeń Część 6: Normy ogólne Część 9: Różne

39 Normalizacja PN EN Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC), Metody badań i pomiarów - Metody pomiaru wskaźników jakości energii PN-EN Metody badań i pomiarów Miernik migotania światła PN-EN Ogólne wytyczne dla przyrządów i metod pomiarów harmonicznych i interharmonicznych dla systemów zasilania i urządzeń przyłączonych do sieci

40 Wymagania ogólne Poziom zaburzeń Poziom zaburzenia Poziom kompatybilności Poziom odporności 1 Zapas kompatybil. Zapas odporności Zapas emisji Granica odporności 2 Granica 3 emisji Poziom planowany Poziom emisji 4 czas Zaburzenia (zakłócenia)

41 Jakość energii elektrycznej Zaburzenia w napięciu można podzielić na dwie grupy: ZMIANY - częstotliwości - wolne zmiany napięcia - szybkie zmiany napięcia - wahania napięcia - asymetria napięcia - odkształcenie napięcia (harmoniczne i interharmoniczne) - ZDARZENIA - szybkie zmiany napięcia - zapady napięcia - wzrosty napięcia - przepięcia -...

42 Sposoby rozwiązywania problemu harmonicznych źródło zaburzenia sprzężenie (sieć zasilająca) odbiornik Środowisko elektromagnetyczne

43 DZIĘKUJE ZA UWAGĘ... Zbigniew Hanzelka Akademia Górniczo-Hutnicza Kraków, Al.. Mickiewicza 30 Tel.: ,