JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ JAKO PODSTAWA KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ W ELEKTROENERGETYCE

Transkrypt

1 Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Nr 56 Politechniki Wrocławskiej Nr 56 Studia i Materiały Nr Jerzy LESZCZYŃSKI *, Grzegorz KOSOBUDZKI * kompatybilność elektromagnetyczna, jakość energii elektrycznej, laboratorium badawcze JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ JAKO PODSTAWA KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ W ELEKTROENERGETYCE W artykule przedstawiono skrótowo zagadnienia wymuszające konieczność prowadzenia badań związanych z jakością energii elektrycznej, wpływu zakłóceń na poprawną pracę odbiorników energii elektrycznej oraz oddziaływań odbiorników na sieć energoelektryczną. Podano zakres badań utworzonego w tym celu Laboratorium Kompatybilności Elektromagnetycznej w Elektroenergetyce. 1. WSTĘP Energia elektryczna w formie dostarczonej odbiorcom odznacza się szeregiem zmiennych parametrów, które określają jej użyteczność. Z punktu widzenia użytkownika energii elektrycznej pożądane jest, aby napięcie miało stałą częstotliwość i wartość skuteczną oraz sinusoidalny kształt przebiegu czasowego. Szereg zjawisk może mieć zakłócający lub niszczący wpływ na urządzenia odbiorców. Można do nich zaliczyć zjawiska przejściowe w systemie zasilającym, wywołane zwarciami, procesami łączeniowymi lub wyładowaniami atmosferycznymi. Istnieje znacząca liczba zjawisk będąca wynikiem poboru energii elektrycznej, które bezpośrednio zmieniają kształt przebiegu czasowego napięcia, zmieniają w szczególny sposób jego wartość lub nakładają sygnały związane z transmisją informacji. Należy przy tym podkreślić, iż wraz ze wzrostem liczby urządzeń wywołujących zaburzenia występuje wzrost urządzeń na nie wrażliwych, łącznie z urządzeniami pomiarowymi. Odkształcenia przebiegów wywoływane są przez odbiorców energii tzn. związane są z warunkami pracy odbiorników, ich zasadą pracy, czy konstrukcją. Narażają one na straty zakłady energetyczne (ZE) oraz odbiorców nie wprowadzających odkształceń a * Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27; jerzy.leszczynski@pwr.wroc.pl; grzegorz.kosobudzki@pwr.wroc.pl.

2 wymagających zasilania o właściwej jakości. Z powyższego wynika konieczność oceny wpływu jakości energii a głównie odkształceń przebiegów na dokładność pomiaru wartości wielkości charakteryzujących obiekty elektroenergetyczne. Występujące zakłócenia w przebiegach napięciowych i prądowych w sieciach elektroenergetycznych wymagają prowadzenia badań odbiorników energii elektrycznej [1]. Badania obejmują wpływ zakłóceń na poprawną pracę odbiorników oraz oddziaływania odbiorników na sieć elektroenergetyczną, tj. emisji zakłóceń do sieci elektroenergetycznej. Poprawa jakości energii elektrycznej w sposób zasadniczy jest związana z ograniczeniami wprowadzanych przez odbiorniki zakłóceń do sieci elektroenergetycznej. Konieczność dotrzymywania właściwych, określonych normami międzynarodowymi, parametrów charakteryzujących jakość energii elektrycznej oraz oceny odporności odbiorników na zakłócenia i ograniczenia zakłóceń wprowadzanych przez nie do sieci elektroenergetycznej stanowiły podstawę do utworzenia w Politechnice Wrocławskiej Laboratorium Kompatybilności Elektromagnetycznej w Elektroenergetyce (LKEE). 2. ZAKRES BADAŃ PROWADZONYCH PRZEZ LABORATORIUM KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ W ELEKTROENERGETYCE Badania prowadzone w LKEE w zakresie Jakości Energii należy podzielić na dwie zasadnicze grupy. Pierwsza grupa dotyczy obiektów elektroenergetycznych, druga odbiorników energii elektrycznej. Zakres badań zawiera tabela 1. Badania mogą obejmować pełny zakres lub mogą dotyczyć niektórych wybranych przez klienta cech obiektu. Pierwsza grupa badań przeprowadzana jest na takich obiektach elektroenergetycznych jak: główne punkty zasilania (GPZ), rozdzielenie elektroenergetyczne, punkty przyłączenia (PC), wspólne punkty przyłączenia z publiczną siecią zasilającą (PCC) lub wewnętrzne punkty przyłączenia. Badania te dotyczą: jakości napięć zasilających w sieciach publicznych, jakości napięć zasilających w sieciach zakładów przemysłowych niskich i średnich napięć, analizę wyższych harmonicznych w przebiegach prądowych, oraz analizę mocy przenoszonych przez wyższe harmoniczne. Druga grupa badań prowadzona w LKEE dotyczy emisji zakłóceń oraz odporności na zakłócenia jedno i trójfazowych odbiorników energii elektrycznej. Badania jakości napięć zasilających polegają na rejestracji w odpowiednim czasie parametrów określających jakość (współczynniki Pst, Plt, THD, zawartość poszczególnych harmonicznych w przebiegu, zmiany wartości skutecznej napięcia zapady, przerwy w zasilaniu, asymetria) i po analizie uzyskanych wyników, porównanie ich z wartościami dopuszczalnymi zawartymi w normach przedmiotowych [2] i przepisach

3 prawnych. Warunki pomiarów, sposób analiz i metody pomiarowe są określone w normach [7,11]. Badania przebiegów prądowych oraz mocy polegają na wyznaczeniu zmian ich wartości w czasie, oraz analizie wyższych harmonicznych. Badania te ułatwiają identyfikację odbiorników bądź odbiorców energii wprowadzających zakłócenia do sieci elektroenergetycznej. Badania te są prowadzone według procedur znormalizowanych [3-7] oraz opracowanych w laboratorium. Badania emisji zakłóceń ograniczają się do pomiaru i analizy wyższych harmonicznych w przebiegach prądowych, wahań napięć i migotania światła. Powodowane przez odbiorniki migotanie światła jest określane przez wyznaczanie krótko i długookresowego wskaźnika Pst i Plt. Uzyskane wartości są porównywane z dopuszczalnymi przez normę. Określony w normie [4,5,6] sposób wykonania pomiarów uzupełniony jest procedurami własnymi. Badania odporności sprzętu dołączonego do sieci zasilającej niskiego napięcia dotyczy zapadów napięcia, krótkich przerw i zmian napięcia i częstotliwości [8,9,10,12]. Badania te dotyczą elektrycznego i elektronicznego sprzętu o znamionowym prądzie zasilającym 16A na fazę. Wynik badań uznaje się jako pozytywny, jeżeli badany obiekt wykazuje odporność podczas wszystkich etapów badań a po ich zakończeniu obiekt spełnia wszystkie wymagania funkcjonalne ustalone w wymaganiach technicznych (o ile nie są sprecyzowane inne wymagania opisane w normie dotyczącej wyrobu). Tab. 1. Zakres badań prowadzonych w Laboratorium LKEE Tab. 1. Range of investigations of Laboratory Badane obiekty Rozdzielnie elektroenergetyczne. Punkty przyłączenia (PC). Wspólne punkty przyłączenia z publiczną siecią zasilającą (PCC). Wewnętrzne punkty przyłączenia (IPC) Główne punkty zasilania (GPZ) Badana cecha Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych niskiego i średniego napięcia: - Częstotliwość sieciowa. - Wartość napięcia zasilającego. - Zmiany napięcia zasilającego. - Szybkie zmiany napięć. - Uciążliwość migotania światła. - Zapady napięcia zasilającego - Krótkie przerwy w zasilaniu. - Długie przerwy w zasilaniu. - Niesymetria napięcia zasilającego. - Harmoniczne napięcia zasilającego. - Interharmoniczne napięcia zasilającego

4 Rozdzielenie elektroenergetyczne. Punkty przyłączenia (PC). Wewnętrzne punkty przyłaczenia (IPC) Główne punkty zasilania (GPZ), Rozdzielnie elektroenergetyczne. Punkty przyłączenia (PC). Wspólne punkty przyłączenia z publiczną siecią zasilającą (PCC). Wewnętrzne punkty przyłączenia (IPC). Kable zasilające odbiorniki elektryczne Główne punkty zasilania (GPZ), Rozdzielnie elektroenergetyczne. Punkty przyłączenia (PC). Wspólne punkty przyłączenia z publiczną siecią zasilającą (PCC). Wewnętrzne punkty przyłączenia (IPC). Kable zasilające odbiorniki elektryczne Odbiorniki emitujące harmoniczne prądu o prądzie fazowym 16 A Odbiorniki elektryczne o prądzie fazowym 16 A w sieciach zasilających niskiego napięcia Odbiorniki elektryczne o prądzie fazowym 16 A w sieciach zasilających niskiego napięcia. Parametry napięcia zasilającego w sieciach zakładów przemysłowych: - Zmiany napięcia. - Zapady napięcia i krótkotrwałe przerwy w zasilaniu. - Niesymetria napięcia. - Odchylenie częstotliwości sieciowej. - Harmoniczne i interharmoniczne napięcia. Analiza przebiegu prądu: - Analiza zmian wartości prądów. - Analiza harmonicznych przebiegów prądowych Analiza, mocy: - Analiza zmian wartości mocy czynnej, biernej i pozornej. - Analiza mocy przenoszonych przez wyższe harmoniczne. Pomiar harmonicznych prądu. Wahania napięcia i migotania światła, powodowane przez odbiorniki: - Wyznaczanie względnej zmiany napięcia. - Wyznaczanie wartości wskaźnika krótkookresowego (Pst) i długookresowego (Plt) migotania światła. Badanie odporności odbiorników na: - Zapady napięcia i krótkie przerwy w zasilaniu. - Zmiany napięcia. - Zmiany częstotliwości. 3. PODSUMOWANIE Powstałe Laboratorium Kompatybilności Elektromagnetycznej w Elektroenergetyce dysponuje nowoczesną aparaturą rejestrująco analizującą, generator wytwarzający konieczne do badań zakłócenia oraz aparaturę pozwalającą na sprawdzenie poprawności prowadzonych badań. Wszystkie przyrządy i systemy pomiarowe spełniają warunki spójności pomiarowej i walidacji wyników pomiarów m. in. dzięki właściwym certyfikatom. Walidacja metod pomiarowych w znacznej części jest związana ze spełnieniem wszelkich wymogów określonych we właściwych normach międzynaro-

5 dowych. Przy badaniach wykraczających ponad zalecenia norm Laboratorium posiada własne procedury badawcze, dla których przeprowadza walidacje w pełnym zakresie. Zgodnie z powyższym oraz ze względu na spełnienie innych procedur zapewnienia jakości wyniki badań nie powinny budzić żadnych zastrzeżeń. LITERATURA [1] BORECKI J., LESZCZYŃSKI J., Problemy jakości energii elektrycznej w funkcjonowaniu jej odbiorców na wybranych przykładach. Materiały konferencyjne, II Konferencja Jakość Energii Elektrycznej w sieciach elektroenergetycznych w Polsce, s [2] PN-EN 50160:2002, Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych. [3] PN-EN :2003, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 2-4: Środowisko. Poziomy kompatybilności dotyczące zaburzeń przewodzonych małej częstotliwości w sieciach zakładów przemysłowych. [4] PN-EN :2002, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Dopuszczalne poziomy emisji harmonicznych prądu (fazowy prąd zasilający odbiornika mniejszy lub równy 16 A). [5] PN-EN :1997, Kompatybilność elektromagnetyczna. Dopuszczalne poziomy. Ograniczanie wahań napięcia i migotania światła powodowanych przez odbiorniki o prądzie znamionowym mniejszym lub równym 16 A w sieciach zasilających niskiego napięcia. [6] PN-EN :2002, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 3-11: Dopuszczalne poziomy. Ograniczanie zmian napięcia, wahań napięcia i migotania światła w publicznych sieciach niskiego napięcia. Urządzenia o prądzie znamionowym mniejszym lub równym 75 A podlegające przyłączeniu warunkowemu. [7] PN-EN :1998, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Metody badań i pomiarów. Ogólny przewodnik dotyczący pomiarów harmonicznych i interharmonicznych oraz stosowanych do tego celu przyrządów pomiarowych dla sieci zasilających i przyłączonych do nich urządzeń. [8] PN-EN :1997, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Metody badań i pomiarów. Badania odporności na zapady napięcia, krótkie przerwy i zmiany napięcia. [9] PN-EN :2003, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 4-13: Metody badań i pomiarów. Badania odporności na harmoniczne i interharmoniczne małej częstotliwości w przyłączu prądu przemiennego łącznie z sygnałami przesyłanymi w sieciach zasilających. [10] PN-EN :2002. Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 4-14: Metody badań i pomiarów. Badanie odporności na wahania napięcia. [11] PN-EN :1999, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Metody badań i pomiarów. Miernik migotania światła. Specyfikacja funkcjonalna i projektowa. [12] PN-EN :2004, Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC). Część 4-28: Metody badań i pomiarów. Badanie odporności na zmiany częstotliwości sieci zasilającej.

6 POWER QUALITY AS BASIS OF ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY IN THE ELECTRICAL POWER ENGINEERING The article presents in shortcut problems that forced necessity of making investigation connected with power quality, the influence of disturbances on correct operation mains receiver, and the influence receiver on power network. The tool range of investigations was shown in created Laboratory of Electromagnetic Compatibility in Electroenergetics.