METODY BADAŃ POMIAROWYCH W WIEJSKICH STACJACH TRANSFORMATOROWYCH

Transkrypt

1 Jerzy NIEBRZYDOWSKI, Grzegorz HOŁDYŃSKI Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Elektroenergetyki METODY BADAŃ POMIAROWYCH W WIEJSKICH STACJACH TRANSFORMATOROWYCH W referacie przedstawiono aktualne metody i układy pomiarowe możliwe do wykorzystania w wiejskich stacjach transformatorowych, a więc w warunkach terenowych i przy bezprzerwowym zasilaniu odbiorców. Zakres badań obejmuje wszystkie wielkości elektryczne z uwzględnieniem parametrów jakości dostarczanej odbiorcom energii elektrycznej. Przedstawiono przykładowe wyniki badań pomiarowych. 1. WSTĘP W związku z wejściem w życie ustawy Prawo energetyczne, zarówno na dostawców jak i odbiorców energii elektrycznej nakłada się dodatkowy obowiązek uwzględniania we wzajemnych relacjach również problemów związanych z parametrami jakościowymi dostarczanej energii. Obecnie nie zostały jeszcze wprowadzone szczegółowe przepisy wykonawcze, które będą uwzględniały zagadnienia jakości przy ustalaniu taryf opłat za energię elektryczną. Przepisy te powinny ustalić odpowiedzialność obu stron za jakość energii ponieważ wpływ na parametry jakościowe mają również (oprócz dostawców) odbiorcy energii elektrycznej. Można się spodziewać, że wystąpią przypadki konieczności ustalenia odpowiedzialności jednej ze stron w drodze pomiarów przeprowadzanych bezpośrednio u odbiorców i w stacjach transformatorowych. Badania pomiarowe prowadzi się nie tylko dla ustalenia zasad rozliczeń czy odpowiedzialności za jakość energii elektrycznej ale również dla celów naukowych i statystycznych. Na najwięcej ograniczeń napotykają pomiary prowadzone w wiejskich stacjach transformatorowych ze względu na ich specyficzny charakter (są to w większości napowietrzne stacje słupowe). Warunki takie stawiają przed sprzętem pomiarowym dodatkowe wymagania

2 J. Niebrzydowski, G. Hołdyński 2. WYMAGANIA STAWIANE SPRZĘTOWI POMIAROWEMU Prowadzenie pomiarów w warunkach terenowych jakie stanowią wiejskie stacje transformatorowe, nakłada dodatkowe wymagania na sprzęt pomiarowy i tak do podstawowych wymagań takich jak: pomiar wszystkich wielkości elektrycznych (napięcia, prądu, mocy czynnej biernej i pozornej, współczynnika mocy i częstotliwości) zarówno w układzie trójfazowym jak i jednofazowym, pomiar kształtu fali napięcia i prądu zasilającego oraz możliwość analizy odkształceń, możliwość prowadzenia pomiarów bez przerw w zasilaniu odbiorców, możliwość rejestracji pomiarów, możliwość współpracy z komputerem, dochodzą dodatkowe wymagania związane z warunkami, w których prowadzone są badania, takie jak: szeroki zakres temperatury pracy urządzenia, obudowa chroniąca przed wpływami zewnętrznymi (szczególnie wilgoć), niewielkie wymiary przyrządu umożliwiające zamknięcie w szafce rozdzielczej stacji słupowej. Jednoczesny pomiar wszystkich wielkości elektrycznych wraz z pomiarem kształtu fali napięcia i prądu zapewniają obecnie przyrządy cyfrowe o wysokiej częstotliwości próbkowania sygnału pomiarowego (do 5 khz) nazywane analizatorami sieci. Nie wszystkie jednak analizatory dostępne na rynku spełniają te wymagania. Część z tych urządzeń nie pozwala na pomiar odkształceń natomiast niektóre, nazywane analizatorami harmonicznych, nie pozwalają na rejestrację podstawowych wielkości elektrycznych. Analizę odkształceń, czyli obliczanie zawartości poszczególnych harmonicznych oraz zawartość wszystkich harmonicznych (współczynnik THD) w przebiegu napięcia i prądu, pozwalają przeprowadzić programy komputerowe współpracujące z przyrządem pomiarowym. Najlepszym rozwiązaniem w przypadku prowadzenia badań terenowych w wiejskich stacjach transformatorowych jest przenoszenie danych z przyrządu do komputera za pośrednictwem kart pamięci (RAM) lub dyskietek. Istnieją obecnie na rynku urządzenia, które pozwalają na zapis zarejestrowanych pomiarów na tych właśnie nośnikach. W przeciwnym razie każdorazowe odczytanie danych wiązałoby się z rozmontowaniem układu pomiarowego lub przyłączenia komputera do przyrządu bezpośrednio w badanej stacji, co wiąże się z koniecznością posiadania komputera typu laptop. Jest to szczególnie uciążliwe przy prowadzeniu długotrwałych pomiarów w tym samym obiekcie. Możliwość przeprowadzania pomiarów bez przerw w zasilaniu odbiorców (co jest szczególnie kłopotliwe ze względu na skomplikowaną procedurę wyłączenia linii zasilającej) dają w obecnej sytuacji cęgi Dietz a lub przekładniki ze składanym rdzeniem. Cęgi pomiarowe są łatwiejsze w użyciu ale zazwyczaj droższe od przekładników ze składanym rdzeniem.

3 Metody badań pomiarowych w wiejskich stacjach transformatorowych W naszych warunkach klimatycznych ważną cechą przyrządu pomiarowego jest zakres temperatury pracy a szczególnie jego dolna granica. Jest to ważne głównie ze względu na konieczność prowadzenia pomiarów w zimie przy temperaturach dochodzących do -15 o C. Cyfrowe przyrządy pomiarowe takie jak analizatory sieci czy analizatory harmonicznych są urządzeniami drogimi (10-15 tys. zł.), tak więc podczas prowadzenia długotrwałych pomiarów (np. tydzień) należy je odpowiednio zabezpieczyć. W przypadku urządzeń o dużych wymiarach byłoby to dość trudne. Dlatego przyrząd pomiarowy powinien być na tyle mały żeby umożliwiał umieszczenie go w szafce rozdzielczej, w które wyposażone są napowietrzne stacje transformatorowe 15/0,4 kv stanowiące większość na terenach wiejskich. 3. UKŁADY POMIAROWE Pomiary w wiejskich stacjach transformatorowych prowadzi się zazwyczaj w układzie trójfazowym z przewodem neutralnym. Układ pracy analizatora w takim układzie przedstawia rys. 1a. Rys. 1. Układy połączeń analizatora Większość dostępnych na rynku analizatorów sieci pozwala również na prowadzenie pomiarów w układzie trójfazowym bez przewodu neutralnego (rys. 1b.) i w układzie jednofazowym. Cęgi pomiarowe, pokazane na rysunkach mogą być zastąpione przekładnikami z rdzeniem składanym.

4 4. WYNIKI POMIARÓW J. Niebrzydowski, G. Hołdyński Pomiary wykonano w stacji transformatorowej 15/0,4 kv we wsi Trzaski położonej na terenie działania Rejonu Energetycznego Ostrołęka. Badania dotyczyły przebiegów obciążeń oraz parametrów napięcia zasilającego. Do prezentacji wybrano fragment danych zawierający dobowe przebiegi napięcia (rys 2), prądu (rys. 3), mocy czynnej (rys. 4), współczynnika mocy (rys.5) oraz analizę harmonicznych dla jednego z pomiarów. Wizualizację pomiarów podstawowych wielkości elektrycznych (napięcia, prądu, mocy czynnej, współczynnika mocy) wykonano przy pomocy arkusza kalkulacyjnego Microsoft Excel natomiast wyniki pomiaru odkształceń napięcia i prądu (przebieg fali napięcia i prądu rys.6, rozkład harmonicznych w postaci numerycznej rys. 7, rozkład harmonicznych w postaci wykresu słupkowego rys. 8) przygotowano przy pomocy programu Cirvision dostarczonego wraz z przyrządem pomiarowym. Badania sfinansowano ze środków KBN, w ramach pracy W/WE/13/ [V] UA UB UC :15 02:30 03:45 05:00 06:15 08:45 10:00 11:15 12:30 13:45 16:15 17:30 18:45 20:00 21:15 23:45 Rys. 2. Dobowy przebieg napięcia zasilającego [A] IA IB IC :15 02:30 03:45 05:00 06:15 08:45 10:00 11:15 12:30 13:45 16:15 17:30 18:45 20:00 21:15 23:45 Rys. 3. Dobowy przebieg prądu

5 Metody badań pomiarowych w wiejskich stacjach transformatorowych 6 5 [kw] PA PB PC :30 03:00 04:30 06:00 09:00 10:30 12:00 13:30 16:30 18:00 19:30 21:00 Rys. 4. Dobowy przebieg mocy czynnej 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 cos A cos B cos C 0,2 0,0 01:30 03:00 04:30 06:00 09:00 10:30 12:00 13:30 16:30 18:00 19:30 21:00 Rys. 5. Dobowy przebieg współczynnika mocy Rys. 6. Przebieg fali napięcia i prądu

6 J. Niebrzydowski, G. Hołdyński Rys. 7. Rozkład harmonicznych w postaci cyfrowej LITERATURA Rys. 7. Rozkład harmonicznych w postaci wykresu słupkowego [1] Niebrzydowski J.: Badania stanów pracy wiejskich sieci elektroenergetycznych. Praca W/WE/13/96. Politechnika Białostocka. Białystok [2] Niebrzydowski J., Hołdyński G.: Ocena spadków napięć i awaryjności sieci wiejskich na podstawie wyników badań. IV Konferencja naukowo-techniczna Jakość energii elektrycznej i wyrobów elektrotechnicznych (JAWE 98). Świnoujście METHODS OF MEASUREMENT INVESTIGATION IN THE RURAL TRANSFORMER STATIONS In the paper actual methods and measuring systems in the rural transformer stations has been shown. The range of research includes electrical values and parameters of quality of electrical energy. Example results of research has been described.