Niezawodno

Niezawodno

ść

ść

zasilania 

zasilania 

i jako

i jako

ść

ść

energii elektrycznej

energii elektrycznej

Istota problemu

Istota problemu

ƒ

Decentralizacja wytwarzania energii elektrycznej przy jednoczesnym 
wzroście mocy zainstalowanej odbiorników powodujących pogorszenie 
jakości energii elektrycznej

ƒ

Wzrost liczby odbiorców wrażliwych ponoszących znaczne straty 
techniczne i ekonomiczne z powodu złej jakości zasilania

ƒ

Odpowiedzialność prawna dostawców i odbiorców energii elektrycznej 
w zakresie utrzymania określonych parametrów jakościowych w 
punkcie wspólnego przyłączenia (PWP).

Powyższe względy: techniczne, ekonomiczne i prawne, uzasadniają

konieczność utrzymania odpowiedniej jakości zasilania w sieciach 

odbiorczych.

Jako

Jako

ść

ść

zasilania

zasilania

Jakość dostawy energii elektrycznej odbiorcom

Jakość energii, 

czyli odpowiednie parametry napięcia zasilającego 

Niezawodność dostawy tej energii, 

określona czasem trwania i liczbą przerw w zasilaniu

Jakość relacji handlowych pomiędzy

dostawcami i odbiorcami

Jakość

zasilania

Jako

Jako

ść

ść

energii elektrycznej

energii elektrycznej

Jakość energii elektrycznej określona jest parametrami napięcia 

zasilającego.

Parametrami jakości są:

¾

Częstotliwość

¾

Wartość skuteczna napięcia

¾

Kształt krzywej

¾

Symetria napięć trójfazowych

Definicje parametrów oraz ich wartości dopuszczalne, tzw. standardy 

jakościowe określone są w aktach prawnych i dokumentach 
normalizacyjnych:

ƒ

Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków 

funkcjonowania systemu elektroenergetycznego z dnia 4.05.2007

(na podstawie ustawy „Prawo energetyczne”)

ƒ

PN-EN 50160 „Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach 

zasilających”, 12.2002

(

dla miejsca przyłączenia sieci odbiorcy do sieci 

dostawcy PWP). 

Warto

Warto

ść

ść

napi

napi

ę

ę

cia

cia

%

100

U

U

U

c

L

%

L

=

%

100

U

U

U

U

c

c

L

%

L

−

=

Poziom napięcia

Odchylenie napięcia

U

c

– napięcie deklarowane w PWP (zwykle napięcie znamionowe)

U

L 

– wartość skuteczna napięcia pomierzona w PWP i uśredniona w 

przedziale pomiarowym

Napięcie w węzłach sieci zmienia się ze względu na zmieniające się
obciążenie i wynikające stąd zmiany spadków napięcia w sieciach 
elektroenergetycznych.

Wahania napi

Wahania napi

ę

ę

cia

cia

Wahaniami nazywa się gwałtowne, powtarzające się zmiany wartości 
skutecznej napięcia spowodowane przez szybkozmienne (niespokojne) 
obciążenia, jak np. piece łukowe, spawarki, urządzenia walcownicze.

Wyróżnia się różne typy wahań napięcia:

Prostokątne i okresowe zmiany napięcia 
o stałej amplitudzie (np. włączanie lub 
wyłączanie obciążenia czynnego) 

Wahania napi

Wahania napi

ę

ę

cia

cia

Ciąg nieregularnych zmian napięcia, 
których dolna i górna amplituda mogą się
różnić.

Ciąg losowych lub ciągłych zmian
napięcia spowodowanych 
cyklicznym lub losowo zmiennym
obciążeniem - piece łukowe.

Wahania napi

Wahania napi

ę

ę

cia

cia

Wahania napięcia powstające z różnych przyczyn w sieciach nn, SN
i WN przenoszą się do sieci niskiego napięcia powodując zjawisko 
migotania światła (flicker). 

Jest to subiektywne odczucie zmian 

strumienia świetlnego, którego luminancja zmienia się w czasie.

Pomiar zjawiska migotania jest pośrednim sposobem oceny wahań
napięcia.

Miarą uciążliwości migotania światła są wskaźniki uciążliwości 
krótkookresowej (P

st

) i długookresowej (P

lt

).

Uciążliwość migotania światła, wywołana wahaniami napięcia zależy 
zarówno od amplitudy wahań jak i od częstości ich występowania. 

Wahania napi

Wahania napi

ę

ę

cia

cia

Badania dotyczące procesu percepcji wzrokowej wykazały,  że oko 
ludzkie ma charakter filtru pasmowego o paśmie w zakresie 
(0,5 – 35) Hz, z maksymalną czułością na zmiany strumienia 
świetlnego o częstotliwościach około 8-9 Hz. Skutki fizjologiczne 
oddziaływania wahań napięcia zależą od amplitudy zmian strumienia 
świetlnego (amplitudy zmian napięcia zasilającego  źródło  światła), 
częstotliwości zmian oraz czasu występowania zaburzenia. 

Badania doprowadziły do opracowania algorytmu, a następnie 
konstrukcji miernika migotania (flickermeter). 

Wahania napi

Wahania napi

ę

ę

cia

cia

W mierniku migotania odtworzono proces fizjologiczny postrzegania, w 
tym charakterystyki oka i reakcji mózgu ludzkiego. Jako sygnał
wejściowy przyjęto zmiany napięcia zasilającego źródło światła. Sygnał
wyjściowy jest miarą reakcji człowieka, a poddany obróbce statystycznej 
określa znormalizowany wskaźnik uciążliwości migotania światła P

st

. 

Długookresowa uciążliwość migotania światła

3

12

1

i

i

3

st

lt

12

P

P

∑

=

=

P

st 

– uśredniona w przedziale pomiarowym krótkookresowa uciążliwość

migotania

Kszta

Kszta

ł

ł

t krzywej napi

t krzywej napi

ę

ę

cia

cia

%

%

100

U

U

U

c

)

h

(

h

=

%

100

U

U

THD

)

1

(

40

2

h

2

)

h

(

%

∑

=

=

Przyczyną zniekształceń napięcia są odbiorniki nieliniowe. Pobierane 
przez nie prądy zawierają wyższe harmoniczne, które powodują
pojawianie się spadków napięcia od wyższych harmonicznych w sieciach 
elektroenergetycznych i zniekształcenie napięć w węzłach.

Względna wartość h-tej 
harmonicznej

Współczynnik odkształcenia

U

(h)

– uśredniona w przedziale pomiarowym 

wartość skuteczna h-tej harmonicznej

Asymetria napi

Asymetria napi

ę

ę

cia

cia

Układ symetryczny

1A

1A

2

1B

1A

1C

1A

U

U

U

a U

U

aU

=

=

=

U 

C 

U 

A

 

U 

AB 

U

B C

U 

C A 

U

B 

2

3

2

1

j

j

2

2

3

2

1

j

j

e

e

a

j

e

a

3

2

3

4

3

2

−

−

=

=

=

+

−

=

=

π

−

π

π

Asymetrią napięcia w układach 
wielofazowych nazywa się stan, w którym 
wartości napięć fazowych lub/i kąty 
między kolejnymi fazami nie są sobie 
równe.

W układach 3-fazowych jest to stan, gdy 
wartości skuteczne trzech napięć nie są
jednakowe lub/i kąty przesunięć między 
nimi różnią się od 120

°

Przyczyny asymetrii

Przyczyny asymetrii

Praca niesymetrycznych obciążeń:

¾

Niskiego napięcia 1-fazowych

¾

Średniego napięcia

ƒ

1-fazowych, np. trakcja elektryczna, piece indukcyjne

ƒ

3-fazowych, np. piece łukowe

ƒ

Asymetria prądów obciążenia

ƒ

Niesymetryczne straty napięcia

ƒ

Asymetria napięcia w węzłach

Elementy układu 
przesyłowego

ƒ

Różne wartości parametrów
fazowych

ƒ

Niesymetryczne straty napięcia

ƒ

Asymetria napięcia w węzłach

Analiza asymetrii

Analiza asymetrii

W układach symetrycznych przy symetrycznym obciążeniu strata 
napięcia w danej fazie zależy tylko od prądu tej fazy. Równania 
opisujące element trójfazowy są od siebie niezależne, schemat 
trójfazowy można zastąpić schematem jednofazowym

.

Przy prądach niesymetrycznych równania są wzajemnie zależne, do 
analizy stosuje się przekształcenie 0,1,2 – przekształcenie do układu 
składowych symetrycznych.

Główna idea metody polega na zastąpieniu dowolnego 

niesymetrycznego układu wektorów kombinacją liniową trzech 3-
fazowych układów symetrycznych o kolejności zgodnej, przeciwnej

i zerowej.

Sk

Sk

ł

ł

adowe symetryczne

adowe symetryczne

Układ zgodny

Układ przeciwny

Układ zerowy

1A

1A

2

1B

1A

1C

1A

W

W

W

a W

W

aW

=

=

=

2A

2A

2B

2A

2

2C

2A

W

W

W

aW

W

a W

=

=

=

0 A

0B

0C

W

W

W

=

=

Wektory fazowe są kombinacją liniową odpowiednich składowych 

symetrycznych

2

2A

2

0

0 A

0

0

2B

2

2

2

A

B

1

1

C

A

2

1

1B

1

B

0

0C

C

1C

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

a U

U

aU

aU

U

a U

U

U

U

U

U

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

Sk

Sk

ł

ł

adowe symetryczne

adowe symetryczne

+

+

=

U

1A

1B

U

U

1C

2A

U

U

2C

U

2B

U

0A

U

0B

U

0C

1A

U

U

2A

U

0A

U

A

U

1B

2B

U

0B

U

U

B

1C

U

U

2C

U

0C

C

U

Miary asymetrii

Miary asymetrii

%

100

U

U

K

)

1

(

1

)

1

(

2

U

2

⋅

=

%

100

U

U

K

)

1

(

1

)

1

(

0

U

0

⋅

=

Miarą asymetrii jest 

współczynnik asymetrii

(unbalance factor)

Definicje odnoszą się do pierwszej 
harmonicznej.

U

2

– uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna składowej 

przeciwnej napięcia
U

0

– uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna składowej 

zerowej napięcia

(

)

(

)

(

)

1

0

A

B

C

3

2

1

1

A

B

C

3

2

1

2

A

B

C

3

U

U

U

U

U

U

aU

a U

U

U

a U

a U

=

+

+

=

+

+

=

+

+

Ocena jako

Ocena jako

ś

ś

ci

ci

Pomiar parametrów jakościowych powinien trwać w sposób ciągły 
przez okres 

co najmniej jednego tygodnia

. Każdy parametr, mierzony w 

kolejnych oknach pomiarowych, uśrednia się w charakterystycznych 
przedziałach czasowych: 3s, 10 min, 2 h.
Przykładowo, dla współczynnika asymetrii: 

N

2

2U, 3s

2U%,k

k 1

K

K

/ N

⋅

=

⎛

⎞

= ⎜

⎟

⎝

⎠

∑

M

2

2U, 10min

2U,3s,k

k 1

K

K

/ M

⋅

=

⎛

⎞

= ⎜

⎟

⎝

⎠

∑

P

2

2U,2h

2U,10min,k

k 1

K

K

/ P

=

⎛

⎞

= ⎜

⎟

⎝

⎠

∑

K

2u %, k

- wartości wyznaczone w

N kolejnych oknach pomiarowych
M – liczba uśrednionych wartości 3 s
P – liczba uśrednionych wartości 10 min 

Ocena jako

Ocena jako

ś

ś

ci

ci

Ocenie podlega zwykle wartość

10 min

lub 

2 h

– w przypadku 

długookresowej uciążliwości migotania światła P

lt

Sposoby oceny

ƒ

Określenie liczby lub procent wartości, które przekraczają wartości 
dopuszczalne,

ƒ

Porównanie maksymalnych pomierzonych wartości z 
dopuszczalnymi

ƒ

Porównanie statystycznych parametrów mierzonych wielkości z 
limitami – percentyle 0,95 lub 0,99

Zgodnie z obowiązującymi w Polsce przepisami  stosuje się sposób 
trzeci, tzn. 

95%

otrzymanych w czasie pomiarów 

wyników

powinno 

spełniać określone standardy jakościowe.

Standardy jako

Standardy jako

ś

ś

ciowe

ciowe

1,0

0,8

1,0

Wskaźnik 
długookresowego 
migotania światła P

lt

8,0 %

3,0 %

8,0 %

Współczynnik THD

h = 3:  5,0 %, 5:  6,0 %

7:  5,0 %, 11: 3,5 %
13: 3,0 %

h =3:  2,0 %,  5:  2,0 %

7:  2,0 %,  11: 1,5 %
13: 1,5 %

h = 3:  5,0 %,  5:  6,0%

7:  5,0 %,  11: 3,5 %
13: 3,0 %

Wartości 
harmonicznych
rzędu h

2,0 %

1,0  %

2 %

Współczynnik 
asymetrii

–

5%

4%

Szybkie zmiany 
napięcia

±10 % U

n

(-10 / +5) % U

n

± 10 % U

n

Odchylenie napięcia

Sieć nn

Sieć SN

Sieć

110 kV 

i 220 kV

Sieć 400 kV

Sieć nn

Sieć SN

Prawo energetyczne

PN-EN 50160

Parametr

Standardy jako

Standardy jako

ś

ś

ciowe dla sieci odbiorczych

ciowe dla sieci odbiorczych

ƒ

Częstotliwość sieciowa:

50 Hz +/- 1%

(49,5 Hz – 50,5 Hz) przez 99,5% tygodnia

50 Hz +/- 4%

(48 Hz – 52 Hz) przez 100% tygodnia

W każdym tygodniu, 95% ze zbioru 10 min wartości wskaźników nie 

powinno przekraczać:

ƒ

Odchylenie napięcia: 

+/- 10%  

ƒ

Współczynnik THD: 

8%

ƒ

Współczynnik asymetrii: 

2%

ƒ

Harmoniczne: 

7. - 5% 11. - 3,5% 13. - 3%

17. – 2%

3. – 5%

9. – 1,5%   15. – 0,5%

ƒ

Wskaźnik P

lt

nie powinien być większy od 

1

przez 95% tygodnia

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

MOCE CZYNNE TRÓJFAZOW E

-50,0

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

P [MW]

Ps
Po
Pk

Moc czynna pobierana przez piec łukowy.

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

MOCE BIERNE TRÓJFAZOW E

-50,0

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

Q [MVAr]

Qs
Qo
 -Qk

Moc bierna pobierana przez piec łukowy.

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

NAPIĘCIA SIECI

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

U [kV]

UAB
UBC
UCA

Napięcie na szynach rozdzielni zasilającej piec łukowy.

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

PRĄDY ODBIORU

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

I [kA]

iAo
iBo
iCo

Prądy pobierane przez piec łukowy.

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

NAPIĘCIA MIĘDZYPRZEW ODOW E

85,0

90,0

95,0

100,0

105,0

110,0

115,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

U [%]

U_AB
U_BC
U_CA

Uśrednione w przedziałach pomiarowych wartości napięć. 

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

W SPÓŁCZYNNIK ASYMETRII NAPIĘCIA

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

k2U [%]

U-/U+

Uśrednione w przedziałach pomiarowych wartości współczynnika asymetrii.

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

W SKAŹNIKI MIGOTANIA IEC

0,0

500,0

1000,0

1500,0

2000,0

2500,0

3000,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

Pf [-]

Pf_(uAB)
Pf_(uBC)
Pf_(uCA)

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

W SPÓŁCZYNNIKI ODKSZTAŁCENIA NAPIĘCIA

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

t [s]

THD [%]

THD_(uAB)
THD_(uBC)
THD_(uCA)

Uśrednione w przedziałach pomiarowych wartości współczynnika THD. 

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

W Y K R E S   U P O R Z Ą D K O W A N Y   Z M I A N   N A P I Ę C I A   U

A B

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

t   [ % ]

Δ

U [%]

P I E C
S V C - 1
S V C - 2
S T A T C O M - 1 2
S T A T C O M - 2 4

Wykresy uporządkowane uśrednionych wartości napięcia zasilającego, w 

przypadku pieca bez kompensacji oraz z kompensacją zmian mocy pobieranej 

za pomocą układów SVC i STATCOM. 

Przyk

Przyk

ł

ł

ad pomiar

ad pomiar

ó

ó

w jako

w jako

ś

ś

ciowych

ciowych

W Y K R E S   U P O R Z Ą D K O W A N Y   W S P Ó Ł C Z Y N N I K A   A S Y M E T R I I   K

2 U

0 , 0

2 , 0

4 , 0

6 , 0

8 , 0

1 0 , 0

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

t   [ % ]

K

2U

P I E C
S V C - 1
S V C - 2
S T A T C O M - 1 2
S T A T C O M - 2 4

Wykresy uporządkowane uśrednionych wartości współczynnika asymetrii,

w przypadku pieca bez kompensacji oraz z kompensacją zmian mocy 

pobieranej za pomocą układów SVC i STATCOM. 

Niezawodno

Niezawodno

ść

ść

zasilania

zasilania

Poziom niezawodności zasilania dostosowuje się do charakteru 
odbiorców.

Odbiorcy komunalno-bytowi – możliwości 
rezerwowania ograniczone
Odbiorcy przemysłowi – rezerwowanie zależne od kategorii zasilania:

Kategoria I – 100% rezerwy
Kategoria II – o wielkości rezerwy decyduje rachunek

ekonomiczny

Kategoria III – nie wymaga rezerwy

Miarą niezawodności zasilania jest liczba i czas trwania przerw w 
zasilaniu. 

Przerwy w zasilaniu

Przerwy w zasilaniu

Rodzaje przerw w zasilaniu:

ƒ

Planowane – wynikające z programu prac eksploatacyjnych

ƒ

Nieplanowane – spowodowane wystąpieniem awarii w sieci 

elektroenergetycznej

Przedsiębiorstwo energetyczne zobowiązane jest do powiadomienia 

odbiorców o terminach i czasie planowanych przerw w zasilaniu 

( z co najmniej pięciodniowym wyprzedzeniem).

W zależności od czasu trwania, przerwy dzieli się na:

ƒ

Krótkie: do 3 min 

ƒ

Długie: >= 3 min, <12 godz

ƒ

Bardzo długie: >= 12 godz, < 24 godz

ƒ

Katastrofalne: > 24 godz.

Przerwy w zasilaniu

Przerwy w zasilaniu

Roczna liczba krótkich przerw w zasilaniu – kilkadziesiąt do kilkuset. 

Czas trwania ok. 70% przerw może być krótszy niż 1 s. Wartości 
czasu trwania i częstości nieplanowanych przerw długich zależą od 
konfiguracji i struktury sieci oraz od zdarzeń losowych i są trudne do 
określenia.  

Dla sieci odbiorczych dopuszczalny czas trwania jednorazowej przerwy 

nie może przekroczyć:

ƒ

16 godzin – w przypadku przerwy planowanej

ƒ

24 godziny  - w przypadku przerwy nieplanowanej

Łączny czas przerwy w ciągu roku nie może przekroczyć:

ƒ

35 godzin – przerwy planowane

ƒ

48 godzin – przerwy nieplanowane

35 / 35

Niezawodno

Niezawodno

ść

ść

zasilania

zasilania

Niezawodność zasilania można zwiększyć poprzez:

¾

stosowanie urządzeń rezerwowych:

rezerwa jawna i utajona

¾

zamykanie sieci

¾

stosowanie automatyk sieciowych

SPZ  - Samoczynne Ponowne Załączenie
SZR – Samoczynne Załączenie Rezerwy

¾

stosowanie doskonalszej aparatury