7.Jakość energii elektrycznej

Jakość energii elektrycznej określa częstotliwość oraz jakość napięcia.

7.1.Częstotliwość napięcia

Związana jest z bilansem mocy w sieci elektroenergetycznej - maleje przy niedoborze mocy wytwarzanej w stosunku do mocy urządzeń zapotrzebowanej. Zmiany częstotliwości wpływają na pracę urządzeń napędowych i odbiorników reaktancyjnych - stąd musi być stabilizowana na zadanym poziomie.

Do regulacji częstotliwości w systemie elektroenergetycznym wykorzystuje się:

1. turbogeneratory w wybranych elektrowniach, których moc, poprzez regulację prędkości obrotowej turbin automatycznie dopasowuje się do wzrostu mocy zapotrzebowanej - niwelując zmienność częstotliwości,

2. automatyczna samoczynna częstotliwość obciążenia (tzw. automatyka SCO), która w warunkach awaryjnych powoduje wyłączenie określonych odbiorców po obniżeniu się częstotliwości do wartości charakterystycznych dla danego stopnia zadziałania urządzenia SCO.

Dopuszczalne odchylenie częstotliwości w Polskiej sieci elektroenergetycznej wynosi -0,5Hz do 0,2Hz.

7.2.Jakość napięcia

Wielkości charakteryzujące jakość napięcia:

1. poziom napięcia,

2. wahania napięcia,

3. symetria napięć w układzie trójfazowym,

4. kształt krzywej po napięcia (tj. odkształcone krzywej napięcia od sinusoidy).

7.3.Poziom napięcia

Poziom napięcia w określonym punkcie sieci określa względne odchylenie napięcia (U) od wartości znamionowej (U_N) opisane wzorem

(7.1)

Zbyt wysokie napięcie spowodować może m.in. uszkodzenie izolacji (przebicie), zmniejszenie trwałości odbiorników rezystancyjnych (np. grzejników, żarówek). Zbyt niskie szkodliwie wpływa na pracę wszystkich odbiorników (głównie silników), a przede wszystkim powoduje wzrost strat obciążeniowych i spadek sprawności przesyłu - przy stałym poborze mocy.

Dopuszczalne poziomy napięć w sieciach:

1. w sieciach NN nie mogą przekraczać wartości podane w tablicy 7.1,

2. sieci 110kV - ±10% (max 123kV)

3. w sieciach SN - ±5%, - 10%,

4. w sieci n N max napięcie nie może przekroczyć max dopuszczalnych odbiorów (np. 230V), a mianowicie wartości wynoszą:

- 0,95U_N w stanie normalnym dla odbiorców miejskich,

- 0,90U_N w stanie normalnym dla odbiorców wiejskich oraz w stanie zakłóceniowym dla wszystkich odbiorców.

Najważniejsze czynniki wpływające na odchylenie napięcia u odbiorców

1. nadmierne spadki napięć w liniach SN i nN,

2. niesymetria obciążeń w liniach nN,

3. błędna regulacja napięć transformatora 110kV/SN i SN/nN.

Sposób usunięcia przyczyn odchylenia napięć - odpowiednia budowa i eksploatacyjne sieci (np. kompensacja nocy biernej, poprawny dobór przewodów).

7.4.Wahania napięcia

Wahania napięcia - szybkie zmiany wartości skutecznej napięcia, zachodzi z prędkością nie mniejszą niż 1% napięcia znamionowego na sekundę w odstępie nie dłuższych niż 10 minut.

Przyczyną wahań napięcia może być: praca tzw. odbiorców niespokojnych (np. piece łukowe, spawarki), rozruchy silników.

Sposoby ograniczania wahań napięcia:

1. rozdział obwodów zasilających odbiorniki niespokojne i oświetleniowe,

2. zmniejszenie spadków napięcia poprzez zmniejszenie impedancji (podłużne) w sieci, np. zwiększenie przekrojów przewodów skracanie obwodu,

3. włączenie w obwód odbiornika niespokojnego kondensatora szeregowego,

4. stosowanie nadążnych kompensatorów mocy biernej.

Dopuszczalne wahania (tzw. zapady) napięcia nie powinny przekraczać:

1. 2% w sieci 110kV, SN i nN przy pracy pieców łukowych,

2. przy pracy innych niespokojnych odbiorów:

- 1-2% przy częstotliwości od 30/min do 3/min,

- 2% przy częstotliwości od 3.min do 0,1/min w sieciach 110kV,

- 1-2% przy częstotliwości od 30/min do 0,8/min,

- 203% przy częstotliwości od 3/min do 0,8/min,

- 3-4% przy częstotliwości od 0,8/min do 0,1/min w sieciach SN i nN.

7.5.Niesymatria napięć fazowych

Przyczyna - różne obciążenia poszczególnych fazach, powoduje różne spadki napięcia w przewodzie linii.

Niesymetria spadków napięć, spowodowana asymetrią prądów fazowych pojawiają się w przewodzie neutralnym prądu wyrównawczego

(7.2)

niesymetria spadków napięć w linii określa współczynnik zmienności spadków napięć, wyrażona jako

(7.3)

gdzie

ΔU_A, ΔU_B, ΔU_C - spadki napięcia w poszczególnych fazach,

ΔU - średni spadek napięcia trzech faz (ΔU = 1/3(ΔU_A + ΔU_B +ΔU_C)).

Zmniejszenie lub wyeliminowanie niesymetria napięć można uzyskać poprzez:

1. równomierne obciążenie wszystkich faz układów trójfazową odbiornika jednofazowego,

2. odpowiedni dobór rodzaju i konfiguracji połączeń uzwojeń transformatorów SN/nN.

7.6.Odkształcenie krzywej napięcia

Odkształcenie krzywej napięcia od sinusoidy jest wynikiem wystąpienia w sieci wyższych harmonicznych prądu i napięcia, wskutek obecności w sieci urządzeń i elementów o nieliniowej charakterystyce (np. piece łukowe, prostowniki sterowane i niesterowalne, lampy wyładowane).

Wyższe harmoniczne prądu wywołają w impedancji sieci zasilającej straty napięcia zniekształcenia sinusoidalne zasilania.

Miarą odkształcenia krzywej napięcia jest współczynnik odkształcenia „D” określony ze wzoru

(7.4)

w którym

U_n% - procent zwartości napięcia n-tej harmonicznej w odniesieniu do harmonicznej podstawowej napięcia zasilającego wyznaczą z zależności

Skutki obecności wyższych harmonicznych - dodatkowych:

1. nagrzewanie maszyn wirujących,

2. nagrzewanie i straty dzielnika w kondensatorze,

3. straty w transformatorach oraz zakładach w pracy urządzeń elektrycznych.

Wymagania - zawartość U_n% poszczególnych harmonicznych, odniesione do harmonicznych podstawowych, nie może przekraczać w sieciach o napięciu znamionowym U_N wartości:

1. U_N > 110kV - 1%,

2. 110kV ≥ U_N > 30kV - 1,5%,

3. 30kV ≥ U_N > 1kV - 3%,

4. U_N ≤ 1kV - 3%.

3

---