Jakość energii w sieciach promieniowych niskiego napięcia.

Autor: Grzegorz Kopacz - ENION S.A. Oddział Kraków

(„Energia Elektryczna” – nr 8/2009)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki rejestracji parametrów jakościowych energii elektrycznej
przeprowadzonych w sieciach promieniowych niskiego napięcia, głównie na terenach wiejskich
i podmiejskich. Pomiary zostały przeprowadzone w odpowiedzi na zgłoszenia odbiorców o złej
jakości energii elektrycznej. Najczęstsze zakłócenia to przerwy w zasilaniu i nie odpowiedni poziom
napięcia. Zdarzają się jednak coraz częściej zakłócenia innego rodzaju i znalezienie przyczyny tej
sytuacji jest często bardzo trudne i wymaga kilku lub nawet kilkunastu rejestracji w różnych punktach
sieci. Utrudnieniem jest tu zwykle niedostateczna informacja o urządzeniach zainstalowanych
u poszczególnych odbiorców oraz brak możliwości ich chwilowego odłączenia w celu wykluczenia
potencjalnych źródeł zaburzeń. W przedstawionych rejestracjach pokazano problem generowania
zakłóceń nieznacznie poniżej dopuszczalnej wartości w kilku punktach obwodu niskiego napięcia,
co w efekcie może być przyczyną przekroczenia normy dla całego obwodu.

Wstęp

Wraz

z

rozwojem

elektrotechniki

wzrasta

różnorodność

oraz

złożoność

budowanych

i wykorzystywanych urządzeń. Coraz więcej urządzeń ma charakter nieliniowy, co bardzo często
może być przyczyną zakłóceń w sieci. Wzrasta też wrażliwość urządzeń na jakość energii
elektrycznej, szczególnie tych elektronicznych i energoelektronicznych. Okazuje się, że dostarczenie
energii do odbiorcy to nie wszystko, musi być to energia o odpowiednich parametrach.
Niedotrzymanie ustalonych parametrów może powodować dyskomfort w korzystaniu z odbiorników
energii elektrycznej, prowadzić do ich nieprawidłowego działania, a w skrajnych przypadkach do
uszkodzenia. Zjawiska te oraz rosnąca świadomość odbiorców powodują, że częściej niż dotychczas
zgłaszane są uwagi o złej jakości energii. Co więcej, spełnienie wszystkich wymogów w zakresie
dotrzymania parametrów jakościowych nie zawsze jest jednoznaczne z poprawną pracą urządzeń.
W celu wymuszenia poprawy sytuacji wprowadzane są przepisy odnoszące się do parametrów
jakościowych, które obejmują coraz więcej wielkości, stając się bardziej szczegółowe i rygorystyczne.

Z sieci otwartych niskiego napięcia zasilani są w większości odbiorcy komunalni (domy
jednorodzinne), czasem niewielkie zakłady rzemieślnicze, sporadycznie odbiorcy o innym
charakterze. Sieci te ze względu na swoją specyfikę

-

otwarte, jednostronnie zasilane, ilość zasilanych

odbiorców z jednego obwodu (zwykle 20-30), długość obwodów (średnio 500 do 1000 m zdarzają się
jednak i dłuższe), budowę (napowietrzne, w większości z przewodami gołymi) są zwykle wykonane
przewodami o przekroju 35-50 mm

2

, a moce transformatorów w stacjach SN/nn zwykle mają 63-100

kVA, narażone są na praktycznie wszystkie rodzaje zakłóceń.

Przerwy w zasilaniu wynikają najczęściej z przełączeń ruchowych, działania automatyki po stronie
ś

redniego napięcia lub zwarciami spowodowanymi gałęziami opadającymi na linę oraz

wykonywaniem prac eksploatacyjnych. Poprawę sytuacji daje wymiana przewodów na izolowane,
wprowadzanie technologii prac pod napięciem, upraszczanie stacji SN/nn.

Spadki napięć wynikają ze zwiększającego się obciążenia sieci i przyłączania nowych odbiorców.
Pomiar tych zakłóceń jest stosunkowo prosty a środkami zaradczymi są: podwyższenie napięcia na
transformatorze, zwiększenie przekroju przewodów, wydzielenie dodatkowego obwodu, dobudowa

stacji transformatorowej lub regulatora napięcia. Przykładowy wykres poziomu napięcia
zarejestrowanego w sieci napowietrznej nn przedstawia rys. 1.

Rys. 1. Spadki napięć zarejestrowane w trzech fazach na końcu obwodu sieci napowietrznej
nn (tygodniowy okres rejestracji)

Wspomniane zjawiska wynikają ze specyfiki sieci i ich usuwanie leży po stronie właściciela sieci,
którym z reguły jest dostawca energii. Zdarzają się jednak coraz częściej przekroczenia wartości
dopuszczalnych zawartości harmonicznych, współczynnika migotania światła czy współczynnika
asymetrii, których poziom określono w [1] i [3]. Znalezienie przyczyny tej sytuacji jest często bardzo
trudne i wymaga kilku lub nawet kilkunastu rejestracji w różnych punktach sieci. W celu pełnego
odwzorowania sytuacji konieczne byłoby opomiarowanie wszystkich przyłączy, co w praktyce jest nie
możliwe bądź ze względu na konieczność dysponowania dużą ilością przyrządów pomiarowych, bądź
brak dogodnego miejsca do ich zainstalowania lub też brak możliwości odłączenia poszczególnych
odbiorników w celu wykluczenia potencjalnych źródeł zaburzeń. Utrudnieniem jest tu też zwykle
niedostateczna informacja o urządzeniach zainstalowanych u poszczególnych odbiorców. Pożądane
jest, aby rejestrację przeprowadzić kilkoma przyrządami w tym samym czasie w kilku punktach sieci,
co pozwoli na dokładniejsze przeanalizowanie i wyszukanie źródła zakłóceń. Wykonywanie
pomiarów jednym przyrządem jest czasochłonne i dużo trudniej jest znaleźć źródło zakłóceń.

Poniżej przedstawiono dwa przykłady przekroczenia wartości dopuszczalnej wskaźnika migotania
ś

wiatła. W pierwszym rejestracja parametrów jakościowych wykazała nieznaczne przekroczenie

wartości dopuszczalnej dla wskaźnika migotania światła na końcu obwodu (rys. 2 i Tabela 1).

Rys. 2. Podsumowanie graficzne pomiaru parametrów jakościowych na końcu obwodu nn.

Tabela 1. Zestawienie zarejestrowanych parametrów w odniesieniu do normy PN-EN50160

Pomiary przeprowadzone w innych punktach sieci dały wyniki pokazane na rysunkach 3 i 4. Na
podstawie tych rejestracji można stwierdzić, że na początku obwodu zakłócenia są na niewielkim
poziomie i nie przekraczają wartości dopuszczalnych. Przesuwając się w głąb obwodu zakłócenia
narastają aż do końca obwodu. Na tej podstawie można powiedzieć, że źródło zakłóceń znajduje się na
końcu obwodu.

Rys.3. Podsumowanie graficzne pomiaru parametrów jakościowych w środku obwodu.

Rys. 4. Podsumowanie graficzne pomiaru parametrów jakościowych na początku obwodu

Kolejne rejestracje na poszczególnych przyłączach pozwoliły na znalezienie miejsc zakłóceń.
Porównując wartości I

max

, P

st

rys. 5 oraz U

min

, U

max

i I

max

rys. 6 dla poszczególnych faz możemy

odszukać źródła zakłóceń. Analiza pomiarów z poszczególnych punktów wykazała, że w trzech z nich
generowane są zakłócenia przy czym suma tych zakłóceń daje przekroczenie wartości dopuszczalnej
(wartość dopuszczalna 1, zmierzona 1,5).

W drugim przypadku sytuacja jest odmienna, wartość dopuszczalna wskaźnika migotania światła jest
przekroczona znacznie (osiąga wartość 3,8, szczegółowe wyniki pokazuje Tabela 2) a zakłócenia
generowane są głównie przez jeden odbiornik. Podobnie jednak jak poprzednio zakłócenia nie
pochodzą z sieci lecz generowane są u odbiorcy rys. 5 i rys. 6.

Rys. 5. Podsumowanie graficzne pomiaru parametrów jakościowych na końcu obwodu nn
(przykład 2).

Podsumowanie

Analiza przeprowadzonych pomiarów pokazuje, że sieci promieniowe niskiego napięcia są
szczególnie podatne i narażone na zakłócenia. Na podstawie wielu przeprowadzonych rejestracji
można stwierdzić, że w sieciach tych wystarczy odbiornik o mocy kilku kilowatów, szczególnie
odbiornik o ciężkim rozruchu (silniki indukcyjne o rozruchu bezpośrednim, spawarki, bojlery) aby
wywołać odczuwalne zakłócenia. Wpływ jest tym większy im mniejszy jest przekrój sieci zasilającej,
większa jest długość obwodu, mniejsza moc transformatora. Źródłem zakłóceń są zwykle zakłady
rzemieślnicze, warsztaty, hydrofornie.

Tabela 2. Zestawienie zarejestrowanych parametrów w odniesieniu do normy PN-EN50160
(przykład 2)

Rys. 6. Podsumowanie graficzne pomiaru parametrów jakościowych w stacji (przykład 2).

Większość przypadków zarejestrowanych przekroczeń wartości dopuszczalnych parametrów takich
jak: zapady napięcia, migotanie światła, harmoniczne, wykazuje najwyższy poziom zakłóceń na
końcach obwodów, natomiast ich poziom w stacji SN/nn jest niewielki i nie przekracza wartości
dopuszczalnych, co wskazuje na generowane zakłóceń przez urządzenia odbiorcze.

Poprawę sytuacji można uzyskać (od strony dostawcy) poprzez modernizację sieci polegającą na
zwiększeniu przekroju przewodów, wydzieleniu obwodu dla odbiorów powodujących zakłócenia,
wymianie transformatora na transformator o większej mocy. Są to jednak zabiegi wymagające dużych
nakładów finansowych i wydaje się, że mniej kosztowne byłoby zastosowanie urządzeń
zmniejszających zakłócenia, szczególnie gdy zakłócenia wprowadza jeden odbiornik. W przypadku
gdy odbiorca instaluje urządzenia mogące generować zakłócenia powinien również zastosować
urządzenia eliminujące zakłócenia takie jak: urządzenia łagodnego rozruchu, softstarty, filtry
wyższych harmonicznych i inne.

LITERATURA

[1]

PN-EN 50160:2002: Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach
rozdzielczych.

[2]

Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. – Prawo Energetyczne (Dz. U. Z 2003 r. Nr 153,
poz. 1504 i Nr 203, poz. 1966 i z 2004 r. Nr 29, poz. 257, Nr 34, poz. 293, Nr 91, poz.
875, Nr 96, poz. 959 i Nr 173, poz. 1808)

[3]

Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 04.05.2007 w sprawie szczegółowych
warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, wraz z późniejszymi
zamianami.

[4]

Rozporządzenie Ministra Gospodarki, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 23 kwietnia
2004 r. w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń
w obrocie energią elektryczną (dz. U. Nr 105, poz. 1114.).