16

Rok LXXVIII 2010 nr 11

Materiały konferencyjne JAKOŚĆ ENERGII 2010

Mgr inż. Paweł Kazimierczuk – PROCOM SYSTEM, Wrocław

System pomiarów jakości energii elektrycznej

współpracujący z urządzeniami EAZ

Paweł Kazimierczuk

Każdy system elektroenergetyczny zawiera dużo urządzeń

elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej. Zabez-

pieczenia oraz rejestratory, jak również liczniki energii elek-

trycznej mogą służyć jako źródło danych dla kompleksowego

systemu pomiarów jakości energii elektrycznej.

obecnie istnieje możliwość zakupu energii u dowolnego dostaw-

cy. Energia stała się towarem o określonych parametrach, za który

należy zapłacić określoną cenę. Parametry zjawisk związanych z ja-

kością energii i zasady ich pomiaru zostały znormalizowane i opisa-
ne w normach EN50160 i IEC-61000-x-xx.

jakość energii elektrycznej rozumiana jest jako zespół charakte-

rystyk napięcia zasilającego odbiorcę: zmiany częstotliwości sieci,

fluktuacje (zwłaszcza te, które powodują migotanie światła), nagłe

zmiany lub wyłączenia napięcia, asymetria napięć trójfazowych,

harmoniczne, nagłe zmiany lub wyłączenia napięcia, asymetria

napięć trójfazowych, harmoniczne, interharmoniczne i przepięcia

„szpilkowe”.

unormowane są również wyłączenia. Łączny czas wyłączeń

w ciągu roku nie powinien przekroczyć 48 godzin, a jednorazowa

przerwa nie może być dłuższa niż 24-godziny. w przypadku nie-

dotrzymania przez dostawcę parametrów, odbiorca otrzymuje od-

powiednią bonifikatę. Może również występować z roszczeniami

do dostawcy lub negocjować zmiany w umowie o dostawę energii
elektrycznej.

Podstawowe wymagania dla napięcia sieci

Nazewnictwo i parametry zjawisk określających jakość energii

definiuje norma PN-EN 50160 (2008), „Parametry napięcia zasila-

jącego w publicznych sieciach rozdzielczych”. Dodatkowo możemy

posługiwać się normą EMC EN 61000, która jest bardziej rygory-

styczna. Coraz częściej firmy chcą przestrzegać bardziej rygory-

stycznej normy, aby móc się przygotować na przyszłe zmiany. Na

rysunku 1 przedstawiono graficznie zmiany napięcia w sieci, nato-

miast porównanie wymagań norm przedstawiono w tabeli I.

szczegółowe wymagania normy 50160, dotyczące zawarto-

ści harmonicznych w napięciu podano w tabeli II. Norma PN-EN

50160 dla sieci niskiego napięcia jak i dla sieci średniego napięcia

określa wymaganie stanowiące, że w normalnych warunkach pracy,

w ciągu każdego tygodnia, 95% ze zbioru 10-minutowych średnich

wartości skutecznych, dla każdej harmonicznej napięcia, powinno

być mniejsze lub równe wartościom zamieszczonym w tabeli II.

Ponadto współczynnik THD napięcia zasilającego (uwzględniający

wszystkie harmoniczne, aż do rzędu 40.) powinien być mniejszy lub

równy 8%.

Zgodnie z tym obowiązującym aktem prawnym w Polsce jest roz-

porządzenie ministra gospodarki z 4 maja 2007 r. w sprawie szcze-

gółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetyczne-

go, które wprowadza obowiązek wyznaczania współczynnika THD

napięcia do 40. harmonicznej włącznie.

Należy zwrócić uwagę na tendencje zaostrzania kryteriów opi-

sujących jakość napięcia. Nowe wydanie normy PN-EN 50160

z 2008 r. znacznie zaostrzyło wymagania dotyczące częstotliwości
i zapadów.

System pomiarów jakości energii

współpracujący z urządzeniami EAZ

rozliczenia między dostawcą i odbiorcą stworzyły potrzebę insta-

lowania takich mierników jakości parametrów energii elektrycznej,

które umożliwiają jednoznaczną jej ocenę. w przypadku rozległego

systemu elektroenergetycznego, w którym występuje duża liczba
odbiorców energii elektrycznej, istnieje potrzeba zainstalowania

systemu nadrzędnego analizującego parametry jakości energii elek-
trycznej dostarczane z wielu mierników.

Mierniki parametrów jakości energii elektrycznej, klasy A, są

urządzeniami stosunkowo drogimi. Niewiele firm jest w stanie za-

instalować kilkadziesiąt takich mierników w krótkim czasie. w tej

sytuacji interesująca jest koncepcja wykorzystania urządzeń elektro-

energetycznej automatyki zabezpieczeniowej jako źródeł informacji

o parametrach jakościowych energii elektrycznej. obecnie w jednej

ze spółek dystrybucyjnych trwa realizacja takiego projektu dla 9 tys.

podłączonych urządzeń EAZ.

rys. 1. Graficzne przedstawienie zmian napięcia w sieci

Rok LXXVIII 2010 nr 11

17

Materiały konferencyjne JAKOŚĆ ENERGII 2010

TABELA I. Porównanie wymagań napięcia zasilającego według norm EN 50160 i IEC-61000-x-xx

Parametr

Parametry napięcia zasilającego

EN-PN 50160

Parametry niskiego napięcia wg normy EMC EN 61000

EN 61000-2-2

inne części

Częstotliwość sieciowa

nn, sN: średnia wartość częstotliwości podstawowej,

mierzona przez 10 s +1% (49,5-50,5 Hz) przez 99,5%

tygodnia -6%/+4% (47–52 Hz) przez 100% tygodnia

2%

–

Zmiany wartości napięcia

nn, sN: +10% przez 95% tygodnia, 10-minutowe,

średnie wartości skuteczne

–

+10% przez 15 minut

szybkie zmiany napięcia

nn: 5% w warunkach normalnych, 10% rzadko Plt <1

przez 95% tygodnia

sN: 4% w warunkach normalnych, 6% rzadko Plt <1

przez 95% tygodnia

3% w warunkach

normalnych, 8% rzadko

Plt < 0,8

3% w warunkach normalnych 4%
maksimum

P < Io

Plt < 0,65 (EN 61000-3-3) 3%
(IEC 61000-2-12)

Zapady napięcia zasilającego

większość: czas trwania <1 s, głębokość <60%

lokalnie: zapady spowodowane załączaniem

odbiorników: nn: 10-50%,

sN: 10–15%

sieci miejskie: 1–4/miesiąc do 30% przez 10 milisekund do 60%

przez 100 milisekund (EN 61000-6-1,

6-2) do 60% przez 1000 milisekund
(EN 61000-6-2)

Krótkie przerwy w zasilaniu

nn, sN: (do 3 minut) kilkadziesiąt – kilkaset/rok 70%

z nich o czasie trwania < 1 s

–

zmniejszenie o 95% przez 5 s
(EN 61000-6-1, 6-2)

Długie przerwy w zasilaniu

nn, sN: (dłuższe niż 3 minuty) <10-50/rok

–

–

Przepięcia dorywcze

o częstotliwości sieciowej

nn: <1,5 kV (wartość skuteczna) sN: 1,7 U

c

(sieć

z punktem neutralnym uziemionym bezpośrednio

lub przez impedancję), 2,0 U

c

(sieć z nieuziemionym

punktem neutralnym lub skompensowana)

–

–

Przepięcia przejściowe

nn: z reguły < 6 kV, sporadycznie większe;
czas narastania: milisekund-(xs.)

sN: nie zdefiniowane

–

+2 kV, faza-ziemia +1 kV, faza-faza

1,2/50(8/20), Tr/Th|is
(EN 61000-6-1, 6-2)

Niesymetria napięcia

zasilającego

nn, sN: do 2% przez 95% tygodnia, 10-minutowe,

średnie wartości skuteczne, do 3% na pewnych
obszarach

2%

2% (IEC 61000-2-12)

Harmoniczne napięcia

nn, SN: p. tab. II.

6% - 5; 5% -7; 3,5% -11;

3% - 13; THD <8%

5% - 3; 6% - 5; 5% - 7; 1,5% - 9;

3,5% - 11; 3% - 13; 0,3% - 15; 2% - 17;
(EN 61000-3-2)

Interharmoniczne napięcia

nn, SN: w trakcie opracowywania

0,2%

–

TABELA II. Wartości poszczególnych harmonicznych napięcia

w złączu sieci elektroenergetycznej odbiorcy dla rzędów do 25,

wyrażone w procentach U

n

Nieparzyste harmoniczne

Parzyste harmoniczne

nie będące krotnością 3

będące krotnością 3

rząd k

względna

wartość

napięcia [%]

rząd k

względna

wartość

napięcia [%]

rząd k

względna

wartość

napięcia [%]

5

6

3

5

2

2

7

5

9

1,5

4

1

11

3,5

15

0,5

6–24

0,5

13

3

21

0,5

17

2

19

1,5

23

1,5

25

1,5

schemat systemu pomiarów jakości energii elektrycznej współpracu-

jącego z urządzeniami EAZ pokazano na rysunku 2. system nadrzęd-

ny może współpracować z dowolnymi urządzeniami wystawiającymi

dane w postaci plików w formacie CoMTrADE i PQDIF. Mogą to

być liczniki energii elektrycznej, rejestratory zakłóceń, zabezpieczenia

cyfrowe oraz mierniki parametrów jakości energii elektrycznej.

Dane pobierane z urządzeń EAZ będą przekazywane poprzez dri-

very/koncentratory do modułu obliczeń parametrów jakości energii

elektrycznej. Na podstawie otrzymanych danych będzie dokonywa-

na analiza dla każdego urządzenia. Przetworzone zostaną tylko dane

spełniające warunki czasowe (dla analizy statystycznej) oraz normy

(PN-EN 50160). Na ich podstawie zostaną wyliczone dodatkowe

parametry, jeśli ilość parametrów wejściowych do ich wyliczenia

będzie dostateczna.

Parametry możliwe do wyznaczenia to:

− częstotliwość sieciowa,

− wartość napięcia zasilającego,

− zmiany napięcia zasilającego,

− szybkie zmiany napięcia,

− zapady napięcia zasilającego,

18

Rok LXXVIII 2010 nr 11

Materiały konferencyjne JAKOŚĆ ENERGII 2010

− krótkie przerwy w zasilaniu,

− długie przerwy w zasilaniu,

− przepięcia dorywcze o częstotliwości sieciowej między przewo-

dami pod napięciem a ziemią,

− przepięcia przejściowe między przewodami pod napięciem a ziemią,

− asymetria napięcia zasilającego,

− harmoniczna napięcia,

− interharmoniczna napięcia.

Ponadto z przebiegów zarejestrowanych przez rejestratory zakłó-

ceń (w formacie CoMTrADE), w przypadku wykrycia wzrostów

lub zapadów, będą wycinane fragmenty przebiegów obejmujące

wzrost lub zapad. Zarejestrowane zapady i wzrosty będą archiwi-

zowane w dwojaki sposób: jako wartości liczbowe oraz zarejestro-

wane, analogowe przebiegi zakłóceń. Następnie będą dostępne do
odczytu i raportowania.

system pomiarów jakości energii elektrycznej może współpra-

cować z systemami dyspozytorskimi sCADA. współpraca może

obejmować:



umiejscowienie punktów pomiarowych na schemacie sieci,



przypisanie punktom pomiarowym informacji o typie urządze-

nia, miejscu podłączenia i zainstalowania,



grupowanie urządzeń pomiarowych w rejony pomiarowe,



przypisywanie do punktu pomiarowego listy odbiorców.

oprogramowanie nadrzędne do wizualizacji, raportowania i prze-

twarzania wyników jest wykonane w technologii JAVA. Prezenta-

cja danych dla klienta i stacja operatorska zostały zrealizowane za

pomocą ogólnodostępnych przeglądarek internetowych, np. Internet

Explorer 8 (i kolejnych wersji). To rozwiązanie nie wymaga od ope-

rys. 2. schemat systemu pomiarów jakości energii elektrycznej współpracującego z urządzeniami EAZ

ratora instalowania specjalistycznego oprogramowania na swoich

komputerach i specjalistycznego szkolenia. obsługa jest w dużej
mierze intuicyjna.

system pomiarów jakości energii elektrycznej współpracuje rów-

nież z systemami BI (Business Intelligence). systemy BI pozwalają

przewidzieć trendy oraz nakreślić strategię firmy. wykorzystywane

są przez zarządy firm.

Podsumowanie

●

Nowe wydania norm zaostrzają kryteria opisujące jakość napię-

cia elektrycznego.

●

opisany system umożliwia przy małym nakładzie finansowym

otrzymanie bardzo dużej ilości informacji o parametrach jakościo-
wych energii elektrycznej w sieci elektroenergetycznej.

●

Przedstawione w artykule rozwiązanie umożliwia współpracę

z systemami dyspozytorskimi sCADA oraz systemami typu BI.

●

Aby system pomiarów jakości energii elektrycznej współpracujący

z urządzeniami EAZ spełniał swoje założenia, należy zadbać o pra-

widłowe nastawy tych urządzeń, wyzwalające rejestrację zakłóceń.

●

Należy pamiętać, że urządzenia EAZ nie są urządzeniami pomia-

rowymi klasy A.

LITERATURA

[1] rozporzadzenie ministra gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych

warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Dz.u. 2007 nr 93 poz. 623

[2] PN-EN 50160 (2008). Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach roz-

dzielczych

[3] DTr miernika jakości energii elektrycznej CErTAN PQ 100. Procom system,

wrocław 2009