H

uta Szkła we Francji traci
€ 600 000 i 3 dni produkcji z

powodu awarii dwóch transforma-
torów. Pożar w banku, spowodowa-
ny przegrzaniem przewodu neutral-
nego, skutkuje stratami w wysoko-
ści powyżej miliona euro. Nie są to
odosobnione przypadki. Ostatnie
publikacje [2, 4] szacują światowe
straty spowodowane złą jakością
energii na 500 miliardów euro rocz-
nie, co jest równe połowie obrotów
światowej energetyki. Dla wielu ko-
mercyjnych użytkowników koszty
złej jakości energii przewyższają
opłaty za energię elektryczną. I
koszty te stale rosną na skutek
przerw, zapadów, zawartości harmo-
nicznych i innych zakłóceń. Niektó-
re z nich, np. harmoniczne prądów
i napięć, są stosunkowo nowe, na-
tomiast inne, takie jak przerwy i za-
pady, są znane od lat, ale ich wpływ
na koszty zwiększa się dramatycz-
nie. Pojedyncze zakłócenie w fabry-
ce półprzewodników może spowo-
dować straty rzędu 3,8 miliona
euro. Każda minuta przerwy w za-
silaniu telekomunikacji kosztuje
€ 30 000 [8]. Skutkami są utracona
produkcja, uszkodzenia urządzeń,
bezczynność personelu, utrata da-
nych i w konsekwencji: odroczenie
dochodów, negatywny wpływ na
płynność fi nansową, utrata zaufa-
nia klientów, a nawet zmniejszenie
udziału w rynku. Czasem efekty nie
są aż tak oczywiste – zakłócenia har-
moniczne, powodujące dodatkowe,
ukryte straty w systemie i przyspie-
szają starzenie się urządzeń na sku-
tek spowodowanego przez nie do-
datkowego nagrzewania.

W artykule autor stara się odpo-

wiedzieć na niektóre pytania:

ƒ

czy zła jakoś energii jest naprawdę

problemem?

ƒ

na ile poważnym?

ƒ

jakie jest ryzyko narażenia?

ƒ

w jakim kierunku należy podej-

mować zapobiegawcze decyzje in-
westycyjne?

zła jakość energii

Idealne źródło zasilania jest za-

wsze dostępne i ma przebieg ideal-
nie sinusoidalny, pozbawiony za-
burzeń, a jego napięcie i częstotli-
wość zawsze mieszczą się w grani-
cach tolerancji [1]. Oczywiście to
stwierdzenie trzeba odnieść do
czułości odbiorników na różne ro-
dzaje zaburzeń. Koszty jakości ener-
gii są określone:

ƒ

jakością dostarczanego napięcia,

ƒ

rodzajem odbiorników w obiek-

cie,

ƒ

czułością tych odbiorników na za-

kłócenia.

Koszt kilowatogodziny, nie do-

starczonej z powodu przerwy w za-
silaniu, znacznie przewyższa cenę
kilowatogodziny dostarczonej zgod-
nie z potrzebami. Należy wypełnić
lukę między liczbą dziewiątek nie-
zawodności zasilania, zwykle 3-4,
a sześcioma wymaganymi przez
obecne społeczeństwo informacyj-
ne. Cztery dziewiątki oznaczają zasi-
lanie dostępne przez 99,99% czasu,
co odpowiada 52 minutom przerw
w zasilaniu rocznie, podczas gdy 6
dziewiątek pozwala jedynie na 30
sekund przerw rocznie.

Jednak dziewiątki niezawod-

ności nie przedstawiają całej praw-
dy. Jednorazowy 52-minutowy za-
nik zasilania powoduje znacznie
mniej strat niż 52 nieplanowane
zaniki jednominutowe. Czasem
przerwy trwające poniżej minuty
nie są nawet uwzględniane w sta-
tystykach. Według [3] przeciętny

odbiorca doświadcza 16 przerw w
zasilaniu rocznie. Przerwy stanowią
około 6% zakłóceń w jakości energii,
ale są odpowiedzialne za znacznie
większą część kosztów powodowa-
nych złą jakością energii.

Zakłócenia napięcia zdarzają

się często zarówno od strony sieci,
jak i odbiorcy. Monitorowanie staje
się coraz bardziej niezbędne i rów-
nocześnie coraz bardziej dostępne.
Badanie przeprowadzone na grupie
ponad 100 odbiorców pokazało, że
odczuwali oni zakłócenia średnio
289 razy w ciągu roku, czyli czę-
ściej niż raz w ciągu dnia robocze-
go, przy czym u niektórych odbior-
ców w ogóle nie zanotowano zakłó-
ceń, podczas gdy u innych ich liczba
przekroczyła 14 000 rocznie [3].

Kryterium decydującym o lo-

kalizacji zakładów powinna być
jakość dostaw energii. Między re-
gionami występują znaczne różni-
ce w dostępności i w jakości ener-

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 4

i n s t a l a c j e e l e k t r o e n e r g e t y c z n e

54

ukryte koszty

złej jakości energii

Hans De Keulenaer – European Copper Institute (tłum. Przemysław Berowski)

Rys. 1 Częstość występowania typowych problemów związanych ze złą jakością energii elektrycznej

gii. Zła jakość energii, przez inwe-
stycje w jej poprawę lub dostosowa-
nie do niej, dramatycznie zwiększa
koszty prowadzenia działalności go-
spodarczej. W regionach wiejskich,
zaopatrywanych za pośrednictwem
długich linii napowietrznych, zwy-
kle istnieje minimalna możliwość
poprawienia jakości energii od stro-

ny zasilania.

Harmoniczne istnieją od daw-

na, ale dziś stają się wszechobecne
z powodu upowszechnienia urzą-
dzeń energoelektronicznych w za-
silaczach komputerów, w lampach
energooszczędnych i układach na-
pędowych z regulacją prędkości.
Zawartość harmonicznych w sie-
ci rozdzielczej powoduje dodatko-
we koszty:

ƒ

przedwczesne awarie urządzeń,

np. służących do poprawy współ-
czynnika mocy, spowodowane
nieoczekiwanymi zjawiskami re-
zonansowymi lub uszkodzenia
transformatorów;

ƒ

dodatkowe straty związane z na-

grzewaniem transformatorów, ka-
bli i silników;

ƒ

zmniejszenie dopuszczalnego

obciążenia, czego skutkiem jest
zwiększenie kosztów urządzeń.

Wymagane jest scharaktery-

zowanie skali problemów związa-
nych z harmonicznymi w budynku
i oszacowanie jej wpływu na urzą-
dzenia elektryczne. Poza kilkoma
podstawowymi pracami, wpływ
harmonicznych na koszty nie zo-
stał jak dotąd należycie zrozumia-
ny, ale ostatnie raporty Eurelectric

szacują straty na kilkaset miliardów
euro rocznie w skali świata.

jakość energii

jako współczesny problem

Instalowane urządzenia są co-

raz czulsze na zakłócenia, które czę-
sto same wytwarzają. Jakość źró-
deł zasilania nie wzrośnie, ponie-

waż tak naprawdę
podnoszenie jako-
ści energii byłoby
nieuzasadnione
ekonomicznie za-
równo pod wzglę-
dem zasilania, jak
i wymagań okre-
ślonych przez
społeczeństwo
informacyjne. Na
szczęście spore

pole manewru w kwestii rozwiąza-
nia tego problemu istnieje po stro-
nie odbiorcy.

Informacje o zakłóceniach wy-

twarzanych przez urządzenia elek-
troniczne oraz o odporności tych
urządzeń na zakłócenia, powinny
znajdować się w ich dokumenta-
cji, a i same urządzenia powinny
być poddane analizie rynku. Dla
przykładu, niskiej jakości zasila-
cze impulsowe (SMPS) w kompu-

terach osobistych mogą wymagać
inwestycji w instalację elektrycz-
ną: fi ltry, zwiększenie przekro-
ju przewodu neutralnego czy sie-
ci dedykowane. Koszty inwestycji
łagodzącej muszą być porównane z
kosztami wymiany wszystkich za-
silaczy impulsowych na jednostki
wyższej jakości.

występujące problemy

European Copper Institute

przeprowadził w 2001 roku wśród
zarządzających zakładami i budyn-
kami w 1400 miejscach, w 8 kra-
jach badanie dotyczące problemów
z jakością energii [5]. Jak się oka-
zało, każdy z problemów przedsta-
wionych na rysunku 1, wystąpił u
5 – 25% respondentów. Faktycznie
dane te mogą być zaniżone z po-
wodu braku świadomości wystą-
pienia problemu lub niemożności
rozpoznania go jako skutku złej ja-
kości energii.

Takie problemy występują we

wszystkich gałęziach gospodarki
i powodują ciągłe niedogodności.
Według [6] problemy ze złą jako-
ścią energii w Hiszpanii zdarzają się
przynajmniej w 2/3 zakładów pracy
raz w miesiącu i raz w tygodniu w
1/3 tych zakładów pracy.

możliwe rozwiązania

Rozwiązania można stoso-

wać na 4 poziomach (na rysun-
ku 2 z [7]):

1.

Poprawiając parametry urządzeń:

najdroższe rozwiązanie przy sto-
sowaniu w całym zakładzie, ale
opłacalne w szczególnych przy-
padkach.

2.

Zabezpieczając podzespoły urzą-

dzeń. Takie rozproszone rozwią-
zanie może być zastosowane za-
równo do sterowania, jak i do
układów UPS czy filtrów. Jest to
kompromis między koszta-

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 4

55

i n s t a l a c j e e l e k t r o e n e r g e t y c z n e

Rys. 3 Najpopularniejsze rozwiązania stosowane u użytkowników (na podstawie wyżej omówionych badań) [5]

Rys. 2 Poziomy zabezpieczeń przy łagodzeniu złej jakości energii

56

mi, doborem i elastycznością.

3.

Stosując globalne działania zabez-

pieczające i łagodzące w skali za-
kładu.

4.

Działając po stronie sieci zasilają-

cej.

Pozostaje jednak pytanie: „Kto

zapłaci za łagodzenie skutków złej
jakości energii?” Zasada „winny po-
nosi koszty” może być trudna do za-
stosowania, ze względu na możliwe
zaangażowanie wielu podmiotów.
Nawet jeśli zakłócenie pochodzi z
sieci, to kosztami jego złagodzenia
wciąż można obciążyć użytkowni-
ka. Współczesne poglądy ewoluują
w kierunku określenia podstawo-
wego poziomu jakości energii do-
starczanej opisanego w normie EN
50610. Poziom ten jest uwzględnio-
ny w taryfach energii elektrycznej,
ale nie jest wystarczający dla wielu
procesów. Doskonała jakość energii
może być osiągnięta zarówno dzię-
ki rozwiązaniom u użytkowników,
jak i dzięki porozumieniu z dostaw-
cą. Jednak wydaje się, że kontrak-
ty na dostawę energii wysokiej ja-
kości znalazły zastosowanie tylko
w wąskim zakresie. Rozwiązania
po stronie użytkowników są pod-
stawowym środkiem łagodzącym
[9]. Rysunek 3 pokazuje przegląd
najpopularniejszych rozwiązań po-
prawy jakości energii.

ocena kosztu inwestycji

w poprawę jakości energii

Metodologia łagodzenia spo-

radycznych wydarzeń (przerw i
zapadów), omówiona w [7], sta-
je się podstawą dobrej praktyki w
zakresie:

ƒ

charakteryzowania jakości energii

przez określenie zdarzeń, miejsc i
częstości ich wystąpień;

ƒ

grupowania zdarzeń według ty-

pów;

ƒ

szacowania kosztów każdego typu

zakłócenia;

ƒ

obliczania rocznego kosztu złej

jakości energii jako podstawy do
dalszych analiz.

Następnie metoda szacowania

wpływu różnych środków łagodzą-
cych przez określenie odporności
na każdy rodzaj zakłóceń czy przez
zmniejszenie kosztów w przypad-
ku ich wystąpienia. Otrzymuje się
koszt złej jakości energii, przy zasto-
sowaniu każdego ze środków łago-
dzących. Dodając roczne koszty złej
jakości energii do kosztów inwesty-
cji, uzyskujemy wykres jak na ry-
sunku 4, co pozwala podejmować
decyzje, uwzględniając różne dodat-
kowe korzyści wynikające z dobrej
jakości energii:

ƒ

zwiększona ciągłość funkcjonowa-

nia;

ƒ

zmniejszenie ryzyka: straty spo-

wodowane zanikami są parame-
trem statystycznym, przy czym
jego wartość maksymalna jest
znacznie powyżej średniej;

ƒ

lepsze samopoczucie personelu

spowodowane pracą w środowi-
sku bezawaryjnym.

wnioski

Koszty złej jakości energii są

wysokie i wciąż rosną:

ƒ

Zła jakość energii jest problemem

dla wielu sektorów gospodarki.

ƒ

Znaczna część przedsiębiorstw po-

nosi straty związane z obniżeniem
jakości energii (ponad 50%).

ƒ

Problemy zdarzają się przynajm-

niej raz w miesiącu, a często raz w
tygodniu.

Obecnie dostępne są zaawan-

sowane rozwiązania monitorują-
ce, a przecież właśnie od monito-
ringu rozpoczyna się poznawanie
kosztów złej jakości energii. Możli-
we jest powiązanie jakości energii
z kosztami i podjęcie decyzji doty-
czącej rodzajów środków zapobie-
gawczych.

Dobra jakość energii zmniej-

sza ryzyko, obniża koszty prowa-
dzenia działalności gospodarczej,
a w związku z tym poprawia bilans
przedsiębiorstw. Zgodnie z bada-
niami przeprowadzonymi w Hisz-
panii [6] i obejmującymi 100 za-
kładów, zwrot kosztów poniesio-
nych na działania łagodzące, na-
stępuje w czasie od 7 miesięcy do
5 lat, ale zwykle okres ten nie prze-
kracza 2 lat.

literatura

1.

David Chapman, Introduction to

Power Quality’, April 2002, Po-
wer Quality Application Guide 1-
1, www.lpqi.org.

2.

Task force 38.06.01, Methods to

consider customer interruption
costs in power system analy-
sis, Aug 2001, CIGRE report 119,
www.cigre.org.

3.

Douglas S Dorr, Point of Utiliza-

tion Power Quality Study Results,
1994, IEEE IAS meeting.

4.

Eurelectric, Power Quality in Eu-

ropean Electricity Supply Ne-
tworks - 1st edition, Feb 2002, re-
port 2002-2700-0005, www.eure-
lectric.org.

5.

Hans De Keulenaer, Power Qu-

ality Self-Assessment Guide, Nov
2002, Power Quality Application
Guide 1-2, www.lpqi.org.

6.

Jonathan Manson, Business Mo-

del for investing in PQ solutions,
In print, Power Quality Applica-
tion Guide 2-2, www.lpqi.org.

7.

Mark McGranaghan, Economic

Evaluation of Power Quality, Feb
2002, IEEE Power Engineering Re-
view.

8.

David Chapman, The Cost of Poor

Power Quality, April 2002, Power
Quality Application Guide 2-1,
www.lpqi.org.

9.

LEONARDO Power Quality Initia-

tive, Literature Survey, Feb 2002,
Summary report available from
[e-mail]., Not publi-
shed.

w w w . e l e k t r o . i n f o . p l

n r 3 / 2 0 0 4

i n s t a l a c j e e l e k t r o e n e r g e t y c z n e

56

Rys. 4 Roczne koszty złej jakości energii oraz koszty środków łagodzących na przykładzie fabryki tworzyw sztucznych

55