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 ró\
nych punktach
sieci. Utrudnieniem jest tu zwykle niedostateczna informacja o urządzeniach zainstalowanych
u poszczególnych odbiorców oraz brak mo\
liwości ich chwilowego odłączenia w celu wykluczenia
potencjalnych z
ródeł zaburzeń. W przedstawionych rejestracjach pokazano problem generowania
zakłóceń nieznacznie poni\
ej dopuszczalnej wartości w kilku punktach obwodu niskiego napięcia,
co w efekcie mo\
e być przyczyną przekroczenia normy dla całego obwodu.
Wstęp
Wraz z rozwojem elektrotechniki wzrasta ró\
norodność oraz zło\
oność budowanych
i wykorzystywanych urządzeń. Coraz więcej urządzeń ma charakter nieliniowy, co bardzo często
mo\
e być przyczyną zakłóceń w sieci. Wzrasta te\
wra\
liwość urządzeń na jakość energii
elektrycznej, szczególnie tych elektronicznych i energoelektronicznych. Okazuje się, \
e dostarczenie
energii do odbiorcy to nie wszystko, musi być to energia o odpowiednich parametrach.
Niedotrzymanie ustalonych parametrów mo\
e 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, \
e częściej ni\
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 dłu\
sze), budowę (napowietrzne, w większości z przewodami gołymi) są zwykle wykonane
przewodami o przekroju 35-50 mm2, a moce transformatorów w stacjach SN/nn zwykle mają 63-100
kVA, nara\
one są na praktycznie wszystkie rodzaje zakłóceń.
Przerwy w zasilaniu wynikają najczęściej z przełączeń ruchowych, działania automatyki po stronie
średniego 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 obcią\
enia sieci i przyłączania nowych odbiorców.
Pomiar tych zakłóceń jest stosunkowo prosty a środkami zaradczymi są: podwy\
szenie 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 le\
y 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 ró\
nych punktach sieci. W celu pełnego
odwzorowania sytuacji konieczne byłoby opomiarowanie wszystkich przyłączy, co w praktyce jest nie
mo\
liwe bądz
ze względu na konieczność dysponowania du\
ą ilością przyrządów pomiarowych, bądz

brak dogodnego miejsca do ich zainstalowania lub te\
brak mo\
liwości odłączenia poszczególnych
odbiorników w celu wykluczenia potencjalnych z
ródeł zaburzeń. Utrudnieniem jest tu te\
zwykle
niedostateczna informacja o urządzeniach zainstalowanych u poszczególnych odbiorców. Po\
ądane
jest, aby rejestrację przeprowadzić kilkoma przyrządami w tym samym czasie w kilku punktach sieci,
co pozwoli na dokładniejsze przeanalizowanie i wyszukanie z
ródła zakłóceń. Wykonywanie
pomiarów jednym przyrządem jest czasochłonne i du\
o trudniej jest znalez
ć z
ródło zakłóceń.
Poni\
ej przedstawiono dwa przykłady przekroczenia wartości dopuszczalnej wskaz
nika migotania
światła. W pierwszym rejestracja parametrów jakościowych wykazała nieznaczne przekroczenie
wartości dopuszczalnej dla wskaz
nika 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 mo\
na stwierdzić, \
e na początku obwodu zakłócenia są na niewielkim
poziomie i nie przekraczają wartości dopuszczalnych. Przesuwając się w głąb obwodu zakłócenia
narastają a\
do końca obwodu. Na tej podstawie mo\
na powiedzieć, \
e z
ródło 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 Imax, Pst rys. 5 oraz Umin, Umax i Imax rys. 6 dla poszczególnych faz mo\
emy
odszukać z
ródła zakłóceń. Analiza pomiarów z poszczególnych punktów wykazała, \
e 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 wskaz
nika 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, \
e sieci promieniowe niskiego napięcia są
szczególnie podatne i nara\
one na zakłócenia. Na podstawie wielu przeprowadzonych rejestracji
mo\
na stwierdzić, \
e w sieciach tych wystarczy odbiornik o mocy kilku kilowatów, szczególnie
odbiornik o cię\
kim 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. y
ródłem 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 najwy\
szy 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 mo\
na 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 du\
ych
nakładów finansowych i wydaje się, \
e mniej kosztowne byłoby zastosowanie urządzeń
zmniejszających zakłócenia, szczególnie gdy zakłócenia wprowadza jeden odbiornik. W przypadku
gdy odbiorca instaluje urządzenia mogące generować zakłócenia powinien równie\
zastosować
urządzenia eliminujące zakłócenia takie jak: urządzenia łagodnego rozruchu, softstarty, filtry
wy\
szych 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 póz
niejszymi
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.).