Celem pomiarów jest wykazywanie, że:

*podstawowym kierunkiem zwiększenia efektywności rozdziału energii elektrycznej jest minimalizowanie ujemnych oddziaływań odbiorców na wspólną sieć zasilającą.

*ujemne oddziaływanie odbiorów na jakość napięcia sieci dystrybucyjnych jest wynikiem generowania przez odbiory m.in. harmonicznych i zależy od poziomu mocy, zmienności obciążeń, konfiguracji sieci i sprzężeń elektromagnetycznych.

*występujące przekroczenia dopuszczalnych poziomów wprowadzanych zakłóceń do sieci dystrybucyjnej są względnie duże i mogą wpływać w sposób istotny na prawidłowe działanie urządzeń w określonym środowisku elektromagnetycznym

Jakość zasilania dotyczy

* jakość dostarczanej energii elektrycznej (Power Quality – PQ, JEE)

*niezawodność odwołującej się do ciągłości zasilania

*szybkiego przywracania usług energetycznych po awariach systemowych(Pracują niektóre części SE, black’out, resuscytacja SE)

Zbieranie danych z urządzeń technologicznych i pomiarów

Jakość zebranych danych zależy od tego, czy pomiar określanego parametru odzwierciedla jego rzeczywiste wartości.

Praktyka pokazuje, że uzyskany wynik może się znacząco różnić od stanu faktycznego.

Wiele zależy od chwili, w której jest wykonywany pomiar oraz gradientu zmian mierzonego parametru.

Odbieranie informacji w zależności od częstotliwości pobierania próbek.

Wiele procesów ulega wyraźnej zmianie pomiędzy kolejnymi parametrami.

Próbkowanie mierzonego parametru ze zbyt małą częstotliwością może nie reprezentować mierzonego procesu na tyle dokładnie, aby wystarczyło to do podejmowania właściwych decyzji.

Jeżeli wykres przebiegu procesu np. zmian obciążenia w sieci elektroenergetycznej, sporządzony na podstawie pomiarów co 1 minutę nie jest poprawną reprezentacją prawdziwego przebiegu zmian obciążenia, to wtedy jakość czujnika, jakość transmisji czy oprogramowania służącego do analiz nie ma żadnego znaczenia.

Dla uzyskania większej precyzji prawdopodobnie powinniśmy wykonywać pomiary (pobierać próbki) częściej, np. co 10 sekund lub ze zbliżona częstotliwością.

Na jakość gromadzenia i wstępnej obróbki danych wpływa pięć elementów. Są to:

• Czujniki i przetworniki

• Sygnały i ich stan

• Uwarunkowanie i ocena sygnałów

• Sprzęt przyjmujący i gromadzący dane

• Oprogramowanie użytkowe

Zmierzyć właściwy parametr

Aby właściwie przeprowadzić gromadzenie i wstępną obróbkę wyników pomiarów, powinno spełnić się trzy warunki:

• Mierzony parametr musi dobrze charakteryzować proces

• Sygnał powinien być zintegrowany

• Analiza musi być dokładna

Błędy

Większość błędów popełnianych przy zbieraniu danych wynika z :

• Cech urządzenia pomiarowego(pojemności elektrycznej i właściwości magnetycznych)

• Wpływu środowiska(głównie prądów błądzących, przepięć, krótkotrwałych spadków napięcia, interferencji elektromagnetycznej oraz zmian częstotliwości fal radiowych.)

W dynamicznym środowisku przemysłowym przewody sygnałowe zasilające ulegają wpływom wywoływanym przez urządzenia elektroniczne oraz elektryczne elementy wyposażenia zakładu.

Często ma charakter szumu, który może zniekształcić ważne sygnały pomiarowe i regulacyjne.

W takich przypadkach pomocnicze są technik kondycjonowania sygnałów.

Gdy szumy są zbyt słabe lub bezpośredni pomiar grozi niebezpieczeństwem, przez kondycjonowanie sygnałów można dokonać ich wzmocnienia lub zgładzenia, ale też pobudzenia czujników.

PROBLEMY z :

*kompensacją mocy biernej,

*wymiarowaniem kabli, transformatorów,

*rozruchami silników,

* zbędnym działaniem zabezpieczeń przy prądach poniżej nastawionych wartości,

*zawieszeniem systemów komputerowych

*zakłóceniami w pracy układów sterowania i transmisji,

*pracą sterowników pieców grzewczych, odpadaniem styczników, gaśnięciem palników, zatrzymywaniem taśm produkcyjnych

*odbiorem programów telewizji satelitarnej itp.,

PRZYCZYNY PRZERW W PROCESACH TECHNOLOGICZNYCH

(wielka Brytania) przedstawiają się następująco:

54%- przestoje nieplanowane, również mogły być wywołane harmonicznymi,

29%- zapady napięcia ( prawdopodobnie udział większy )

9%- harmoniczne

2%- przebiegi przejściowe

ZMIANY W URZĄDZENIACH ELEKTRONICZNYCH POWODUJĄ:

Zmniejszenie: *rozmiarów urządzenia, kosztów eksploatacji, mocy pobieranej przez urządzenia elektroniczne, odporności na zakłócenia

Zwiększenie: *czułości wejść pomiarowych, dokładność pomiarów niezawodności

Problemy z JEE w USA:

50-80%- dotyczy rozwiązań sieciowych, instalacji odbiorów i uziemień,

90%- blokad komputerów lub przekłamań wynika z niewłaściwych instalacji oraz przebiegów przejściowych.

Gdy udziały odbiorników nieliniowych w obciążeniach budynków > 25%- występują problemy JEE

Średnie koszty przestojów przy złej JEE

*dla 45% użytkowników: 2-26 tys. USD

*koszty niedostarczonej energii ok. 20 USD/kWh,

*utrata danych ok. 22%

*wykonywania dobrej instalacji, odpornej na zakłócenia, z wydzielonymi dedykowanymi obwodami, mogą dochodzić do 1% wartości budynków

Typowe Źródła Zakłócające:

Zasilacze: komputerów, kas fiskalnych, faksów, kserokopiarek, sterowników przemysłowych

Oświetlenie: biurowców, banków, ulic, TV

Regulatory mocy: naświetlarki

*Napędy tyrystorowe, falowniki, przemienniki, częstotliwości, stację prostownikowe, systemy wentylacyjne i klimatyzacje

*Piece łukowe, spawarki, regulatory mocy, silniki asynchroniczne średniej i dużej mocy, urządzenia rentgenowskie, piły elektryczne,

*Urządzenia ubijające, młoty elektryczne, pompy tłoczące, dźwigi i maszyny wyciągowe,

Istotnymi zakłóceniami sieciowymi są:

Odkształcenia i wahania napięcia (THD_dop<8%), (P_LTdop<1,0)

Uskoki(zapady) napięcia (1%<U<90%U_n , t_trwania~10-600ms-3s-1min)

Krótkotrwałe wzrosty napięcia (U>110%U_n, t_trwania~600ms-3s-1min)

Długotrwałe obniżenia i wzrosty napięcia (t_trwania>1min; typowe wartości

U_min=0,8-0,9 jw., U_max= 1,1-1,2 jw.)

Krótkie i długie przerwy w zasilaniu (U<1%Un, T_kr<3min, T_dł>3min)

Przepięcia impulsowe ( zbocza t_narastania ~5ns -0,1ms; t_trwania ~50 ns-1ms)

Przecięcia oscylacyjne (f_osc ~5 kHz-5MHz, t_trwania~5μs-50ms, amplitudy 0-4-8jw.)

Asymetria napięć (U_2%dop=(U2/U1))*100%<2%

Załamanie napięcia (szer.[⁰el.], głębokość [%U_max], typ. 5-15⁰el^*(30-70))

Rodzaje sprzężeń:

-elektrostatyczne : - przez pojemności:

a) Cp między uzwojeniami pierwotnymi i wtórnymi przekładników prądowych lub napięciowych

b) Cw między przewodami pierwotnymi i wtórnymi

-elektromagnetyczne: - przez indukcyjną wzajemną M między przewodami pierwotnymi i wtórnymi

-galwaniczne: - potencjał ziemi w nastawni (i*Ru1) różni się od potencjału ziemi w rozdzielni (ik*Ru)

Skutek:

-napięcia zakłócające a) asymetryczne Uz ( wspólne, doziemne)

b) różnicowe Ur (symetryczne)

- składowe oscylacyjne w napięciach prądach o f=20kHz – 4 MHz , t=ok. 1-5 ms.

Podstawowe definicje:

Kompatybilność elektromagnetyczna[EMC]:zdolność urządzenia lub systemów do zadowalającego działania w określonym środowisku elektromagnetycznym, równocześnie bez wprowadzania do tego środowiska niedopuszczalnych zaburzeń.

Poziom kompatybilności elektromagnetycznej: określony, przewidywany maksymalny poziom zaburzenia elektromagnetycznego, przekraczany z niewielkim prawdopodobieństwem, który może oddziaływać na urządzenie lub system pracujący w określonych warunkach.

Wrażliwość elektromagnetyczna: niezdolność do działania bez obniżenia jakości w obecności zaburzenia elektromagnetycznego.

Poziom odporności elektromagnetycznej: maksymalny poziom określonego zaburzenia elektromagnetycznego, oddziaływującego na urządzenie, zestaw urządzeń lub system, przy którym jest ono jeszcze zdolne do pracy z wymaganą jakością.

Wadliwe działanie: utrata zdolności sprzętu do spełniania zamierzonych funkcji lub wykonywanie niezamierzonych funkcji przez ten sprzęt.

Współczynnik szczytu: stosunek wartości maksymalnej do wartości skutecznej badanego przebiegu. Jakiekolwiek odchylenie od 1,414 reprezentuje przebieg odkształcony. Ta technika szacowania jest ograniczona, ponieważ nie rozważa się częstotliwości harmonicznych.

Ks=U_max/U_sk

Wspólny punkt połączenia z publiczną siecią zasilającą [PCC]: punkt w sieci zasilającej, do którego rozpatrywany system lub odbiorca ma być przyłączony i w którym ma być rozpatrywana kompatybilność elektromagnetyczna.

Subharmoniczne i interharmoniczne: składowe których częstotliwość jest mniejsza od składowej podstawowej lub nie są jej całkowitymi wielokrotnościami.

Współczynnik indywidualnej harmonicznej napięcia: stosunek wartości skutecznej harmonicznej napięcia rzędu k≥2 do wartości skutecznej harmonicznej podstawowej.

iTHDu=U_k/U₁

Całkowite odkształcenie napięcia: stosunek wartości skutecznej wyższych harmonicznych i interharmonicznych badanego przebiegu napięcia do wartości skutecznej harmonicznej podstawowej.

Przy małym udziale interharmonicznych, THD jest stosunkiem wartości skutecznej wyższych harmonicznych badanego przebiegu napięcia do wartości skutecznej harmonicznej podstawowej.

k- rząd harmonicznych

U_RMS, U₁, U₂- wartości skuteczne czalego przebiegu, harmonicznych podstawowych i rzęku k napięcia.

Asymetria napięć: stosunek składowych symetrycznych kolejności przeciwnej do zgodnej napięcia . W normalnych warunkach, ciągu tygodnia 95 % pomiarów nie powinno przekraczać U_2%=(U₂/U₁)*100%<2%

Wahania napięcia: seria zmian wartości skutecznej lub obwiedni przebiegu czasowego napięcia. Norma określa wartość graniczną P_lt, w cyklu tygodniowym, która nie powinna być przekroczona w czasie 95% okresu pomiarowego. Wymagany wskaźnik długookresowy migotania P_lt=1

P_lt- wskaźnik długookresowego migotania 2godz.

P_st-wskaźnik krótkookresowego migotania w ciągu 10 minut

PRZEKŁADNIKI W SIECIACH ELEKTROENERGETYCZNYCH

Przekładniki prądowe:

- W elektroenergetyce do celów pomiarowych i zabezpieczeniowych niezbędna jest znajomość wartości prądu w wielu miejscach układu elektroenergetycznego. W obwodach roboczych wartość tego prądu jest na tyle duża że niemożliwe jest wykonanie bezpośrednich pomiarów. Wykorzystuje się przekładniki prądowe, które transformują w stałym stosunku prąd pierwotny na prąd wtórny

-prąd wtórny jest proporcjonalny prądu pierwotnego, ale jego wartość jest na tyle mała, że można ją zmierzyć dostępnymi przyrządami pomiarowymi

- obwody pierwotny i wtórny są od siebie oddzielone galwanicznie co umożliwia bezpieczne i zdalne pomiary

-najstarszym rozwiązaniem i nadal bardzo powszechnie stosowanym jest przekładnik pradowy indukcyjny, który jest jednofazowym transformatorem małej mocy pracującym w stanie zbliżonym do stanu zwarcia.

Rodzaje:

W zależności od przeznaczenia i miejsca zainstalowania rozróżnia się następujące grupy przekładników:

-przekładniki prądowe pomiarowe zasilające mierniki i liczniki

- przekładniki prądowe zabezpieczeniowe zasilające przekaźniki i wyzwalacze

Budowa:

-podstawowym elementem przekładnika prądowego indukcyjnego jest rdzeń z materiału ferromagnetycznego

-na rdzeniu umieszczone są uzwojenia pierwotne i wtórne

- przekładniki wykonuje się jako wnętrzowe i napowietrzne. W rozdzielniach spotyka się przekładniki prądowe przepustowe

- w tego typach przekładników na szynę roboczą nałożony jest rdzeń z uzwojeniem pierwotnym

- ze względu na rodzaj izolacji izolatory można podzielić na suche i olejowe. Jako izolację suchą wykorzystuje się porcelanę, żywice syntetyczne, natomiast izolację olejową stanowi papier nasycony olejem transformatorowym.

Praca przekładnika przy otwartym obwodzie wtórnym:

-normalną pracą przekładnika prądowego jest stan zbliżony do stanu zwarcia

-jeżeli podczas normalnej pracy zostanie otwarty obwód wtórny, to prąd pierwotny staje się prądem jałowym powodując znaczne nasycenie magnetyczne rdzenia. Powstają wówczas duże straty mocy na prądy wirowe i histerezę. Rdzeń nadmiernie grzeje się, co może spowodować uszkodzenie izolacji

Zwiększony strumień magnesujący(na skutek braku strumienia rozmagnesowującego) wywołuje w uzwojeniu wtórnym dużą siłę elektromotoryczną(SEM)

- grozi to porażeniem obsługi oraz uszkodzeniem izolacji międzyuzwojeniowej i międzyzaciskowej uzwojenia wtórnego.

-Wynika z tego, że praca przekładnika przy otwartym uzwojeniu wtórnym jest niedopuszczalna.

Ważne

*uzwojenia wtórnego przekładników prądowych nie można przerywać ponieważ w takim przypadku w rdzeniu pojawi się bardzo duży strumień magnetyczny, który spowoduje zaindukowanie się w uzwojeniu wtórnym bardzo dużego napięcia.

*w czasie wykonywania przełączeń i manipulacji należy zawrzeć zaciski wyjściowe.

Przekładniki Prądowe

Rys. 2.1. Strumienie wzbudzające Rys. 2.1 Strumienie rozproszenia

W obwodzie magnetycznym przekładnika w przekładniku prądowym

Definicje zgodne z normą PN-EN 60044-1-przekladniki prądowe; PN-EN 60044-2-przekładniki napięciowe

1.Definicje ogólne

Przekładnik- przetwornik przeznaczony do zasilania przyrządów pomiarowych, mierników, przekaźników i innych podobnych aparatów.

Przekładnik prądowy- przekładnik, w którym prąd wtórny, w normalnych warunkach pracy, jest praktycznie pro-porcjonalny do prądu pierwotnego, a jego faza różni się od fazy prądu pierwotnego o kąt, który jest bliski zeru w przypadku odpowiedniego połączenia.

Uzwojenie pierwotne- uzwojenie, przez które płynie prąd transformowany.

Uzwojenie wtórne- uzwojenie, które zasila obwody prądowe przyrządów pomiarowych mierników, przekaźników lub podobnych aparatów

Obwód wtórny- obwód zewnętrzny zasilany przez uzwojenie wtórne przekładnika

Znamionowy prąd pierwotny-Wartość prądu pierwotnego, do którego odniesiona jest praca przekładnika

Znamionowy prąd wtórny- Wartość prądu wtórnego, do którego odniesiona jest praca przekładnika

Przekładnia rzeczywista- stosunek rzeczywistego prądu pierwotnego do rzeczywistego prądu wtórnego.

Klasa dokładności- oznaczenie związane dopuszczalnymi błędami przekaźnika prądowego w określonych warunkach pracy.

Obciążenie- impedancja obwodu wtórnego, wyrażona w omach, przy określonym współczynniku mocy. Obciążenie jest zwykle wyrażone jako moc pozorna w woltoamperach, pobierana przy określonym współczynniku mocy i przy znamionowym prądzie wtórnym.

Moc znamionowa- wartość mocy pozornej (w woltoamperach, pobierana przy określonym współczynniku mocy),którą przekładnik jest zdolny zasilać obwód wtórny przy znamionowym prądzie wtórnym i obciążeniu znamionowym.

Najwyższe dopuszczalne napięcie urządzenia- największa skuteczna wartość napięcia międzyprzewodowego, dla którego przekładnik jest przeznaczony ze względu na jego izolację

Znamionowy poziom izolacji- kombinacja wartości napięć, które charakteryzują izolację, przekładnika pod względem jego wytrzymałości dielektrycznej.

Przekładnik prądowy do pomiarów- przekładnik prądowy przeznaczony do zasilania przyrządów wskazujących, liczników i podobnych aparatów

Znamionowy prąd pierwotny bezpieczny przyrządu (ILP)- wartośc skuteczna minimalnego prądu pierwotnego, przy którym błąd całkowity przekładnika prądowego do pomiarów jest równy lub większy niż 10% przy obciążeniu znamionowym.

UWAGA : zaleca się, aby błąd całkowity był większy niż 10% aby aparaty zasilane przez przekładniki były zabezpieczone przed znacznymi prądami a przypadku zwarć w sieci

Współczynnik bezpieczeństwa przyrządu (FS)- stosunek znamionowego prądu pierwotnego bezpieczeństwa przy-rządu do znamionowego prądu pierwotnego.

UWAGA: w przypadku przepływu przez uzwojenie pierwotne przekładnika prądu zwarciowego sieci, bezpieczeństwo aparatu zasilanego przez ten przekładnik jest największe, gdy wartość współczynnika bezpieczeństwa przyrządu (FS) jest mała.

Wtórna graniczna siła elektromotoryczna- iloczyn współczynnika bezpieczeństwa przyrządu FS, znamionowego prądu wtórnego oraz sumy wektorowej obciążenia znamionowego i impedancji uzwojenia wtórnego.

Przekładnik prądowy do zabezpieczeń- przekładnik prądowy przeznaczony do zasilania przekaźników zabezpieczających.

Znormalizowanymi wartościami znamionowych prądów pierwotnych są:

10-12,5-15-20-25-30-40-50-60-75A_AC, i ich dziesiętne wielokrotności i części.( Wartości zalecane są podkreślone)

Znormalizowanymi wartościami znamionowych prądów wtórnych są:

1A,2A,5A, ale wartością zalecaną jest 5A. obecnie często stosowaną wartością jest 1A.

UWAGA w przekładnikach przeznaczonych do łączenia w trójkąt powyższe wartości podzielone przez √3są również wartościami znormalizowanymi.

Znormalizowanymi wartościami mocy znamionowych do 30 VA są:

2,5-5,0-10-15 i 30 VA

Dopuszczalne obciążenie strony wtórnej przekładnika musi być większe od mocy pobieranej z uzwojenia wtórnego. W przeciwnym wypadku nie będzie zachowana jego klasa dokładności.

Znormalizowanymi klasami dokładności przekładników prądowych do pomiarów są:

0,1-0,2-0,5-1-3-5

W przekładnikach prądowych do pomiarów klasa dokładności jest oznaczona przesz największy dopuszczalny procentowy błąd prądowy przy prądzie znamionowym, przypisanym tej klasie dokładności.

Przekładniki do pomiarów dla specjalnych zastosowań

0,2S;0,5S

Przekładniki do zabezpieczeń

5P, 10P

Błędy przekładni (prądowe, kątowe i całkowite w funkcji mierzonego prądu, nie powinny przekraczać wartości podanych w normie tablicach.