Szczegółowa analiza parametrów sieci

Posted by mgr inż. Maciej Dolata in Efektywność energetyczna on maj 5th, 2014 | 0 comments

Sieć elektroenergetyczną w trakcie obciążenia można opisać poprzez bardzo wiele parametrów. Nie jest to tylko wartość skuteczna napięć, prądów oraz mocy. Parametrów jest znacznie więcej, a kształt i wartość każdego z nich jest wynikiem najróżniejszych zjawisk w sieci elektrycznej. Poza tym, nieprawidłowe wartości tych parametrów mogą mieć negatywny wpływ na pracę urządzeń a także na bezpieczeństwo. Szczegółowa analiza parametrów sieci elektroenergetycznej, jest także podstawą poszukiwania oszczędności na rachunku za energię elektryczną w zakładach przemysłowych. Na jej podstawie można znaleźć wiele sposobów znacznej oszczędności energii, których nie widać na pierwszy rzut oka.

Do wykonania szczegółowej analizy parametrów sieci niezbędny jest analizator. Analizator może być różnej klasy, co przekłada się na dokładność pomiaru. Analizatory najwyższej klasy są wykorzystywane głównie jako podstawy sporów z Zakładem Energetycznym. W praktyce, do analizy na potrzeby audytów elektrycznych, czy opisanych powyżej celów najlepszym i w pełni wystarczającym jest analizator klasy 2. Podłącza się go do źródła zasilania sieci, którą chcemy analizować. Podłączenie następuje poprzez przekładniki prądowe i napięciowe do trzech faz oraz do zacisku neutralnego. Analizator zostawia się podłączony na pewien okres czasu (zaleca się minimum tydzień) uzależniony od charakteru pracy zakładu. W tym czasie następuje rejestracja parametrów sieci na zainstalowanej w analizatorze karcie pamięci. Rejestrowane są takie parametry jak:

• Napięcie: wartości chwilowe, maksymalne, minimalne, skuteczne

• Prąd: wartości chwilowe, maksymalne, minimalne, skuteczne

• Moc: czynna, bierna, pozorna, – wartości chwilowe, maksymalne, minimalne, skuteczne

• Częstotliwość: wartości chwilowe, maksymalne, minimalne

• Zawartość wyższych harmonicznych w prądach

• Zawartość wyższych harmonicznych w napięciach

• Współczynnik szczytu

• Współczynnik mocy

• Energia czynna, bierna, pozorna

W wyniku analizy otrzymuje się przebiegi tych parametrów w czasie trwania analizy i na ich podstawie inżynierowie mogą stwierdzić przyczyny nieprawidłowości pracy urządzeń oraz poszukiwać sposobów oszczędności i poprawy bezpieczeństwa zakładu.

Napięcie

Na podstawie analizy można odczytać jak zmieniają się wartości napięć w zależności od pory dnia (napięcie po stronie zasilania), ale także w zależności od tego co dzieje się w danej chwili w zakładzie pracy. Można sprawdzić, jak praca urządzeń elektrycznych wpływa na poziom napięć w sieci. Zbyt niskie wartości napięć oraz ich asymetria mogą mieć bardzo negatywny wpływ na pracę silników elektrycznych – przyspieszają ich zużycie, zwiększają drgania, zmniejszają wydajność. W skrajnych przypadkach (duże spadki napięć) niektóre urządzenia elektryczne mogą się wyłączać (lampy, elektronika).

Przykładowy wydruk z aplikacji analizatora

Prąd

Analiza daje nam pełen obraz obciążenia sieci w trakcie pracy zakładu. W wyniku analizy można zobaczyć np. chwilowe przeciążenia, asymetrię obciążenia. Na podstawie porównania przebiegu prądów z innymi parametrami można wnioskować również przyczyny niektórych przeciążeń i innych wzrostów prądu.

Moc czynna, bierna, pozorna

Przebiegi mocy obrazują nam przede wszystkim stan kompensacji mocy biernej w zakładzie. Brak odpowiedniej kompensacji mocy biernej może być przyczyną przeciążenia kabli zasilających oraz rozdzielni z zabezpieczeniami. Na podstawie tych przebiegów można także szukać przyczyn przekroczenia mocy zamówionej przez zakład. Zdarza się że na rachunkach za energię pojawiają się kary za przekroczenie mocy zamówionej, a suma mocy urządzeń zainstalowanych w zakładzie na to nie wskazuje. Dodatkowo porównanie tych przebiegów z innymi parametrami sieci, daje pełny obraz przyczyn przekroczenia mocy.

Częstotliwość

Nieprawidłowa wartość częstotliwości przede wszystkim wpływa na degradację silników elektrycznych, ale też na nieprawidłową pracę innych urządzeń: lampy, transformatory.

Wyższe harmoniczne (THD)

Zawartość wyższych harmonicznych jest miarą odkształcenia przebiegu od sinusoidy. Do ich powstawania przyczyniają się niektóre urządzenia elektroenergetyczne (falowniki, softstarty, lampy świetlówkowe ze statecznikami elektronicznymi itp). Wyższe harmoniczne mogą mieć bardzo negatywny wpływ na pracę zakładu. Przyczyniają się do dodatkowych strat w transformatorze, kablach zasilających, na zabezpieczeniach. Szczególnie niebezpieczna jest harmoniczna 3 wraz z jej wielokrotnościami ponieważ wywołuje przepływ prądu o znacznej wartości w przewodzie zerowym. Dzieje się tak ponieważ harmoniczne prądów sumują się algebraicznie w przewodzie zerowym (zamiast geometrycznie jak napięcia i prądy nieodkształcone). Zbyt wysokie THD ma negatywny wpływ na bezpieczeństwo, przyczynia się do przyspieszonej degradacji urządzeń, może być przyczyną pożaru.

Współczynnik szczytu

Współczynnik szczytu wskazuje stosunek wartości maksymalnej do wartości skutecznej sygnału okresowego i dla idealnej sinusoidy wynosi . Wyższe wartości wskazują na stopień odkształcenia od idealnej sinusoidy, czyli są związane z zawartością wyższych harmonicznych.

Współczynnik mocy cosφ

Jest to współczynnik kompensacji mocy biernej. Obrazuje jaką część mocy pozornej (tej za którą się płaci) stanowi moc czynna (użyteczna). Zbyt niski współczynnik mocy cosφ oznacza brak kompensacji mocy biernej, a zbyt wysoki oznacza przekompensowanie. Oba zjawiska są niekorzystne. Więcej o kompensacji mocy biernej znajduje się w innym moim wpisie – tutaj.

Szczegółowa analiza parametrów sieci elektrycznej może przyczynić się do rozwiązania niektórych problemów elektrycznych w zakładach, takich jak: przegrzewanie się przewodów, zabezpieczeń, przepalanie się bezpieczników, wyzwalanie zabezpieczeń, przekroczenia mocy zamówionej, porażenia prądem elektrycznym itp. Taką analizę powinno się zlecić doświadczonym i wykształconym inżynierom, ponieważ niezbędna jest dokładna znajomość wszystkich analizowanych parametrów. Najczęściej dokładny obraz daje porównanie ze sobą wszystkich parametrów, wraz z oględzinami zakładu i analizą jego charakteru pracy.