Niezawodność zasilania
Niezawodność zasilania
i jakość energii elektrycznej
i jakość energii elektrycznej
Istota problemu
Istota problemu
Decentralizacja wytwarzania energii elektrycznej przy jednoczesnym
wzroście mocy zainstalowanej odbiorników powodujących pogorszenie
jakości energii elektrycznej
Wzrost liczby odbiorców wrażliwych ponoszących znaczne straty
techniczne i ekonomiczne z powodu złej jakości zasilania
Odpowiedzialność prawna dostawców i odbiorców energii elektrycznej
w zakresie utrzymania określonych parametrów jakościowych w
punkcie wspólnego przyłączenia (PWP).
Powyższe względy: techniczne, ekonomiczne i prawne, uzasadniają
konieczność utrzymania odpowiedniej jakości zasilania w sieciach
odbiorczych.
Jakość zasilania
Jakość zasilania
Jakość dostawy energii elektrycznej odbiorcom
Jakość energii,
czyli odpowiednie parametry napięcia zasilającego
Niezawodność dostawy tej energii,
Jakość
określona czasem trwania i liczbą przerw w zasilaniu
zasilania
Jakość relacji handlowych pomiędzy
dostawcami i odbiorcami
Jakość energii elektrycznej
Jakość energii elektrycznej
Jakość energii elektrycznej określona jest parametrami napięcia
zasilającego. Parametrami jakości są:
Częstotliwość
Wartość skuteczna napięcia
Kształt krzywej
Symetria napięć trójfazowych
Definicje parametrów oraz ich wartości dopuszczalne, tzw. standardy
jakościowe określone są w aktach prawnych i dokumentach
normalizacyjnych:
Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków
funkcjonowania systemu elektroenergetycznego z dnia 4.05.2007
(na podstawie ustawy  Prawo energetyczne )
PN-EN 50160  Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach
zasilających , 12.2002 (dla miejsca przyłączenia sieci odbiorcy do sieci
dostawcy PWP).
Wartość napięcia
Wartość napięcia
Napięcie w węzłach sieci zmienia się ze względu na zmieniające się
obciążenie i wynikające stąd zmiany spadków napięcia w sieciach
elektroenergetycznych.
Poziom napięcia
UL
UL%= 100%
Uc
Odchylenie napięcia
UL - Uc
UL%= 100%
Uc
Uc  napięcie deklarowane w PWP (zwykle napięcie znamionowe)
UL  wartość skuteczna napięcia pomierzona w PWP i uśredniona w
przedziale pomiarowym
Wahania napięcia
Wahania napięcia
Wahaniami nazywa się gwałtowne, powtarzające się zmiany wartości
skutecznej napięcia spowodowane przez szybkozmienne (niespokojne)
obciążenia, jak np. piece łukowe, spawarki, urządzenia walcownicze.
Wyróżnia się różne typy wahań napięcia:
Prostokątne i okresowe zmiany napięcia
o stałej amplitudzie (np. włączanie lub
wyłączanie obciążenia czynnego)
Wahania napięcia
Wahania napięcia
Ciąg nieregularnych zmian napięcia,
których dolna i górna amplituda mogą się
różnić.
Ciąg losowych lub ciągłych zmian
napięcia spowodowanych
cyklicznym lub losowo zmiennym
obciążeniem - piece łukowe.
Wahania napięcia
Wahania napięcia
Wahania napięcia powstające z różnych przyczyn w sieciach nn, SN
i WN przenoszą się do sieci niskiego napięcia powodując zjawisko
migotania światła (flicker). Jest to subiektywne odczucie zmian
strumienia świetlnego, którego luminancja zmienia się w czasie.
Pomiar zjawiska migotania jest pośrednim sposobem oceny wahań
napięcia.
Miarą uciążliwości migotania światła są wskaz
niki uciążliwości
krótkookresowej (Pst) i długookresowej (Plt).
Uciążliwość migotania światła, wywołana wahaniami napięcia zależy
zarówno od amplitudy wahań jak i od częstości ich występowania.
Wahania napięcia
Wahania napięcia
Badania dotyczące procesu percepcji wzrokowej wykazały, że oko
ludzkie ma charakter filtru pasmowego o paśmie w zakresie
(0,5  35) Hz, z maksymalną czułością na zmiany strumienia
świetlnego o częstotliwościach około 8-9 Hz. Skutki fizjologiczne
oddziaływania wahań napięcia zależą od amplitudy zmian strumienia
świetlnego (amplitudy zmian napięcia zasilającego z
ródło światła),
częstotliwości zmian oraz czasu występowania zaburzenia.
Badania doprowadziły do opracowania algorytmu, a następnie
konstrukcji miernika migotania (flickermeter).
Wahania napięcia
Wahania napięcia
W mierniku migotania odtworzono proces fizjologiczny postrzegania, w
tym charakterystyki oka i reakcji mózgu ludzkiego. Jako sygnał
wejściowy przyjęto zmiany napięcia zasilającego z
ródło światła. Sygnał
wyjściowy jest miarą reakcji człowieka, a poddany obróbce statystycznej
określa znormalizowany wskaz
nik uciążliwości migotania światła Pst.
Długookresowa uciążliwość migotania światła
12
3
"P
st
i
3
i=1
Plt =
12
Pst  uśredniona w przedziale pomiarowym krótkookresowa uciążliwość
migotania
Kształt krzywej napięcia
Kształt krzywej napięcia
Przyczyną zniekształceń napięcia są odbiorniki nieliniowe. Pobierane
przez nie prądy zawierają wyższe harmoniczne, które powodują
pojawianie się spadków napięcia od wyższych harmonicznych w sieciach
elektroenergetycznych i zniekształcenie napięć w węzłach.
U(h)
Względna wartość h-tej
Uh%= 100%
Uc
harmonicznej
40
2
Współczynnik odkształcenia
"U
(h)
h=2
THD%= 100%
U(1)
U(h)  uśredniona w przedziale pomiarowym
wartość skuteczna h-tej harmonicznej
Asymetria napięcia
Asymetria napięcia
Układ symetryczny
Asymetrią napięcia w układach
U A UAB
wielofazowych nazywa się stan, w którym
wartości napięć fazowych lub/i kąty
między kolejnymi fazami nie są sobie
równe.
UC A
W układach 3-fazowych jest to stan, gdy
UB
wartości skuteczne trzech napięć nie są
UB C
UC
jednakowe lub/i kąty przesunięć między
nimi różnią się od 120�
U1A = U1A
U1B = a2U1A
2
3
3 1
a = ej Ą = - + j
2 2
U1C = aU1A
4 2
3
3 3 1
a2 = ej Ą = e- j Ą = - - j
2 2
Przyczyny asymetrii
Przyczyny asymetrii
Praca niesymetrycznych obciążeń:
Niskiego napięcia 1-fazowych
Średniego napięcia
1-fazowych, np. trakcja elektryczna, piece indukcyjne
3-fazowych, np. piece łukowe
Asymetria prądów obciążenia
Niesymetryczne straty napięcia
Asymetria napięcia w węzłach
Elementy układu
przesyłowego
Różne wartości parametrów
fazowych
Niesymetryczne straty napięcia
Asymetria napięcia w węzłach
Analiza asymetrii
Analiza asymetrii
W układach symetrycznych przy symetrycznym obciążeniu strata
napięcia w danej fazie zależy tylko od prądu tej fazy. Równania
opisujące element trójfazowy są od siebie niezależne, schemat
trójfazowy można zastąpić schematem jednofazowym.
Przy prądach niesymetrycznych równania są wzajemnie zależne, do
analizy stosuje się przekształcenie 0,1,2  przekształcenie do układu
składowych symetrycznych.
Główna idea metody polega na zastąpieniu dowolnego
niesymetrycznego układu wektorów kombinacją liniową trzech 3-
fazowych układów symetrycznych o kolejności zgodnej, przeciwnej
i zerowej.
Składowe symetryczne
Składowe symetryczne
Układ zgodny Układ przeciwny Układ zerowy
W1A = W1A
W2A = W2A
W0A = W0B = W0C
W1B = a2 W1A
W2B = aW2A
W1C = aW1A
W2C = a2 W2A
Wektory fazowe są kombinacją liniową odpowiednich składowych
symetrycznych
UA = U1 + U2 + U0 = U1A + U2A + U0A
UB = a2U1 + aU2 + U0 = U1B + U2B + U0B
UC = aU1 + a2U2 + U0 = U1C + U2C + U0C
Składowe symetryczne
Składowe symetryczne
U0A
UA
U2A
U1A
U1A
U2A U0A U0B U0C
U2B
UB
=
++
U0B
U1C U1C
U2C
UC
U1B
U1B
U0C U2B
U2C
Miary asymetrii
Miary asymetrii
Miarą asymetrii jest współczynnik asymetrii (unbalance factor)
U2(1) U0(1)
K2U = �"100% K0U = �"100%
U1(1) U1(1)
U2  uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna składowej
przeciwnej napięcia
U0  uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna składowej
zerowej napięcia
1
U0 = UA + UB + UC Definicje odnoszą się do pierwszej
()
3
1
U1 = UA + aUB + a2UC harmonicznej.
()
3
1
U2 = UA + a2UB + a UC
()
3
Ocena jakości
Ocena jakości
Pomiar parametrów jakościowych powinien trwać w sposób ciągły
przez okres co najmniej jednego tygodnia. Każdy parametr, mierzony w
kolejnych oknach pomiarowych, uśrednia się w charakterystycznych
przedziałach czasowych: 3s, 10 min, 2 h.
Przykładowo, dla współczynnika asymetrii:
N
�#
2
K2U,�"3s =
"K ś# / N
2U%,k
ś#ź#
�# k=1 #
K2u %, k - wartości wyznaczone w
M N kolejnych oknach pomiarowych
�#ś#
2
K2U,�"10min = / M
"K
2U,3s,k
ś#ź# M  liczba uśrednionych wartości 3 s
�# k=1 #
P  liczba uśrednionych wartości 10 min
P
�#ś#
2
K2U,2h = / P
"K
2U,10min,k
ś#ź#
�# k=1 #
Ocena jakości
Ocena jakości
Ocenie podlega zwykle wartość 10 min lub 2 h  w przypadku
długookresowej uciążliwości migotania światła Plt
Sposoby oceny
Określenie liczby lub procent wartości, które przekraczają wartości
dopuszczalne,
Porównanie maksymalnych pomierzonych wartości z
dopuszczalnymi
Porównanie statystycznych parametrów mierzonych wielkości z
limitami  percentyle 0,95 lub 0,99
Zgodnie z obowiązującymi w Polsce przepisami stosuje się sposób
trzeci, tzn. 95% otrzymanych w czasie pomiarów wyników powinno
spełniać określone standardy jakościowe.
Standardy jakościowe
Standardy jakościowe
PN-EN 50160 Prawo energetyczne
Parametr
Sieć
Sieć SN Sieć nn Sieć 400 kV 110 kV Sieć SN Sieć nn
i 220 kV
Odchylenie napięcia ą 10 % Un (-10 / +5) % Un ą10 % Un
Szybkie zmiany
4% 5% 
napięcia
Współczynnik
2 % 1,0 % 2,0 %
asymetrii
Wartości h = 3: 5,0 %, 5: 6,0% h =3: 2,0 %, 5: 2,0 % h = 3: 5,0 %, 5: 6,0 %
harmonicznych 7: 5,0 %, 11: 3,5 % 7: 2,0 %, 11: 1,5 % 7: 5,0 %, 11: 3,5 %
rzędu h 13: 3,0 % 13: 1,5 % 13: 3,0 %
Współczynnik THD 8,0 % 3,0 % 8,0 %
Wskaz
nik
długookresowego 1,0 0,8 1,0
migotania światła Plt
Standardy jakościowe dla sieci odbiorczych
Standardy jakościowe dla sieci odbiorczych
Częstotliwość sieciowa:
50 Hz +/- 1% (49,5 Hz  50,5 Hz) przez 99,5% tygodnia
50 Hz +/- 4% (48 Hz  52 Hz) przez 100% tygodnia
W każdym tygodniu, 95% ze zbioru 10 min wartości wskaz
ników nie
powinno przekraczać:
Odchylenie napięcia: +/- 10%
Współczynnik THD: 8%
Współczynnik asymetrii: 2%
Harmoniczne:
7. - 5% 11. - 3,5% 13. - 3% 17.  2%
3.  5% 9.  1,5% 15.  0,5%
Wskaz
nik Plt nie powinien być większy od 1 przez 95% tygodnia
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
MOCE CZYNNE TRÓJFAZOWE
200,0
150,0
100,0
Ps
Po
Pk
50,0
0,0
t [s]
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
-50,0
Moc czynna pobierana przez piec łukowy.
P [MW]
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
MOCE BIERNE TRÓJFAZOWE
200,0
150,0
100,0
Qs
Qo
-Qk
50,0
0,0
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 t [s]
-50,0
Moc bierna pobierana przez piec łukowy.
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
NAPI
CIA SIECI
40,0
30,0
UAB
20,0 UBC
UCA
10,0
0,0
t [s]
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
Napięcie na szynach rozdzielni zasilającej piec łukowy.
Q [MVAr]
U [kV]
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
PR
DY ODBIORU
5,0
4,0
3,0
iAo
iBo
iCo
2,0
1,0
0,0
t [s]
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
Prądy pobierane przez piec łukowy.
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
NAPI
CIA MI
DZYPRZEWODOWE
115,0
110,0
105,0
U_AB
100,0 U_BC
U_CA
95,0
90,0
85,0
t [s]
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
Uśrednione w przedziałach pomiarowych wartości napięć.
I [kA]
U [%]
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
WSPÓA
CZYNNIK ASYMETRII NAPI
CIA
10,0
8,0
6,0
U-/U+
4,0
2,0
0,0
t [s]
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
Uśrednione w przedziałach pomiarowych wartości współczynnika asymetrii.
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
WSKAy
NIKI MIGOTANIA IEC
3000,0
2500,0
2000,0
Pf_(uAB)
1500,0 Pf_(uBC)
Pf_(uCA)
1000,0
500,0
0,0
t [s]
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
k2U [%]
Pf [-]
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
WSPÓA
CZYNNIKI ODKSZTAA
CENIA NAPI
CIA
20,0
15,0
THD_(uAB)
10,0 THD_(uBC)
THD_(uCA)
5,0
0,0
t [s]
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
Uśrednione w przedziałach pomiarowych wartości współczynnika THD.
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
W Y K R E S U P O R Z 
D K O W A N Y Z MI A N N A P I 
C I A UAB
1 6
1 4
1 2
1 0
P I E C
S V C- 1
8 S V C- 2
S T AT COM- 1 2
S T AT COM- 2 4
6
4
2
0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0
t [ % ]
Wykresy uporządkowane uśrednionych wartości napięcia zasilającego, w
przypadku pieca bez kompensacji oraz z kompensacją zmian mocy pobieranej
za pomocą układów SVC i STATCOM.
THD [%]
"
U [%]
Przykład pomiarów jakościowych
Przykład pomiarów jakościowych
W Y K R E S U P OR Z 
D K OW A N Y W S P ÓA
C Z Y N N I K A A S Y ME T R I I K2U
1 0 , 0
8 , 0
P I E C
6 , 0
S V C - 1
S V C - 2
S T A T C OM- 1 2
4 , 0
S T A T C OM- 2 4
2 , 0
0 , 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0
t [% ]
Wykresy uporządkowane uśrednionych wartości współczynnika asymetrii,
w przypadku pieca bez kompensacji oraz z kompensacją zmian mocy
pobieranej za pomocą układów SVC i STATCOM.
Niezawodność zasilania
Niezawodność zasilania
Poziom niezawodności zasilania dostosowuje się do charakteru
odbiorców.
Odbiorcy komunalno-bytowi  możliwości
rezerwowania ograniczone
Odbiorcy przemysłowi  rezerwowanie zależne od kategorii zasilania:
Kategoria I  100% rezerwy
Kategoria II  o wielkości rezerwy decyduje rachunek
ekonomiczny
Kategoria III  nie wymaga rezerwy
Miarą niezawodności zasilania jest liczba i czas trwania przerw w
zasilaniu.
2U
K
Przerwy w zasilaniu
Przerwy w zasilaniu
Rodzaje przerw w zasilaniu:
Planowane  wynikające z programu prac eksploatacyjnych
Nieplanowane  spowodowane wystąpieniem awarii w sieci
elektroenergetycznej
Przedsiębiorstwo energetyczne zobowiązane jest do powiadomienia
odbiorców o terminach i czasie planowanych przerw w zasilaniu
( z co najmniej pięciodniowym wyprzedzeniem).
W zależności od czasu trwania, przerwy dzieli się na:
Krótkie: do 3 min
Długie: >= 3 min, <12 godz
Bardzo długie: >= 12 godz, < 24 godz
Katastrofalne: > 24 godz.
Przerwy w zasilaniu
Przerwy w zasilaniu
Roczna liczba krótkich przerw w zasilaniu  kilkadziesiąt do kilkuset.
Czas trwania ok. 70% przerw może być krótszy niż 1 s. Wartości
czasu trwania i częstości nieplanowanych przerw długich zależą od
konfiguracji i struktury sieci oraz od zdarzeń losowych i są trudne do
określenia.
Dla sieci odbiorczych dopuszczalny czas trwania jednorazowej przerwy
nie może przekroczyć:
16 godzin  w przypadku przerwy planowanej
24 godziny - w przypadku przerwy nieplanowanej
A
ączny czas przerwy w ciągu roku nie może przekroczyć:
35 godzin  przerwy planowane
48 godzin  przerwy nieplanowane
Niezawodność zasilania
Niezawodność zasilania
Niezawodność zasilania można zwiększyć poprzez:
stosowanie urządzeń rezerwowych:
rezerwa jawna i utajona
zamykanie sieci
stosowanie automatyk sieciowych
SPZ - Samoczynne Ponowne Załączenie
SZR  Samoczynne Załączenie Rezerwy
stosowanie doskonalszej aparatury
35 / 35