Jakość dostawy energii elektrycznej
72
z przerwami w zasilaniu stanowią podstawowe zdarzenia w systemie.
Można je dodatkowo podzielić na typowe (związane z normalnym funk-
cjonowaniem systemu, np. łączenie transformatorów i kondensatorów,
przełączanie zaczepów itp.) oraz nietypowe, awaryjne związane np.
ze zwarciami.
W przeciwieństwie do zmian napięcia, które występują w sposób ciągły,
zdarzenia w napięciu mają charakter incydentalny. Są identyfikowane
poprzez stały monitoring oraz funkcję „wyzwalania” w urządzeniach
rejestrujących, uaktywnianą przekroczeniem przez mierzoną wielkość
zadanej wartości progowej [8-10]. Zdarzenia w napięciu reprezentują
„patologię” w funkcjonowaniu sieci zasilającej i mają duże znaczenie
dla sprzętu odbiorców końcowych. Mogą powodować przerwy w proce-
sie produkcyjnym, wykorzystującym energię elektryczną – nawet, jeżeli
dostawa energii nie zostanie wstrzymana. Traktowane są głównie w uję-
ciu statystycznym, jako że z natury są to zdarzenia losowe i raczej rzad-
kie. Skutki pojawiających się zaburzeń mogą być dwojakie:
• natychmiastowe – związane z samym faktem wystąpienia zjawiska,
a nie z czasem jego trwania, np. błędne działanie układów zabezpie-
czeń, urządzeń sterujących, telekomunikacyjnych;
• kumulujące się w czasie – np. przyspieszenie procesu starzenia izola-
cji maszyn elektrycznych i kabli, dodatkowe straty mocy w torach prądo-
wych, przeciążenie elementów sieci elektroenergetycznej itp.
Jako ilustrację pierwszej grupy skutków wybrano napęd elektryczny
prądu przemiennego zasilany z falownika napięcia. Regulowane
napędy są szczególnie czułe na zapady napięcia i krótkie przerwy
w zasilaniu, a ich często znaczące moce jednostkowe sprawiają, że
wszelkie sposoby redukcji skutków braku energii są problemem trud-
nym technicznie i najczęściej kosztownym. Dotyczy to nie tylko negatyw-
nych efektów oddziaływania na napędy, lecz także na całe elektromag-
netyczne i technologiczne środowisko, którego część stanowią. Skutek
jest natychmiastowy, nie tak, jak dla innych rodzajów zaburzeń np. har-
monicznych czy asymetrii.
Wyróżnia się trzy główne przyczyny, sprawiające, że napędy są czułe
na zapady napięcia. Pierwsza to zasilanie układu sterowania napędu.
Jeżeli zasilacze nie są w stanie zapewnić wystarczającego poziomu
napięcia, wówczas napęd musi być wyłączony ze względu na groźbę
utraty kontroli nad jego pracą.
Druga grupa problemów dotyczy możliwych nieprawidłowości w dzia-
łaniu lub nawet groźby wystąpienia stanu awaryjnego w części siłowej
układu w następstwie zaburzenia (np. przerzut falownikowy w napędzie
prądu stałego). Trzecią przyczyną jest fakt, że wiele procesów, ze wzglę-
dów technologicznych, nie toleruje utraty precyzyjnej kontroli prędko-
ści lub momentu nawet przez bardzo krótki czas. W przypadku niektó-
rych (układy wentylatorów, dmuchaw itp.) bez szczególnej szkody może
wystąpić nawet znaczące zmniejszenie prędkości i momentu silnika.
Inne takich zmian nie dopuszczają. Wiele procesów przemysłowych
wymaga precyzyjnej i dokładnej kontroli parametrów, tj. ciśnienia, tem-
peratury, przepływu itp. Ponieważ większość tych procesów jest napę-
dzana przez silniki elektryczne, ich moment i prędkość bezpośrednio
wpływają na zmienne procesu.
W przypadku regulowanych napędów prądu przemiennego (falowniki
napięciowe) ich ograniczona odporność na zaburzenia spowodowana
jest także wzrostem napięcia w obwodzie pośredniczącym np. na sku-
tek procesów łączeniowych kondensatorów i uaktywnieniem zabezpie-
czeń kontrolujących napięcie stałe w tym obwodzie. Groźba wyłączenia
napędu w następstwie procesu łączeniowego w napięciu zasilającym,
wzrostu prądu wejściowego napędu i napięcia kondensatora DC zależy
od wielu czynników, wśród których należy wymienić: wielkość baterii
kondensatorów w obwodzie prądu stałego przemiennika oraz poziom
nastawy zabezpieczenia napięciowego.
Drugą grupę skutków ilustrują stany awaryjne baterii kondensatorów
stosowanych do kompensacji mocy biernej, zdarzające się w środowisku
zarówno przemysłowym, jak i w handlu czy usługach, a więc wszędzie
tam, gdzie baterie kondensatorów są często stosowane, a odkształce-
nie napięcia w punkcie przyłączenia może prowadzić do ich prądowego
przeciążenia i w konsekwencji poważnych nieprawidłowości.
Znaczenie poszczególnych zaburzeń (mierzone skutkami ekonomicz-
nymi ich występowania) jest różne. Ich przykładowy ranking przedsta-
wia się następująco (według ESCOM):
• w środowisku przemysłowym – zapady napięcia, przerwy w zasilaniu,
wartość napięcia, przepięcia, asymetria, harmoniczne, wahania napię-
cia, zmiany częstotliwości;
• w środowisku komunalnym – wartość napięcia, wahania napięcia,
przerwy w zasilaniu, zapady napięcia, przepięcia, harmoniczne, asyme-
tria, zmiany częstotliwości.
x x x
Zasady poprawy jakości dostawy energii
elektrycznej
W środowisku elektromagnetycznym, w którym pracuje urządzenie/
instalacja, można wyróżnić trzy podstawowe elementy składowe istotne
z punktu widzenia jakości dostawy energii (ogólnie kompatybilności
elektromagnetycznej) – źródło zaburzenia (emiter), układ sprzęgający
oraz zakłócany odbiornik.
Chcąc zredukować skutki złej jakości dostawy energii, można podjąć
trzy typy działań (najlepiej jednocześnie):
• ograniczenie emisji źródła zaburzeń – wymuszane normami produk-
tów lub zasadami wydawania warunków technicznych przyłączenia
odbiorników/instalacji, a realizowane poprzez użycie np. przekształtni-
ków z korekcją współczynnika mocy, filtrów pasywnych lub aktywnych,
kompensatorów mocy biernej, wejściowych interfejsów nieliniowych
odbiorników czy właściwą technikę uziemień i ekranowania itp.;
• zredukowanie stopnia sprzężenia źródła zaburzeń z zakłócanym
odbiornikiem energii, np. poprzez przyłączenie emitera do punktów
systemu o dużych mocach zwarciowych, zasilenie odbiornika zaburza-
jącego lub czułego z wydzielonych dla niego linii zasilających, właściwy
wybór punktów podpięcia kondensatorów, stosowanie autotransforma-
torów lub transformatorów z samoczynną zmianą odczepów itp. Są to
również te działania techniczne, które poprawiają jakość systemu zasi-
lającego poprzez redukcję zaburzeń w nim powstających oraz podno-
szące jego odporność, np. większy udział linii kablowych w relacji do
napowietrznych, odpowiednia praktyka eliminacji zwarć, stosowanie
właściwych rozwiązań ochrony przepięciowej itp.;
• zwiększenie odporności odbiorników na zaburzenia, np. poprzez uży-
wanie odpowiednich współczynników bezpieczeństwa przy wymiarowa-
niu ich elementów składowych, wykorzystywanie filtrów wejściowych,
ekranowanie, stosowanie układów bezprzerwowego zasilania i indywi-
dualnych stabilizatorów napięcia, właściwy dobór urządzeń do danych
warunków zasilania, odpowiednią technikę uziemień itp.
Bardziej szczegółowe omówienie sposobów redukcji skutków złej jakości
energii jest możliwe w odniesieniu do konkretnych zaburzeń, wyróżnio-
nych odbiorników, określonych technologii oraz ściśle zdefiniowanych
warunków zasilania. Końcowym efektem jest lista możliwych rozwiązań
