WSKAŹNIKI I OCENA JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

   Ocena jakości i wskaźniki zawartości harmonicznych.

Spośród kilku przyczyn odkształcenia napięcia, za główną i decydującą o wartości odkształcenia uznaje się właśnie przepływ przez sieć odkształconych prądów pobieranych przez różnego rodzaju odbiorniki nieliniowe. Odkształcone prądy odbiorników nieliniowych powodują odkształcone spadki napięcia na elementach sieci, a w efekcie wywołują odkształcenie napięć zasilających.

Zakłócenie to powstające najczęściej w sieciach przemysłowych i komunalno - bytowych niskiego napięcia przenosi się do sieci nadrzędnych, oddziaływując w konsekwencji na wielu innych odbiorców często nieeksploatujących odbiorników nieliniowych.

   THD

Mówiąc o harmonicznych w instalacjach zasilania, należy podkreślić, że harmoniczne prądu są największym problemem, ponieważ to one wywołują większość negatywnych skutków. O zawartości harmonicznych, czyli o odkształceniu przebiegu mówi nam współczynnik odkształcenia harmonicznego. THD (total harmonic distortion).

Określa się go dla prądu (z indeksem I) oraz dla napięcia z (indeksem U)

 

,

 

,

gdzie

U1 ,I1  jest harmoniczną podstawową.

,  wartości kolejnych harmonicznych począwszy od drugiej

  PN-EN 50160

Norma PN-EN 50160 określa zarówno dla sieci niskiego napięcia jak i dla sieci średniego napięcia wymaganie, iż w normalnych warunkach pracy, w ciągu każdego tygodnia, 95% ze zbioru 10-minutowych, średnich wartości skutecznych dla każdej harmonicznej napięcia powinno być mniejsze lub równe wartościom zamieszczonym w niżej podanej tablicy. Rezonanse mogą powodować wystąpienie większych wartości dla indywidualnej harmonicznej.

Ponadto, współczynnik THD napięcia zasilającego (uwzględniający wszystkie harmoniczne, aż do rzędu 40) powinien być mniejszy lub równy 8 %.[6]

 

nieparzyste harmoniczne

parzyste harmoniczne

nie będące krotnością 3

będące krotnością 3

 

rząd

h

Względna wartość napięcia

rząd

h

Względna wartość napięcia

rząd

h

Względna wartość napięcia

5

6%

3

5% *)

2

2%

7

5%

9

1,5%

4

1%

11

3,5%

15

0,5%

6...24

0,5%

13

3%

21

0,5%

 

 

17

2%

 

 

 

 

19

1,5%

 

 

 

 

23

1,5%

 

 

 

 

25

1,5%

 

 

 

 

*) W sieciach SN w zależności od układu i konstrukcji sieci wartość trzeciej harmonicznej może być znacząco mniejsza.

Uwaga: Nie podano wartości harmonicznych o rzędach większych niż 25, ponieważ są one zwykle małe i w dużym stopniu niemożliwe do przewidzenia ze względu na efekty rezonansowe.

 

Tabela. Wartości poszczególnych harmonicznych napięcia w złączu sieci elektroenergetycznej odbiorcy dla rzędów do 25,wyrażone w procentach Un .

 

 Rzeczywista wartość skuteczna (RMS) prawdziwy wskaźnik.

Producenci często ponoszą straty z powodu niepożądanego zadziałania wyłączników automatycznych. Może to być spowodowane prądami rozruchowymi powstającymi w momencie załączania niektórych urządzeń, albo niedoszacowaniem rzeczywistej wartości prądu płynącego w obwodzie. Wynika to z tego, że wiele urządzeń pomiarowych nie jest dostosowanych do pomiaru prądów zniekształconych. Zniekształcenie jest wywołane prądami harmonicznymi pochodzącymi z nieliniowych obciążeń. Rysunek 12 pokazuje przykład kształtu prądu pobieranego przez obciążenie nieliniowe. Oczywiście nie jest to sinusoida, więc wszystkie typowe urządzenia do jej pomiaru nie będą działały prawidłowo.

 

Wartość skuteczna prądu przemiennego to wartość odpowiadająca prądowi stałemu, który wytworzyłby taką samą ilość ciepła przy obciążeniu rezystancyjnym.

 

Dla nie odkształconej sinusoidy istnieje prosta zależność:

 

Rysunek 2.1 Wartość skuteczna i maksymalna sinusoidy.

 

Ponieważ prądy zniekształcone harmonicznymi mają wyższą wartość skuteczną od tej zmierzonej miernikiem do pomiarów średniej wartości skutecznej, wytwarzają  one wyższą temperaturę, co w rezultacie może prowadzić do zniszczenia izolacji, wcześniejszych awarii oraz niebezpieczeństwa pożaru.

Rysunek 2.2 Kształt prądu pobieranego przez obciążenie nieliniowe.

 

Elementy systemów zasilania takie jak bezpieczniki i nagrzewające się elementy wyłączników automatycznych są znamionowane zgodnie z wartością skuteczną prądu, ponieważ ich działanie jest związane z oddawaniem ciepła. Jest to podstawową przyczyną niepożądanego zadziałania wyłączników automatycznych. Tak samo jak w przerwach w zasilaniu, koszt awarii spowodowany niepożądanym zadziałaniem wyłączników może być wysoki i prowadzić np. do utraty danych w systemach komputerowych.

 

Wniosek jest taki, że tylko mierniki rzeczywistej wartości skutecznej zapewniają prawidłowe odczyty i dzięki nim wartości znamionowe kabli, szyn zbiorczych i wyłączników można określić właściwie. Aby upewnić się, że nasz miernik jest miernikiem rzeczywistej wartości skutecznej, należałoby go porównać z zwykłym miernikiem średniej wartości skutecznej. Pomiarów można dokonać na przewodzie zasilającym lampkę i komputer osobisty. Jeśli wskazania będą takie same mamy do czynienia z tymi samymi miernikami. Jeśli na obciążeniu nieliniowym wskazania będą powiedzmy 10 % większe będzie to miernik rzeczywistej wartości skutecznej.[2]

 

 

 

Powyżej pokazane zostały cęgowe mierniki rzeczywistej wartości skutecznej prądu stałego i przemiennego napięcie pracy 600 V, kat. IV instalacyjna. Łączy funkcje cęgów prądowych, analizatora mocy, oscyloskopu oraz rejestratora wyników w formie urządzenia przenośnego.

Duży, podświetlany ekran (przebiegi czasowe, wykresy, parametry).

Pomiary W, VA, VAR, kWh, współczynnik mocy dla sieci 1-fazowych i zrównoważonych systemów 3-fazowych. Pomiar rzeczywistej wartości skutecznej, wartości szczytowej, współczynnika szczytu, THD, zniekształceń fali oraz częstotliwości prądu i napięcia.