Pomiary i ocena zaburzeń napięcia.

Parametry podstawowe.

 Częstotliwość sieciowa

Znamionowa częstotliwość napięcia zasilającego powinna wynosić 50 Hz. W normalnych warunkach pracy wartość średnia częstotliwości, mierzonej przez 10 s

  • Dla sieci pracujących synchronicznie z systemem elektroenergetycznym powinna być zawarta w przedziale:

50 Hz ± 1% przez 95 % tygodnia

50 Hz +4% -6% przez 100 % tygodnia

  • Dla sieci bez synchronicznego podłączenia z systemem

50 Hz ±2 % przez 95 % tygodnia

50 Hz ± 15 % przez 100 % tygodnia

Wartości te są takie same dla sieci niskiego i średniego napięcia. [6]

 

Wartość napięcia zasilającego

Znormalizowane napięcie znamionowe Un publicznych sieci niskiego napięcia wynosi Un=230 V zarówno dla sieci trójfazowych czteroprzewodowych, jak i sieci trójfazowych trójprzewodowych.

 

Zmiany i  przerwy w zasilaniu.

Szybkie zmiany napięcia

Szybkie zmiany napięcia zasilającego są powodowane głównie zmianami obciążenia w instalacjach odbiorców lub procesami łączeniowymi w sieci zasilającej. W normalnych warunkach pracy szybka zmiana napięcia nie przekracza z reguły 5 % Un, jednakże w pewnych okolicznościach kilka razy w ciągu dnia, mogą wystąpić zmiany napięcia o krótkim czasie trwania, osiągające wartość do 10 %.

Zapady napięcia zasilającego

Zapady napięcia z reguły powodowane przez zwarcia występujące w instalacji odbiorców lub publicznych sieciach rozdzielczych. Są one zdarzeniami nieprzewidywalnymi, głównie losowymi. Roczna częstość ich występowania zmienia się znacznie w zależności od rodzaju sieci zasilającej i miejsca obserwacji. Ponadto ich rozkład w ciągu roku może być bardzo nieregularny.

W normalnych warunkach pracy oczekiwana w ciągu roku liczba zapadów napięcia, może wynosić od kilkudziesięciu do jednego tysiąca. Większość zapadów napięcia charakteryzuje się czasem trwania krótszym niż jedna sekunda i głębokością mniejszą niż 60 %. Jednakże rzadko mogą wystąpić również zapady głębsze i o dłuższym czasie trwania. Na pewnych obszarach mogą występować bardzo często zapady napięcia o głębokości od 10 % do 50 %, jako następstwo łączenia odbiorników w instalacjach odbiorców.

Krótkie przerwy w zasilaniu

W normalnych warunkach pracy roczna liczba krótkich przerw w zasilaniu mieści się w przedziale od kilkudziesięciu do kilkuset. Czas trwania około 70 % krótkich przerw w zasilaniu może być mniejszy niż jedna sekunda.

Długie przerwy w zasilaniu

Przypadkowe przerwy w zasilaniu SA zwykle spowodowane przez zdarzenia zewnętrzne lub działania, którym dostawca nie może zapobiec. Nie jest możliwe wskazanie typowych wartości rocznej częstości i czasu trwania dłuższych przerw w zasilaniu.

W normalnych warunkach pracy roczna częstość występowania przerw w zasilaniu trwających dłużej niż 3 minuty, może być mniejsza niż 10 lub może zbliżać się do 50 w zależności od obszaru.

 

Wahania napięcia

Wskaźniki wahań napięcia:

Ocena wahań napięcia dokonywana jest ze względu na ich oddziaływanie powodujące zmęczenie wzroku i organizmu ludzkiego na skutek migotania światła. W tym celu stosowanych było wiele wskaźników charakteryzujących wahania napięcia w sieciach elektroenergetycznych lub na zaciskach odbiorników, zwanych obecnie klasycznymi wskaźnikami wahań napięcia. Należą do nich między innymi:

•          amplitudy wahań napięcia (δV w woltach lub częściej δV* w jednostkach względnych procentowych) odniesione do napięcia znamionowego.

•          częstość amplitud wahań napięcia (FV w 1/s (Hz), 1/min lub 1/h) i często – w przypadku okresowych (np. sinusoidalnych lub prostokątnych) wahań – częstotliwość wahań napięcia (FU w Hz, 1/min lub 1/h),

•          energetyczna dawka wahań napięcia (jednostkowa DV w V2 lub %2 lub łączna DVT w V2s lub %2s, bądź tradycyjnie w V2min lub najczęściej w %2min).

 

 Metody pomiaru wahań napięcia, miernik migotania

Możemy wyróżnić dwie podstawowe metody pomiarowe. Pierwsza polega na ilościowej ocenie zjawiska na podstawie czasowej zmiany wartości skutecznej, lub obwiedni napięcia. Druga na pomiarze pośrednim, to jest pomiarze zjawiska migotania światła będącego bezpośrednim skutkiem wahań napięcia. Badania nad tym zjawiskiem trwają już od 40 lat. Określono między innymi, że ludzkie oko ma charakter filtru pasmowego (o paśmie 0,5 – 100 Hz) z maksymalną czułością na zmiany strumienia świetlnego dla 8-9 Hz (częstotliwość ta zależy także od barwy światła).

 

Gdy zmiany napięcia nie mają regularnego kształtu, jako wskaźnik wahań napięcia przyjmuje się migotanie strumienia świetlnego żarowych źródeł światła. Miernik migotania światła umożliwia ocenę zjawiska migotania światła niezależnie od kształtu wahań napięcia i źródła zaburzenia. Jest to dość skomplikowane urządzenie, bo oprócz źródła napięcia o zmiennej wartości trzeba uwzględnić jeszcze oko ludzkie i realizujący się w nim proces postrzegania oraz mózg z jego reakcjami. Do pomiarów dostępny jest tylko pierwszy składnik, pozostałe dwa są modelowane.

 

Budowa miernika migotania światła:

 

Rysunek 2.3 Budowa miernika migotania światła

 

Poszczególne bloki realizują kolejne funkcje. Blok B1 odpowiada za odniesienie sygnału wejściowego do odpowiedniej wartości skutecznej napięcia wejściowego. Wówczas sygnał pomiarowy może być wyrażony w procentach i być niezależny od rzeczywistej wartości napięcia sieciowego.

Blok B2 stanowi demodulator o charakterystyce kwadratowej z filtrem pasmowym o częstotliwościach granicznych: dolnej fd = 0.05 Hz i górnej fg = 35 Hz.

Blok B3 Symuluje  odpowiedź częstotliwościową żarówki (60 W - 230 V) oraz ludzką reakcję wzrokową na wahania napięcia.

Blok B4 utworzony jest przez człon mnożący (kwadrat sygnału wejściowego) i dolnoprzepustowy filtr pierwszego rzędu o stałej czasowej 0.3 s. Ludzkie doznanie migotania jest symulowane przez sygnał wyjściowy bloku czwartego. Blok B5 odpowiada za analizę statystyczną sygnału otrzymanego na wyjściu bloku czwartego.

Podstawowym wskaźnikiem miernika jest wskaźnik krótkookresowego migotania Pst. Wartość Pst = 1 odpowiada progowi postrzegania granicy migotania.[4]

Przykładowe wyniki pomiarów otrzymane w laboratorium EMC Oddziału Gdańskiego Instytutu Elektrotechniki, za pomocą takiego miernika pokazane są poniżej na rys 2.4

 

 

Rysunek 2.4 Przebieg zmian współczynnika Pst w ciągu jednej doby (poszczególne wartości pomiarów oraz linia trendu). [4]

 

 PN-EN 50160

-migotaniem światła nazywamy wrażenie niestabilności postrzegania wzrokowego spowodowane przez bodziec świetlny, którego luminacja lub rozkład spektralny zmienia się w czasie.

-uciążliwością migotania światła nazywamy poziom dyskomfortu spowodowanego migotaniem światła, wyznaczony metodą pomiarową migotania (International Electrotechnical Commission) i określony za pomocą następujących wielkości zdefiniowanych jako:

·        wskaźnik krótkookresowego migotania światła Pst, mierzony przez 10 minut (patrz wzór (3)).

·        wskaźnik długookresowego migotania światła Plt, obliczony z sekwencji 12 kolejnych wartości Pst występujących w okresie dwóch godzin, zgodnie z następującą zależnością:

              [6]

 

Norma PN-EN 50160 określa uciążliwość migotania światła  następująco. W normalnych warunkach pracy, w dowolnym tygodniu, długookresowa uciążliwość migotania światła spowodowanego wahaniami napięcia powinna spełniać warunek Plt<1 przez 95 % czasu [6]. Oznacza to, że w ciągu tygodnia długookresowy wskaźnik migotania może przekroczyć (nawet znacznie) wymaganą wartość podczas 8 godzin. Jest to wynikiem kompromisu, który musiał uwzględniać również obszary Europy o gorszych warunkach dostawy energii.

 

Niesymetria

Ograniczenia wynikające z normy PN-EN 50160

Normy wyznacza ograniczenia dla współczynnika niezrównoważenia na poziomie poniżej 2 % dla sieci niskich i średnich napięć oraz poniżej 1 % dla sieci wysokich napięć, mierzone w przedziale 10 min, przy chwilowych wartościach maksymalnych dochodzących do 4%. Granice te jednak mogą być lokalnie ograniczone. Powodem zawężenia tolerancji dla sieci wysokiego napięcia jest fakt, iż systemy te zaprojektowano tak, aby maksymalną przepustowość zapewniały dla symetrycznych odbiorów trójfazowych. Przy projektowaniu sieci przesyłowych (niskiego i średniego napięcia) zakłada się, że większość odbiorów stanowią odbiory jednofazowe, dlatego też sieć, oraz przyłączone odbiory muszą wykazywać większą tolerancję na niesymetrię.[6]