fbpx

Analiza jakości zasilania

Pomiary jakości sieci energetycznych

Ponieważ energia elektryczna jest specyficznym produktem i nie można jej w prosty sposób magazynować w celu późniejszego pomiaru jakości, pomiary muszą być wykonane w punkcie poboru energii i w czasie jej dostarczania. Pomiary te stanowią złożony problem, ponieważ dostawcy i odbiorcy, których urządzenia są nie tylko wrażliwe na złe parametry zasilania, ale same są także źródłem zaburzeń, mają odmienne punkty widzenia. Podczas pomiarów w obwodach nieliniowych śledzi się przede wszystkim napięcia pod kątem wartości średnich, minimalnych, maksymalnych i chwilowych. Nie bez znaczenia pozostaje również analizowanie prądów. W tym zakresie można więc zyskać informacje na temat wartości średnich, minimalnych i maksymalnych oraz chwilowych. Ważną rolę odgrywa pomiar i analizowanie mocy czynnej, biernej i pozornej. Kluczowe jest przy tym określenie charakteru mocy – pojemnościowa lub indukcyjna. Rzecz jasna moc może być również rejestrowana. Nie bez znaczenia pozostaje określenie współczynnika mocy (cos φ, tg φ) oraz analizowanie przeciążenia transformatora, które bardzo często jest efektem działania harmonicznych. Analizowane są harmoniczne łącznie ze śledzeniem współczynnika zniekształceń harmonicznych THD dla prądu i napięcia. Niejednokrotnie określa się wskaźnik krótkotrwałego oraz długotrwałego migotania światła. Nie mniej ważne jest zdefiniowanie asymetrii napięć i prądów. Wszystkie przepięcia, zapady oraz przerwy napięcia są rejestrowane. Podobne analizy przeprowadza się względem natężenia prądu. W nowoczesnych analizatorach jakości zasilania wykonuje się rejestrację szybkich zmian w napięciu takich jak zapady napięcia oraz nagłe wzrosty napięcia (przepięcia).

W celu określenia parametrów zasilania, wykonujemy pomiary jakości energii elektrycznej, zwłaszcza przy doborze takich urządzeń jak kompensatory mocy biernej czy układy filtrów wyższych harmonicznych. Aby móc kompleksowo rozwiązywać problemy związane ze złymi parametrami zasilania, firma PV System wykonuje pomiary jakości energii elektrycznej przenośnymi analizatorami w klasie A zgodnie normą EN 61000-4-30

Zaburzenia powodujące złą jakość zasilania są różnorodne i potrafią w znaczący sposób utrudnić życie odbiorcom energii elektrycznej, narażając ich niejednokrotnie nawet na znaczne straty materialne. Do najważniejszych zagadnień dotyczących jakości zasilania należą:

  • występowanie w sieci zasilającej wyższych harmonicznych,
  • występowanie zapadów i zaników napięcia,
  • zdarzenia krótkotrwałe ale o bardzo wysokich amplitudach, przepięcia,
  • migotanie światła (flicker),
  • asymetria zasilania.

Odkształcenia prądu i napięcia w sieci powodują głównie odbiorniki nieliniowe – pobierające prąd niesinusoidalny. Najczęściej spotykane odbiorniki nieliniowe to:

  • urządzenia napędowe – falowniki, układy miękkiego rozruchu silników, prostowniki sterowane i nie sterowane, zasilacze prądu stałego,
  • urządzenia elektrotermiczne – piece indukcyjne podwyższonej częstotliwości, piece łukowe, nagrzewnice indukcyjne, spawarki, zgrzewarki (do blach, folii itp.), urządzenia mikrofalowe, lasery,
  • urządzenia oświetlające – lampy wyładowcze, lampy z przemianą częstotliwości (świetlówki kompaktowe), lampy łukowe,
  • urządzenia powszechnego użytku – odbiorniki radiowe, sprzęt Hi-Fi, komputery, drukarki, kuchnie mikrofalowe,
  • urządzenia biurowe – stacje komputerowe, serwery, monitory, UPS’y, kserokopiarki, klimatyzatory.
blank

Zebrane za pomocą analizatora dane mogą posłużyć do poprawy jakości zasilania. Istnieją różne metody poprawy jakości energii.
Ograniczanie szczytów poboru
Jednym z najprostszych i najbardziej efektywnych metod redukcji rachunków za elektryczność jest ograniczenie zapotrzebowania w godzinach szczytu. Cel ten można zrealizować poprzez:

  • reorganizację procesów produkcyjnych,
  • wewnętrzną generację.

Pierwsze z rozwiązań może zostać zaimplementowane w systemach, w których procesy produkcyjne mogą zostać zatrzymane lub przesunięte w czasie. Drugie z rozwiązań można wprowadzić w instalacjach, w których istnieje możliwość  budowy np. instalacji fotowoltaicznej. Oba z tych rozwiązań wymagają zastosowania dodatkowych systemów monitoringu i kontroli zaprojektowanych w oparciu o wcześniej wykonane pomiary i szczegółową analizę funkcjonowania instalacji. Kolejną z metod ograniczenia wydatków na energię elektryczną jest zwiększenie współczynnika mocy.

Baterie kondensatorów
Baterie kondensatorów to urządzenia wysoce podatne na negatywny wpływ wyższych harmonicznych. Ponieważ obciążenia mają zazwyczaj charakter indukcyjny, baterie kondensatorów stosuje się do kompensacji mocy biernej. Rozwiązanie to pozwala na:

  • Bardziej bezawaryjne i wydajniejsze działanie systemu,
  • Zwiększenie dostępnej mocy czynnej,
  • Zmniejszenie strat przesyłowych,
  • Zwiększenie napięcia,
  • Zmniejszenie kar za niski współczynnik mocy.

Analizator jakości zasilania który wykorzysujemy w PV System jest zaawansowanym technicznie produktem umożliwiającym wszechstronny pomiar, analizę i rejestrację parametrów sieci energetycznych 50/60 Hz oraz jakość energii elektrycznej zgodnie z europejską normą EN 50160 oraz Rozporządzeniem Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego. Analizator posiada rejestrację transjentów z maksymalną częstotliwością próbkowania 10 MHz (szybkich zmian w napięciu) oraz sygnałów sterujących. Minimalny czas transjentu możliwy do zarejestrowania wynosi 650 ns. Spełnia standardy wieloarkuszowej normy IEC 61000 dla analizatorów klasy A. Dotyczy to niepewności pomiarowych, metod pomiarowych oraz synchronizacji czasu z sygnałem wzorcowym. Ostatni warunek zapewniony jest dzięki wbudowanemu modułowi GPS z wewnętrzną anteną.

blank

Powodów do przeprowadzenia pomiaru i analizy jakości energii elektrycznej jest bardzo wiele. Potencjalne interakcje pomiędzy urządzeniami i aparaturą użytkowników końcowych oraz dystrybucyjnym systemem elektroenergetycznym, zewnętrznymi interferencjami elektromagnetycznymi, stanami rezonansowymi pomiędzy obwodami elektrycznymi oraz innymi czynnikami wymagają szczegółowej analizy, aby zapobiec lub wyeliminować szkodliwe konsekwencje tych zjawisk.

Analiza jakości energii składa się z pomiarów:

– Napięć faza – uziemienie;
– Napięć faza – neutralny;
– Napięć neutralny – uziemienie;
– Napięć międzyfazowych w układach trójfazowych;
– Prądów fazowych;
– Prądu w przewodzie neutralnym;
– Częstotliwości;
– Współczynnika mocy, cos φ;
– Składowych harmonicznych w prądzie i napięciu i ich kierunku;
– Przebiegów prądu i napięcia w specjalnych okolicznościach (wielkości szczytowe, częstotliwość podstawowa, czas wystąpienia, współczynnik szczytu).

Moc czynna (P)
Moc czynna to moc generowana w przypadku, gdy napięcie przyłożone jest do odbiorników czysto rezystancyjnych. Moc czynna mierzona jest w watach (W) lub kilowatach (kW).

Moc bierna (Q)
Moc bierna jest to moc generowana przez odbiorniki reaktancyjne (np. cewki, kondensatory) wytwarzające pole magnetyczne. Moc bierna mierzona jest w woltamperach reaktancyjnych (VAr).

Moc pozorna (S)
Moc pozorna jest mocą generowaną przez odbiorniki o charakterze zarówno rezystancyjnym, jak i reaktancyjnym. Moc ta jest sumą wektorową mocy czynnej i biernej i z reguły mierzona jest w jednostce woltamper (VA).

Współczynnik mocy
Współczynnik mocy służy do oceny efektywności systemu i jest stosunkiem mocy czynnej do mocy pozornej.

Energia
Termin energia odnosi się do generacji lub zużycia mocy elektrycznej w pewnym okresie czasu. Z reguły wyrażona jest w jednostce kilowatogodzin (KWh).

Częstotliwość znamionowa
Częstotliwość znamionowa jest najniższą i dominującą częstotliwością w systemie elektroenergetycznym (przykładowo, częstotliwość znamionowa w UE wynosi 50Hz). Częstotliwość znamionowa nazywana jest również pierwszą harmoniczną systemu.

Zdarzenia napięciowe
Zapady
Termin zapadu napięcia odnosi się do tymczasowego spadku napięcia poniżej wartości znamionowej.

Wzrosty
Termin wzrostu napięcia odnosi się do tymczasowego wzrostu napięcia powyżej wartości znamionowej (zjawisko odwrotne do zapadu).

Przerwy
Termin przerwy w zasilaniu odnosi się do tymczasowej izolacji sieci od jakiegokolwiek zasilania.

Niesymetria
Niesymetria zasilania pojawia się, gdy wartości rms oraz kąty fazowe pomiędzy poszczególnymi fazami nie są równe.

Harmoniczne
Wyższe harmoniczne są to całkowite wielokrotności częstotliwości znamionowej sieci (np. przy częstotliwości znamionowej 50Hz, 2-ga harmoniczna to 50 x 2 = 100 Hz, 3-cia harmoniczna to 50 x 3 = 150 Hz). Występowanie harmonicznych może być powodowane przez wiele z występujących współcześnie urządzeń m.in. rezonujące transformatory, zasilacze impulsowe, aparaturę energoelektroniczną, urządzenia IT, itp.

Interharmoniczne
Interharmoniczne to harmoniczne, które nie są całkowitymi wielokrotnościami częstotliwości znamionowej. Głównymi źródłami ich występowania są przetwornice częstotliwości, silniki indukcyjne, piece łukowe.

Współczynnik zawarty. harmonicznych (THD) THD jest to stosunek zawartości wyższych harmonicznych do częstotliwości znamionowej.

Stany nieustalone
Stanem nieustalonym określa się krótkie, silnie tłumione zaburzenia w prądzie lub napięciu. Ich występowanie z reguły spowodowane jest zewnętrznymi interferencjami elektromagnetycznymi (Wyładowania atmosferyczne, przełączenia).

Migotanie światła (Flickers)
Zjawisko migotania objawia się zmianami natężenia oświetlenia co jest odbiciem zmian wartości napięcia w sieci.

Prąd rozruchowy
Prąd konieczny do rozruchu silnika potrafi 10-15 krotnie przekraczać jego prąd znamionowy. Ten nagły skok prądu może być przyczyną występowania zapadów napięcia, do zbadania tego zjawiska konieczne jest zastosowanie aparatury z funkcją szybkiej rejestracji.

Kluczowym elementem stanowiącym o przydatności analizatora w prowadzonych analizach jest oprogramowanie, bez którego przyrządy nie mogą funkcjonować. Głównym celem programu jest odczyt danych z mierników i ich analiza. Mamy do dyspozycji możliwość przeglądania danych z pomiarów w formie tabelarycznej, przeglądania zdarzeń wraz z ich oscylogramami, tworzenia raportów na zgodność z obowiązującymi przepisami oraz robienia różnego rodzaju wykresów: wielkości w czasie, rozkładów harmonicznych, oscylogramów prądów i napięć, krzywych CBEMA i ANSI czy wykresu typów zdarzeń w stosunku do czasu ich trwania.

Jolywood wprowadza technologię J-TOPCon 2.0 nowej generacji

Jolywood ogłosił swoje najnowsze wyniki badań i rozwoju. Ogniwo J-TOPCon 2.0 jest produkowane masowo w oparciu o technologię pasywacji kontaktu nowej generacji. Średnia sprawność ogniwa może osiągnąć ponad 24%, a wydajność może osiągnąć ponad 97%. Wydanie to zyskało...

Normy dla konstrukcji pod systemy fotowoltaiczne

Rolą norm zharmonizowanych jest określanie metod, jak również kryteriów oceny właściwości użytkowych wyrobów budowlanych w odniesieniu do ich zasadniczych charakterystyk. W przypadku ich niespełnienia w bezpośredni sposób, podmiot musi uzyskać prawo do dystrybucji...

Plaga wadliwych paneli fotowoltaicznych w Chinach

Rozwijający się w szybkim tempie chiński rynek fotowoltaiczny bazuje w dużej mierze na wadliwych panelach fotowoltaicznych. Do takiego wniosku doszły chińskie władze, które skontrolowały jakość paneli PV kupowanych przez rodzimych inwestorów. Jak informuje Bloomberg,...