Elektrická energie v distribučních sítích ve formě střídavého proudu je zboží, jehož cena je určena množstvím a kvalitou. Množství elektřiny se měří stanovenými měřicími přístroji – elektroměry.
Kvalitu elektřiny měří a vyhodnocují PQ monitory. Měřítkem kvality elektřiny je napětí. Pro její hodnocení platí ČSN EN 50160 „Charakteristiky napětí elektrické energie dodávané z veřejných distribučních sítí“. Tato norma se vztahuje na všechny nn a vn distribuční sítě a vvn sítě s napětím do 150 kV s připojenými zdroji a spotřebiči. Předmětem normy je popis a specifikace charakteristik napájecího napětí, které se člení na průběžné jevy a napěťové jevy. Průběžné jevy zahrnují kmitočet napětí, odchylky napětí vyjádřené jednorázovými rychlými změnami napětí (RVC) a periodickými změnami napětí nazývanými flikr, nesymetrii trojfázového napětí, harmonická a meziharmonická napětí souhrnně popsaná činitelem tvarového zkreslení THD, signály v napájecím napětí např, signály hromadného dálkového ovládání (HDO) a komunikace po silových vedeních (PLC).
Napěťové jevy se člení na přerušení napětí, poklesy napájecího napětí a zvýšení napájecího napětí.
Kvalita napětí, stejně jako kvalita řady dalších produktů, se opírá o statistické hodnocení souboru definovaného rozsahu a o percentil vyhovujících vzorků. Pro napětí v distribučních sítích se u průběžných jevů s výjimkou HDO a flikru jedná o týdenní měření s agregačním intervalem 10 minut. Hodnocený soubor má celkem 7 x 24 x 6 = 1008 desetiminutových průměrných hodnot. V hodnoceném týdnu podle normy ČSN EN 50160 musí být nejméně 95% desetiminutových průměrných hodnot v dovoleném intervalu 230 V ±10 % tj. od 207 V do 253 V. Podobně jsou hodnoceny i další průběžné jevy, které rovněž musí splňovat standardizované požadavky.
Napěťové jevy se celosvětově zkoumají, aby bylo možné stanovit jejich směrné parametry. Jsou charakterizovány časem vzniku, dobou trvání a hloubkou případně maximální hodnotou napětí.
Vlastnosti přístrojů měření kvality napětí
Kvalita napětí mezi distribuční sítí a zákazníkem se měří v předávacím místě. Na hladině nn je to obvykle místo spojení veřejné distribuční sítě a privátního nn rozvodu. Význam má i měření kvality napětí spolu s měřením proudů uvnitř distribučních i privátních energetických sítí, které umožňuje detekci směru a místa vzniku nekvality.
Měření kvality napětí lze podle současných standardů provádět dvěma třídami měřicích přístrojů. Přístroje třídy A mají nejvyšší přesnost měření napětí ( 0,1%) a vyžadují časovou synchronizaci měření. Musí prokázat shodu měřicích metod, která zajišťuje, že přístroje třídy A i různých výrobců měří parametry kvality shodně i při nestacionárních napětích. Lze je použít i při případném řešení soudních sporů. K měření umožňujícím získání validních provozních dat většinou postačují měřicí přístroje třídy S, které pracují s přesností 0,5 % Ujm. Nevyžadují tak častou rekalibraci. U přístrojů třídy S, které jsou orientovány na měření v kvazistacionárních podmínkách, však mohou být naměřeny různé výsledky při dynamických změnách provozu. To pak může být překážkou při porovnávání změřených výsledků. V současné době je proto prospěšné, a i trend aktualizace norem kvality napětí ukazuje, používat měřicí přístroje s kontrolovanými měřicími metodami. Výhodné je, jestliže měřicí přístroje třídy S se základní přesností používají náročnější a přísnější měřicí metody třídy A.
V současnosti je obvyklé, že měřicí přístroj uskuteční i záznam průběhu napětí i proudů před vznikem napěťového jevu (pretrigger) nebo při zvýšení fázového proudu na definovanou hranici. Záznam jevu lez inicializovat i externím kontaktem, který signalizuje vznik poruchy spotřebiče nebo připojené technologie. Detailní rozbor vzniklé situace umožňuje osciloskopický záznam s pretriggerem.
Pro měření náhodně se vyskytujících napěťových jevů a událostí na proudech jsou vhodné autonomně pracující měřicí přístroje s interním zdrojem napájecí energie. Platné normy požadují dobu zajištěného napájení buď jednu nebo tři minuty. Pro běžné situace v sítích ČR může v praxi postačit i zajištěné napájení do 5 s v jejichž průběhu se obvykle uskuteční automatické odpojení zkratů ochranami a následná funkce opětovného zapnutí.
Přístroje s displeji jsou vhodné pro jednorázová provozní ověřování připravených experimentů jako např. zapnutí nebo vypnutí spotřebiče či technologie a kontrolu ustálených stavů. U přístrojů určených k dlouhodobému monitorování se počítá s bezobslužným provozem a použití displejů a ovládacích prvků po určité době používání obvykle pozbývá na významu.
S rozvojem komunikačních technologií a IT jsou i přístroje pro měření kvality napětí PQ rozšiřovány o dálkovou komunikaci GSM sítí, v současnosti s funkcí LTE. To umožňuje dálkový přenos změřených dat, ale i dálkovou parametrizaci měřicího přístroje, např. změnu citlivosti přístroje při záznamu napěťových jevů bez nutnosti pracovních cest. Dálková komunikace s bezpečným přenosem dat se používá v distribučních energetických společnostech a má velký potenciál i při kontrole chodu vzdálených technologií průmyslových, obchodních a dalších organizací včetně přenosu záznamu poruchových stavů. Zabezpečenou dálkovou komunikaci integrují i přenosné PQ monitory MEg38/C, viz www.e-mega.cz.
Význam měření kvality napětí
Kmitočet napětí je systémová veličina vyjadřující vztah mezi výrobou a spotřebou elektrické energie. Při zvyšování spotřeby se kmitočet střídavého napětí snižuje a při přebytku vyráběné elektřiny se kmitočet střídavého napětí zvyšuje. V propojených energetických soustavách s dostatečným regulačním výkonem jsou odchylky kmitočtu od jmenovité hodnoty 50 Hz zanedbatelné. Výrazně jiná může být situace při přechodu části soustavy do ostrovního provozu. Změny kmitočtu mají vliv na chod motorů a generátorů. U zdrojů s elektronicky řízenými střídači může velká odchylka kmitočtu od jmenovité hodnoty způsobit jejich odstavení.
Jednorázové a periodické změny velikosti napětí se proporcionálně projevují na změnách výkonu neregulovaných spotřebičů. Nepříjemným blikáním se projevují periodické změny napětí u klasických žárovek, jejichž intenzita světla závisí nelineárně na velikosti napětí. Nejcitlivější oblast oka na periodické změny napětí je v okolí kmitočtu 8 Hz. Regulované spotřebiče,
z důvodu zajištění stabilního výkonu, při snížení napětí zvýší napájecí proud. Zvýšením napájecího proudu se, především u nedostatečně dimenzovaných napájecích vedení konstruovaných pro klasickou spotřebu, podél vedení pokles napětí prohlubuje a o to výrazněji postihuje neregulované spotřebiče.
Tvarově zkreslené napájecí napětí postihuje velkou část spotřebičů. Změněná maximální velikost střídavého napětí se projeví na napájecích zdrojích všech elektronických spotřebičů. Může způsobit zvýšené napěťové namáhání a poruchovost. Průchodem proudů vyšších harmonických napájecími vedeními a transformátory se zvyšují ztráty. Např. třetí a deváté harmonické složky proudů se v trojfázových vedeních sečítají ve středním vodiči, čímž rostou ztráty ve vedeních. V důsledku tvarově zkresleného napětí nemusí být jednoznačný průchod průběhu napětí nulou, to může způsobit problémy v regulačních obvodech. Vyšší složky harmonických napětí namáhají kompenzační kondenzátorové baterie.
Nesymetrie trojfázového napětí způsobuje deformaci točivých magnetických polí v trojfázových motorech, které ztrácejí výkon. V napájecích vedeních rostou ztráty v důsledku rozdílného zatížení jednotlivých fází, část rozdílu proudu se může uzavírat přes zemnící soustavu.
Signály na napětí mohou narušit funkci elektronických regulačních, měřicích a komunikačních zařízení včetně zdrojů zajištěného napájení.
Poklesy a přerušení napětí mají významný vliv na chod točivých strojů a elektronicky řízených spotřebičů automatizovaných výrobních linek a provozů. Pro eliminaci jejich vlivů je nutné používat zdroje zajištěného napájení, což má vliv na ekonomii i provozuschopnost. Zvýšené napětí se podle typu spotřebičů projevuje v jejich vyšší poruchovosti.
Z hlediska provozu nabývají na významu registrace a měření napěťových jevů.Správné informace o napěťových jevech umožňují přiměřené dimenzování zdrojů zajištěného napájení případně stanovení ekonomické rentability síťových opatření, jako je samostatná transformace nebo zkruhování sítě.
Z fyzikálního hlediska je zřejmé, že napětí je jen měronosnou veličinou vyjadřující kvalitu elektrické energie. Klasické zdroje, z důvodu své konstrukce, vyrábí elektřinu nevyšší kvality. Proto je v posledních edicích uvedených norem definován požadavek i na měření proudů a jejich charakteristik. Tak je možné identifikovat příčinu nekvality a racionálně vzniklou situaci řešit.
Stávající pojetí kvality elektrické energie vychází ze současného stavu spotřebičů, které jsou distribuční sítí napájeny. Jako příklad lze uvést trojfázové elektromotory, které jsou provozovány v klasickém zapojení i v zapojení s využitím frekvenčních měničů. Klasické zapojení je citlivé na velikost napětí, nesymetrii i obsah harmonických. Moderní řešení s frekvenčními měniči je méně citlivé na velikost, nesymetrii i tvarová zkreslení napětí, na druhé straně uvedené parametry kvality napětí ve vyšší míře zhoršuje. Z toho je zřejmé, že cílem kvality napětí je zajištění koexistence obou výše uvedených typů elektromotorů v distribuční síti. Podobné analogie platí i u světelných zdrojů, zařízení IT apod.
Do budoucna s rozvojem silnoproudé elektroniky lze očekávat spolu se snižováním citlivosti spotřebičů na průběžné a částečně i napěťové jevy i zmírňování požadavků na kvalitu napětí.
MEgA - Měřící Energetické Aparáty, a.s.
Česká 390, 664 31 Česká
Tel.: +420 545 214 988
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.e-mega.cz
