Mezi výrobou a místem spotřeby elektrické energie dochází ke změně parametrů kvality elektrické energie. Do tzv. elektrizační soustavy patří elektrárna, přenosová soustava, která se pohybuje v úrovním napětí ZVN a VVN, přes distribuční soustavu s úrovní napětí VN a NN až ke spotřebiteli.
Každá z těchto částí elektrického systému je vystavena možnému přerušení nebo narušení dodávky elektrické energie, a to vlivy způsobené počasím, opotřebením, zásahem člověka atd.
Elektrická energie je v podstatě produkt, který musí splňovat určité parametry. Napětí elektrické energie musí odpovídat ČSN EN 50160 ed. 3. Kvalitativní parametry elektrické energie jsou následující.
Frekvence sítě
Jmenovitá frekvence síťového napětí v síti ČR je 50 Hz. Velikost odchylky frekvence od jmenovité hodnoty v napájecí síti závisí na interakci generátorů a zátěží. S rostoucím poměrem mezi výkonem generátoru a kolísáním zátěže se odchylka zmenšuje. Udržování konstantní frekvence proto vyžaduje dostatečnou výrobní kapacitu pro přizpůsobení se poptávce v reálném čase.
Riziko selhání je sníženo připojením více sítí do jednoho systému, což zlepšuje výkon v reakci na změny, které mohou ovlivnit zvýšení nebo snížení frekvence.
Za normálních provozních podmínek by mělo být možné udržet velikost odchylky v poměrně úzkém rozmezí. Podle normy ČSN EN 50160 ed. 3 platí pro systémy se synchronním připojením odchylka ±1% (0,5 Hz).
Pro ostrovní systémy norma specifikuje 50 Hz ±2 % (1 Hz) po 95 % týdne. Zbývajících 5 % má rozsah 50 Hz ± 15 % (7,5 Hz).
Velikost napájecího napětí
Velikost napájecího napětí v nízkonapěťové soustavě odpovídá jmenovitému napětí. Zatěžovací proud tekoucí ke spotřebiči elektrickým vedením způsobuje pokles napětí v závislosti na vzdálenosti od spotřebiče. Proto je napětí lokálním parametrem sítě. Úbytek napětí způsobený impedancí sítě je rozdíl mezi jmenovitým napětím a napětím v místě odběru.
Ve čtyřvodičovém třífázovém systému je jmenovité napětí mezi fází a středním vodičem 230 V a ve třívodičovém třífázovém systému je jmenovité napětí mezi fázemi 230 V.
Odchylka napájecího napětí
Zkreslení napájecího napětí je způsobeno nezávislým přepínáním mnoha zařízení. Podle normy ČSN EN 50160 ed. 3 za normálních pracovních podmínek s výjimkou přerušení napájení je povolená odchylka napájecího napětí od jmenovité hodnoty v rozmezí ±10 % v 95 % průměrných efektivních hodnot v intervalu měření 10 minut během každého týdne.
Odchylky větší, než připouští tolerance mohou způsobit problémy a v případě přepětí zkrátit životnost zařízení a zapříčinit stárnutí izolace.
Rychlé změny napájecího napětí
Rychlá změna napětí označuje rychlý pokles efektivní hodnoty napětí mezi dvěma ustálenými, po sobě následujícími stavy. Obvykle jsou způsobeny změnami zátěže nebo přepínáním v síti. Za normálních pracovních podmínek změna nepřesáhne 5 % jmenovitého napětí. Vyšší odchylky se mohou vyskytnout například na konci dlouhých vedení, a to až do 10 % jmenovité hodnoty napětí.
Rychlé periodické změny napětí, tzv. kolísání napětí, způsobují jev známý jako flikr. Blikání se projevuje jako změna zrakového vnímání, která může narušovat činnost člověka. Vliv na zrakový vjem je způsoben změnou světelného toku v čase, která je právě způsobena rychlou změnou napětí.
Krátkodobý pokles napájecího napětí
Pokles síťového napětí je definován jako náhlý pokles síťového napětí pod 90 % jmenovitého napětí s následným obnovením napětí na hodnotu vyšší než 90 % jmenovité efektivní hodnoty napětí během doby 10 milisekund až 1 minuty. Pokles napětí je považován za událost bez ohledu na průběh nebo počet ovlivněných fází.
Krátkodobé poklesy jsou obvykle způsobeny poruchami v rozvodné síti nebo v elektroinstalaci odběratele. Vzhledem k velikosti sítě se jedná o nepředvídatelné jevy, které se vyskytují s nepravidelnou frekvencí.
Krátkodobé a dlouhodobé přerušení napájecího napětí
Za přerušení napájecího napětí považujeme stav, v němž je napětí menší než 5 % dohodnutého napětí. Ve vícefázových soustavách nastává přerušení v případě snížení napětí pod 5 % dohodnutého napětí ve všech fázích, v opačném případě se jedná o nesymetrický pokles napětí.
Přerušení dále dělíme dle normy ČSN EN 50160 ed. 3 z časového hlediska na dlouhodobá přerušení (trvání delší než 3 minuty) a krátkodobá přerušení trvání kratší než
3 minuty včetně).
Dočasná a přechodná přepětí
Přepětí je vyšší napětí, než je maximální dovolené provozní napětí. Přepětí v elektrických soustavách jsou výsledkem provozních operací a změn, doprovázených přechodovými jevy, rezonancí nebo důsledkem vnějších příčin, jako je např. atmosférické přepětí. Elektrická zařízení jsou obvykle navržena tak, aby po určitou dobu vydržela určitou úroveň přepětí. Zařízení musí být chráněna proti přepětí, která by mohla zařízení poškodit, vhodnými ochrannými opatřeními.
Dočasná přepětí na frekvencích sítě vznikají při poruchách veřejné distribuční sítě nebo elektroinstalací odběratelů. Po odstranění závady přepětí okamžitě zmizí.
Přechodná přepětí mají různé charakteristiky. Klasifikujeme je podle následujících parametrů: velikost, četnost výskytu, doba trvání, hlavní složka frekvence, rychlost změny napětí a obsah energie.
Nesymetrie napájecího napětí
Nesymetrie zátěže v třífázové soustavě obvykle způsobuje ztrátu symetrie vektorů fázového napětí. Třífázový systém je symetrický, pokud mají třífázová napětí a proudy stejnou velikost a jsou fázově posunuty o 120°, a pokud jedna nebo obě tyto podmínky nejsou splněny, systém se stává nesymetrickým.
Norma ČSN EN 50160 ed. 3 udává, že za normálních provozních podmínek musí být v libovolném týdenním období 95 % desetiminutových střeních efektivních hodnot zpětné složky napájecího napětí v rozsahu 0 % až 2 % sousledné složky. V oblastech, kde jsou odběratelé částečně připojeni jedno či dvoufázově, se vyskytují v odběrných místech nesymetrie až do 3 %.
Harmonické napětí
Harmonické napětí je sinusové napětí, jehož frekvence je rovna celočíselnému násobku základní frekvence napájecího napětí.
V našem distribučním systému je jmenovitá frekvence 50 Hz. Harmonické složky napájecího napětí jsou způsobeny především nelineárním zatížením spotřebičů připojených k napájecí síti. Harmonické proudy protékající impedancemi sítě vytvářejí harmonická napětí, která se mění s časem.
Nelineární zátěže způsobující vyšší harmonické mohou být např. výbojky s elektronickým předřadníkem a stmívače osvětlení, elektrospotřebiče s nasycenými železnými jádry, IT zařízení, mikrovlnné trouby, pohony s frekvenčními měniči apod.
Meziharmonická napětí
Meziharmonické složky napětí jsou menší než násobky základní frekvence (první harmonická). Jejich význam v posledních letech s použitím frekvenčních měničů vzrostl a jsou doprovázeny dalšími nelineárními zatíženími. Za normálních provozních podmínek musí být po dobu jednoho týdne 95 % průměrných efektivních hodnot meziharmonických napětí menší než 0,2 % napětí jmenovitého.
Meziharmonické nižších řádů mohou způsobit například blikání nebo rušení v signálu HDO.
