Jakość energii elektrycznej w zakładzie przemysłowym

Energia elektryczna w dzisiejszych czasach jest traktowana jako produkt i jest przedmiotem handlu. Jak każdy produkt ma swoje wady i zalety oraz podlega ocenie jakości. Czy znasz jakość energii elektrycznej w Twoim zakładzie przemysłowym?

Energia elektryczna jest produktem

• Łatwo ją przesłać od wytwórcy do odbiorcy, ze względu na rozbudowaną sieć przesyłową
• Bardzo ciężko jest ją przechowywać, dlatego musi być praktycznie produkowana i konsumowana w tym samym momencie
• Możemy ją kupić od dowolnego sprzedawcy
• Musi nam ją dostarczyć lokalny dystrybutor np. Tauron, PGE, Enea, Energa, RWE (Jest on właścicielem sieci dystrybucyjnych na swoim terenie)

Ocena jakości energii elektrycznej

Parametry oceny jakości reguluje norma PN-EN 50160:2010 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych. Wprowadzono w niej m.in takie pojęcia jak:

• Napięcie znamionowe – wartość napięcia określająca i identyfikująca sieć zasilającą,
• Szybka zmiana napięcia – zwykle pojedyncza zmiana wartości napięcia pomiędzy dwoma kolejnymi jego poziomami, które utrzymują się przez określony, ale jednak skończony przedział czasu,
• Zapad napięcia – stan, w którym wartość napięcia jest niższa niż 90% jego wartości znamionowej, trwający zwykle od 10 ms do 1 minuty,
• Wzrost napięcia – stan, w którym wartość napięcia jest wyższa niż 110% jego wartości znamionowej, trwająca od 10 ms do 1 minuty,
• Uciążliwość migotania – poziom dyskomfortu, będącego skutkiem zjawiska migotania światła, a więc wrażenia niestabilności postrzegania obrazu, spowodowanego bodźcem świetlnym
• Harmoniczna napięcia – sinusoidalny przebieg czasowy o częstotliwości, będącej całkowitą wielokrotnością częstotliwości znamionowej napięcia zasilającego.

Jak widać, jeżeli mówimy o jakości energii elektrycznej mamy na uwadze dwie kluczowe wartości – napięcie oraz częstotliwość. W idealnej sytuacji wartość chwilowa napięcia zmienia się ze stałą częstotliwością, przy sinusoidalnym kształcie przebiegu czasowego i stałej amplitudzie. Jednak w praktyce występuje szereg czynników, które sprawiają że rzeczywistość wygląda zupełnie inaczej.

Wpływ zmian wartości napięcia zasilającego oraz odkształceń harmonicznych na pracę maszyn i systemów

Napięcie zasilające ma znaczący wpływ na poprawność pracy odbiorników energii elektrycznej. Zmiany w zakresie dopuszczalnych 10% wartości są raczej niegroźne. Dużo większe zagrożenie stanowią długo utrzymujące się zapady i wzrosty napięcia. Mogą one doprowadzić do spadku efektywności produkcji czy ciągłości procesów biznesowych.

• Systemy oświetleniowe

Każda zmiana wartości napięcia zasilania powoduje zmianę strumienia świetlnego – jest to najbardziej widoczne w przypadku lamp żarowych. Przykładowo obniżenie napięcia o 10% powoduje obniżenie strumienia świetlnego do ok 70%. Większe problemy zaczynają się przy wahaniach napięcia, którego to kiedy utrzymują się przez długi czas mogą doprowadzić do zmęczenia i pogorszenia samopoczucia pracowników. Mają również wpływ na obniżenie żywotności lamp.

Zasilanie źródeł światła napięciem odkształconym może spowodować zjawisko migotania światła. Prowadzi to przeważnie do odczucia zmęczenia i pogorszenia wzroku ludzi przebywających stale w pomieszczeniu.

• Silniki elektryczne

Dla silników elektrycznych prądu przemiennego każda zmiana wartości napięcia zasilającego powoduje zmianę momentu obrotowego. Wahania napięcia mogą doprowadzić do wzmożonych drgań mechanicznych. Co więcej obniżenie napięcia skutkuje zauważalnym zmniejszeniem prędkości obrotowej i zwiększeniem pobieranego prądu. Prowadzi to do skrócenia żywotności izolacji uzwojeń i izolacji pomiędzy blachami obwodów magnetycznych.

Zasilanie silników napięciem odkształconym może spowodować zwiększenie strat mocy, po przez indukowanie się prądów wirowych. Dodatkowo nadmierne drgania i hałas w skutek wytwarzania przez każdą harmoniczną oddzielnego momentu obrotowego o kierunku zgodnym lub przeciwnym do momentu przebiegu częstotliwości podstawowej. Zwiększone straty mocy powodują przegrzewanie urządzeń, co może doprowadzić do skrócenia ich żywotności.

Pomimo, że zakresy dopuszczalnych odchyleń napięcia i jego częstotliwości zostały jasno określone zarówno w normie, jak i rozporządzeniu, to odnoszą się jedynie do miejsca dostarczenia energii elektrycznej obiektu np. złącza.

Spełnienie wszystkich wymagań normy PN-EN 50160:2010 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych nie oznacza jednocześnie, że energia elektryczna w każdym punkcie sieci wewnątrzzakładowej lub instalacji odbiorczej również posiada odpowiednie parametry jakościowe.

W związku z tym zalecane jest wykonywanie od czasu do czasu kompleksowych pomiarów

Więcej o pomiarach jakości energii elektrycznej w 2 części artykułu …

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat obowiązkowych pomiarów okresowych, zapraszamy do lektury:

• Badania i pomiary silników elektrycznych
• Pomiary natężenia oświetlenia w miejscu pracy
• Okresowe pomiary instalacji elektrycznej

Źródła:

1. Jakość energii elektrycznej w odniesieniu do norm – mgr inż. Wiktor Suliga. Czasopismo „Pomiary elektryczne w praktyce”.