112
1 Sveučilište J. J. Strossmayera, Osijek ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET OSIJEK - Sveučilišni studij - Kneza Trpimira 2b, 31000 Osijek Tel. / fax: (031) 224-600 / 605 Dr. Željko Novinc KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE - priručnik - - norme, teorija, mjerne metode, uređaji za off-line i on-line nadzor, te neki primjeri i iskustva iz hrvatske prakse - Osijek, 2006.

KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

1

Sveučilište J. J. Strossmayera, Osijek

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET OSIJEK - Sveučilišni studij -

Kneza Trpimira 2b, 31000 Osijek

Tel. / fax: (031) 224-600 / 605

Dr. Željko Novinc

KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE

- priručnik -

- norme, teorija, mjerne metode, uređaji za off-line i on-line nadzor, te neki primjeri i iskustva iz hrvatske prakse -

Osijek, 2006.

Page 2: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

2

UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje materijalnih i nematerijalnih dobara) i na kvalitetu života. Tijekom posljednjih desetljeća na snazi su bile mnoge norme iz tog područja, ali pravi obrat dogodio se sredinom devedesetih godina prošlog stoljeća. Problemu se počelo pristupati i rješavati ga globalno. Članovi CENELEC-a (eng. European Committee for Electrotechnical Standardization, sjedište je u Briselu) nacionalni su elektrotehnički odbori (ukupno ih je tada bilo 18): Belgije, Danske, Njemačke, Finske, Francuske, Grčke, Irske, Islanda, Italije, Luksemburga, Nizozemske, Norveške, Austrije, Portugala, Švedske, Švicarske, Španjolske i Ujedinjenog Kraljevstva. Međunarodna organizacija CENELEC BTTF 68-6 izradila je 1993. godine europsku normu EN 50160 za mjerenje napona na mjestu predaje potrošaču u javnim distribucijskim niskonaponskim (NN) i srednjonaponskim (SN) mrežama pri normalnim pogonskim uvjetima. Prihvatila je normu 5. srpnja 1994. godine, te obvezala stalne članice da do 15. srpnja 1995. godine objave svoju nacionalnu redakciju te norme i povuku iz uporabe interne, oprečne nacionalne norme. Za ostale, prije svega europske države, predložena je 2003. godina kao krajnji rok primjene te norme. Naši susjedi, osobito zapadni, prihvatili su se odmah posla. Na primjer, europska norma EN 50160 prihvaćena je u Republici Sloveniji 1997. godine, pod nazivom SIST – EN 50160, a počela se doista primjenjivati 1999. godine.

Temeljem iskustava u primjeni suvremene mjerne opreme za nadgledanje i praćenje kvalitete

isporučene električne energije izrađene su u Europi norme (npr. IEC 1000-3-6/7 i EN 50160), koje prije svega trebaju zaštiti potrošače električne energije, a time i natjerati proizvođače i distributere da više pozornosti i truda ulože u održavanje kvalitete električne energije, ako na tržištu žele održati odgovarajuću razinu cijene tog proizvoda.

Poglavlje I.

1. Normativne i teorijske osnove mjerenja kvalitete električne energije

1.1. EUROPSKA NORMA EN 50160: “OBILJEŽJA NAPONA U JAVNIM RAZDJELNIM MREŽAMA” − analiza izvadaka iz njemačke i engleske verzije norme Kako je povezivanje (stalna veza) hrvatskog s europskim elektroenergetskim sustavom nužnost, nužnost je i

prilagođavanje naše zakonske regulative i normizacije u tom području zakonskim regulativima, prije svega naših susjeda. Kako će europska norma o kvaliteti električne energije u elektrodistribucijskom sustavu - EN 50160 najkasnije tijekom 2006. godine morati biti prihvaćena i kod nas (čim prije – to bolje), to je npr. Elektrotehničko društvo – Zagreb (EDZ) krenulo s osmišljavanjem i provedbom niza edukativnih seminara po cijeloj Hrvatskoj sa svrhom obavještavanja svih zainteresiranih u lancu od proizvođača do potrošača električne energije o pojedinim elementima ove norme i o opremi, koja omogućuje stalno praćenje (snimanje) kvalitete električne energije. Kroz upoznavanje s elementima ove norme svi budući korisnici trebali bi prepoznati svoje mjesto i ulogu (prava i obveze), te pripremiti sve što je potrebno za što bezbolnije uključenje u moderni europski elektroenergetski sustav.

Osobitost je električne energije da na njezinu kvalitetu utječu u većoj mjeri potrošači (nelinearna opterećenja) nego proizvođači i isporučitelji. Stoga je potrošač pri osiguravanju kvalitete električne energije u znatnoj mjeri i partner isporučitelju. Istodobno s onečišćavanjem električne energije potrošač je i sam osjetljiv baš na ta onečišćenja.

Kako znamo, prednacrt ove europske norme (EN 50160) izradila je organizacija CENELEC (BTTF 68-6):

Fizikalne značajke električne energije. Nacrt donesen u rujnu 1993. godine podvrgnut je jednostupanjskom postupku prihvaćanja i CENELEC ga je 5. srpnja 1994. godine prihvatio kao normu EN 50160.

Utvrđeni su sljedeći nadnevci: − krajnji rok objavljivanja istovjetne nacionalne norme ( dop ) : 15. srpnja 1995. godine, − krajnji rok povlačenja oprečnih nacionalnih normi ( dow ) : 15. srpnja 1995. godine.

Page 3: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

3

Članovi CENELEC-a dužni su držati se pravilnika CENELEC-a, u kojem su utvrđeni uvjeti pod kojima se ovoj europskoj normi mora bez ikakve promjene dati status nacionalne norme. Posuvremenjeni popis norma, koje su preuzimanjem postale nacionalne norme, zajedno s njihovim bibliografskim podacima, može se na zahtjev dobiti od glavnog tajništva ili svake članice CENELEC-a. Ova europska norma postoji u tri službene verzije (njemačkoj, engleskoj, francuskoj). Isti status kao i te službene verzije ima i verzija na kojem drugom jeziku koju neka članica CENELEC-a na vlastitu odgovornost načini prevođenjem na svoj jezik i prijavi glavnom tajništvu. Članice CENELEC-a nacionalni su elektrotehnički odbori, navedeni u uvodu knjige [2].

1.1.1. Općenito o normi EN 50160 Područje primjene Ova norma definira i opisuje bitne značajke razdjelnog napona na mjestu predaje potrošaču u javnim

niskonaponskim i srednjonaponskim mrežama pri normalnim pogonskim uvjetima. Ova norma ne vrijedi: a) za pogon nakon nekog kvara i za mjere privremene opskrbe, koje se primjenjuju kako bi se omogućila daljnja opskrba potrošača pri zahvatima održavanja i pri gradnji, te kako bi se na najmanju mjeru ograničili opseg i trajanje prekida opskrbe b) u slučajevima kad postrojenje ili aparat potrošača ne zadovoljavaju mjerodavne norme ili tehničke uvjete za priključak ili kad su prekoračene granične vrijednosti smetnja prenošenih vodovima c) u slučajevima kad neko postrojenje za proizvodnju ne zadovoljava mjerodavne norme ili tehničke uvjete za priključak na razdjelnu mrežu (npr. postrojenja za proizvodnju energije) d) u iznimnim prilikama na koje može utjecati isporučitelj električne energije, posebno kod: − iznimnih vremenskih (ne)prilika ili prirodnih katastrofa − smetnja koje su izazvale treće starane − mjera javnih tijela ili tijela vlasti − radnih sporova prema zakonskim odredbama − više sile

− ograničenja kapaciteta opskrbe zbog izvanjskih utjecaja. Ova norma može se u cijelosti ili djelomično nadomjestiti ugovorom (dogovorom) između pojedinog

potrošača i isporučitelja električne energije. U ovoj normi opisane značajke opskrbnog napona nisu predviđene za uporabu kao razina elektromagnetske kompatibilnosti ili kao granične vrijednosti smetnja koje se iz postrojenja potrošača vodovima prenose u javne mreže.

Svrha norme Svrha je ove norme utvrditi i opisati obilježja razdjelnog napona glede: − frekvencije − veličine − oblika krivulje − simetrije triju napona faznih vodiča. Te se značajke za vrijeme normalnog pogona mijenjaju zbog kolebanja tereta, smetnja iz određenih

postrojenja i kvarova, koji su pretežno izazvani izvanjskim događanjima. Značajke napona izrazito su slučajne naravi, kako glede vremenskog tijeka na nekom promatranom mjestu predaje, tako i u jednom trenutku glede mjesne razdiobe po svim mjestima predaje u nekoj mreži. S obzirom na te ovisnosti valja računati s time da će se navedene razine značajka opskrbnog napona u rijetkim slučajevima prijeći. Pojedine pojave koje utječu na opskrbni napon potpuno su nepredvidive, tako da nije moguće za odgovarajuće značajke navesti čvrste vrijednosti. Vrijednosti koje su za te pojave dane u normi, npr. za propade napona i prekide napona, valja sukladno tome smatrati orijentacijskim vrijednostima.

Page 4: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

4

Definicije u svezi s normom EN 50160: Za primjenu ove norme vrijede sljedeće definicije: Potrošač Kupac električne energije, koji električnu energiju nabavlja od nekog isporučitelja električne energije. Isporučitelj električne energije Društvo koje električnu energiju dobavlja preko neke javne razdjelne mreže. Mjesto predaje Mjesto priključka postrojenja (uređaja) potrošača na javnu mrežu. NAPOMENA : To mjesto ne mora se podudarati npr. s mjernim mjestom ili s mjestom priključka na javnu

mrežu, [2]. Opskrbni napon Električna vrijednost napona na mjestu predaje mjerena u određenom trenutku, tijekom određenoga

vremenskog odsječka. Nazivni napon mreže (oznaka Un ili UN) Napon kojim se neka mreža označuje ili prepoznaje i na koji se svode određene pogonske značajke. Utanačeni (dogovoreni) opskrbni napon (Uc) Dogovoreni opskrbni napon Uc u normalnom je slučaju jednak nazivnom naponu mreže Un. Kad na osnovi

dogovora između isporučitelja električne energije i potrošača napon na mjestu predaje odstupa od nazivnog napona, radi se o utanačenom (dogovorenom) opskrbnom naponu Uc.

Niski napon (NN) U ovoj normi to je razdjelni napon čija je nazivna (efektivna) vrijednost najviše 1000 V. Srednji napon (SN) U ovoj normi to je razdjelni napon čija je nazivna (efektivna) vrijednost između 1 kV i 35 kV. Normalni pogonski uvjeti Pogonsko stanje u nekoj razdjelnoj mreži pri kojem je pokrivena potražnja za električnom energijom, pri

kojem se obavljaju sklapanja i pri kojem se smetnje otklanjaju pomoću automatskih zaštitnih sustava, a da pri tome ne postoje izvanredne okolnosti zbog izvanjskih utjecaja ili većih ograničenja kapaciteta opskrbe.

Page 5: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

5

Smetnje prenošene vodovima Elektromagnetna pojava koja se vodovima (vodičima) prenosi mrežom. U pojedinim slučajevima smetnje se

prenose vodovima i kroz transformatore u mreže drugih naponskih razina. Smetnje prenošene vodovima mogu smanjiti sposobnost za rad uređaja, postrojenja i sustava, te izazvati oštećenja.

Frekvencija opskrbnog napona Broj ponavljanja osnovnog harmonika opskrbnog napona u jedinici vremena mjeren tijekom određenog

vremenskog odsječka. Polagana promjena napona Povišenje ili sniženje efektivne vrijednosti napona, uobičajeno kod promjena ukupnog tereta u nekoj

razdjelnoj mreži ili nekom dijelu razdjelne mreže, [2]. Brza promjena napona Pojedina brza promjena efektivne vrijednosti nekog napona između dviju susjednih (uzastopnih) naponskih

razina, određenog, ali ne i čvrsto utvrđenog trajanja. Kolebanje napona Niz promjena napona ili neka periodična promjena ovojnice krivulje napona (iz IEV 161-08-05). Treperenje ( fliker, eng. FLICKER) Vidom zamjetljivo prekidanje izazvano svjetlosnim podražajem s vremenskim kolebanjem svjetlosne

gustoće ili spektralne razdiobe (IEV 161-08-13). NAPOMENA: Kolebanje napona izazivaju promjene svjetlosne gustoće žarulja, koje mogu izazvati vidom

zamjetljivu pojavu nazvanu treperenjem. Iznad određene granice treperenje smeta. Smetanja brzo raste s amplitudom kolebanja. Pri određenim brojevima ponavljanja u jedinici vremena smetnje su moguće već i pri vrlo malenim amplitudama.

Jakost treperenja Intenzitet smetanja zbog svjetlosnog treperenja koji se po UIE-IEC postupku za odmjeravanje treperenja

ocjenjuje i utvrđuje s pomoću sljedećih veličina: − kratkotrajna jakost treperenja (Pst ) mjerena tijekom vremenskog odsječka od deset minuta (st – short time) − dugotrajna jakost treperenja (Plt), koja se na osnovi niza od 12 vrijednosti Pst tijekom vremenskog odsječka od 2 sata računa prema jednadžbi (lt – long time, [2]):

(1.1)

312

1

3

12∑=

=i

PstiPlt

Page 6: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

6

Propad napona Naglo, kratkotrajno smanjenje opskrbnog napona na vrijednost između 90% i 1% dogovorenoga opskrbnog

napona Uc, nakon kojeg se ponovno uspostavlja prvobitna vrijednost. Trajanje propada napona iznosi (prema dogovoru) između 10 ms i 1 min. Dubina propada definirana je kao razlika između najmanje efektivne vrijednosti napona za vrijeme propada i dogovorenog napona Uc. Promjene napona pri kojima se napon ne smanjuje ispod 90% dogovorenog napona Uc ne smatraju se propadima.

Prekid opskrbe Stanje pri kojemu je napon na mjestu predaje manji od 1% dogovorenog napona Uc. Razlikuju se sljedeći

prekidi opskrbe: − planirani prekidi opskrbe o kojima se, radi omogućavanja obavljanja planiranih radova u razdjelnoj mreži, potrošači unaprijed obavještavaju i − slučajni prekidi opskrbe koji su izazvani trajnim ili prolaznim smetnjama; oni se uglavnom pojavljuju u svezi s drugim smetnjama. Razlikuju se sljedeći slučajni prekidi opskrbe: − dugotrajni prekidi opskrbe (duži od 3 minute), izazvani trajnim kvarom − kratkotrajni prekidi opskrbe (do uključivo 3 minute), izazvani prolaznim kvarom. NAPOMENA 1: Posljedice planiranog prekida opskrbe potrošači mogu prikladnim mjerama svesti na

najmanju mjeru. NAPOMENA 2: Slučajni su prekidi opskrbe nepredvidivi, izrazito stohastički (slučajni) događaji (kvarovi). Povremeni previsoki napon Razmjerno dugotrajni previsoki napon (prenapon) na određenom mjestu. NAPOMENA: Povremeni previsoki naponi (prenaponi) u pravilu nastaju zbog sklapanja ili smetnja (npr.

zbog naglog rasterećenja, jednopolnog kvara, nelinearnosti …). Naziv “prenapon” primjenjiv je samo za prijelazne pojave, kakve su atmosferska pražnjenja (izvanjski prenaponi), te prenaponi kod uklapanja, isklapanja i kratkih spojeva u elektroenergetskoj mreži (unutrašnji prenaponi). Ostale pojave napona, kada napon u mreži prelazi dopuštene granice, valja zvati “previsokim naponom”.

Tranzijentni previsoki napon Kratkotrajni titrajni ili netitrajni previsoki napon, koji je u pravilu jako prigušen, a trajanja je nekoliko

milisekunda ili manje. NAPOMENA: Tranzijentne previsoke napone obično izazivaju atmosferska izbijanja, sklapanja ili

pregaranja osigurača. Vrijeme porasta tranzijentnih previsokih napona kreće se od manje od jedne mikrosekunde, do nekoliko milisekunda.

Napon viših harmonika Sinusni napon, čija je frekvencija cjelobrojni višekratnik (redni broj) frekvencije osnovnog harmonika.

Vrijednost viših harmonika napona može se odrediti: − pojedinačno, njihovim amplitudama (Uh) svedenim na amplitudu osnovnog harmonika U1=UN, gdje je h - redni broj višeg harmonika napona − zajednički, npr. s pomoću ukupnog sadržaja viših harmonika (THD U), a koji se izračunava prema jednadžbi, [2]:

Page 7: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

7

(1.2)

NAPOMENA: Više harmonike opskrbnog napona uglavnom izazivaju viši harmonici struje nelinearnih

tereta potrošača, koji su priključeni na različitim naponskim razinama mreže. Ti viši harmonici struje stvaraju na impedancijama mreže odgovarajuće više harmonike napona. Viši harmonici struje i impedancije mreže, a time i viši harmonici napona na mjestu predaje, mijenjaju se tijekom vremena.

Napon međuharmonika Sinusni je napon, čija je frekvencija između frekvencija viših harmonika, tj. čija frekvencija nije cjelobrojni

višekratnik frekvencije osnovnog harmonika (kod nas: n ⋅ 50 Hz, n = 2,3 ...). NAPOMENA: Istovremeno se mogu pojaviti naponi međuharmonika bliskih frekvencija, zbog čega je

spektar frekvencija širokopojasan. Nesimetrija (asimetrija) napona Stanje u trofaznoj mreži pri kojem nisu jednake efektivne vrijednosti napona između faznih vodiča i

neutralnog vodiča, ili kutovi među uzastopnim fazama. Mjeri se kao odstupanje u odnosu na idealni trofazni sustav, kod kojega su amplitude napona sve tri faze jednake, a fazni kutovi su točno 120°.

Signalni naponi, superponirani opskrbnom naponu Opskrbnom naponu superponirani signal, koji služi za prijenos informacija u javnoj razdjelnoj mreži i u

postrojenju potrošača. Razlikuju se sljedeći signalni naponi u javnim razdjelnim mrežama: − signali mrežnoga tonfrekvencijskog upravljanja (MTU – mrežno tonfrekventno upravljanje): opskrbnom naponu superponirani sinusni signalni naponi u frekvencijskom opsegu od 110 Hz do 3000 Hz − signali nosive frekvencije: opskrbnom naponu superponirani sinusni signalni naponi u frekvencijskom opsegu od 34 kHz do 148,5 kHz − signalne oznake na opskrbnom naponu: opskrbnom naponu superponirane kratkotrajne promjene napona u izabranim točkama krivulje napona. Upućivanja na druge norme Sljedeća upućivanja na postojeće norme i publikacije koje su bitne za područje ove norme trebaju omogućiti

dodatno obavještavanje korisnika ove norme: I. CENELEC - europske norme i harmonizacijski dokumenti: a) EN 50065 - 1 1991. A1 1992. Prijenos signala u električnim niskonaponskim mrežama u frekvencijskom opsegu od 3 kHz, do 148,5 kHz. b) EN 60555 - 1 1987. Povratna djelovanja u razdjelnim mrežama, izazvana kućanskim aparatima i sličnim električnim napravama.

NUUhTHD

h

%100)(40

2

2∑=

=

Page 8: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

8

- Dio 1 : Pojmovi c) EN 60868 1993. Instrumenti za odmjeravanje treperenja - opis rada i projektna specifikacija ( IEC 868: 1986 + A1: 1990.). d) EN 61000-4-7 1993. Elektromagnetska kompatibilnost. - Dio 4: Ispitni i mjerni postupci - Glavni odsječak 7: Opće smjernice za postupak i instrumente za odmjeravanje viših harmonika i međuharmonika u razdjelnim mrežama i priključnim aparatima ( IEC 1000-4-7:1991). e) ENV 61000-2-2 1993. Elektromagnetna kompatibilnost - Dio 2: Uvjeti okoliša - Glavni odsječak 2: Razina kompatibilnosti za niskofrekvencijske smetnje prenošene po vodovima i prijenos signala u javnim niskonaponskim mrežama ( IEC 1000-2-2:1990 ) . f) HD 472 S1 1989. nazivni naponi za niskonaponske javne razdjelne mreže (IEC 38: 1983. preinačeno). II. Druge publikacije a) IEC 50 (161) Međunarodni elektrotehnički rječnik - Poglavlje 161 : Elektromagnetna kompatibilnost, [2]. b) UNIPEDE 91 en 50.02 Propadi i kratki prekidi napona u srednjonaponskim javnim razdjelnim mrežama. 1.1.2. Obilježja niskog napona (NN) Mrežna frekvencija Nazivna je frekvencija opskrbnog napona 50 Hz. Pri normalnim pogonskim uvjetima desetsekundna srednja

vrijednost osnovne frekvencije u nekoj razdjelnoj mreži mora biti u sljedećim opsezima: − kod mreža povezanih s elektroenergetskim sustavom: 50 Hz +1% (tj. od 49,5 Hz do 50,5 Hz ) tijekom 95% tjedna, odnosno: 50 Hz +4% / -6% ( tj. od 47 Hz do 52 Hz ) tijekom preostalih 5% tjedna. NAPOMENA: Nedavno je taj zahtjev postao stroži, pa je sada na snazi: Pri normalnim pogonskim uvjetima desetsekundna srednja vrijednost osnovne frekvencije u nekoj razdjelnoj

mreži mora biti u sljedećim opsezima:

Page 9: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

9

− kod mreža povezanih s elektroenergetskim sustavom: 50 Hz +1% (tj. od 49,5 Hz do 50,5 Hz ), tijekom 99,5% svakog tjedna (tijekom cijele godine), odnosno: 50 Hz +4% / -6% ( tj. od 47 Hz do 52 Hz ) u preostalih 0,5% svakog tjedna. − kod mreža nepovezanih s elektroenergetskim sustavom (npr. razdjelne mreže u tzv. otočnom radu) ostalo je sve isto: 50 Hz +2% ( tj. od 49 Hz do 51 Hz ) tijekom 95% tjedna, odnosno: 50Hz +15% ( tj. od 42,5 Hz do 57,5 Hz ) u preostalih 5% svakog tjedna. Veličine opskrbnog napona Normirani je nazivni napon Un za niskonaponske javne mreže: − za trofazne mreže s četiri vodiča: Un = 230 V između faznih vodiča i neutralnog vodiča − za trofazne mreže s tri vodiča: Un = 230 V između faznih vodiča. NAPOMENA 1. Do 2003. godine nazivni napon može prema HD 472 S1 odstupati od 230 V. NAPOMENA 2. U niskonaponskim su mrežama dogovoreni napon Uc i naznačeni (nazivni) napon Un jednaki, [2]. U Republici Hrvatskoj granice trenutačno dopuštenih napona nisu u skladu s EN 50160, već temeljem

Pravilnika o normiranim naponima za distribucijske NN mreže i električnu opremu (NN 28/2000), vrijedi: − do 04.2006. godine: kod nominalnog napona faza-neutralni vodič: 220 V (-10%, +6%, tj.: 207 – 242 V) − kod nominalnog napona faza-neutralni vodič: 230 V (-10%, +6%, tj.: 207 – 244 V) − od 2007., pa do 2010. godine: prelazi se trajno na 230 V s dopuštenim odstupanjem (-10%, +10%, tj.: 207 – 253 V), u skladu s normom EN 50160. U Hrvatskoj će norma EN 50160 najvjerojatnije biti prihvaćena kao preporuka tijekom 2006. godine, a

zaživjeti će (sa zakonskom snagom) najvjerojatnije tijekom 2007. ili 2008. godine, kada se planira i ulazak Hrvatske u EU.

Polagane promjene napona Pri normalnim pogonskim uvjetima, bez uzimanja u obzir prekida opskrbe, 95% desetminutnih srednjih

efektivnih vrijednosti opskrbnog napona svakoga tjednog intervala (bilo kojeg) mora biti u opsegu: Un +10 %. Preostalih 5% 10-minutnih srednjih efektivnih vrijednosti opskrbnog napona svakoga tjednog intervala (bilo kojeg) mora biti u opsegu: Un +10 % / -15% (tj. maksimalno: 253 V, a minimalno: 199,5 V).

NAPOMENA : Do 2003. godine opseg napona može u skladu s HD 472 S1 odstupati od tih normiranih vrijednosti. Brze promjene napona Veličine brzih promjena napona Brze promjene napona uglavnom su izazvane promjenama tereta u postrojenjima potrošača ili sklapanjima u

mreži. Pri normalnim pogonskim uvjetima brza promjena u pravilu ne prelazi 5% nazivnog napona. Međutim, pod određenim okolnostima mogu se više puta dnevno pojaviti kratkotrajne brze promjene napona do 10% Un.

NAPOMENA: Promjena napona koja dovodi do opskrbnog napona manjeg od 1% Un, smatra se prekidom napona, tj. napajanja. Jakost treperenja (fliker, eng. FLICKER) Pri normalnim pogonskim uvjetima dugotrajna jakost treperenja zbog promjena napona ne smije tijekom bilo

kojeg tjedna prelaziti vrijednost: Plt = 1.

Page 10: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

10

NAPOMENA: Reagiranje na treperenje je subjektivno i može biti vrlo različito ovisno o uzroku treperenja i o razdoblju u kojem dolazi do treperenja. U pojedinim slučajevima smetnje su moguće već kod vrijednosti: Plt = 1, dok u drugim slučajevima smetnja nema ni pri velikim vrijednostima Plt.

Propadi napona Propadi napona nastaju pretežito zbog kvarova u postrojenjima potrošača ili u javnoj mreži. Propadi napona

praktično su nepredvidivi, izrazito slučajni događaji. Njihov je godišnji broj vrlo različit, ovisno o vrsti razdjelne mreže i o promatranoj točki mreže. Osim toga, njihova razdioba tijekom godine može biti vrlo neravnomjerna. Orijentacijske vrijednosti:

− očekivani godišnji broj propada napona može pri normalnim pogonskim uvjetima biti od nekoliko desetaka do tisuću. Većina propada napona kraća je od 1 s, a dubine propada manje su od 60% Un. Međutim, pojedini propadi mogu biti dužeg trajanja i veće dubine propada. U nekim se mrežama vrlo često, zbog sklapanja tereta u postrojenjima potrošača, mogu pojavljivati propadi napona dubine između 10% i 15% Un, [2].

Kratki prekidi opskrbnog napona Orijentacijske vrijednosti: Pri normalnim pogonskim uvjetima kratki prekidi opskrbnog napona pojavljuju se učestalošću od nekoliko

desetaka do više stotina godišnje. Trajanje oko 70% kratkih prekida opskrbe mora biti kraće od jedne sekunde. NAPOMENA: U pojedinim publikacijama polazi se od pretpostavke da kratki prekidi opskrbnog napona ne

traju duže od jedne minute. Međutim, katkad se primjenjuju zaštitni sustavi koji, radi izbjegavanja dugih prekida opskrbe, zahtijevaju vrijeme prekida od tri minute.

Dugi prekidi opskrbnog napona Slučajni prekidi opskrbe većinom su izazvani izvanjskim događajima ili zahvatima, koje isporučitelj

električne energije ne može spriječiti. S obzirom na velike razlike u vrstama postrojenja i strukturama mreža u različitim državama i s obzirom na nepredvidive utjecaje trećih strana i vremenskih (ne)prilika, nije moguće navesti tipične vrijednosti učestalosti i trajanja dugih prekida opskrbe.

Orijentacijske vrijednosti: Ovisno o mjestu, može se pri normalnim pogonskim uvjetima godišnje pojaviti od manje od 10 pa do preko

50 dugih prekida napona, trajanja preko tri minute. Orijentacijske vrijednosti za prolazne prekide opskrbe nisu navedene, jer se o tim prekidima opskrbe unaprijed obavještava.

Povremeni previsoki naponi između faznih vodiča i zemlje Povremeni previsoki napon (mrežne frekvencije) u pravilu se pojavljuje pri kvaru u javnoj mreži ili u nekom

postrojenju potrošača. On nestaje kad se smetnja otkloni i isključi. Pri normalnim pogonskim uvjetima ti previsoki naponi mogu, zbog pomaka zvjezdišta trofaznog sustava, dosegnuti vrijednost linijskog napona.

Orijentacijske vrijednosti: Pod određenim okolnostima kratki spoj na gornjonaponskoj strani transformatora mreže može na

donjonaponskoj strani izazvati previsoki napon (prenapon) za vrijeme dok teče struja kratkog spoja. Ti previsoki naponi u pravilu ne prelaze efektivnu vrijednost od 1,5 kV (ali mogu biti i znatno veći), [2].

Tranzijentni previsoki naponi između faznih vodiča i zemlje Tranzijentni previsoki naponi obično ne prelaze tjemenu vrijednost od 6 kV. Međutim, povremeno se

pojavljuju i više vrijednosti. Vremena su porasta u širokom opsegu: od milisekunde do znatno kraće od mikrosekunde.

Page 11: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

11

NAPOMENA: Energija tranzijentnoga previsokog napona vrlo je različita i ovisi o uzroku previsokog napona. U odnosu na previsoki napon izazvan sklapanjima, previsoki napon induciran atmosferskim izbijanjem više je tjemene vrijednosti, ali manje energije. To je zato što sklopni previsoki naponi (prenaponi) u pravilu traju duže. Pri izboru naprava za zaštitu od previsokih napona u nekom postrojenju potrošača moraju se u obzir uzeti viši energetski zahtjevi zbog sklopnih previsokih napona. Takvo će rješenje zadovoljavati i za previsoke napone inducirane atmosferskim izbijanjima i za niže (ali češće) sklopne previsoke napone.

Nesimetričnost (asimetričnost) napona Pri normalnim pogonskim uvjetima 10-minuta srednja efektivna vrijednost inverzne komponente napona ne

smije, kod 95% srednjih vrijednosti svakoga tjednog intervala, prelaziti 2% odgovarajuće izravne komponente. U nekim mrežama s postrojenjima potrošača koja su djelomično jednofazno ili dvofazno priključena, pojavljuju se na trofaznim mjestima predaje nesimetrije do oko 3%.

NAPOMENA : Ova norma sadrži samo vrijednosti za inverznu komponentu, jer je samo ona važna za analizu moguće smetnje aparatima priključenima na mrežu. Analiziraju se istodobno amplitude faza i fazni kutovi.

Napon višeg harmonika Pri normalnim pogonskim uvjetima 95% 10-minutnih srednjih efektivnih vrijednosti napona svakoga

pojedinog višeg harmonika ne smije ni u jednom tjednom intervalu prelaziti vrijednost iz tablice 1.2.1. Rezonancije mogu kod pojedinih viših harmonika izazvati više napone. Osim toga, ukupni sadržaj viših harmonika (eng. THD – Total Harmonic Distortion, ukupno harmoničko izobličenje) opskrbnog napona, koji se izračunava uz uzimanje u obzir svih viših harmonika do 40. višeg harmonika, ne smije prelaziti vrijednost od 8% Un.

NAPOMENA : Ograničenja na više harmonike do 40. višeg harmonika odgovara uobičajenom dogovoru.

neparni viši harmonici

koji nisu višekratnik od 3

neparni viši harmonici

koji su višekratnik od 3

parni viši harmonici

redni br. h Uh u %Un

5 6,0

7 5,0

11 3,5

13 3,0

17 2,0

19 1,5

23 1,5

25 1,5

redni br. h Uh u %Un

3 5,0

9 1,5

15 0,5

21 0,5

redni br. h Uh u %

2 2,0

4 1,0

6 do 24 0,5

Tablica 1.1.2.1 - Vrijednosti pojedinih viših harmonika (h) napona na mjestu predaje, do 25. višeg harmonika, u postotku nazivnog napona Un

NAPOMENA: Vrijednosti nisu navedene za više harmonike (iznad 25. višeg harmonika), jer su one obično

vrlo malene, a osim toga su i izrazito nepredvidive s obzirom na rezonanciju.

Page 12: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

12

Napon međuharmonika Zbog veće primjene pretvarača frekvencije i sličnih upravljačkih uređaja povećavaju se vrijednosti

međuharmonika. Budući da se ne raspolaže sigurnim iskustvenim vrijednostima, zasad ništa nije utvrđeno (vrijednosti su u razmatranju ). U pojedinim slučajevima i međuharmonici vrlo malenih razina mogu izazvati treperenje ili smetnje u sustavu mrežnoga tonfrekvencijskog upravljanja.

Signalni naponi superponirani opskrbnom naponu Valja poći od toga da se u nekim državama isporučitelj električne energije koristi javnim razdjelnim

mrežama za prijenos signala: 99% trosekundnih srednjih vrijednosti signalnog napona tijekom dana ne smije prelaziti vrijednosti dane na slici 1.

NAPOMENA: U postrojenju potrošača smiju se opskrbnom naponu superponirati signali nosive frekvencije od 96 kHz do 148,5 kHz. Premda uporaba javne mreže za prijenos signala među privatnim korisnicima nije dopuštena, mora se u tom frekvencijskom opsegu u niskonaponskim javnim mrežama računati s efektivnim vrijednostima od 1,4 V. S obzirom na mogućnost međusobnog utjecaja susjednih signalnih uređaja, može biti potrebno da potrošači predvide zaštitne naprave ili na smetnje dovoljno neosjetljive uređaje za prijenos signala.

1.1.3. Obilježja srednjeg napona (SN) Potrošači čija potrošnja prelazi kapacitet opskrbe na niskom naponu u pravilu se opskrbljuje na srednjem

naponu. Ova je norma za takvu opskrbu električnom energijom primjerena do dogovorenog napona od 35 kV. NAPOMENA: Potrošači se mogu na tim naponima (1 − 35 kV) opskrbljivati i radi ispunjavanja posebnih

zahtjeva ili radi smanjenja smetnja koje se iz njihovih postrojenja prenose vodovima, [2]. Mrežna frekvencija Nazivna je frekvencija opskrbnog napona 50 Hz. Pri normalnim pogonskim uvjetima desetsekundna srednja vrijednost osnovne frekvencije u nekoj razdjelnoj

mreži mora biti u sljedećim opsezima: − kod mreža povezanih s elektroenergetskim sustavom: 50 Hz +1% (tj. od 49,5 Hz do 50,5 Hz ),

Page 13: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

13

tijekom 99,5% svakog tjedna (tijekom cijele godine), odnosno: 50 Hz +4% / -6% ( tj. od 47 Hz do 52 Hz ) u preostalih 0,5% trajanja svakog tjedna − kod mreža nepovezanih s elektroenergetskim sustavom (npr. razdjelne mreže u tzv. otočnom radu) ostalo je sve isto: 50 Hz +2% ( tj. od 49 Hz do 51 Hz) tijekom 95% tjedna, odnosno: 50 Hz +15% ( tj. od 42,5 Hz do 57,5 Hz) tijekom preostalih 5% trajanja svakog tjedna. Veličine opskrbnog napona Veličina opskrbnog napona utvrđena je dogovorenim naponom Uc. Polagane promjene napona Pri normalnim pogonskim uvjetima, bez uzimanja u obzir prekida opskrbe, 95% desetominutnih srednjih

efektivnih vrijednosti opskrbnog napona svakoga tjednog intervala mora biti u opsegu: Uc +10%, tj. +10% /-15% u preostalih 5% promatranog (bilo kojeg) tjedna.

Brze promjene napona Veličina brzih promjena napona Brze promjene opskrbnog napona uglavnom su izazvane promjenama tereta u postrojenjima potrošača ili

sklapanjem u mreži. Pri normalnim pogonskim uvjetima brza promjena napona u pravilu ne prelazi 4% dogovorenog napona Uc. Međutim, pod određenim okolnostima mogu se više puta dnevno pojaviti kratkotrajne brze promjene napona do 6% Uc.

Jakost treperenja (flikera) Pri normalnim pogonskim uvjetima dugotrajna jakost treperenja (flikera) zbog promjena napona ne smije

tijekom bilo kojeg tjedna u godini prelaziti vrijednost od Plt = 1. Propadi napona Propadi napona nastaju pretežito zbog kvarova u postrojenjima potrošača ili u javnoj mreži. Njihov je

godišnji broj vrlo različit, ovisno o vrsti razdjelne mreže i o promatranoj točki mreže. Osim toga, njihova razdioba tijekom godine može biti vrlo neravnomjerna.

Orijentacijske vrijednosti: Očekivani godišnji broj propada napona može pri normalnim uvjetima biti od nekoliko desetina do tisuću.

Većina propada napona kraća je od 1 s i dubine propada manje od 60% Uc. Međutim, pojedini propadi mogu biti dužeg trajanja i veće dubine propada. U nekim se mrežama vrlo često zbog sklapanja tereta u postrojenjima potrošača, mogu pojavljivati propadi napona dubine između 10% i 15% Uc.

Kratki prekidi opskrbnog napona Orijentacijske vrijednosti: Pri normalnim pogonskim uvjetima kratki prekidi opskrbnog napona pojavljuju se s učestalošću u opsegu od

nekoliko desetina, do više stotina godišnje. Trajanje oko 70% kratkih prekida opskrbe mora biti kraće od jedne sekunde.

NAPOMENA: U pojedinim publikacijama polazi se od pretpostavke da kratki prekidi opskrbnog napona ne traju duže od jedne minute. Međutim, katkada se primjenjuju zaštitni sustavi koji, radi izbjegavanja dugih prekida opskrbe, zahtijevaju vremena prekida do tri minute, [2].

Page 14: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

14

Dugi prekidi opskrbnog napona Slučajni prekidi opskrbe većinom su izazvani izvanjskim događajima ili zahvatima, koje isporučitelj

električne energije ne može spriječiti. S obzirom na velike razlike u vrstama postrojenja i strukturama mreža u različitim državama, te na nepredvidive utjecaje trećih čimbenika i vremenskih (ne)prilika, nije moguće navesti tipične vrijednosti učestalosti i trajanja dugih prekida opskrbe.

Orijentacijske vrijednosti: Ovisno o mjestu može se pri normalnim pogonskim uvjetima godišnje pojaviti od manje od 10 pa do preko

50 dugih prekida napona, trajanja preko tri minute. Orijentacijske vrijednosti za prolazne prekide opskrbe nisu navedene, jer se o tim prekidima opskrbe unaprijed obavještava.

Povremeni previsoki naponi (prenaponi) između faznih vodiča i zemlje Povremeni previsoki napon (mrežne frekvencije 50 Hz) u pravilu se pojavljuje pri kvaru u javnoj mreži ili u

nekom postrojenju potrošača. On nestaje kad se smetnja otkloni i isključi. Očekivana vrijednost takvoga previsokog napona ovisi o načinu uzemljenja mreže. U mrežama s kruto ili polukruto uzemljenim zvjezdištem previsoki napon u pravilu ne prelazi 1,7 Uc. U mrežama s neuzemljenim zvjezdištem ili s kompenzacijom zemljospoja, previsoki napon u pravilu ne prelazi 2,0 Uc. Način uzemljenja mreže navodi isporučitelj električne energije.

Tranzijentni previsoki naponi između faznih vodiča i zemlje Tranzijentni previsoki naponi u srednjonaponskim mrežama nastaju zbog sklapanja ili atmosferskih izbijanja

(izravni udar groma ili indukcija). U odnosu na previsoki napone zbog atmosferskih izbijanja, sklopni su previsoki naponi u pravilu manje amplitude, ali kraćeg vremena porasta i/ili dužeg trajanja (<10 ms).

NAPOMENA : Usklađivanje − shema izolacije kod potrošača mora se uskladiti sa shemom izolacije kod isporučitelja električne energije.

Nesimetričnost (asimetričnost) napona Pri normalnim pogonskim uvjetima desetminutna srednja efektivna vrijednost inverzne komponente napona

ne smije, kod 95% srednjih vrijednosti svakoga tjednog intervala, prelaziti 2% odgovarajuće izravne komponente. U nekim se mrežama pojavljuje nesimetričnost (asimetričnost) i do 3%.

NAPOMENA: Ova norma sadrži samo vrijednosti za inverznu komponentu, jer je samo ona bitna za uzrokovanje moguće smetnje aparatima priključenima na mrežu. Promatraju se istodobno amplitude faza i fazni kutovi.

Napon višeg harmonika Pri normalnim pogonskim uvjetima 95% desetminutnih srednjih efektivnih vrijednosti napona svakoga

pojedinog višeg harmonika ne smije ni u jednom tjednom intervalu prelaziti vrijednost iz tablice 1.3.1. Rezonancije mogu kod pojedinih viših harmonika izazvati više napone. Osim toga, ukupni sadržaj viših harmonika (eng. THD) opskrbnog napona, koji se izračunava uz uzimanje u obzir svih viših harmonika do 40. višeg harmonika, ne smije prelaziti vrijednost od 8% Uc.

NAPOMENA: Ograničenje na više harmonike do 40. višeg harmonika odgovara uobičajenom dogovoru.

Page 15: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

15

neparni viši harmonici koji nisu višekratnik od 3

neparni viši harmonici koji su višekratnik od 3

parni viši harmonici

redni br. h Uh u %

5 6,0 7 5,0 11 3,5 13 3,0 17 2,0 19 1,5 23 1,5 25 1,5

redni br. h Uh u % Uc 3* 5,0 9 1,5 15 0,5 21 0,5

redni br. h Uh u % Uc 2 2,0 4 1,0 6 do 24 0,5

* - ovisno o projektu mreže, vrijednost 3. harmonika može biti i izrazito manja

Tablica 1.1.3.1 - Vrijednosti pojedinih viših harmonika napona na mjestu predaje, do 25. višeg harmonika, u postotku dogovorenog opskrbnog napona Uc

NAPOMENA: Vrijednosti nisu navedene za više harmonike iznad 25. višeg harmonika, jer su one obično

vrlo malene, a osim toga, izrazito su nepredvidive s obzirom na rezonanciju. Napon međuharmonika Zbog sve veće primjene pretvarača frekvencije i sličnih upravljačkih uređaja, povećavaju se vrijednosti

međuharmonika. Budući da se ne raspolaže sigurnim iskustvenim vrijednostima, zasad ništa nije utvrđeno (vrijednosti se razmatraju). U pojedinim slučajevima i međuharmonici vrlo malenih razina mogu izazvati treperenje ili smetnje u sustavu mrežnoga tonfrekvencijskog upravljanja.

Signalni naponi superponirani opskrbnom naponu Valja poći od toga da se u nekim državama isporučitelj električne energije koristi javnim razdjelnim

mrežama za prijenos signala. 99% trosekundnih srednjih vrijednosti signalnog napona tijekom dana ne smije prelaziti vrijednosti dane na slici 2. Vrijednosti za frekvencije od 9 kHz do 95 kHz još se razmatraju, [2].

NAPOMENA: Polazi se od toga da se potrošači nemaju pravo koristiti srednjonaponskim javnim mrežama

za prijenos signala.

Page 16: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

16

1.1.4. Norma EN 50160 – elementi važni za svakodnevnu primjenu i kako ih tumačiti

Mjerenjem i memoriranjem (pohranjivanjem) vrijednosti osnovnih osam parametara električnog

napona na niskonaponskoj (do 1000 V AC) ili srednjonaponskoj mreži (1000 – 35000 V AC):

1. kolebanje napona 2. treperenje (fliker): kratkotrajno (Pst) i dugotrajno (Plt) 3. harmonici: od 2., do 40. 4. naponi signaliziranja (Ripple Control – signalni upravljački naponi ), međuharmonici, MTU 5. frekvencija opskrbnog napona 6. nesimetričnost (asimetričnost) napona 7. naponski propadi (Dips) i/ili udarna prijelazna stanja (Surges), previsoki naponi (prenaponi) 8. prekidi opskrbe,

tijekom jednog tjedna (7 dana = 168 sati), primjenom npr. uređaja LEM MEMOBOX 800/808 (slika 1.1.4.1), te prikazivanjem i analiziranjem ishoda mjerenja primjenom programske potpore, npr. LEM CODAM plus, moguće je stalno pratiti kvalitetu električne energije u distribucijskoj mreži. Naime, potrebno je pratiti vrijednosti parametara i utvrditi jesu li one unutar preporučenih vrijednosti (tablica 1.1.4.1):

Page 17: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

17

Slika 1.1.4.1 – Potpuni komplet uređaja LEM MEMOBOX 800/808

parametri vrijeme usrednjavanja

granične vrijednosti tijekom 95% tjedna (160 sati)

granične vrijednosti tijekom cijelog tjedna (100% = 168 sati)

kolebanje napona 10 min ± 10% UN UN +10/-15% u ostalih 5% tjedna

treperenje (fliker) Pst - 10 min

Plt - 120 min

Plt < 1

harmonici 10 min tablica do 40. harmonika THD 10 min < 8%

signalni napon 3 s < 5% od UN (1 ... 10 kHz) u 99% od 24 sata (1 dan)

frekvencija (50 Hz) 10 s ± 1% (prema novom: tijekom 99,5% trajanja jedne godine)

+4% / -6% u ostalom dijelu (0,5%) jedne iste godine

asimetričnost 10 min < 2%

naponski propad 10 ms nije objašnjeno egzaktno, već samo opisno, npr. do 100 tjedno

prekidi 10 ms nije objašnjeno egzaktno, već opisno, npr. 10 - 50 godišnje

Tabela 1.1.4.1 – Granične vrijednosti parametara napona prema normi EN 50160

Page 18: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

18

1.1.4.1. Važni parametri kvalitete električne energije 1.1.4.1.1. Kolebanje napona

Iako je moguće razlikovati tzv. polagane i brze promjene napona, općenito se može reći da je kolebanje

napona prihvatljivo ako se, pri normalnim pogonskim uvjetima (ne uzimajući u obzir prekid opskrbe), 95% svih desetminutnih srednjih efektivnih vrijednosti opskrbnog napona svakog tjednog intervala nalazi unutar +/- 10% vrijednosti normiranoga nazivnog napona (UN). U preostalih 5% tjedna napon može varirati u pojasu +10% / -15%. To znači da od ukupno 1008 desetminutnih srednjih efektivnih vrijednosti napona izmjerenih tijekom jednog tjedna, 958 treba, prema normi EN 50160 imati vrijednost unutar područja 207 – 253 V, za npr. nazivni napon od 230 V ~ (slika 1.1.4.2). U Hrvatskoj, u prijelaznom razdoblju (do početka 2007. godine), to je područje 207 – 242 V AC (∼).

Slika 1.1.4.2 – Dijagram dijela desetminutnih srednjih efektivnih vrijednosti opskrbnog napona

1.1.4.1.2. Treperenje (eng. Flicker)

Potreba za definiranjem i mjerenjem tog parametra proistekla je iz činjenice da promjena intenziteta

svjetla u radnoj ili životnoj okolini negativno utječe na zdravlje ljudi, tj. na njihovu radnu i drugu djelotvornost. Javljaju se glavobolje, nervoze, depresije, kvari se vid itd. Treperenje se definira na sljedeći način: Ako u nekoj prostoriji prebiva 100 ljudi pod jednakim uvjetima, i ako se intenzitet svjetla promijeni toliko da to opazi 50 od ukupno 100 nazočnih ljudi, kaže se da treperenje (fliker) ima intenzitet 1 (slika 1.1.4.3). Treperenje je posljedica amplitudnog moduliranja opskrbnog napona frekvencijama u opsegu 1 – 33 Hz, pri čemu je amplituda u izravnoj funkciji te modulirajuće frekvencije. Tako npr. pri frekvenciji modulirajućeg signala od 8 Hz, amplituda je fluktuacije nazivnog napona oko 0,256 % od nazivne vrijednosti (npr. 0,59 V od 230 V ~). Temeljem precizno određene te međuovisnosti projektiran je i uređaj – flikerometar, koji je uključen i u uređaje tipa MEMOBOX 800/808. Mjeri se vrijednost samo kratkotrajne jakosti treperenja (Pst) tijekom vremenskog intervala od 10 minuta, dok se dugotrajna jakost treperenja (Plt) izračunava temeljem niza od 12 uzastopnih vrijednosti Pst, (1.1.4.1):

(1.1.4.1)

Potreban je npr. kabel većeg presjeka vodiča

da bi smo reducirali

padove napona!

312

1

3

12∑=

=i

PstiPlt

Page 19: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

19

Slika 1.1.4.3 - Vrijednost dugotrajnog treperenja (Plt - 120 minuta) ne smije prijeći iznos 1 tijekom 95% jednog tjedna

1.1.4.1.3. Harmonici i međuharmonici

Dopuštene vrijednosti viših harmonika (h od 2 do 40) tablično se prikazuju, i to ili: − pojedinačno, njihovim amplitudama (Uh), svedenim (skaliranim) na amplitudu osnovnog harmonika (U1), ili − zajednički, s pomoću ukupnog sadržaja viših harmonika: THD (eng. Total Harmonic Distortion – ukupno harmoničko izobličenje), koje se izračunava kao, (1.1.4.2):

(1.1.4.2)

Tijekom svakog desetminutnog intervala vrijednost THD-a mora biti < 8% (manja od, bolja od) vrijednosti prvog harmonika, dok vrijednosti pojedinih harmonika mogu imati iznose (prema odgovarajućoj tablici) najčešće u pojasu od 0,5% (npr. od 6., do 24. harmonika) do 6% (npr. za “poznati” 5. harmonik) od vrijednosti prvog harmonika (slika 1.1.4.4). Više harmonike u mrežnom naponu najčešće proizvode viši harmonici struja nelinearnih opterećenja potrošača, koji su priključeni na raznim razinama distribucijske mreže. Ti viši harmonici struje opterećenja stvaraju na impedancijama unutar distribucijske mreže odgovarajuće više harmonike napojnog napona. S druge strane, sve veća primjena pretvarača frekvencije i sličnih upravljačkih uređaja utječe na povećanje vrijednosti međuharmonika, čije se dopuštene vrijednosti u okviru norme EN 50160 još razmatraju. No, u pojedinim situacijama i međuharmonici malenih intenziteta izazivaju treperenje (fliker) ili smetnje u sustavu mrežnoga tonfrekvencijskog upravljanja.

1

%100)(40

2

2

UUTHD

hh∑

=

=

Page 20: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

20

Slika 1.1.4.4 – Primjena programske potpore tipa CODAM 800: do 120 harmonika (3x40) skalirano je u

skladu s njihovim ograničenjima (u odnosu na prvi harmonik)

1.1.4.1.4. Signalni naponi superponirani opskrbnom naponu S obzirom na to da se isporučitelji električne energije koriste javnom distribucijskom mrežom za

prijenos upravljačkih signala, oni se moraju držati sljedeće norme: Unutar frekvencijskog pojasa od 1 do 10 kHz, 99% svih trosekundnih srednjih efektivnih vrijednosti signalnog napona tijekom jednog dana ne smiju prelaziti vrijednost od 5% nazivnog napona (slika 1.1.4.5).

Slika 1.1.4.5 - Signalni napon ne smije prelaziti frekvencijski ovisno ograničenje u % od nominalnog napona

Page 21: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

21

1.1.4.1.5. Frekvencija

Nazivna je frekvencija opskrbnog napona u distribucijskoj mreži 50 Hz. Za niskonaponske i srednjonaponske distribucijske mreže vrijedi da pri normalnim pogonskim uvjetima desetsekundna srednja vrijednost osnovne frekvencije u nekoj razdjelnoj mreži mora biti u sljedećim opsezima:

− kod mreža povezanih s elektroenergetskim sustavom: 50 Hz +1% (tj. od 49,5 Hz do 50,5 Hz ) tijekom 99,5% svakog tjedna (godine), odnosno: 50 Hz +4% / -6% ( tj. od 47 Hz do 52 Hz ) tijekom preostalih 5% jednog tjedna (godine), − kod mreža nepovezanih s elektroenergetskim sustavom (npr. razdjelne mreže u tzv. otočnom radu) ostalo je: 50 Hz +2% ( tj. od 49 Hz do 51 Hz ) tijekom 95% tjedna (godine), odnosno: 50 Hz +15% ( tj. od 42,5 Hz do 57,5 Hz ) tijekom preostalih 5% tjedna (godine).

1.1.4.1.6. Nesimetričnost (asimetričnost) između faza opskrbnog napona Taj parametar objašnjen je na sljedeći način: Pri normalnim pogonskim uvjetima rada sve desetminutne

srednje efektivne vrijednosti inverzne komponente napona ne smiju kod 95% srednjih vrijednosti svakog tjednog intervala prelaziti 2% odgovarajuće izravne (direktne) komponente (slika 1.1.4.6).

Slika 1.1.4.6 - Asimetričnost (desna ordinata) i frekvencija izvan tolerancija uzrokuju probleme

1.1.4.1.7. Naponski propadi Naponski propadi nastaju najčešće radi kvarova u postrojenjima potrošača ili u javnoj distribucijskoj

mreži. Definiraju se na slijedeći način: Propad (djelomični gubitak napona) jest naglo (nepredviđeno), kratkotrajno (od 10 ms, pa do 1 minute) smanjenje opskrbnog napona na neku od vrijednosti u pojasu od 90%, pa do 1% nazivnog napona, nakon čega se ponovno uspostavlja nazivni napon. Vrijedi: dopušteni orijentacijski broj propada napona tijekom jedne godine smije se kretati u opsegu od 10 do 1000 (npr. do 100 tjedno). Većina ih mora biti trajanja kraćeg od 1 s i amplitude manje od 60% nazivnog napona, [2] .

1.1.4.1.8. Prekid opskrbe Pod prekidom opskrbe (napona) razumijeva se stanje pri kojemu je opskrbni napon na mjestu predaje

manji od 1% nazivnog (utanačenog) napona (slika 1.1.4.7). Razlikuju se planirani i neplanirani prekidi, te kratkotrajni i dugotrajni prekidi. Trajanje oko 70% kratkih prekida (do 3 minute) opskrbe godišnje mora biti

Page 22: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

22

kraće od 1 s. Za duge prekide opskrbnog napona (dulji od 3 minute) dopušta se 10 – 50 prekida opskrbnog napona godišnje.

Slika 1.1.4.7 - Gubitak napona na vrijednost nižu od 1% nominalnog napona određuje se kao prekid

napona (napajanja)

1.1.4.2. Uzorkovanje (otipkavanje) signala (eng. sampling)

Ulazni signali (npr. 3 napona i 4 struje) filtriraju se preko NF filtra, koji sprječava poduzorkovanje (aliasing, intersimbolnu interferenciju), te se potom digitaliziraju najčešće u 16-bitnom A/D (analogno-digitalnom) pretvaraču. Brzina je uzorkovanja obično 10,24 kHz. Vrijednosti svih parametara izračunavaju se iz tih uzoraka. 1.1.4.3. Razlučivost i točnost

Razlučivost (rezolucija) i točnost, razlikuju se ovisno o mjernim parametrima. Podrobniji podaci mogu se vidjeti u poglavlju: Tehničke značajke. 1.1.4.4. Kolebanje (podrhtavanje) napona

Intervalna vrijednost napona jest srednja efektivna vrijednost (eng. RMS - Root Mean Square, drugi korijen iz kvadratne srednje vrijednosti) napona tijekom promatranog intervala mjerenja, definiranog pomoću programske potpore, npr. tipa CODAM BASIC/PLUS (najčešće je to desetminutni interval, prema EN 50160). Na slici 1.4.8 dan je shematski prikaz načela mjerenja kolebanja napona. Tijekom mjerenja u trajanju od sedam dana, u off-line uređaje tipa MEMOBOX 300/800/808 upiše se ukupno 1008 takvih vrijednosti napona, jer tjedan ima toliko desetminutnih intervala.

Zašto mjerenje prema normi EN 50160 treba trajati sedam dana? Ta preporuka zasnovana je na prosječnom tjednom radnom opterećenju radnika. Ponedjeljak i utorak – priprema posla (zalet), srijeda i četvrtak – najveće opterećenje radnika i pogona, petak – smanjenje opterećenja (osobito iza 13 sati zbog odlaska na vikend), subota i nedjelja najmanje opterećenja radnika i pogona. To ne vrijedi tijekom godišnjih

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

17.05

.1995

00

17.05

.1995

02

17.05

.1995

04

17.05

.1995

06

17.05

.1995

08

17.05

.1995

10

17.05

.1995

12

17.05

.1995

14

17.05

.1995

16

17.05

.1995

18

17.05

.1995

20

17.05

.1995

22

Volt

Page 23: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

23

odmora i državnih praznika. Mjerenje nema smisla ako je kraće od 3 – 4 sata, niti ako je dulje od 30 dana. Ako se treba snimati stanje kakvoće napona u trajanju duljem od 30 dana, treba postaviti opremu za stalno praćenje parametara napona i, po potrebi, struje na 1 – 3 faze, [1] .

Efektivna vrijednost napona izračunava se s pomoću usrednjavanja duljine intervala, (1.1.4.3.). Duljinu intervala moguće je birati s pomoću programa, npr. tipa CODAM 800 ili CODAM plus.

(1.1.4.3)

2

0

1 T

efU u dtT

= ∫

Perioda mjerenja

1 interval

Un

vrijeme

Slika 1.1.4.8 - Shematski prikaz načela mjerenja kolebanja napona

1.1.4.5. Najmanje i najveće vrijednosti (Min/Max)

Najveća i najmanja vrijednost napona, kao i najveća vrijednost struje tijekom nekog intervala mjerenja, utvrđuju se s najmanjom vremenskom razlučivošću od 10 ms (jedna poluperioda mrežnog napona). S pomoću programske potpore, npr. tipa CODAM BASIC / PLUS moguće je odabrati sljedeća trajanja odziva: 0,5 perioda, 1 perioda, 200 ms, te 1, 3, 5, 10, 30 i 45 sekundi (slika 1.1.4.9).

Dakle, krajnje vrijednosti, tj. najveća i najmanja vrijednost napona, kao i najveća vrijednost struje,

mogu se zabilježiti unutar nekog intervala s najmanjom širinom od 10 ms. S pomoću programa tipa npr. CODAM PLUS moguće je zadati trajanje intervala od poluperiode (10 ms) do 5 sekundi.

Page 24: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

24

Interval mjerenja

Max - vrijednostU

vrijeme

Min - vrijednost

Slika 1.1.4.9 - Mjerenje najmanje i najveće vrijednosti tijekom nekog intervala mjerenja

1.1.4.6. Naponski prekidi

Sve izmjerene vrijednosti napona niže od 1% od nazivnog napona tumače se kao prekidi napona (napajanja), prema normi EN 50160 (taj prag moguće je i namještati, tj. mijenjati sukladno s kojom lokalnom normom). Bilježi se početak i trajanje prekida napona. Svi prekidi trajanja duljeg od 10 ms bit će zabilježeni (dakle, na razini poluperiode). Na slici 1.1.4.10 dan je shematski prikaz definicije prekida napona (napajanja) prema normi EN 50160, [1].

Dakle, sve izmjerene vrijednosti <1% nazivnog napona protumačit će se kao prekid. Bilježe se

vrijeme početka i duljina trajanja naponskog prekida. Prekid mora trajati najmanje 20 ms da bi bio zabilježen kao takav.

Page 25: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

25

110% Un

vrijeme

100% Un90% Un

1% Un

trajanje

Slika 1.1.4.10 - Shematski prikaz definicije i tijeka prekida napona, prema normi EN 50160

1.1.4.7. Naponski propadi i previsoki naponi (prenaponi, skokovi)

Kada gornja (UN + 10%, prema normi EN 50160; danas kod nas još vrijedi i: UN + 6%) ili donja granična vrijednost nazivnog napona (UN – 10%) biva prekoračena, takvi događaji bilježe se kao previsoki naponi (skokovi) ili kao naponski propadi. Dubina propada može biti u području od 90% UN do 1% UN. Te granične razine moguće je i programski mijenjati, ali gore navede razine u skladu su s europskom normom EN 50160. Pohranjuju se u memoriju uređaja, npr. tipa MEMOBOX, podaci o trenutku nastupa i trajanju takva događaja, te podaci o krajnjim vrijednostima naponskog propada i previsokog napona (slika 1.1.4.11). Najveća veličina previsokog napona (prenapona) nije posebno utvrđena.

110% Un

vrijeme

100% Un90% Un

trajanje

dubina

trajanje

visina

Slika 1.1.4.11 - U memoriju uređaja pohranjuju se podaci o trenutku nastupa i trajanju naponskih propada i previsokih napona (skokova), te podaci o krajnjim (vršnim) vrijednostima naponskog propada i skoka

Page 26: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

26

1.1.4.8. Harmonici napona

Svaki od prvih 40 harmonika snima se posebno. Srednje vrijednosti svakog harmonika, dobivene tijekom svakog mjernog intervala, pohranjuju se u memoriju uređaja, npr. tipa MEMOBOX, slika 1.1.4.12.

Perioda mjerenja

duljina intervala

U5eff

vrijeme

Slika 1.1.4.12 – Primjer mjerenja efektivne vrijednosti 5. harmonika

1.1.4.9. Naponi signaliziranja (MTU, APU) i međuharmonici

Programirano može biti najčešće do pet (5) međuharmonika. Razlučivost je mjerenja frekvencije 5 Hz. Trosekundne RMS vrijednosti svakog od međuharmonika izmjerene su i pohranjene u memoriju, te se potom koriste u proračunima (statistika i sl.), u skladu s normom EN 50160. Dodatno postoji mogućnost i dugotrajnog snimanja međuharmonika. Moguće je odabrati i posebne postupke mjerenja međuharmonika:

− 200 ms najveća vrijednost (preporučuje se kod procjene razina MTU signala) − 200 ms najmanja vrijednost − trosekundna najveća vrijednost − srednja vrijednost tijekom intervala.

S pomoću programske potpore tipa CODAM BASIC/PLUS moguće je unijeti vrijednost frekvencije s

razlučivošću od 0,5 Hz, ali za proračunavanje vrijednosti koristi se frekvencijsko područje od 5 Hz. Za svako takvo područje, koje je umnožak broja 5, moguće je definirati jednu frekvenciju (npr. za napon signaliziranja na željenoj frekvenciji od 183 Hz , vrijednost će biti korigirana na broj: 185 Hz) , [1]. Prema normi EN 50160, vrijeme usrednjavanja u ovom je slučaju 3 sekunde, a napon signaliziranja ne smije biti veći od 5% UN tijekom 99% trajanja jednog dana, unutar frekvencijskog područja 1 – 10 kHz. 1.1.4.10. Mjerenje ukupnog harmoničkog izobličenja napona (THD U)

Za izračunavanje THD U koriste se izmjerene (RMS) vrijednosti svakog od prvih 40 harmonika (Un) i vrijednost nazivnog napona (osnovni harmonik), koja prema normi EN 50160 iznosi npr.: U1 = 230 V, a prema jednadžbi:

Page 27: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

27

(1.1.4.4)

Pomnoženo s 100%, THD U % ne smije biti veće od 8% vrijednosti nazivnog napona. Ta jednadžba u skladu je i s normom EN 61000-4-7. 1.1.4.11. Izračunavanje ukupnoga harmoničkog izobličenja napona i struje (THD U i THD I)

Za izračunavanje THD U i THD I, u ovom slučaju (najčešće verzija uređaja P; kratica P potječe od funkcije uređaja, koji može mjeriti parametre snage, P – Power), primjenjuju se sljedeće jednadžbe:

(1.1.4.5)

(1.1.4.6) Pri čemu su: Urms – efektivna vrijednost (RMS – Root Mean Square, drugi korijen iz kvadratne srednje vrijednosti) ukupnog signala (napona) U1 – efektivna (RMS) vrijednost napona osnovnog harmonika Irms – efektivna vrijednost ukupnog signala struje I1 – RMS vrijednost struje osnovnog harmonika (nazivna vrijednost signala na 50 Hz). 1.1.4.12. Treperenje (fliker)

To je subjektivna veličina, koja utječe prije svega na kakvoću ljudskoga rada i života. Treperenje se mjeri flikerometrom (nalazi se unutar uređaja tipa MEMOBOX), koji zapravo mjeri dubinu modulacije amplitudno moduliranog mrežnog napona (50 Hz), signalima frekvencije 1 – 33 Hz. Flikerometar uspoređuje srednju vrijednost promatranoga demoduliranog signala, s onom vrijednošću dobivenom mjerenjem. Vrijednost treperenja 1, granična je prema normi EN 50160. Sve vrijednosti >1 smatraju se neprihvatljivim za ljude i uređaje. Treperenje se može uočiti kod rasvjete, na zaslonima računala i sl. Mjerenje treperenja određeno je i normom IEC 61000-4-15. Kratkotrajno treperenje Pst (short time - mjerenje unutar intervala od 10 minuta) osnovni je parametar treperenja koji se mjeri. Dugotrajno treperenje Plt (long time) izračunava se, kao što je poznato, temeljem 12 uzastopnih vrijednosti Pst, primjenom prije spomenute jednadžbe.

Standardni je interval mjerenja Pst 10 minuta, ali on se po želji može i promijeniti. Na slici 1.1.4.13 dana je shema načela mjerenja kratkotrajnog i dugotrajnog treperenja (flikera).

1

%100)(40

2

2

UUnTHDU

n⋅= ∑

=

11

%10022

UUUrmsTHDU ⋅−=

11

%10022

IIIrmsTHDI ⋅−=

Page 28: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

28

Fliker[%]

vrijeme

duljina intervala 1 Pst⇒

12 x duljina intervala 1 vrijednost flikera Plt⇒

Slika 1.1.4.13 - Shema načela mjerenja kratkotrajnog (Pst) i dugotrajnog (Plt) treperenja

1.1.4.13. Nesimetričnost (asimetričnost)

Taj parametar ukazuje na razliku između izravnog sustava napona (sustav u kojemu su fazni kutovi između napona točno jednaki 120 °, te su naponi međusobno jednaki po amplitudi) i inverznog sustava (kutovi među naponima nisu jednaki i/ili amplitude napona nisu jednake). Temeljem dobivenih uzoraka amplituda faznih napona i faznih kutova izračunava se njihovo srednje odstupanje od srednjih vrijednosti amplituda napona i srednjih vrijednosti faznih kutova (najčešće se kao referentni uzimaju nazivna vrijednost napona, te fazni kut 120°). Prema normi EN 50160, ta srednja razlika (odstupanje) ne smije biti veća od 2%. U proračunu se uzimaju u obzir i kutovi i veličine faznih napona. Srednje vrijednosti izračunavaju se tijekom trajanja intervala koji je definiran odgovarajućom programskom potporom (prema normi EN 50160 ono iznosi: 10 minuta). Jedino kod mjerenja i izračunavanja tog parametra (od njih ukupno 8 najvažnijih, prema normi EN 50160) ne smije se pogriješiti u redoslijedu spajanja mjernih naponskih i strujnih kabela i mrežnih vodiča sabirnica (mora biti spojeno: L1 svitak na L1 fazni vodič sabirnicu, L2 na L2, L3 na L3). Faze L1, L2 i L3 moguće je odrediti s pomoću nekog od priručnih uređaja ili s pomoću složenijih uređaja tipa LEM NORMA UNILAP 100XE, koji osigurava još i ispitivanje: FID (FI-RCD - Residual Current Device, sklopke koje mjere razliku struja faznog i neutralnog vodiča nakon potrošača) sklopki, mjerenje otpora uzemljenja, otpora izolacije i otpora petlje. Mjerenjem tih parametara prije izvedbe samog mjerenja kakvoće električne energije, osigurava se prethodno uvjerenje u ispravnost ispitivanih električnih instalacija, čime se uklanja jedan od mogućih uzroka neprihvatljive kakvoće električne energije i mreže, [1]. 1.1.4.14. Frekvencija

Frekvencija napona u elektroenergetskoj mreži mjeri se i usrednjava tijekom intervala od deset sekundi (prema normi EN 50160). Vrijednosti se razvrstavaju u 42 razreda, u cilju daljnje statističke obradbe. Inače, trajanje intervala moguće je i mijenjati, primjenom odgovarajuće programske potpore. 1.1.4.15. Mjerenje struje

Vrijednost struje (L1, L2, L3, N) dobivena mjerenjem unutar nekog intervala mjerenja (duljina intervala postavlja se s pomoću programske potpore tipa CODAM), u biti je srednja efektivna vrijednosti

Page 29: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

29

struje, izmjerena tijekom tog intervala. Osim te, mjeri se i pohranjuje i maksimalna vrijednost struje unutar mjernog intervala. Ipeak (vršna vrijednost, pik) zapravo je srednja vrijednost svih vršnih vrijednosti, dobivenih mjerenjem na valnom obliku struje, tijekom prethodno definiranog mjernog intervala (npr. 10 minuta). 1.1.4.16. Vršni faktor (CF – Crest Factor)

Vršni faktor omjer je vršne (pik) i efektivne (RMS) vrijednosti neke veličine. Vršni faktor struja (L1, L2, L3 i N) dobiva se kao srednja vrijednost tijekom mjernog intervala, određenog primjenom odgovarajuće programske potpore. Za sinusne signale taj faktor iznosi CF=1,41 , a za pravokutne valne oblike je CF=1,00. Svako odstupanje od tih vrijednosti ukazuje na prisutnost smetnja u tim valnim oblicima. 1.1.4.17. Snaga

Vrijednosti snage (na L1, L2, L3 i N) jesu srednje vrijednosti dobivene tijekom intervala mjerenja. Dodatno se mjeri i najveća vrijednost snage unutar svakog prethodno utvrđenog mjernog intervala. Trajanje odziva može se birati između vrijednosti 1 sekunda ili 1 minuta, što ovisi o trajanju odziva za napon i struju. Veličine (količine) koje se pohranjuju u memoriju, npr. tipa MEMOBOX, jesu:

− Srednje efektivne vrijednosti napona i struje po svakoj fazi tijekom odabranoga mjernog intervala (uzorci se uzimaju svakih 200 ms i ima ih u ovom slučaju, npr.: N), izračunavaju se na sljedeći način (broj faze i = 1,2,3): (1.1.4.7)

(1.1.4.8)

− Djelatna snaga iz uzorkovanih vrijednosti (uzimaju se svakih 200 ms) računa se za svaki uzorak posebno, tijekom promatranog intervala mjerenja, za svaku fazu posebno, na sljedeći način (ϕ je faktor kompenziranja faznog kuta strujnih transformatora):

(1.1.4.9)

− Djelatna snaga u odabranom intervalu mjerenja – P (uzorci se uzimaju svakih 200 ms) računa se za promatrani interval mjerenja, za svaku fazu posebno, na sljedeći način (M je ovdje broj uzoraka snage Pi, koji se uzimaju svakih 200 ms, unutar nekoga odabranog intervala mjerenja):

(1.1.4.10)

− Ukupna djelatna snaga (L1, L2, L3 ili za W2 Aronov spoj: P1=P12, P2=0, P3=P32), računa se na sljedeći način:

∑=

⋅=N

j

UijN

URMSi1

21

∑=

⋅=N

j

IijN

IRMSi1

21

)()()( ϕ+⋅= tItUtP

∑=

⋅=M

iiP

MP

1

1

Page 30: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

30

(1.1.4.11) − Apsolutna vrijednost ukupne djelatne snage u jednom mjernom intervalu, računa se kao:

(1.1.4.12)

− Vrijednost ukupne apsolutne djelatne snage u jednom mjernom intervalu, računa se:

(1.1.4.13) − Jalova snaga svakog uzorka, računa se na sljedeći način (+90° jest korigiranje faze (H1) u cilju utvrđivanja jalove snage, a ϕ je faktor kompenziranja faznog kuta strujnih transformatora) :

(1.1.4.14)

− Jalova snaga po jednom mjernom intervalu – Q, računa se (za svaku fazu posebno) na sljedeći način (M je broj uzoraka, koji se uzimaju svakih 200 ms, unutar nekoga odabranog intervala mjerenja):

(1.1.4.15)

− Ukupna jalova snaga po jednom mjernom intervalu za W2 Aronov spoj (Q1=Q12, Q2=0, Q3=Q32), računa se na slijedeći način:

(1.1.4.16)

− Prividna snaga u jednom mjernom intervalu za Y spoj (u zvijezdu) i za W2 Aronov spoj, računa se na sljedeći način:

(1.1.4.17)

− Ukupna (total) prividna snaga u jednom intervalu za Y spoj (zvijezdu) i za W2 Aronov spoj, računa se na sljedeći način:

∑=

=3

1iiukupno PP

∑=

⋅=M

iiP

MP

1

1

∑=

=3

1iiukupno PP

)()90()( 0 ϕ+⋅+= tItUtQ

∑=

⋅=M

iPi

MQ

1

1

∑=

=3

1iQiQukupno

22ii QPSi +=

Page 31: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

31

(1.1.4.18)

− Faktor snage (PF), računa se na sljedeći način:

(1.1.4.19) − Tangens kuta (najčešća je oznaka tog kuta ϕ) između S i P, računa se na sljedeći način:

(1.1.4.20)

− Energija. Snaga akumulirana tijekom trajanja svakoga mjernog intervala, prikazuje energiju u tom intervalu.

1.1.4.18. Jednadžbe kojima se koriste programi za harmoničku analizu

Trošila (usmjerivači, konvertori, bilo da rade kao ispravljači (pretvorba izmjenične snage u istosmjernu), ili kao izmjenjivači (pretvorba istosmjerne snage u izmjeničnu)), koja zbog svojih svojstava uzimaju izobličenu struju iz mreže − predstavljaju generatore viših harmonika. Osim toga, pojavu viših harmonika, generiranih na samom izvoru, može izazvati i nazubljenost statora i raspored njegovih namotaja, sadrži ih i struja magnetiziranja energetskih transformatora, a stvaraju ih i statički uređaji za kompenzaciju reaktivne snage (s tiristorskom regulacijom).

Cirkulacijom struja viših harmonika osnovne frekvencije u mreži, nastaju izobličenja idealne sinusoide napona, tj. distorzija napona.

Viši harmonici tvore, ovisno o njihovu rangu, simetrične trofazne sustave izravnog, inverznog i nultog sustava pa, prema tome, harmonici struje, koji stvaraju izravni sustav, uzrokuju odgovarajuće padove napona na izravnim impedancijama grana u mreži, pri čemu treba uzeti u obzir impedanciju, koja odgovara frekvenciji određenog harmonika, [1].

Za harmonik ranga N, vrijede izrazi za napone po fazama:

tjN

NN1 eVV ω= (1.1.4.21)

)3

2t(jN

NN2 eVVπ

ω −= (1.1.4.22)

)3

4t(jN

NN3 eVVπ

ω −= (1.1.4.23)

za N = 1,2,3.

Za N=1 dobiva se osnovni harmonik. Osnovni harmonik tvori izravni (d), drugi harmonik (N=2)

inverzni (i), a treći harmonik (N=3) tvori nulti (0) trofazni sustav. Općenito, izravni sustav tvore harmonici ranga:

N=3n+1 za (n=0, 1, 2...)

22ukupnoukupnoukupno QPS +=

SP

QQPF ⋅== λ

PQ

=ϕtan

Page 32: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

32

Inverzni sustav tvore harmonici ranga: N=3n-1 za (n=1, 2, 3...),

a nulti sustav tvore harmonici ranga:

N=3n za (n=1, 2, 3...).

Niz harmonika može se podijeliti na:

a) parne harmonike (N je paran broj). Parni harmonici struje (a preko odgovarajućih impedancija i napona) mogu nastati samo zbog takve smetnje u mreži, koja se ne očituje identično na obje poluperiode osnovnog vala. Rijetko se pojavljuju (izazivaju ih npr. ispravljači s poluvalnim ispravljanjem) i zbog toga se rijetko razmatraju, premda ti harmonici izazivaju teže posljedice od ostalih.

b) sve harmonike djeljive s 3 (N je broj djeljiv s 3). Oni tvore nulti sustav, pa se po tome izdvajaju od ostalih. Najčešće nastaju pri magnetiziranju zasićenih željeznih jezgri, pri čemu je najviše istaknut treći harmonik. Struje harmonika te skupine zatvaraju se kroz mjesta gdje je nulti sustav spojen s nulom sustava. Pri tome namotaji transformatora spojeni u trokut igraju odlučujuću ulogu, dodatno i zato što omogućuju cirkulaciju harmonika N=3, nastalog magnetiziranjem jezgre.

c) preostale harmonike, tj. one kojima je rang neparan broj, a tvore izravni ili inverzni sustav. U analizama se oni najčešće obrađuju.

Svaki harmonik ranga N idealna je sinusoida frekvencije N·f. Harmonici imaju različite amplitude (s

rastućim N, amplituda naglo opada). U svakom je slučaju prisutan osnovni harmonik (N = 1, f = 50 Hz), kojem je amplituda najviša.

Zbrajanjem svih istodobno postojećih harmonika (npr. napona) u fazi L1 dobiva se (ako nema istosmjerne komponente) konačna krivulja trenutačne vrijednosti napona:

)tN(j

N1N

1NeU2ReU ϕω +

=∑= (1.1.4.24)

gdje je:

N – rang harmonika f2πω = – kružna frekvencija osnovnog harmonika UN – efektivna vrijednost N-tog harmonika Nϕ – fazni kut N-tog harmonika u odnosu na realnu os.

Krivulja U1 periodična je krivulja, koja odstupa od idealne sinusoide: )t(j

N11eU2ReU ϕω += (1.1.4.25)

Takva je sinusoida izobličena, a mjera za izobličenje je faktor izobličenja definiran izrazom:

1

2N

2N

U

UD

∑∞

== (1.1.4.26)

Faktor izobličenja sadrži sve harmonike, neovisno o nejednakosti intenziteta smetnji, što ih harmonici raznih skupina izazivaju.

Page 33: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

33

1.1.4.18.1. Izračunavanje viših harmonika napona Kod proračuna viših harmonika, zbog promjenjivosti režima rada trošila, nelinearnosti u mreži i slično, nemoguće je analizu obaviti precizno, pa se i ulazni podaci o mreži uzimaju približno. Osim toga, mreža se često prikazuje nadomjesnom impedancijom, uzima se formalno smjer struje, jer svrha analize nije da se utvrdi oblik krivulje napona U, nego samo efektivna vrijednost napona UN i njegov relativni ili postotni odnos prema naponu U1. U linearnoj je mreži:

21

222nN )Nx(R)LN(RZZ +=+== ω (1.1.4.27)

gdje je:

x1 – reaktancija kod osnovnog harmonika.

Važno je tvori li harmonik izravni, inverzni ili nulti sustav, pa ovisno o tome pri utvrđivanju vrijednosti ZN treba poći od pogodne impedancije mreže. Kod izravne reaktancije treba poći od subtranzijentne vrijednosti, jer harmonici, barem u prvoj aproksimaciji, ne izazivaju reakciju armature (za mreže, koje sadrže omske i induktivne otpore). Ekvivalentna impedancija mreže Z1 izračunana je iz snage kratkog spoja (prema slici 1.1.4.14), u promatranom čvoru:

1K

2

1 xSUZ == (1.1.4.28)

Slika 1.1.4.14 - Shema realne mreže s trošilom, koje uzima struju izobličenu harmonikom ranga N

Ta se mreža može rastaviti na dva fiktivna sustava:

Slika 1.1.4.15 – Mreža sa slike 1.1.4.14 rastavljena na dva fiktivna sustava

Realni potrošač

Z 1 I=I + I1 N

Idealni potrošač

Z 1 I1

ω

Z

Generatorsmetnja

I-INN

N

Page 34: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

34

Vrijednost SK ovisi o uklopnom stanju mreže. Za analizu smetnji treba Z1 odrediti iz snage tropolnoga kratkog spoja SK1 , koja je najmanja u razdoblju za koje se analiza provodi, [7,8]. Uzme li se da su izravna i inverzna impedancija promatrane iz potrošačkog čvora praktično jednake, te da se harmonici ranga N = 3h, koji tvore nulte trofazne sustave, obično neće javljati, izrazi 1.4.27 i 1.4.28 u većini će slučajeva zadovoljavati, s time što se u izrazu 1.4.27 može zanemariti i omski otpor. Moguća odstupanja zbog nelinearnosti mreže čine izraz 1.4.27 netočnim. U literaturi se mogu naći empirički izrazi s pomoću kojih se ta odstupanja mogu uzeti u obzir.

Efektivna vrijednost N-tog harmonika dobiva se za svaki N: NNN ZI3U = (1.1.4.29) Ta vrijednost napona UN opada ako se udaljava od izvora smetnje, odnosno kada se približava generatoru osnovnog harmonika, što dopušta da se u većini slučajeva analiza ograniči na neposrednu okolinu tog trošila. Ostali potrošači kao grane paralelne izvoru umanjuju intenzitet viših harmonika napona. Većina trošila koja uzimaju izobličenu struju, ujedno imaju i loš faktor snage, koji se najčešće popravlja kompenzacijskim kondenzatorskim baterijama. Shema jednostavnog sustava s kompenzacijom reaktivne snage prikazana je na slici 1.1.4.16, a ekvivalentna shema za harmonike na slici 1.1.4.17 (omski su otpori zanemareni).

Ukupna je susceptancija mreže promatrana iz potrošačkog čvora T:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−== C

Lj

jxB

M

ωω

11 (1.1.4.30)

Slika 1.1.4.16 - Shema mreže s kondenzatorom za kompenzaciju reaktivne snage

IN – generirana struja n-tog harmonika

INL – struja n-tog harmonika mrežne reaktancije

INC – struja n-tog harmonika kondenzatorske baterije

Slika 1.1.4.17 - Ekvivalentna mreža za N-ti harmonik

TP'

Page 35: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

35

Susceptancija B ovisi o frekvenciji. Kod neke frekvencije rω koja se naziva rezonantnom, susceptancija će biti jednaka nuli. rω dobiva se ako se desna strana jednadžbe (1.1.4.30) izjednači s nulom.

CL

1

Mr =ω (1.1.4.31)

Za tu je frekvenciju rezultirajuća impedancija mreže beskonačno velika, ako se zanemare omski otpori, a ukoliko odgovara frekvenciji jednog od harmonika Nω , (koje generira trošilo P´), injektirana struja u čvoru T (slika 1.1.4.16) izazvat će beskonačno velik gubitak napona prema nuli sustava, a u grani LM i C beskonačno velike struje INL i INC.

U stvarnoj mreži prisutni omski otpori neće dopustiti da dođe do beskonačnog pojačanja. Može biti do tri puta veća struja, što znači da se i posljedice postojanja harmonika struje i napona barem toliko puta povećavaju, [7, 8].

Zbog promjenjivosti snage kratkog spoja SK, iz koje se izračunava LM, ni rezonantna frekvencija mreže neće biti konstantna, pa je potrebno ispitati u kojem se rasponu može očekivati rezonantna frekvencija. Za postupno uključivanje kondenzatorske baterije potrebna je provjera za svaki mogući kapacitet baterije.

Page 36: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

36

Poglavlje II.

1. Primjeri suvremenih jednofaznih i trofaznih off-line ispitivala kakvoće električne energije

Tijekom posljednjih par godina na svjetskom tržištu (pa i u Hrvatskoj) pojavilo se puno manje ili

više kvalitetnih uređaja na području mjerenja kakvoće električne energije. Kako se autor ovog teksta već dugi niz godina bavi problematikom teorije i prakse u radu sa suvremenom ispitnom i mjernom opremom, a posljednjih se šest godina bavi i problematikom mjerenja kakvoće električne energije, te proučavanjem i primjenjivanjem odgovarajuće opreme na ovome području, daje si za pravo odabira opreme, koju će u ovoj knjizi predstaviti čitateljstvu kao primjer kvalitetne opreme za nadzor nad kakvoćom električne energije, te optimiranje električne mreže. Namjera je autora upoznati čitatelje s osnovnim parametrima koje kvalitetna opreme na ovome polju mora imati. Nije važno za koju će se konkretnu opremu čitatelj možda jednoga dana odlučiti, ali je važno prihvatiti visoke standarde, koje takva oprema mora imati, prije svega u svezi kakvoće i čvrstoće izradbe, te točnosti mjerenja i kakvoće obradbe rezultata mjerenja. Treba znati što se traži i na što treba obratiti pozornost (na koje parametre i karakteristike opreme) pri odabiru opreme. Oprema koju autor ovoga teksta preporučuje i koja će poslužiti dalje kao primjer jest oprema:

− austrijske tvrtke LEM-FLUKE: MEMOBOX serije 800/808A i 300/300 smart i TOPAS 1000/2000/1019/1020/1040 (trofazni uređaji), te VLog (jednofazni uređaj) − španjolske tvrtke CIRCUTOR: AR5, trofazni priručni uređaj širokih mogućnosti

- francuske tvrtke Chauvin Arnoux.

2. Tehničke mogućnosti nekih suvremenih jednofaznih, trofaznih i jednofazno−trofaznih ispitivala kakvoće električne energije i mreže

Prije nego što se odlučimo, kao kupac i budući korisnik ispitivala kakvoće električnog napona i

električne energije, potrebno je pažljivo pogledati i proučiti pregled nekih važnijih, danas zastupljenih mjernih instrumenata ove vrste (tablica 2.1, u nastavku). Kako smo u prethodim poglavljima već dosta iscrpno opisali osnovna načela mjerenja i dali neke važne definicije, u nastavku smo odlučili dati više detalja o vrlo kvalitetnim i perspektivnim ispitivalima kakvoće električne energije: jednofazno−trofaznim modelima tipa: LEM-FLUKE MEMOBOX 800/808A i 300/300smart, CIRCUTOR AR5, te jednofaznom modelu LEM VLog.

Sve značajne karakteristike najsuvremenijih off-line ispitivana kvalitete električne energije dane su u narednoj tablici.

Page 37: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

37

Podrobni opis i objašnjenja pojedinih značajki 1-3 faznih off-line analizatora kakvoće električne energije i kakvoće mreže:

Proizvođač CIRCUTOR LEM CHAUVIN ARNOUX LEM LEM CHAUVIN

ARNOUX LEM

Tip instrumenta AR.5 ANALYST 3Q / Q70 C.A 8332/8334 MEMOBOX 300 /

300smart, P/Q MEMOBOX 800 /

808, P/Q C.A 8350 TOPAS 1000/1020/1040

slika

broj naponskih ulaza 3 3 (1 kod Analyst

Q70) 3

na raspolaganju u dvije izvedbe: jednofazni i

trofazni

3 4

broj strujnih ulaza 3 3 (1 kod Analyst Q70) 3

jednofazna verzija može biti bez

strujnog ulaza ili s jednim strujnim

ulazom; trofazna verzija je

ili bez strujnih ulaza ili s 3 ili 4 strujna ulaza

4 4

na raspolaganju je 8/25/40 ulaza, koji

se lako konfiguriraju kao npr. 4xU + 4xI ili kao 8xU (TOPAS

1000). TOPAS 1000 bit će analiziran u

nastavku ove tablice.

Mjerenje napona

RMS fazni napon RMS međufazni napon

izbor jednog ili drugog

pri postavljanju odabire se mjerenje u

»trokut« ili u spoju »zvijezda«

mjeri i prikazuje obje vrijednosti

pri postavljanju mjerenja odlučuje se hoće li se mjeriti u spoju »trokut«, ili u spoju »zvijezda«

mjeri i prikazuje obje vrijednosti

THD U harmonička analiza

opcija ARI osnovnim

funkcijama dodaje harmoničku

analizu do 50. harmonika

normalno obavlja harmoničku

analizu do 40. harmonika, a u

RAM bilježi samo THD!

normalno obavlja harmoničku

analizu do 50. harmonika

Q verzija: mjeri THDU i harmonike do 40.

P verzija: mjeri THD U i I

normalno obavlja harmoničku

analizu do 50. harmonika

normalno obavlja harmoničku

analizu do 50. harmonika

Page 38: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

38

Proizvođač CIRCUTOR LEM CHAUVIN ARNOUX LEM LEM CHAUVIN

ARNOUX LEM

Tip instrumenta AR.5 ANALYST 3Q / Q70 C.A 8332/8334 MEMOBOX 300 /

300smart, P/Q MEMOBOX 800 /

808, P/Q C.A 8350 TOPAS 1000/1020/1040

Crest Faktor − CF (vršni faktor) - - da da da - -

asimetričnost - da da samo kada je opremljen s mjernom funkcijom (opcijom) Q

samo s opcijom »Energy« da

treperenje (fliker)

opcija FL pokraj mjerenja napona i

snage, dodaje i mjerenje Pst,

izračunavanje Plt obavlja se na PCu

Pst, izračunavanje Plt obavlja se na

PCu

Pst, izračunavanje Plt obavlja se na

PCu

Pst, izračunavanje Plt obavlja se na

PCu

Pst, izračunavanje Plt obavlja se na

PCu

Pst i Plt samo kada je opremljen

s funkcijom »EN50160-Fliker

(treperenje)«

da

događaji na naponu prema normi EN 50160, a uvjeti se mogu i mijenjati

- da

bilježi broj događaja, trajanje, krajnje vrijednosti i trenutak nastanka

bilježi broj događaja,

razvrstavanje u odnosu na trajanje i krajnje vrijednosti

bilježi broj događaja,

razvrstavanje u odnosu na trajanje i krajnje vrijednosti

kada je opremljen s opcijom

»EN50160-Fliker (treperenje)«:

bilježi broj događaja,

razvrstavanje u odnosu na trajanje i krajnje vrijednosti

+ CBEMA

bilježi broj događaja,

razvrstavanje u odnosu na trajanje i krajnje vrijednosti

+ CBEMA; kada je opremljen

funkcijom »Trigger«, daje osciloskopski prikaz i RMS

vrijednost događaja

prijelazne pojave

opcija CL – razlučivost 500µs,

osciloskopski prikaz napona,

prilagodljiva dužina snimke

-

razlučivost 78 µs, snimak napona i struje, 4 periode,

50 događaja

- -

opcija »Transient« razlučivost 156-39

µs, napon i struja, 64000 točaka,

uključuje analizu harmoničkih

izobličenja i RMS parametre, bez

ograničenja broja pojava

opcija »Trigger« razlučivost 156 µs

RMS napon i struja, podesivo

trajanje, neograničeni broj

pojava; opcija

»FastTrans« razlučivost

10µs - 0,1µs samo napon

Page 39: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

39

frekvencija da da da uz opciju (mjernu funkciju) Q da da

naponi signala, međuharmoničke komponente

- - - uz opciju (mjernu funkciju) Q

samo analiza međuharmoničkih komponenti, bez

analize treperenja, norma EN 50160,

mjerenje prijelaznih pojava!

da

analiza prema normi EN 50160

statistička obradba raspoloživih

parametara na PC-u

grafička analiza sukladnosti na

zaslonu uređaja

bez statističke obradbe

sukladnosti s normom

statistička obradba sukladnosti na PC-u; mjerna funkcija Q sadrži sve

potrebne parametre (opcija)

Statistička obradba

sukladnosti na vlastitom zaslonu

ili na PCu

Statistička obradba na PCu

(opcijski za verzije TS i S)

Mjerenje struje RMS fazne struje da da da da da da da struja u neutralnom vodiču - - izračunava se samo kod verzije

sa 4 strujna ulaza da da da

THD I harmonička analiza

opcija ARI osnovnim

funkcijama dodaje i analizu do 50.

komponente

normalno obavlja harmoničku

analizu do 40. harmonika, a u

RAM bilježi samo THD!

normalno obavlja harmoničku

analizu do 50. harmonika

funkcija P mjeri THD struje (THD I)

normalno obavlja harmoničku

analizu do 50. harmonika

normalno obavlja harmoničku

analizu do 50. komponente

Crest Faktor − CF, K-faktor - - da samo mjerna funkcija Q - -

asimetričnost - - da - - - - Parametri snage djelatna, jalova, prividna snaga da da da samo mjerna funkcija P opcija »Energy« da

faktor snage, Cos ϕ

faktor snage, indikacija

vrijednosti s predznakom

faktor snage, indikacija

vrijednosti sa simbolom

oboje, indikacija vrijednosti sa

simbolom

samo funkcija P – faktor snage, indikacija vrijednosti s predznakom

opcija »Energy« - oboje, faktor

snage, indikacija vrijednosti s predznakom

oboje, faktor snage, indikacija

vrijednosti s predznakom

djelatna, jalova, prividna energija

da, jalova energija posebno za kapacitivnu i induktivnu

-

da, jalova energija posebno za kapacitivnu i induktivnu +

ukupna vrijednost

samo funkcija P – samo djelatna energija

opcija »Energy« - jalova energija

posebno za kapacitivnu i induktivnu +

samo djelatna energija

Page 40: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

40

ukupna vrijednost harmonička analiza snage (smjer harmonika)

- - da - - da da

Posebne funkcije

druge funkcije, posebne

opcija »FastCheck«

omogućuje brzi prikaz efektivnih vrijednosti svih

parametara snage, s razlučivošću od

najmanje 1 periode – idealno

za snimanje pokretanja (zaleta) električnih strojeva

i sl. opcija

»CheckMeter« za jednostavno provjeravanje

točnosti električnog brojila

na terenu

vektorski prikaz napona na LCD-u

s indikacijom amplitude i faznog pomicanja među

naponima.

»PQ OverView« brz i pregledan

prikaz svih glavnih parametara

kakvoće električne energije na LCD

zaslonu, za ocjenu kakvoće kojega problematičnog

parametra

vektorski prikaz napona i struja na

LCD-u, s indikacijom

amplituda i faznih pomicanja među

njima

»Harmonics Expert Mode« za

analizu harmoničkih komponenti s

obzirom na smjer kretanja, čime se

može ocijeniti uzrok grijanja

vodiča, starenja kondenzatora i

slično

pregledni, brzi prikaz svih parametara

kakvoće električne energije (napona)

za ocjenu sukladnosti s

normom EN 50160

(PC programski paket CODAM

plus, i na hrvatskom jeziku)

pregledni, brzi prikaz svih parametara

kakvoće električne energije (napona)

za ocjenu sukladnosti s

normom EN 50160

(PC programski paket CODAM, i

na hrvatskom jeziku)

Mogućnost priključivanja

dodatnog adaptera za prijam dodatnih

analognih i digitalnih signala

vektorski prikaz

napona i struja na LCD-u, s

indikacijom amplituda i faznih pomicanja među njima (moguće za

svaki harmonik posebno)

mogućnost analize velikog broja

različitih parametara za analizu dobro »skrivenih«

prijelaznih pojava

bogate analitičke funkcije za iscrpno

analiziranje događaja i stanja

mreže i opterećenja;

EN 50160 analiza moguća je s

obzirom na fazne ili međufazne napone, kao referentne!

Posebne značajke

vrsta lokalnog prikaza

LCD, 160 x 160 točaka;

jednobojan, s grafičkim prikazom

trenutačnih vrijednosti

LCD, 320 x 240 točaka,

jednobojan, osvijetljen, s

grafičkim prikazom trenutačnih vrijednosti i analizom snimljenih vrijednosti

kolor LCD, 320x240 točaka, visoko kontrastni,

s grafičkim prikazom

trenutačnih vrijednosti i analizom snimljenih vrijednosti

LED indikacija stanja

LED indikacija stanja + LCD

prikaz trenutačnih vrijednosti osnovnih

parametara

TFT kolor VGA zaslon, 640x480

točaka, 7,5" s prikazom trenutačnih vrijednosti i analizom izmjerenih vrijednosti

LED indikacija stanja

Page 41: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

41

napajanje 230 V ~ ± 15% 15…20 V =

preko AC/DC adaptera

230 V ~ ± 20% 88…265 V ~

230 V ~ ± 20% preko posebnog napojnog ulaza;

82…500 V ~ preko mjernih vodiča (ulaza)

85…35 V ~ 180…265 V ~

100…240 V ~ 100…375 V =

autonomija napajanja pribl. 5 sati > 8 sati > 9 sati ovisi o uporabi unutrašnjeg UPS-a (opcija) 5 min

mjerenje u 5A petlji strujna kliješta

univerzalan fleksibilni strujni

svitak (rogowsky) ili strujna kliješta

strujna kliješta ili adapter s ulazom

5A strujna kliješta strujna kliješta izravno ili strujna

kliješta izravno ili strujna

kliješta

uporaba fleksibilnih strujnih senzora (rogowsky-svitak)

izvanjsko napajanje

izravno, bez izvanjskog napajanja

izravno, bez izvanjskog napajanja

izravno, bez izvanjskog napajanja

izravno, bez izvanjskog napajanja

izravno, bez izvanjskog napajanja

izravno, bez izvanjskog napajanja

dubina memorije 1 MB 1,5 MB 2/4 MB 1/2/4 MB 1/2/4 MB tvrdi disk 2 GB tvrdi disk 0,5, opcijski 2 GB

komunikacija s PC-om RS-232 RS-232 RS-232 RS-232 RS-232 USB 2x Ethernet / RS-232

Windows programska potpora za analizu

standardno standardno standardno standardno standardno standardno standardno

prednosti prednosti

odličan odnos mogućnosti i cijene; najmanji trofazni analizator u ponudi; široka paleta funkcija, premda se opcijski paketi među sobom isključuju!; mogućnost nadgradnje s opcijskim paketima nakon nabave osnovne konfiguracije;

analizator namijenjen prije svega rješavanju teškoća s kakvoćom energije u industrijskim postrojenjima i brzom otkrivanju kritičnih parametara. Univerzalni fleksibilni senzor za struju, za široko mjerno područje!; Mogućnost analize snimljenih parametara na vlastitom zaslonu;

izvrsno rješenje kada je potrebno mjerenje svih važnijih parametara odjednom, uključujući i prijelazne pojave nije potreban PC za analizu razina. širok izbor mjernoga pribora, te doista dobar odnos između mogućnosti i cijene uređaja

mogućnost kompletne analize kakvoće napona prema normi EN 50160 (ver. Q) i on-line, uz minimum ulaganja; malo, čvrsto kućište za malene mjerne prostore; kućište je bez napojnih elemenata; mogu ga lako priključiti i nestručne osobe; najprimjereniji izbor u slučaju

univerzalna platforma za Q i P mjerne funkcije; čvrsto i kvalitetno kućište s brzom indikacijom ispravnosti priključenja ispitnih vodiča; širok izbor mjernoga pribora; kućište je bez napojnih elemenata, mogu ga lako priključiti i nestručne osobe; vrlo snažan

idealno rješenje za sve one koji trebaju analizator najvišeg razreda, a žele raditi bez PC-a (ili notebooka); jednostavan, intuitivan skup upravljačkih tipki, uz zaslon osjetljiv na dodir; bogata paleta mjernog pribora za mjerenje struje; velika dubina

uvjerljivo najpotpuniji analizator kakvoće električne energije na tržištu; nema potrebe za postavljanjem mjernih parametara, jer snima sve važne parametre; čvrsto IP65 kućište malenih dimenzija, pogodno za postavljanje na prostorno ograničena mjerna

Page 42: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

42

široka paleta mjernoga pribora; uvjerljivo najbrži analizator u svojemu cjenovnom razredu, s mogućnošću bilježenja efektivnih vrijednosti do razine jedne periode (opcija »FastCheck«)!

brza analiza sukladnosti napona s normom EN 50160, s mogućnošću izdvajanja problematičnog parametra i njegove naknadne podrobnije analize

potrebe za ponavljanjem mjerenja, te u slučaju dugotrajne analize, bez potrebe za hvatanjem prijelaznih pojava; vrlo snažan programski paket CODAM PLUS

programski paket (i na hrvatskom jeziku), CODAM, za detaljnu analizu izmjerenih vrijednosti. on-line snimanje i prikaz veličina.

memorije; naknadno proširivanje funkcionalnosti na »terenu«, bez potrebe da to učini ovlašteni servis ili čak proizvođač

mjesta; vrlo snažan programski paket (i na hrvatskom jeziku), za analizu izmjerenih vrijednosti; on-line snimanje i prikaz veličina

Proizvođač CIRCUTOR LEM CHAUVIN ARNOUX LEM LEM CHAUVIN

ARNOUX LEM

Tip instrumenta AR.5 ANALYST 3Q C.A 8332/8334 MEMOBOX 300 P/Q

MEMOBOX 800 P/Q C.A 8350 TOPAS 1000

nedostatci

mjerne se opcije među sobom isključuju fleksibilni strujni senzori zahtijevaju dodatno izvanjsko napajanje nema mogućnost analize izmjerenih vrijednosti na svojem zaslonu

ne bilježi brze prijelazne pojave ne omogućuje dugotrajno snimanje harmoničkih komponenti

ograničena je dužina snimanja brzih prijelaznih pojava (4 periode) najbrže snimanje efektivnih vrijednosti u jednoj sekundi

nema svoju jedinicu za prikaz trenutačnih vrijednosti bez ugrađene baterijske potpore u slučaju prekida napajanja donekle ograničen izbor mjernih parametara u odnosu na izabranu mjernu funkciju

skromna jedinica za prikaz trenutačnih vrijednosti mogućnost napajanja preko jedne faze, koja uvijek mora biti prisutna donekle ograničen izbor mjernih parametara u odnosu na izabranu mjernu funkciju

bez ugrađene baterijske potpore u slučaju prekida napajanja

nema svoju jedinicu za prikaz trenutačnih (izmjerenih) vrijednosti

Tablica 2.1 - Podrobni opis i objašnjenja pojedinih značajki 1-3 faznih analizatora kakvoće električne energije i kakvoće mreže

Page 43: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

43

Najnoviji uređaj na ovom području jest LEM Analyst Q70 (Slika 2.1) koji zapravo predstavlja jednofaznu varijantu uređaja LEM Analyst 3Q:

Slika 2.1 – LEM Analyst Q70, jednofazno ispitivalo kakvoće električne mreže, napona i energije prema normi EN 50160

Page 44: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

44

3. Uređaji tipa LEM-FLUKE MEMOBOX 800 Prema podatcima iz LEM-a, preko 7000 mjernih uređaja tipa LEM MEMOBOX serije 600

(trofazni modeli: 601 za struju, 602 za napon, 603 za struju − napon − snagu, 604 za struju − harmonike i 686 za napon – harmonike, prema normi EN 50160), kod preko 2000 različitih korisnika, diljem 20 različitih zemalja svijeta, služi djelotvorno svojoj svrsi: praćenju parametara (kakvoće) električne energije u distribucijskim mrežama. Temeljem pozitivnih iskustava u radu s tim uređajima, projektanti tvrtke LEM dizajnirali su tri inačice tog uređaja i nazvali ih: MEMOBOX 800Q, 800S (kao MEMOBOX 601 + 602) i 800P (slika 3.1). Danas je najjača inačica: MEMOBOX 808A

Slika 3.1 - Mjerni uređaj MEMOBOX 800/808 projektiran je na osnovama svojih poznatih prethodnika: MEMOBOX-a 601, 602, 603, 604 i 686

Razlike među tim modelima nisu velike, ali ih ima (tablica 3.1). Najpotpuniji je uređaj za mjerenje parametara električne energije MEMOBOX 800/808P (MEMOBOX 601 + 602 + 603), koji je već početkom 2000. godine mogao, između ostalog, mjeriti i analizirati sve elemente električne snage (P, Q, S, cos ϕ), a zatim i THD struje, ali nije mogao mjeriti asimetričnost napona i davati potpuni grafički prikaz u skladu s EN 50160. Danas sve željene funkcije objedinjuje model MEMOBOX 808A.

Ono što ni jedan od uređaja iz te starije serije ne analizira, a što je spomenuto u normi EN 50160 (ali

se i ne traži), jesu tranzijenti (prijelazna naponska stanja, trajanja kraćeg od 1 ms) i previsoki naponi između faznih vodiča i zemlje. Ta mjerenja predviđena su za složenije uređaje, npr. TOPAS 1000/2000, [1, 3].

Page 45: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

45

Tablica 3.1 - Pregled mjernih funkcija uređaja tipa MEMOBOX 800

4. RAZMATRANJE KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE U DISTRIBUCIJSKIM MREŽAMA

4.1. UVOD U PROBLEMATIKU

Uz pouzdanost i kontinuitet opskrbe, komponenta koja kod nas tek poprima sve veću važnost pri distribuciji električne energije, jest njezina kvaliteta. U svijetu je taj pojam toliko uvriježen da neka distribucijska poduzeća imaju i službe koje se bave samo tim aspektom distribucijske djelatnosti (npr. ELES u Sloveniji).

Na dereguliranom tržištu, gdje se električna energija tretira kao roba, u svrhu konkurentnosti nužno je ponuditi i osigurati kako kvalitetnu opskrbu, tako i kvalitetan proizvod koji se distribuira. Kako je budućnost hrvatskog tržišta električnom energijom također deregulacija, poželjno je što prije poduzeti određene korake da nas taj trenutak ne dočeka nespremne.

Ovim se izlaganjem pokušava na jednostavan način objasniti pojam kvalitete električne energije, opisati parametre koji na nju utječu, posljedice koje nezadovoljavajuća kvaliteta električne energije može uzrokovati, te se daju određene smjernice na koje treba paziti prilikom planiranja razvoja elektroenergetske distribucijske mreže. Ovo je pogled na ovu problematiku sa stajališta distributera. Opskrba električnom energijom predstavlja jednu od osnovnih usluga koje podupiru temelje industrijskog društva. Sa stajališta potrošača električne energije ova usluga mora biti stalno dostupna, te omogućiti svim električnim trošilima potrošača siguran i kvalitetan rad. Drugim riječima, zahtijevaju se visoke razine kontinuiteta opskrbe i kvalitete električne energije. Pojmovi kojima se može pobliže opisati električna energija su njezina raspoloživost i kvaliteta, te pouzdanost opskrbe. Pouzdanost se definira kao sposobnost neke jedinice, u ovom slučaju opskrbe električnom energijom, da izvršava svoju funkciju uz dane uvjete u danom vremenskom razdoblju.

mjerna veličina

S

standardno

Q

kakvoća

P

snaga

mjerne funkcije

napon (srednja, najveća i najmanja vrijednost) • • • struja L1, L2, L3 (srednja, najveća i najmanja vrijednost) • • • struja nulvodiča (srednja, najveća i najmanja vrijednost) • • • promjene napona (padovi, prekoračenja, prekidi) • • • snaga (P, ⏐P⏐, Q, S, srednja, najveća i najmanja vrijednost, faktor snage) • zbroj snaga - ukupna snaga (P, ⏐P⏐, Q, S, srednja, najveća i najmanja vrijednost, faktor snage) •

energija • treperenje - Fliker (Pst, Plt) • • naponi harmonika • THD U • • THD I • tjemeni faktor (vršni, tj. crest faktor) • naponski međuharmonici • signalni naponi •

nesimetričnost (asimetrija) •

frekvencija •

Page 46: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

46

Raspoloživost je pojam koji vežemo uz dostupnost električne energije. Ona se definira kao sposobnost elementa, dakle električne energije, da bude u stanju obavljati traženu funkciju pod danim uvjetima u danom vremenu ili tijekom danog vremenskog intervala, [14].

Kvaliteta električne energije je složen pojam koji se može definirati kao obilježje električne energije u određenoj točki elektroenergetskog sustava promatrano u usporedbi s referentnim tehničkim parametrima, [15]. Tehnički se parametri određuju preporukama koje se donose na međunarodnoj razini i mogu, ali ne moraju, biti zakonski obvezujuće.

Električna energija je 1985. g. europskom direktivom, [16], definirana kao roba, kao što smo i maloprije pomenuli. Shvaćanje električne energije kao robe kod nas još nije sasvim saživjelo, no na dereguliranom tržištu to je činjenica. Svaka roba na konkurentnom tržištu mora zadovoljavati određene kriterije da bi je kupci kupovali i bili zadovoljni njome. U ovom se tekstu razmatra najsloženiji kriterij, a to je kvaliteta električne energije. NAPOMENA: Poglavlja: 4.1., 4.2., 4.3., 4.4., 4.6., 4.7., 4.8., 4.9., 4.10., jesu citati iz literature [15] i [16]. 4.2. NEKE DEFINICIJE U SVEZI KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE Definirajmo, dakle, kvalitetu električne energije kao obilježje električne energije u određenoj točki elektroenergetskog sustava promatrano u usporedbi s referentnim tehničkim parametrima.

Referentne vrijednosti tehničkih parametara određuju se temeljem višegodišnjih iskustava stečenih analizama stanja u elektroenergetskim mrežama i to dogovorima na međunarodnoj razini. Primjer jednog takvog dogovornog tehničkog parametra je frekvencija napona, koja u Europi iznosi 50 Hz.

Neke od međunarodnih organizacija, koje definiraju vrijednosti tehničkih parametara su IEC

(eng. International Electrotechnical Commission), CENELEC (eng. European Committee for Electrotechnical Standardisation), IEEE (eng. Institute of Electrical and Electronics Engineers), UNIPEDE (eng. International Union of Producers and Distributors of Electrical Energy), CIGRE (fran. Conseil International des Grands Réseaux Electriques – ili eng. International Council On Large Electric Systems), ANSI (eng. American National Standards Institute) i dr.

U preporukama, koje ove organizacije daju, definiraju se referentne (nazivne) vrijednosti

tehničkih parametara, kao i njihova preporučena odstupanja od tih vrijednosti. Ukoliko pojedini parametar varira unutar preporučenih granica, to ne bi trebalo uzrokovati teškoće u elektroenergetskom sustavu, tj. smetnje u radu trošila i opreme, jer se trošila i oprema izrađuju s određenom tolerancijom što se tiče napajanja.

Bitno je reći da se međunarodne preporuke vezane za kvalitetu električne energije stalno

usavršavaju i nadopunjuju, te da se provode stalne analize i mjerenja kvalitete električne energije u elektroenergetskim mrežama širom svijeta. 4.3. ELEMENTI KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE Važnost pojedinih elemenata kvalitete električne energije mijenjala se s gospodarskim razvojem. U početku, kada je većina trošila bila radnog karaktera, osnovna je bila dostupnost električne energije, te da napon i frekvencija, ukoliko odstupaju od nazivnih vrijednosti, budu u razumnim granicama. Kada je glavni problem dostupnost električne energije, tada propadi, tranzijenti i slične smetnje nemaju veliki utjecaj na pojam kvalitete električne energije. S naprednijim ekonomskim razvojem kontinuitet opskrbe, vrijednost napona, te frekvencija i dalje ostaju bitni parametri, no uzimaju se zdravo za gotovo, pa se naglasak pomiče na skupinu karakteristika koje danas podrazumijevamo pod pojmom kvalitete električne energije.

Page 47: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

47

Tehničke karakteristike električne energije isporučene potrošaču promatraju se preko opskrbnog napona, tj. njegove veličine, valnog oblika i frekvencije, te mogućih smetnji.

Tehnički parametri električne energije, tj. napona, koji se promatraju, kao što znamo su: - mrežna frekvencija - veličina napona - promjene napona - treperenje napona - propadi napona - kratkotrajni prekidi napona - duži prekidi napona - privremeni mrežni prenaponi između faznih vodiča i zemlje - impulsni prenaponi između faznih vodiča i zemlje - nesimetrija napona - naponi viših harmonika - naponi međuharmonika - signalni naponi. Mrežna frekvencija je broj titraja naponskog vala u sekundi. U europskim elektroenergetskim mrežama ona iznosi 50 Hz (u Americi je to 60 Hz). Veličina napona definirana je kao efektivna vrijednost napona na mjestu predaje električne energije u određenom trenutku, mjerena u određenom vremenskom periodu. Referentna vrijednost određena je nazivnim naponom mreže. Promjene napona su odstupanja napona od nazivne vrijednosti. Uzrokovane su promjenama opterećenja, tj. uključivanjem i isključivanjem velikog broja trošila ili kvarovima u elektroenergetskom sustavu. Primjer promjena napona prikazan je na slici 4.1.

100

120

140

160

180

200

220

240

00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00Vrijeme / h

Nap

on /

V

0

50

100

150

200

250

300

350

Stru

ja /

A

Slika 4.1 - Primjer promjene napona uzrokovane promjenom opterećenja Treperenje napona (eng. Flicker) su oscilacije vrijednosti napona koje se ponavljaju. Flickeri su definirani kao vidom zamjetljivo treperenje, izazvano svjetlosnim podražajem uz vremensko kolebanje svjetlosne gustoće ili spektralne razdiobe. Jednostavnije rečeno, to je titranje npr. svjetla žarulje ili zaslona računala. Uzroci treperenja su nagle učestale promjene opterećenja uzrokovane radom npr. elektrolučnih peći, fotokopirnih strojeva, aparata za zavarivanje i sličnih strojeva u susjedstvu. Uočavanje treperenja ovisi od osobe do osobe, tj. o senzibilnosti oka. Jakost treperenja definira se putem uočavanja sljedećeg: svjetlosno treperenje pojačava se do trenutka kada od 100 osoba njih 50 uoči treperenje (promjenu svjetla), tada se kaže da treperenje ima vrijednost 1. Ljudskom oku najviše smetaju flickeri frekvencije od 7 do 10 Hz. Primjer treperenja napona prikazan je na slici 4.2.

napon

struja

Page 48: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

48

215

220

225

230

235

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Vrijeme / s

Nap

on /

V

Slika 4.2 - Primjer treperenja napona Propad napona definira se kao privremeno smanjenje vrijednosti napona ispod unaprijed određene granice. Te su granice najčešće u opsegu od 90 % do 1 % nazivne vrijednosti. Propadi su najčešće uzrokovani kvarom u sustavu ili naglim povećanjem opterećenja. Uobičajeno se razvrstaju po dubini i trajanju. Primjer propada napona prikazan je slikom 4.3.

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3Vrijeme / s

Nap

on /

V

Slika 4.3 - Primjer propada napona Prekid napona je stanje pri kojem napona jednostavno nestane. U većini preporuka smatra se da je nastupio prekid kada napon padne ispod 1 % svoje nazivne vrijednosti. Prekidi se dijele na duge i kratke, pri čemu se u većini preporuka kao dugi prekid definira onaj trajanja dužeg od 3 minute. Bitno je naglasiti da se u ove prekide napona, dakle one vezane uz kvalitetu električne energije, ne ubrajaju i ona isključenja napajanja unaprijed najavljena i planirana. Primjer prekida napona prikazan je slikom 4.4.

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3Vrijeme / s

Nap

on /

V

Slika 4.4 - Primjer prekida napona

Page 49: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

49

Prenapon je stanje pri kojem napon poraste preko neke unaprijed određene granice. Kratkotrajni se prenaponi u mreži javljaju u slučaju kvara ili su uzrokovani sklopnim manipulacijama, udarima groma i sl. Njihova vrijednost uglavnom ovisi o načinu uzemljenja mreže. Primjer prenapona prikazan je na slici 4.5.

-60

-40

-20

0

20

40

60

0,1 0,15 0,2 0,25 0,3Vrijeme / s

Nap

on /

kV

Slika 4.5 - Primjer prenapona Impulsni prenapon (tranzijent) je visokofrekvencijska promjena napona u trajanju kraćem od jedne poluperiode (10 ms). Mogu biti uzrokovani sklopnim operacijama u mreži, udarima groma, uklapanjima kapacitivnih tereta itd. Oblici im mogu biti razni, kako je prikazano na slici 4.6.

oscilirajući

-200

-100

0

100

200

unipolarnipozitivni

negativni

usjek

višestruki prolaz kroz nulu

bipolarnioscilirajući

-200

-100

0

100

200

unipolarnipozitivni

negativni

usjek

višestruki prolaz kroz nulu

bipolarni

-200

-100

0

100

200

unipolarnipozitivni

negativni

usjek

višestruki prolaz kroz nulu

bipolarni

Slika 4.6 - Primjeri nekih vrsta tranzijenata Nesimetrija napona je stanje pri kojem se naponi u trofaznom sustavu međusobno razlikuju po iznosu (amplitudi) ili ukoliko kut između pojedine dvije faze nije 120°. Mjerilo asimetričnosti napona definirano je kao omjer inverzne i direktne (izravne) komponente. Nesimetrija u distribucijskim mrežama uzrokovana je neravnomjernom raspodjelom tereta po fazama ili kvarom. Primjer nesimetrije uzrokovane kvarom prikazan je na slici 4.7.

Page 50: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

50

-60

-40

-20

0

20

40

60

0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21 0,22Vrijeme / s

Nap

on /

kV

UL1 UL2 UL3

Slika 4.7 - Primjer nesimetrije uzrokovane kvarom

Naponi viših harmonika sinusoidalni su naponi frekvencija koje su cjelobrojni višekratnici osnovne frekvencije (50 Hz kod nas). Viši su harmonici nepoželjni u mrežama, jer se zbrajaju na osnovni val i izobličuju ga, što uzrokuje probleme u napajanju osjetljivih trošila, npr. medicinske opreme, koja zahtjeva čisti sinusoidalni napon. Primjer izobličenja napona npr. petim harmonikom prikazan je na slici 4.8.

- - U (50 Hz) U (250 Hz) U (50+250 Hz)

Slika 4.8 - Primjer harmonički izobličenog naponskog vala

Naponi međuharmonika sinusoidalni su naponi frekvencija koje nisu višekratnici osnovne frekvencije. Danas se razina međuharmonika u elektroenergetskim mrežama povećava zbog sve učestalije upotrebe pretvarača frekvencija i sličnih uređaja. Međuharmonici su opasni, jer mogu ometati MTU signal. Signalni naponi su naponi superponirani na osnovni naponski val, a koriste se za upravljanje trošilima i opremom (primjerice MTU signal). Njih je potrebno kontrolirati kako ne bi imali nepoželjan utjecaj na ostala trošila u sustavu.

Jasnija slika stanja kvalitete električne energije dobiva se ukoliko se u razmatranje uključe i karakteristike opterećenja, jer je upravo ono u najvećoj mjeri uzrok pogoršanja kvalitete električne energije. Osim loše kvalitete napajanja, smetnje u radu trošila mogu biti uzrokovane i elektromagnetskim djelovanjem drugih elemenata elektroenergetske mreže. Na području elektromagnetskog međudjelovanja elektroenergetskog sustava, te trošila i opreme priključenih na njega, postoje dvije razine podudaranja. Jedna je razina definirana kao emisija smetnji koju trošilo smije emitirati pri svom radu, a da pri tome ne uzrokuje smetnje u radu drugih trošila. Druga je razina elektromagnetskog djelovanja koje pojedino trošilo može podnijeti, a da ga te smetnje ne ometaju u radu. Obje se razine definiraju preporukama koje koriste proizvođači opreme/trošila pri

Page 51: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

51

njihovoj proizvodnji. Te se preporuke mogu koristiti kasnije za kontrolu emisije strujnih harmonika koje trošilo daje u mrežu pri svom normalnom pogonu. 4.4. JOŠ NEŠTO O PREPORUKAMA KOJE DEFINIRAJU ELEMENTE KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE Preporuke s područja kvalitete električne energije su dokumenti koje izdaju međunarodne organizacije, a u kojima se daju preporučena odstupanja pojedinih tehničkih parametara električne energije. Na području Europske zajednice kvaliteta napona osigurava se u skladu, kao što znamo, s postavama preporuke EN 50160: "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems" [17].

Osim napona, za kvalitetu električne energije bitan je i karakter opterećenja. Najviše smetnji kvaliteti električne energije uzrokovano je radom trošila. Većina trošila koja se danas koriste nelinearnih je karakteristika, što znači da pad napona na njima nije linearno razmjeran struji. Ona iz elektroenergetske mreže uzimaju nesinusoidalnu struju, koja zatim stvara nesinusoidalne padove napona na ostalim elementima sustava. Ti se padovi napona zatim zbrajaju na osnovni sinusoidalni val opskrbnog napona frekvencije 50 Hz, uzrokujući njegovo izobličenje, čime se narušava kvaliteta napajanja ostalim potrošačima priključenima na istu elektroenergetsku mrežu.

Preporuke koje promatraju karakter opterećenja u distribucijskim mrežama su one s područja elektromagnetske kompatibilnosti. To su primjerice preporuke: IEC 61000-3-2 "Limits for harmonic current emissions equipment input current ≤16 A per phase" [5], IEC 61000-3-4 "Limitation of emission of harmonic currents in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A" [6], te IEC 61000-3-6 "Assessment of emission limits for distorting loads in MV and HV power systems" [7].

Američka preporuka za kvalitetu električne energije, tj. točnije ona koja daje preporučene razine

harmoničkih viših frekvencija u struji i naponu jest IEEE 519-1992 "Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems " [8].

Na slici 4.9 prikazan je princip prema kojem se preporukama određuju dopuštene granice smetnji (razina kompatibilnosti). Prilikom planiranja distribucijskih mreža treba pretpostaviti strožije kriterije nego one koje daju preporuke, tako da bi se u slučaju prelaska planiranih razina, još uvijek smetnje nalazile ispod preporučenih razina. Proizvođači opreme pak moraju izrađivati opremu tako da podnosi razine smetnji veće od onih danih preporukama, kako bi, i u slučaju prelaska preporučenih razina, oprema još uvijek bila imuna na te smetnje.

veličina smetnje

razina ispitivanja opreme na imunost

razina kompatibilnosti

razina koju planira distribucija

procjenjena razina

vrijeme

veličina smetnje

razina ispitivanja opreme na imunost

razina kompatibilnosti

razina koju planira distribucija

procjenjena razina

vrijeme

Slika 4.9 - Razine kompatibilnosti

izmjerene vrijednosti

Page 52: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

52

4.4.1. Preporuka EN 50160

U većini europskih zemalja na snazi je norma (preporuka) EN 50160 "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems" koju je, kao što znamo, 1994. godine donio Europski odbor za standardizaciju u elektrotehnici CENELEC (eng. European Committee for Electrotechnical Standardization). Ona definira tehničke karakteristike napona u javnim elektrodistribucijskim mrežama naponskih razina do 35 kV. Ta je preporuka službeno u upotrebi od srpnja 1995. godine.

U Republici Hrvatskoj ta preporuka još nije uvažena, no kako odgovarajuća hrvatska preporuka s tog područja ne postoji, pri mjerenju kvalitete električne energije u npr. DP Elektri Zagreb i drugim Elektrama u RH koriste se njome. Za pretpostaviti je da će preporuka EN 50160 u skorije vrijeme biti prihvaćena kao službena norma i u Republici Hrvatskoj. Napomenimo da je u Republici Sloveniji ta preporuka prihvaćena već 1999 g. pod nazivom SIST EN 50160.

Preporuka EN 50160 daje kvantitativne odlike kvalitete napona u slučaju normalnog pogonskog stanja. Svrha joj je, dakle, opisati i utvrditi obilježja distributivnog napona, pri čemu se ne opisuju prosječne vrijednosti promatranih parametara, već se definiraju najveća odstupanja pojedinih parametara, koja se mogu očekivati u distribucijskoj elektroenergetskoj mreži.

Period mjerenja određen preporukom EN 50160 je sedam dana, bez prestanka. Mjerni isječci, u kojima se promatra pojedini parametar, desetminutni su intervali, osim za frekvenciju, koja se promatra u vremenskim isječcima od deset sekundi.

Preporuka (norma) EN 50160 propisuje granice parametara koje moraju biti zadovoljene unutar 95 % perioda mjerenja, dok su u ostalih 5 % slučajeva granice parametara šire, ili čak nisu propisane.

Primjer preporučenih odstupanja veličine napona prema EN 50160 je ± 10 % od nazivne vrijednosti u 95 % promatranog vremenskog intervala, dok je u 5 % preostalog perioda preporučeno odstupanje +10/-15 %. 4.4.2. Preporuke IEC 61000-3-2, IEC 61000-3-4, IEC 61000-3-6 Norme (preporuke) IEC 61000-3-2, IEC 61000-3-4 i IEC 61000-3-6 su preporuke u svezi elektromagnetske kompatibilnosti i definiraju granice viših harmonika u struji koje oprema smije emitirati u mrežu, a da oni ne izazovu smetnje u radu drugih elemenata elektroenergetskog sustava. Norma (preporuka) IEC 61000-3-2 (eng. Limits for harmonic current emissions equipment input current ≤16 A per phase) definira granice harmoničkih struja koje oprema emitira u javnu distribucijsku mrežu, a odnose se na električnu ili elektroničku opremu priključenu na niskonaponsku javnu distribucijsku mrežu nazivne struje do 16 A po fazi. To su primjerice: rasvjetna tijela, prijenosni uređaji, sva elektronička oprema, uređaji koji se koriste u kućanstvima i sl.

Norma (preporuka) IEC 61000-3-4 (eng. Limitation of emission of harmonic currents in low voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A) definira granice harmoničkih struja koje oprema priključena na javnu niskonaponsku distribucijsku mrežu smije emitirati, a odnose se na električnu ili elektroničku opremu priključenu jednofazno s nazivnom strujom većom od 16 A.

Kako takvi tereti mogu imati značajan utjecaj na distribucijsku mrežu na koju su priključeni, često distribucijsko poduzeće zahtjeva posebne uvjete prilikom izvedbe priključka takvog potrošača na mrežu. Ova preporuka daje informaciju koja distribucijskom poduzeću pomaže da procijeni opremu, te da odredi da li se i kako takva oprema smije priključiti na javnu distribucijsku mrežu.

Norma (preporuka) IEC 61000-3-6 (eng. Assessment of emission limits for distorting loads in MV and HV power systems) daje smjernice distribucijskom poduzeću kako da uvjetuje priključak potrošačkog postrojenja s teretima koji bi mogli izazvati harmonička i međuharmonička izobličenja u srednje i visokonaponskoj elektroenergetskoj mreži na koju se priključuju. Ova se preporuka uglavnom bavi harmoničkim izobličenjem napona, no daju se i neke indikativne vrijednosti za granice strujnih harmonika koje se mogu upotrijebiti.

Primjeri nekih potrošača, koji generiraju više harmoničke članove u struji, prikazan je u tablici

4.1.

Page 53: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

53

Tablica 4.1. Primjeri nekih trošila koja proizvode više harmonike

Tipično trošilo priključeno na

NN, SN ili VN mrežu Tipičan valni oblik struje Tipično ukupno harmoničko izobličenje (THD)

jednofazni sklop za napajanje (ispravljač i kondenzator)

80 % (visok udio 3. harmonika)

6-pulsni ispravljač s kondenzatorom bez

induktiviteta

80 %

6-pulsni ispravljač s kondenzatorom i induktivitetom

> 3% ili DC pogon

40%

6-pulsni ispravljač s velikim induktivitetom za izglađivanje

struje

28 %

12-pulsni ispravljač

15 %

AC naponski regulator

ovisi o kutu paljenja

4.4.3. Norma (preporuka) IEEE 519 Preporuka IEEE 519 (Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems) je američki standard po pitanju viših harmonika i kvalitete električne energije općenito na svim naponskim razinama, od niskog napona pa sve do napona većih od 161 kV. Ova preporuka u točki priključka potrošača na elektroenergetski sustav određuje granice strujnih viših harmonika koje trošila ili potrošačko postrojenje smiju emitirati u distribucijsku elektroenergetsku mrežu na koju su priključeni. Dozvoljene granice strujnih harmonika koje potrošač smije emitirati u mrežu ovise o naponskom nivou te snazi kratkog spoja na mjestu priključka, a iznosi su im dani relativno u odnosu na prosječnu maksimalnu struju tereta.

Propisane su i granice naponskih viših harmonika u točki priključenja.

4.4.4. Usporedbe preporuka U tablici 4.2 dana je usporedba propisanih vrijednosti tehničkih parametara koje donose neke od preporuka s područja kvalitete električne energije i elektromagnetske kompatibilnosti (EMC).

Page 54: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

54

Tablica 4.2. Usporedba propisanih graničnih vrijednosti tehničkih parametara prema preporukama, [9]

područje Kvaliteta električne energije EMC organizacija CENELEC EDF Eskom IEEE CENELEC

preporuka EN 50160 Contract émeraude

ESKASAA 18 IEEE 519 IEC 61000-2-2

područje primjene NN i SN SN - SN i VN NN

promjene napona ± 10 %3 ± 5 % ± 10 % - ± 10 % nesimetrija 2 % (3 %) 2 % 2 % - 2 %

< 69 kV 3 % ² < 161 kV 1,5 % ² viši harmonici 0,5 – 6,0 %

(tablica) 0,5 – 6,0 %

(tablica) EPCC > 161 kV 1,0 % ²

0,2 – 6,0 % (tablica)

< 69 kV 5 % < 161 kV 2,5 %THD 8 % 8 % 6 % > 161 kV 1,5 %

8 %

međuharmonici - - EPCC 0,2 %

signalni naponi ograničenje krivuljom - - - -

fliker Plt=1 Plt =1 Pst=1 granična krivulja UIE-krivulja

prekidi (kratki) 10 - 100 godišnje

2 - 36 godišnje 1 - - -

prekidi (dugi) 10 - 50 godišnje

2 – 6 godišnje1 - - -

propadi 10 - 1000 godišnje - tablica - 1 – 4

mjesečno frekvencija u povezanim mrežama

± 1 % (+ 4 / - 6 %) ± 1 % ± 2,5 % - ± 1 Hz

frekvencija pri otočnom pogonu

± 2 % (± 15 %) + 4 / - 6 % - - -

mrežni prenaponi NN: < 1,5

kV SN: < 2 Un

- - - -

tranzijentni prenaponi

NN: < 6 kV SN: - - - - -

1 Ovisno o tipu potrošača (gradsko područje, seoska mreža…) 2 IEEE 519 definira preporučene granice viših harmonika relativno u odnosu na maksimalnu struju tereta, te u ovisnosti o struji kratkog spoja na mjestu priključka potrošača 3 + 6 / - 10% u NN mrežama do 2003. g. EDF – Electricite de France Eskom – Elektroenergetsko poduzeće Republike Južne Afrike. 4.5. MJERENJE KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE

Mjerenje kvalitete električne energije provodi se prikupljanjem mjernih veličina (vrijednosti struja, napona i frekvencije) unutar određenog vremenskog intervala. Kasnije se ti podatci obrađuju u skladu s preporukama za kvalitetu električne energije programskom potporom na računalu. Rezultat takvih mjerenja tvrdnja je: da li kvaliteta električne energije na promatranom mjestu u mreži zadovoljava ili ne zadovoljava preporuke.

Page 55: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

55

Danas većina uređaja, koji se koristi na području mjerenja kvalitete električne energije, ima u svojoj programskoj potpori ugrađene postave preporuka (norma) za kvalitetu električne energije (najčešće EN 50160), te se izvješća o kvaliteti napona u promatranoj točki unutar preporukom propisanog vremenskog intervala mogu automatski izraditi.

Ukoliko nas zanima samo neki od parametara kvalitete električne energije, a ne cjelokupna slika

kvalitete, npr. samo harmonička analiza stanja u nekoj točki elektrodistibutivne mreže, postoje uređaji, kojima se podešenja mogu prilagoditi za takve namjene, pri čemu se granice parametara mogu preuzeti iz preporuke. Tako, primjerice, neki registratori napona iz norme EN 50160 preuzimaju dopuštene granice naponskih varijacija (veličinu napona, granice za propade i prenapone, …) i mjerni period od 10 minuta, dok druge veličine zanemaruju (npr. titranje napona).

Svi ovi uređaji uglavnom služe za mjerenje kvalitete napona na zahtjev, pa im je izvedba

prijenosna (off-line mjerenja), a prilagodba parametara uređaja i očitavanje izmjerenih podataka obavlja se izravnim spajanjem računala (PC) na mjerni uređaj komunikacijskim kabelom (RS-232 ili Ethernet).

Osim mjerenja kvalitete električne energije na zahtjev ili periodičkih mjerenja, postoje i sustavi

za trajno praćenje kvalitete električne energije u sustavu (on-line mjerenja). Takav se sustav sastoji od mjernih uređaja trajno priključenih na npr. 10 kV stranu transformatora u TS 110/10 kV, komunikacijske veze putem koje se podatci daljinski prikupljaju, te od središnjeg računala na kojem se prikupljeni podatci spremaju i obrađuju, te se na temelju njih izrađuju izvješća. Primjer je uređaj LEM-FLUKE QVAWE Power, slika 4.10.

Slika 4.10 – Prikaz osnovne mjerne jedinice u sklopu nekog stalno ugrađenog (on-line) sustava tipa LEM QWAVE, namijenjenog za permanentno (trajno) mjerenje i praćenje parametara električne energije u više

mjernih točaka

Primjer jednog dijela izvješća o sukladnosti napona s postavama norme EN 50160 prikazan je na slici 4.11. Crvena linija predstavlja graničnu vrijednost parametra prema EN 50160, koja mora biti zadovoljena u 95 % promatranog mjernog perioda (7 dana). Crveni stupci prikazuju vrijednosti koje su bile postignute tijekom 95 % promatranog vremena, relativno u odnosu na preporučenu vrijednost. Plavi stupci prikazuju vrijednosti koje su bile zabilježene u ostalih 5% promatranog vremenskog intervala, koji za normu (preporuku) EN 50160 iznosi 7 dana.

Page 56: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

56

Slika 4.11 - Grafički prikaz kvalitete napona mjerenog prema EN 50160 Da bi izmjereni rezultati kvalitete električne energije bili važeći za javnu prezentaciju, prema normi IEC 61000-4-30, [15], trebaju biti izmjereni uređajem klase A, kao što je npr. uređaj LEM-FLUKE TOPAS 2000, slika 4.12. Za sve druge potrebe ili interne potrebe dovoljno je upotrebljavati instrumente klase B.

Slika 4.12 – Uređaj Topas 2000 u klasi A, namijenjen za detaljnu analizu kvalitete električne energije i mreže, projektiran u skladu s normom IEC 61000-4-30

Page 57: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

57

4.6. POTROŠAČI I DISTRIBUCIJA Bitni pokazatelj narušavanja kvalitete električne energije jesu žalbe potrošača, koji primjećuju poremećaje u radu svojih električnih trošila. Na temelju tih pritužbi pristupa se mjerenju na dijelu elektroenergetske mreže na kojoj je potrošač uočio smetnje. Mjerenjima se ustanovljuje moguća pogrješka ili smetnja, a kao posljedica mjerenja jest uklanjanje mogućih nedostataka i povećanje kvalitete električne energije.

Osim mjerenja iniciranih pritužbama, mjerenja se provode i periodički u svrhu provjere i potvrđivanja zadanih parametara kvalitete električne energije. Jedan od razloga za stalno ili povremeno praćenje kvalitete električne energije jest upravo otklanjanje mogućih uzroka pritužbi potrošača radi loše kvalitete napajanja. Svaka takva pravovaljana tužba (sudska) može biti uzrokom financijskih gubitaka distribucijskog poduzeća. Često potrošači ne znaju svoje probleme pretočiti u riječi, pa tako postoje zahtjevi potrošača da im se izmjeri "napon struje" ili uzrok svojih problema opisuju kao "padanje struje i napona". No to nas ne smije spriječiti da potrošaču pomognemo u otkrivanju i, ukoliko je to u kompetenciji i mogućnosti, otklanjanju smetnje.

Potrebno je biti svjestan činjenice da su u najvećoj mjeri upravo potrošači ti koji narušavaju kvalitetu električne energije radom svojih trošila.

Temeljem rezultata mjerenja provedenog u skladu s preporukom za kvalitetu električne energije, najčešće prema normi EN 50160, utvrđuje se opravdanost pritužbe potrošača, te mogući uzrok smetnje. Pri tome je važno utvrditi tko je odgovoran za stvaranje smetnje: da li ona dolazi iz distribucijske mreže ili ju je potrošač sam uzrokovao. Posljedica ustanovljavanja smetnje mora biti njeno otklanjanje, bez obzira na to tko joj je uzročnik. Na slikama 4.13 i 4.14, koje se temelje na istraživanju Georgia Power Survey provedenom u SAD moguće je vidjeti kolika su preklapanja i razilaženja u mišljenjima distribucijskog poduzeća i potrošača o tome koji su uzročnici problema s opskrbom električne energije.

Slika 4.13 - Uzročnik problema – stav korisnika

Slika 4.14 - Uzročnik problema - stav distribucije

Page 58: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

58

Ako se pogledaju gornja dva prikaza tada se vidi da svaka strana zastupa stav "manje" krivice za probleme s opskrbom. Istina je vjerojatno negdje na sredini. Kada tržište električnom energijom postane deregulirano, postotak krivice će se bitno promijeniti: i distributer (opskrba) i potrošač imat će manji postotak krivice. Odgovornosti sudionika u radu elektroenergetskog sustava mogu se podijeliti na sljedeći način: potrošači su dužni kontrolirati emisije harmoničkih struja uzrokovane radom svojih trošila u javnu distribucijsku mrežu, dok je distribucijsko poduzeće obavezno održavati kvalitetno napajanje potrošača. Udruge proizvođača elektroničke opreme objavile su preporuke koje definiraju vrijednosti nekih parametara kvalitete električne energije pri kojima, ukoliko su zadovoljeni, proizvođači jamče da će njihova oprema zadovoljavajuće raditi. Primjer je organizacija ITIC (eng. Information Technology Industry Council, nekadašnja CBEMA – eng. Computer & Business Equipment Manufacturers Association), koja je razvrstala promjene napona prema trajanju i dubini, što je prikazano na slici 4.15. Ukoliko se neka naponska promjena nalazi unutar preporučenih granica, to neće nepovoljno utjecati na rad trošila/opreme. Osim ove karakteristike sa slike 4.15, koja prikazuje dozvoljenu dužinu trajanja naponskog odstupanja od nazivne vrijednosti za informatičku opremu, postoje i karakteristike koje su dali proizvođači drukčijih tipova oprema, npr. avio-industrija, vojna industrija i sl. Dakle, ovakvim krivuljama dozvoljenih naponskih karakteristika dane su kvalitativne granice. Ne bi bilo loše ove krivulje imati na umu kada se projektira ili planira mreža koja će napajati potrošače čiji rad zahtjeva poštivanje takvih krivulja dopuštenih izobličenja napona. Interesantno je uočiti da će prema karakteristici sa slike 4.15 informatička oprema raditi korektno ukoliko se "dogode" točke A i B, ali neće raditi korektno ukoliko se "dogodi" točka C.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

0,1 1 10 100 1000 10000 100000Vrijeme / ms

Nap

on /

%

Slika 4.15 - Preporučena odstupanja napona prema ITIC za opremu Un=120 V, 60 Hz 4.7. IZVORI SMETNJA

Većina propada i prekida napona nastaje u distribucijskim i prijenosnim mrežama pa odgovornost za njih leži kod distributera ili elektroprivrednog poduzeća. No, za probleme uzrokovane višim harmonicima u sustavu su gotovo uvijek odgovorni potrošači.

Velik dio smetnji kvaliteti električne energije uzrokovan je radom trošila i to onih nelinearnih karakteristika. Kako se u zadnjih nekoliko godina broj nelinearnih trošila znatno povećao, tako je i njihov utjecaj na elektroenergetsku mrežu, gledano sa stajališta kvalitete električne energije, sve veći. Istovremeno, takva su trošila osjetljiva na promjene sinusoidalnog napona i zahtijevaju njegovu stabilnost za svoj rad.

zabranjeno područje

područje bez oštećenja

dopušteno područje

A •

B •

• C

Page 59: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

59

Iako neko trošilo samo po sebi nije uzrok velikog izobličenja napona, više istih i/ili sličnih trošila, koja rade istovremeno, mogu biti uzrokom značajnih izobličenja valnog oblika opskrbnog napona. To se naziva “sumacijski efekt”. Takva su trošila npr. TV uređaji, osobna računala, pisači, štedne žarulje, uređaji za klimatizaciju, kopirke i sl. Na slici 4.16 prikazan primjer harmoničkog izobličenja napona u jednoj uredskoj zgradi, koji je uzrokovan teretom (vidljivo je iz korelacije porasta tereta i harmoničkog izobličenja).

Velik dio harmoničkog izobličenja u elektroenergetskoj mreži su i industrijski tereti. To su: uređaji koji sadrže sklopove energetske elektronike, pogoni s motorima promjenjivih brzina, indukcijske peći, lučne peći itd.

Slika 4.16 - Primjer naponskog harmoničkog izobličenja (THD) uzrokovanog nelinearnim teretom

Nelinearna trošila generiraju više harmonike u struji. Posebno je problematičan treći viši harmonički član (150 Hz), koji se zbog svog karaktera u nultom vodiču trofaznog sustava zbraja, što taj vodič dodatno opterećuje i uzrokuje njegovo zagrijavanje. Na slici 4.17.a prikazan je valni oblik struje tereta u fazama L1 i L2, te u nultom vodiču jedne uredske zgrade. Vidljivo je da je fazna struja daleko od čiste sinusoide, te da struja kroz neutralni (nulti) vodič iznosi otprilike 1/3 struje faznih vodiča. Frekvencijskom analizom valnih oblika faznih struja dobiven je udio 3. harmonika od otprilike 7 A po fazi. Frekvencijska analiza struje nultog vodiča (prikazana na slici 4.17.b) pokazuje vrijednost 3. harmonika od 21 A, što je upravo zbroj vrijednosti 3. harmonika iz faznih vodiča.

Slika 4.17.a - Valni oblik struje tereta i struje Slika 4.17.b - Frekvencijska analiza struje neutralnog neutralnog (nultog) vodiča jedne uredske zgrade vodiča sa slike 4.17.a

Page 60: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

60

Propadi napona su u niskonaponskim mrežama najčešće uzrokovani naglim povećanjem opterećenja, primjer čega je prikazan na slici 4.18.

30

60

90

120

150

180

210

240

12:00 15:00 18:00 21:00 00:00Vrijeme / h

Nap

on /

V

0

300

600

900

1200

1500

1800

2100

Stru

ja /

A

Slika 4.18 - Primjer propada napona uzrokovan naglim porastom opterećenja

Osim oscilacijama tereta, promjene napona, te prekidi i propadi uzrokovani su kvarovima u elektroenergetskom sustavu. Kvar, bez obzira na kojem se naponskom nivou dogodio, uzrokuje smetnje na svim naponskim razinama, i višim i nižim od onog na kojem se dogodio. Zato je kvar potrebno što brže otkloniti, kako bi se trajanje smetnje svelo na najmanju moguću mjeru.

Najčešći primjer kvara jest jednopolni kratki spoj. U zračnim mrežama on je uzrokovan npr. padom stabla, preskokom izolatora, malenim životinjama ili pticama. Takav se kvar u distribucijskim stanicama uklanja proradom relejne zaštite s ciklusom automatskog ponovnog uklopa (APU). Pri jednopolnom kratkom spoju napon faze na kojoj je nastao kvar pada na nulu, a napon preostale dvije faze raste s faznog na linijski napon. Tako u jednoj fazi imamo pad napona ili čak prekid, a u druge dvije se javlja prenapon. Proradom relejne zaštite prekidač voda na kojem je nastao kvar isklapa se, što potrošačima napajanima putem tog voda uzrokuje prekid napajanja u sve tri faze, dok se na ostalom dijelu mreže priključenom na iste sabirnice uspostavlja normalno pogonsko stanje. Uz aktiviran ciklus APU prekidač voda na kojem je nastao kvar nakon određenog vremena (najčešće 300 ms) će se ponovno uklopiti. Ukoliko je kvar bio prolaznog karaktera, npr. preskok iskre preko izolatora, tada se i na tom vodu uspostavlja normalno pogonsko stanje, pa je prekid napajanja za potrošače na tom vodu bio u dužini trajanja ciklusa APU-a. Ukoliko kvar na vodu i dalje postoji, relejna će zaštita isklopiti prekidač na vodu i opet izazvati prekid napajanja za potrošače na tom vodu, i to će trajati dok se kvar ne locira, pa se izvrši preklapanje dijela potrošača, ili do otklanjanja kvara. 4.8. POSLJEDICE SMETNJA Jasno je da nekvalitetno napajanje uzrokuje teškoće u radu trošila koja nisu projektirana za takve uvjete rada. Posljedice su: kvarovi, smetnje, te neispravan rad trošila.

Za procesnu industriju najveće štete uzrokovane su naponskim propadima ili prekidima napajanja kada se računalna oprema (mikroprocesori), koja upravlja procesima i trošilima, "zamrzne". Pri tim se događajima očituje najveća razlika u shvaćanju kvalitete električne energije od strane distribucijskog poduzeća i potrošača. Ti su događaji kratkotrajni, pa ih je teško dokazati ukoliko ne postoji trajno praćenje stanja u elektroenergetskoj mreži.

Još je teže odrediti gubitke uzrokovane propadima ili prekidima. Distribucijsko poduzeće prekid napajanja promatra samo kroz cijenu energije neisporučene potrošačima, dok potrošač gubitak električne energije promatra kroz gubitke u proizvodnom procesu. Električna energija relativno je jeftina (u odnosu na npr. naftu), a i prekidi napajanja su relativno kratki, dok gubitak u proizvodnom procesu može biti vrlo skup. Potrošaču je često nakon takvog prekida u proizvodnom procesu potrebno neko vrijeme da ga ponovno pokrene i sanira štetu koja je tim prekidom bila uzrokovana.

napon

struja

Page 61: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

61

Sljedeći parametar koji uzrokuje najviše štete viši su harmonički članovi. Utjecaji harmoničkog izobličenja u elektroenergetskim mrežama ne moraju biti odmah vidljivi, no dugoročno mogu imati ozbiljne posljedice. Neki od najbitnijih su: - opterećivanje potrošačkih instalacija i elemenata elektroenergetskog sustava naponima i strujama

frekvencija za koje nisu projektirani - povećano zagrijavanje transformatora i neutralnih vodiča uzrokovano strujama viših harmonika čiji je

red višekratnik broja 3, a posebno 3. harmonika koji se u neutralnom vodiču trofaznog sustava ne poništava, nego zbraja. Radi povećane razine 3. harmonika u neutralnom vodiču može doći i do požara, zato što se neutralni vodič ne štiti od preopterećenja

- pojačano zagrijavanje transformatora uzrokovano višim harmoničkim članovima, kao i efekti zasićenja u jezgri, uzrokuju smanjenje opteretivosti transformatora ispod nazivne snage u potrošačkim i postrojenjima elektrodistribucijskih poduzeća.

Tu su interesantne i sljedeće pojave i posljedice:

pojava viših harmoničkih struja koje teku po elektroenergetskom sustavu mogu izazvati smetnje na telekomunikacijskim linijama;

loš faktor snage povezan s nelinearnim teretima odgovoran je za značajan porast struja koje teku kroz elektroenergetski sustav i instalacije potrošača, a time i za značajan porast troškova uzrokovanih gubicima;

smanjivanje životnog vijeka opreme i trošila radi npr. pojačanog opterećenja izolacije uzrokovano dodatnim zagrijavanjem.

Naponi viših harmonika, razina viših od preporučenih granica, mogu biti uzrokom zamjene

transformatora, sklopne opreme i vodova od strane distribucijskog poduzeća, uz jako velike troškove, iz razloga što je postojeća mreža preopterećena, jer harmoničko izobličenje uzrokuje dodatne tijekove snage.

Na niskonaponskom nivou (NN) distribucijskih mreža ima smisla govoriti o još jednom

parametru, koji se u Europi ne razmatra, dok je u SAD-u poprilično bitan. Riječ je o k-faktoru transformatora. K-faktor je mjera za utjecaj viših harmoničkih članova u struji na transformator, a definiran je prema ANSI/IEEE preporuci C57.110-1986. K-faktor transformatora opisuje kako transformator podnosi dodatno zagrijavanje (gubitke) izazvane višim harmoničkim članovima u struji. Na temelju k-faktora računa se smanjenje raspoložive snage transformatora zbog dodatnih gubitaka. K-faktor računa se iz struje tereta i prema njemu se određuje potreban k-faktor transformatora. Ovisnost smanjenja opteretivosti transformatora o porastu k-faktora tereta, tj. harmoničkog izobličenja tereta, prikazana je na slici 4.19.

100

90

80

70

60

50

1 5 10 15 20 25 30k - faktor

opte

retiv

ost /

%

Slika 4.19 - Ovisnost opteretivosti transformatora o k-faktoru tereta

Page 62: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

62

Znači, transformator s većim k-faktorom može podnijeti veći nelinearni teret, tj. veće opterećenje snagama viših harmoničkih članova, a da mu se radi toga ne smanji optretivost snagom na nazivnoj frekvenciji. Jasno je da su takvi transformatori zbog svoje konstrukcije skuplji, no s obzirom da su građeni za specijalne uvjete rada, imat će duži životni vijek od običnog distribucijskog transformatora, ukoliko ih opteretimo istim harmonički izobličenim teretom. 4. 9. EKONOMSKE POSLJEDICE Kako je maloprije spomenuto, potrošači i distribucijsko poduzeće različito procjenjuju troškove gubitka električne energije.

Distribucijsko poduzeće posljedice loše kvalitete električne energije, koja u konačnici može uzrokovati kvar u sustavu, promatra kroz cijenu neisporučene električne energije i cijenu saniranja nastalog stanja. Potrošači lošu kvalitetu električne energije promatraju kroz gubitke u proizvodnom procesu i oštećenja opreme, koji mogu višestruko premašiti cijenu neisporučene im električne energije.

Distribucijsko poduzeće može doživjeti velike financijske gubitke putem odšteta temeljenih na pravovaljanim tužbama potrošača na nezadovoljavajuću kvalitetu isporučene električne energije.

Distribucijsko poduzeće dužno je osigurati kvalitetno napajanje svim svojim potrošačima. Kako nije katkada moguće odrediti jednog uzročnika (potrošača) loše kvalitete napona u nekom djelu mreže (sumacijski efekt), trošak mjera za saniranje takvog stanja pada na teret distribucijskog poduzeća. Primjer za to je ugradnja filtarskih prigušnica za filtriranje viših harmonika ili povećanje presjeka nultog vodiča.

Analiza, [10], mjera za saniranje pogoršanja kvalitete električne energije uzrokovano višim harmonicima (ugradnja aktivnih filtera u VN/SN transformatorske stanice i povećanje presjeka nultog vodiča u niskonaponskim mrežama) provedena u Francuskoj (bruto nacionalni proizvod: 1400 bilijuna €, ukupna potrošnja el. energije godišnje: 450 GWh, stanovništvo: cca. 60 milijuna) dovelo je do procijenjenih ukupnih dodatnih troškova u iznosu od cca. 25 bilijuna €.

Harmoničke struje uzrokovane trošilima potrošača, koje teku u elektroenergetskoj mreži, dodatno opterećuju opremu i uređaje nužne za ispravno funkcioniranje sustava opskrbe električnom energijom (transformatore, prekidače, vodove, ...). Osim što smanjuju prijenosnu moć elemenata elektroenergetskog sustava, uzrokuju i dodatne gubitke uzrokovane povećanim zagrijavanjem opreme, čime joj se smanjuje životna dob.

Viši harmonički članovi imaju velik utjecaj na transformatore. Osim što uzrokuju pojačano zagrijavanje transformatora i smanjenje životne dobi, oni stvaraju i efekt zasićenja u jezgri, čime uzrokuju smanjenje opteretivosti transformatora ispod nazivne. Proizvođači transformatora preporučuju transformatore snage 10 % veće, nego što je potrebno, ukoliko će transformator opskrbljivati energijom nelinearne terete snage veće od 30 % njegove nazivne snage. Isto se preporučiva i za postrojenja za proizvodnju električne energije, [10]. Kako bi se produžio životni vijek transformatora, poželjno je obratiti pozornost i na k-faktor transformatora prilikom planiranja razdjelnih mreža.

Troškovi održavanja, rekonstrukcije i zamjene opreme uzrokovani lošim stanjem kvalitete električne energije mogu biti veliki, no to je potrebno ulaganje kako bi se uspostavilo stanje stabilne opskrbe potrošača uz zadovoljavajuću kvalitetu električne energije. Za ta ulaganja važi prikaz sa slike 4.20, koji prikazuje optimizaciju troškova za rješavanje problema vezanih uz kvalitetu električne energije.

Page 63: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

63

inve

stic

ije /

$

povećanje kvalitete el. energije

Troškovi smanjenja naponskih varijacijaTroškovi povećanja kvalitete el. energijeTroškovi optimalizacije kvalitete el. energije

Slika 4.20 - Krivulja optimalnih troškova za održavanje kvalitete električne energije

Problemi s napajanjem izuzetno su važni, te o njima ovisi cijelo poslovanje tvrtke, grupacije, pa i

države. Procjenjuje se da su troškovi nastali kao posljedica problema s napajanjem u SAD-u oko 26 milijardi $ godišnje (izvor: InTech, rujan 1995. g.).

Velike štete bilježe se na sustavima informatičkih mreža, tvornicama papira, javnom prijevozu napajanom električnom energijom, tvornicama stakla itd. Troškovi "black out"-a u Kaliforniji, Italiji i Engleskoj su nezamislivi!

Dakle, problemi s kvalitetom električne energije nisu samo problemi "filozofskog" karaktera, već i vrlo opipljivog karaktera, koji se očituje gubitkom velikog iznosa € i $ kapitala.

4.10. SVJETSKI TRENDOVI I MJERE ZA SMANJENJE SMETNJA Svjetski trend je ulaganje u električnu mrežu radi povećanja kvalitete električne energije, a uvjetovano je ugovorima o dostavi električne energije, u kojima je propisana kvaliteta robe koja se dostavlja, kao i kazne za nepoštivanje tih uvjeta.

Najveći dio smetnji kvaliteti električne energije može se izbjeći prilikom planiranja distribucijskih mreža i prilikom priključivanja potencijalno problematičnih potrošača na elektroenergetsku mrežu.

Konkretno, prilikom planiranja treba uzeti u obzir karakteristike konzumenata, koje će taj dio mreže napajati, pa prema tome odabrati opremu (ukoliko većinu konzumenata čine nelinearni tereti, treba predvidjeti ugradnju filtarskih prigušnica, transformatora određenog k-faktora, nulte vodiče odgovarajućeg presjeka, ...). Također, ukoliko je za područje, za koje se planira ili rekonstruira distribucijska mreža, poznato da postoji velik broj prolaznih kvarova, moguće je razmotriti promjenu načina uzemljenja neutralne točke transformatora, tj. izvesti npr. rezonantno uzemljenje, čime se znatno smanjuje broj prekida napajanja, koji su inače uzrokovani proradom uređaja relejne zaštite (APU).

Prilikom izdavanja elektroenergetskih suglasnosti za priključak potencijalno problematičnih tereta, tj. onih koji bi svojim radom mogli narušiti kvalitetu električne energije u mreži na kojoj su priključeni, potrebno je uzeti u obzir i karakter tereta. Tako bi, primjerice, trebalo uvjetovati ugradnju filtarskih prigušnica za kontrolu viših harmonika struje ukoliko potrošač ima velik broj nelinearnih tereta. Ukoliko potrošačko postrojenje ima motore velikih snaga, koji prilikom pokretanja mogu uzrokovati propade napona, potrebno je uvjetovati upuštače motora. Također, ukoliko je moguće, poželjno je razdvojiti sabirnice i na taj način razdvojiti potrošače, koji generiraju smetnje, od vrlo osjetljivih potrošača.

Page 64: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

64

Smanjenje broja prekida napajanja uzrokovanih proradama relejne zaštite, tj. kvarovima, može se smanjiti kvalitetnim održavanjem mreže, te kvalitetnom i pouzdanom opremom, koja se u mrežu ugrađuje. Primjer je npr. ugradnja dobre relejne zaštite, kvalitetnih naponskih regulatora (koji će napone na transformatoru održavati u dozvoljenom opsegu), kvalitetnih izolatora u zračnoj mreži i sl. Prilikom rekonstrukcija, ukoliko je moguće, u svrhu smanjenja broja kvarova poželjno je zračnu mrežu zamijeniti kabelskom. Pojavu prenapona u mreži moguće je smanjiti ugradnjom odvodnika prenapona. Sve gore navedeno rezultat je iskustava koja su prikupljena što vlastitim radom, a što razmjenom. Veću snagu i djelotvornost ima organizacijska forma koja stalno radi na poslovima koji se tiču kvalitete električne energije i njezinog poboljšanja. Primjer za to je npr. Elektra Ljubljana (u sklopu ELES-a), koja pri “Sektoru za upravljanje” ima formiranu “Službu za kakovost električne energije”. Smatramo da je to ispravan put, te da bi takva organizacijska forma trebala zaživjeti i u nas.

Da zaključimo. U tvrtkama, kao što je npr. Elektra Zagreb, vodi se briga o kvaliteti električne energije praktički od njezinog osnivanja. Radi unaprjeđenja opskrbe potrošača stalno se izgrađuje i obnavlja mreža kao i pogon elektroenergetskog podsustava Elektre Zagreb. Kako se u elektroenergetskom podsustavu Zagreb ostvaruje gotovo 25% potrošnje cijele države (HR), za očekivati je da se posvećuje naročita pozornost svakom segmentu opskrbe kako po kvantiteti, tako i po kvaliteti.

Pri rješavanju problema s kvalitetom električne energije u domeni mjerenja koristi se najsuvremenija oprema i pripadajući programski paketi (software). Preporuka koje se pridržavaju pri evaluaciji mjerenja je EN 50160. Prema dosadašnjim iskustvima, nema bitnih zapreka da se ta norma ne prihvati kao HR norma. To je jedna od glavnih polaznica za definiranje startne pozicije električne energije kao robe, a kao glavni atribut te robe bit će njezina kvaliteta.

Jedan od bitnih čimbenika infrastrukturnih elemenata za potencijalne ulagače je električna energija sa svojom kvantitetom, a naročito kvalitetom. Dobar primjer za to je slovenski "Revoz". Slovenski distributer (ELES) imao je goleme probleme da osigura primjerenu kvalitetu Renaultovoj tvornici u Novom Mestu. To je uglavnom riješeno tako što je Končar napravio novu trafo-stanicu za Revoz, koja transformira električnu energiju iz nuklearke u Krškom.

Kako povećati kvalitetu uz optimalna ulaganja, glavno je pitanje na koje se treba odgovoriti. Odgovor, između ostalog, ovisi i o pokazateljima kvalitete koje sada imamo. Pokazatelje kvalitete dobivamo stalnim praćenjem kvalitete električne energije. Da bi se to ostvarilo potrebno je mjeriti kvalitetu na svim izvorišnim točkama. Naravno, to su periodička mjerenja, koja daju podloge za glavne energetske aktivnosti. Izgradnja sustava za on-line praćenje kvalitete električne energije na svim SN sabirnicama je jedan iskorak naprijed na polju praćenja kvalitete, te daje mogućnost pravodobne intervencije na postrojenju. Takav sustav gradi se na razini npr. DP Elektre Zagreb.

Rezultati pojedinačnih mjerenja, te mjerenja obrađenih off-line sustavom za praćenje kvalitete, kao i prihvaćanje novih tehničkih rješenja za smanjenje naponskih varijacija, daju odlične podloge za buduće planiranje i izgradnju elektroenergetskog podsustava svih DP-a u Hrvatskoj.

Na kraju treba reći da su zaposlenici u Elektri Zagreb i drugim DP-ima u Hrvatskoj oduvijek radili na mjerenjima električnih veličina, a u cilju poboljšanja kvalitete, samo što je definiranje kvalitete evoluiralo sukladno tehničko–tehnološkim razvojem potrošača. Stoga treba nastaviti posao koji se, u načelu, kontinuirano obavlja. 5. O NORMIRANIM NAPONIMA ZA DISTRIBUCIJSKE NISKONAPONSKE ELEKTRIČNE MREŽE I ELEKTRIČNU OPREMU

U Narodnim novinama br. NN 28/2000., MINISTARSTVO GOSPODARSTVA Republike Hrvatske donijelo je temeljem članka 5. stavka 2. Zakona o elektroprivredi ("Narodne novine", broj 31/90, 47/90, 26/93, 78/94 i 105/99) ministar gospodarstva PRAVILNIK O NORMIRANIM NAPONIMA ZA DISTRIBUCIJSKE NISKONAPONSKE ELEKTRIČNE MREŽE I ELEKTRIČNU OPREMU.

Page 65: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

65

U članku 1. kaže se: Ovim se pravilnikom propisuju veličine normiranih napona za distribucijske niskonaponske električne mreže i električnu opremu spojenu na te mreže i prijelazna razdoblja za njihovo uvođenje. Ovaj se propis ne primjenjuje na normirane napone sastavnica ili dijelova korištenih unutar električne opreme. U članku 2. Kaže se: Izrazi korišteni u ovom pravilniku imaju sljedeće značenje: Distribucijska niskonaponska električna mreža (u daljnjem tekstu: mreža) je mreža isporučitelja električne energije. Nazivni napon je napon kojim je označena mreža ili električna oprema i na koju se odnose određene radne značajke. Opskrbne stezaljke je točka gdje su zajedno spojene mreža isporučitelja električne energije i električni sustav potrošača. Opskrbni napon je efektivna veličina napona između faznih vodiča ili između faznog i neutralnog vodiča na opskrbnim stezaljkama. Opseg opskrbnog napona je opseg napona na opskrbnim stezaljkama. U članku 3. Kaže se : Normirane veličine nazivnog napona mreža su: 230 V između faznog i neutralnog vodiča i 400 V između faznih vodiča, za četverožilne trofazne mreže nazivne frekvencije 50 Hz. U normalnim uvjetima mreže preporuča se da se opskrbni napon na opskrbnim stezaljkama ne treba razlikovati od nazivnog napona više od ±10%. Članak 4. kaže: Nazivni naponi postojećih mreža 220/380 V moraju se razvijati prema novim normiranim veličinama nazivnih napona 230/400 V, iz članka 3. ovoga pravilnika. Prijelazno razdoblje za razvitak mreža iz stavka 1. ovoga članka treba biti što je moguće kraće a najdulje može trajati 10 godina od dana stupanja na snagu ovoga pravilnika. Za vrijeme prijelaznoga razdoblja iz stavka 2. ovoga članka, kao prvi korak, isporučitelji električne energije trebaju dovesti opskrbni napon postojećih mreža 220/380 V unutar područja 230/400 V +6%, -10%. Prijelazno razdoblje za provedbu prvoga koraka treba biti što je moguće kraće, a smije trajati najdulje 6 godina od dana stupanja na snagu ovoga pravilnika. Na kraju prijelaznog razdoblja iz stavka 2. ovoga članka moraju se postignuti tolerancije opskrbnog napona 230/400 V±10%. Članak 5. kaže: Pravne i fizičke osobe ovlaštene za proizvodnju, prijenos i/ili distribuciju električne energije i upravljanje elektroenergetskim sustavom dužne su donijeti u roku jedne godine od dana stupanja na snagu ovoga pravilnika odgovarajuće vlastite programe za razvitak u prijelaznim razdobljima iz članka 4. ovoga pravilnika. U skladu s programima iz stavka 1. ovog članka pravne i fizičke osobe dužne su donositi i provoditi odgovarajuće godišnje planove razvitka. Članak 6. kaže: Električna oprema domaće proizvodnje i iz uvoza mora biti označena normiranim nazivnim naponima 230 V ili 400 V iz članka 3. ovoga pravilnika, odnosno opsegom napona

Page 66: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

66

dimenzioniranja koji obuhvaća navedene veličine, što je prije moguće a najdulje u roku od jedne godine od dana stupanja na snagu ovoga pravilnika. Članak 7. kaže: Ovaj pravilnik stupa na snagu osmog dana od dana objave u "Narodnim novinama". Sve je to zavedeno pod: Klasa: 310-02/00-01/62 Ur. broj: 526-01/00-02 Zagreb, 2. ožujka 2000.

To znači da napon u Hrvatskoj od 10.03.2006. godine treba biti: 230 V AC +6/-10% , tj. 400 V AC +6/-10% od nazivne vrijednosti. Dana 10.03.2010. godine mrežni napon mora biti: 230 V AC +10/-10% , tj. 400 V AC +10/-10% od nazivne vrijednosti 6. MJERENJE I ANALIZA KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE U ZAGREBU I OSIJEKU

UVOD - Električna se energija smatra u Europskoj Uniji već dvadesetak godina proizvodom, od Smjernice Vijeća Europskih zajednica 85/374/EEC iz 1985. Iako je nematerijalna i trenutačne promjenljivosti, neuskladištiva, električna energija je predmet trgovanja i ugrađena je u druge proizvode – pa se i nju smatra proizvodom, tj. robom. Uvjet njezinog korištenja je postojanje mreže između «dobavljača» i «kupca» (još jedna posebnost) – u kojoj ona mijenja svoje značajke od točke do točke u mreži, ovisno ne samo o sastavnicama proizvodnje, nego i od korištenja u električnim uređajima, kao i o utjecajima okoline. Svi se ti utjecaji superponiraju u mreži, djelujući na kvalitet električne energije – koja, kao fizikalna i fizička veličina, treba zadovoljavati određene norme.

Njezine najvažnije značajke: frekvencija, veličina, oblik i fazna simetričnost, dane su u CENELEC-ovoj normi EN 50160 («Karakteristike napona napajanja u distribucijskom sustavu») i IEC-ovim normama iz niza 61000 («Elektromagnetska kompatibilnost»). Njihova je načelna razlika u vremenskom određenju graničnih vrijednosti. Norma EN 50160 određuje u distribucijskim sustavima 95% tjednu regularnost desetminutnih srednjih efektivnih vrijednosti najvažnijih parametara, što znači da se granične vrijednosti mogu prekoračiti 8 sati tjedno. Norma IEC 61000 ne poznaje takvo ograničenje.

Za valorizaciju utjecaja promjena napona na informatičku opremu općenito se koriste ITIC krivulje (eng. Information Technology Industry Council).

U okviru istraživanja kvalitete električne energije u hrvatskom distribucijskom sustavu, njezine sukladnosti s normom EN 50160, provedena su sedmodnevna mjerenja s desetminutnim mjernim intervalima na opskrbnim mjestima karakterističnih potrošača u Zagrebu i Osijeku, [14], a i u drugim gradovima u Hrvatskoj.

Mjerenja su provedena tijekom 2004. godine: tijekom veljače u Zagrebu, a tijekom travnja u Osijeku. Ovo su reprezentativna mjerenja, pa zato njihove ishode ovdje dajemo.

U Zagrebu su izabrani kao karakteristični potrošači: «Kraš» (klasična industrija), ZET (ispravljačka stanica), «Importanne Centar» (veliki trgovački centar), «Srce» (koncentracija informatičke opreme), «Gornji Čehi» (neovisno kućanstvo: grijanje iz centralnog sustava) i «Šenovina» (ovisno kućanstvo).

U Osijeku su izabrani kao karakteristični potrošači: «Saponija» (klasična industrija), GPPO (ispravljačka stanica), «Ipercoop Centar» i «Billa» (veliki trgovački centri), i jedno neovisno kućanstvo. U nastavku su dani karakteristični dijagrami kvalitete električne energije, dobiveni ovim mjerenjima:

Page 67: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

67

Slika 6.1 - Kvaliteta električne energije u 1TS 1831 „Importanne centar“

Slika 6.2 - Kvaliteta električne energije u 1TS 691 „Kraš“

Slika 6.3 - Kvaliteta električne energije u 1TS 1048 „Srce“

Slika 6.4 - Kvaliteta električne energije u 1TS 128 „Ispravljačka stanica ZET–a Držićeva“

Slika 6.5 - Kvaliteta električne energije u 1TS 1022 „Šenovina“

Slika 6.6 - Kvaliteta električne energije u 1TS 5007 „Gornji Čehi“

Page 68: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

68

Slika 6.7 - Kvaliteta električne energije u KTS 232 „Ipercoop“

0

100

200

300

400

500

600

0,1 1 10 100 1000 10000 100000

Trajanje / ms

Nap

on /

%

L1 L2 L3

Slika 6.8 - ITIC krivulja promjene napona u KTS 232 „Ipercoop“

Slika 6.9 - Kvaliteta električne energije u Billa Osijek

Slika 6.10 - Kvaliteta električne energije u Gradskom prometnom poduzeću Osijek

Slika 6.11 - Kvaliteta električne energije u KTS II. „Saponija Osijek“ Slika 6.12 - Kvaliteta električne energije u

KTS–90 „Neovisni potrošač“

Page 69: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

69

Na slikama 6.1 do 6.7 i 6.9 do 6.12 korišten je sumarni način prikazivanja koji je prikazan i u [15]: osam stupaca prikazuju kolebanja napona, prekide, događaje, harmonike, treperenja, asimetričnost, signalne napone (MTU) i linijsku frekvenciju. Na slici 6.8 prikazan je slučaj učestalijih smetnji zbog promjena napona na informatičku opremu (106 događaja, prema uobičajena dva u nekima od ostalih mjerenja).

Dakle, mjerna mjesta obuhvaćena ovim projektom predstavljaju tipične gradske potrošače kontinentalne Hrvatske. Mjerenja su obavljena mrežnim analizatorima tipa LEM Memobox 800 i LEM Topas 1000, na jedanaest lokacija u Zagrebu i Osijeku tijekom veljače, ožujka i travnja 2004. godine .

Pokazuje se da niti jedna mjerena veličina kvalitete električne energije ne prelazi granice postavljene normom EN 50160. Iz ovog niza mjerenja za zaključiti je da HEP Operator distribucijskog sustava isporučuje kvalitetan proizvod u ovim gradovima.

Mjerenjem je potvrđena periodičnost strujnih opterećenja i naponskih prilika tijekom radnih, odnosno neradnih dana. U skladu s dnevnim dijagramom opterećena strujno opterećenje je sniženo tijekom noćnih sati, a povišeno tijekom dana. Napon slijedi suprotnu tendenciju: povišen tijekom noći, a snižen tijekom dana. Potvrdila se i pravilnost tijekom radnih i neradnih dana kada su opterećenja niža, pa prema tome i struje dok naponi rastu. Svi ostali pokazatelji kvalitete električne energije također pokazuju periodičnost koja korelira sa dnevnom i tjednom promjenom opterećenja (npr. povišenje petog harmonika danju).

Vremenski odsječak od tjedan dana (minimalno razdoblje propisano normom EN 50160) nije dovoljno reprezentativan da bi se za neko promatrano mjesto dao siguran zaključak o kvaliteti električne energije. Isto tako potrebno je obaviti mjerenja i u drugim presjecima godišnjeg dijagrama opterećenja, ne samo sezonskog, već i dnevnog.

I ostali, novije izvještavani rezultati mjerenja također ne pokazuju narušavanje odredbi norme EN 50160: [15], [16]. U [17] izvještava se o nekoliko slučajeva narušavanja granica iz EN 50160 - što ukazuje na potrebu daljnjih i usaglašenih mjerenja, te kritičku interpretaciju rezultata.

S hrvatskim rezultatima trebalo bi ući u odgovarajuće usporedbe («benchmarking») i razmjenu iskustava.

Za uskladiti je EN 50160 i hrvatske pravilnike («Mrežna pravila hrvatskog elektroenergetskog sustava» i posljedično «Opće uvjete za opskrbu električnom energijom«).

Page 70: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

70

7. Opći primjeri primjene suvremenih ispitivala kakvoće električne energije

U nekoliko idućih primjera prikazane su tipične mogućnosti primjene nekih suvremenih kompleta (hardware-software) za ispitivanje kakvoće električne energije.

Primjer primjene 1. Treperenje (fliker) zbog utjecaja dizalice (krana), slika 7.1. Djelatnici ureda i kućanstava smještenih u susjedstvu gradilišta potužili su se na neugodno treperenje svjetla (promjena intenziteta, tj. gustoće svjetlosne energije). Početna situacija - Pritužbe djelatnika ureda (smještenog u susjedstvu gradilišta s dizalicom) na neugodno treperenje svjetla. Svrha mjerenja - Pronaći uzroke treperenja svjetla i predložiti, temeljem rezultata mjerenja, potrebne radnje za uklanjanje te neugodne pojave.

Slika 7.1 – Treperenje (fliker) zbog utjecaja dizalice (krana)

Mjerna točka

Page 71: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

71

Tijekom jednog tjedna mjereni su i zabilježeni rezultati mjerenja te očitani primjenom programske potpore CODAM 800. Na slici 7.2 dan je tipičan prikaz dijagrama desetominutnih RMS vrijednosti u takvom slučaju:

Slika 7.2 - Dijagram desetominutnih RMS vrijednosti

Uočljivo je da su kolebanja napona unutar dopuštenih +/-10% tijekom trajanja cijelog mjerenja, ali je stanje s napajanjem vrlo nestabilno.

Primjenom programa CODAM 800 i analizom tablice naponskih udarnih prijelaznih stanja (događaja) uočava se velik broj kratkotrajnih padova napona (propada) prouzrokovanih načinom rada prekidača motora dizalice (tablica 7.1). Tablica 7.1 - Analizom tablice naponskih udarnih prijelaznih stanja (događaja) uočava se velik broj kratkotrajnih

padova napona (propada)

Page 72: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

72

Analiza treperenja (flikera), nadalje, upozorava na to da je dugotrajno treperenje (Plt) prekoračilo ograničenje tijekom svih radnih dana (slika 7.3). Te velike vrijednosti treperenja (>4!) uzrokuju jaka treperenja svjetala u uredima i na zaslonima računala. Daljnjom analizom treperenja Pst tijekom jednog dana uočava se da treperenje postoji samo tijekom dana, kad je dizalica aktivna, te se jasno uočava vrijeme odmora rukovatelja dizalice (slika 7.3).

Slika 7.3 – Jasno se uočava vrijeme odmora rukovatelja dizalice

Zaključak primjera 1. S obzirom da je sa sigurnošću dokazano da dizalica (kran) dok je u pogonu izaziva snažno i neugodno treperenje svjetla u obližnjim uredima i kućanstvima, mora je se priključiti izravno na obližnju transformatorsku stanicu (slika 7.4).

Slika 7.4 – Dizalica mora biti priključena izravno na transformatorsku stanicu

Page 73: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

73

Primjer primjene 2. Poremećaji u distribucijskoj mreži zbog prekapčanja toplinske crpke (prikazano na slici 7.5).

Mjesto priključenja mjernog uređaja

Slika 7.5 - Problemi s napojnom jedinicom toplinske crpke

Svrha mjerenja - Pronaći uzrok poremećaja i predložiti popravne radnje. Analizom harmoničke slike (slika 7.6) uočava se da harmonici prekoračuju granične vrijednosti u sve tri faze - događaju se diskretne promjene stanja napona (naponska udarna prijelazna stanja). Kolebanja napona unutar su dopuštenih +/- 10%. Neke su vrijednosti treperenja (flikera) prevelike.

Slika 7.6 - Mnogi harmonici prekoračuju dopuštene vrijednosti

M

Page 74: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

74

Posebnom analizom samo 5. harmonika uočava se da tijekom nekoliko sati 5. harmonik prelazi dopušteno ograničenje (prema normi EN 50160) od 6% (Slika 7.7). Promatranjem i praćenjem rada utvrđeno je da je upravo u to vrijeme bila uključena toplinska crpka.

Slika 7.7 - Razina 5. harmonika tijekom uzastopna tri dana Povećanjem (Zoom) dijagrama parametra THD jasno se vidi da toplinska crpka proizvodi mnogo harmonika. Najveća vrijednost parametra THD U doseže u pojedinim trenucima i vrijednost od 20% UN (slika 7.8)!

Slika 7.8 - Zoom vrijednosti THD-a

Page 75: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

75

Analizom dijagrama desetominutnih RMS vrijednosti uočava se vrijeme aktivnosti crpke (slika 7.9).

Slika 7.9 - Tijekom rada crpke gubitak napona u mreži kreće se u dopuštenom pojasu od 4% do 6%

Zaključak primjera 2. Potrebno je: − smanjiti impedanciju uporabom kabela većeg presjeka vodiča (slika 7.10)

− postaviti filtar za posebno istaknute harmonike.

Page 76: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

76

Slika 7.10 – Potrebno je smanjiti impedanciju uporabom kabela većeg presjeka vodiča

Primjer primjene 3. Pronalaženje kvara na uzemljenju u transformatorskoj stanici. Pojavljuju se smetnje u srednjonaponskoj distribucijskoj mreži. Događaju se mjestimična površinska pražnjenja (zemljospoj) između faze (16 kV) i zemlje, što je zamijećeno u samoj stanici. Npr. uređaj tipa MEMOBOX 800 priključen je s pomoću triju naponskih transformatora, pri čemu je L2 uzemljen primjenom srednjonaponskog prekidača (slika 7.11) radi simuliranja zemljospoja.

Slika 7.11 – Spajanje i mjerenje izravno na transformatorskoj stanici 16 kV

L1

16kV

L2

L3PR3x U

I L2-PE

M

Page 77: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

77

Analizom harmonika (slika 7.12) uočava se da su amplitude 5. i 7. harmonika prevelike.

Slika 7.12 - Amplitude su 5. i 7. harmonika prevelike Zaključak primjera 3. Ponašanje je mreže pri zemljospoju na L2 normalno (raste napon na L1 i L3). Potrebno je ugraditi odgovarajuću kompenzirajuće prigušnice (induktivitete) za prevelike harmonike, [1, 3].

8. Još neki primjeri i iskustva iz hrvatske prakse

U Suradnji HEP-a, Elektrotehničkog društva Zagreb (EDZ, Berislavićeva 6) i tvrtke BELMET MI – −Ljubljana postavljeno je, samostalno ili u suradnji s korisnicima mjerne opreme, na više mjesta u Hrvatskoj (Zagreb, Virovitica, Rijeka, Split, Osijek, …) nekoliko mjernih uređaja LEM MEMOBOX serije 300/60x/800, TOPAS 1000, te malih priručnih uređaja tipa CIRCUTOR AR5 i LEM VLog. Na upit korisnika električne energije iz distribucijske mreže Hrvatske, koji nisu bili zadovoljni kakvoćom te enrgije, ili su u nju sumnjali, snimljeno je stanje najčešće tijekom jednog tjedna kod svakog korisnika, te su temeljem rezultata mjerenja predložene korisnicima promjene u načinu i vremenu opterećivanja mreže, u električnoj instalaciji ili u korisničkoj opremi, da bi se postigla preporučena kakvoća električne energije. Po pravilu, tamo gdje su korisnici sumnjali na kakvoću električne energije, mjerenja su pokazala neku od nepravilnosti u veličini parametara kakvoće električne energije. Na nekoliko primjera to je u nastavku djelomično i pokazano.

Primjer 1. Vlasnik obiteljske kuće u Zagrebu (Trešnjevka, kod Doma športova), koja se nalazi u blizini

nove transformatorske stanice, žalio se na preveliku potrošnju i često pregorijevanje žarulja. Da bi preduhitrio daljnja moguća oštećenja električnih uređaja u kućanstvu, zatražio je tijekom kolovoza 1999. godine snimanje kakvoće električne energije, koja se dovodi do njegove kuće, te eventualni prijedlog potrebnih intervencija. Primjenom LEM MEMOBOXa 800Q i programske podrške CODAM 800 tijekom jednog tjedna snimljena je situacija na jednoj fazi (NN, uzemljenje nulovanjem – TN sustavom - nekvalitetno, što je provjereno mjernim uređajem LEM NORMA UNILAP 100XE). Stanje osnovnih osam parametara opskrbnog napona moglo se pregledno vidjeti iz skupne tablice, usklađene s normom EN 50160 (slika 8.1). Zbog relativno male udaljenosti od transformatorske stanice, impedancija distribucijske mreže bila je mala. To se moglo ozbiljno odraziti na kakvoću električne energije u promatranom kućanstvu, pa je dolazilo često do pojave previsokih napona.

Page 78: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

78

Kolebanja napona, što je vidljivo iz priložene slike, bila su dopušteno velika, ali veoma česta, a treperenje je u određenim trenucima bilo izrazito. Propadi napona i previsoki naponi (događaji, tj. udarna prijelazna stanja) posebno su bili istaknuti. Slika harmonika i slika treperenja (flikera) također su upozoravale na niz nepravilnosti u opskrbnom naponu, tj. u mreži.

Slika 8.1 – Slika stanja kakvoće električne energije u jednom zagrebačkom kućanstvu na Trešnjevci

Potrebno je ići redom, pa prvo pogledati tablicu udarnih prijelaznih stanja (tablica 8.1):

Page 79: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

79

Tablica 8.1 - Uočava se velik broj kratkotrajnih prijelaznih stanja (previsokih napona kraćih od 20 ms)

Analizom tablice naponskih udarnih prijelaznih stanja (događaja) uočava se velik broj kratkotrajnih prijelaznih stanja (kraćih od 20 ms). Pogledati, dalje, treba sliku kolebanja napona i uočiti kritična vremena (slika 8.2):

Page 80: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

80

Slika 8.2 – Napon je relativno stabilne razine (koja je dopuštena, ali i previsoka, prosječno 249,5 V!)

Napon je relativno stabilne razine (koja je previsoka – na trenutke i nedopuštenih 253,9 V, a prosječno

249,5 V!), s tim da je u ponedjeljak prijepodne bilo nekoliko velikih propada napona (čak do razine od samo 170 V!), zbog uključenja kojega velikog obližnjeg potrošača.

Od harmonika jedino je 5. harmonik poprimao u pojedinim trenutcima doista velike, ali dopuštene vrijednosti (slika 8.3). Vrijednosti su istaknute tijekom noći, kad se uključuje puno potrošača (TV aparati i slično) s ispravljačkim jedinicama (switching power supply), što se i moglo očekivati.

Page 81: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

81

Slika 8.3 – Prikaz stanja 5. harmonika tijekom jednog dana. Najintenzivniji je noću

I na kraju, treba pogledati dijagram treperenja (slika 8.4):

Slika 8.4 – Treperenje je bilo istaknuto baš u vrijeme uključenja snažnog potrošača u susjedstvu

Page 82: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

82

Zaključak primjera 1. Razina napona općenito je previsoka i uzrokuje povećanu potrošnju i češće pregorijevanje žarulja, pa i oštećenje uređaja u kućanstvu. Trebalo bi ga početkom ljeta u transformatorskoj stanici spustiti za oko 3-5 posto, tako da prosječna vrijednost tijekom ljeta bude oko 240 V. Što se izvora smetnji tiče, posumnjalo se na obližnju stolarsku radionicu. Predloženo je vlasniku te radionice da se i kod njih izvrši ispitivanje kakvoće električne energije. To je i učinjeno, što se može vidjeti u Primjeru broj 2. No, bilo je interesantno vidjeti što se događa s kakvoćom električne energije u istom kućanstvu (iz Primjera 1) tijekom zimskih mjeseci, kada temperatura pada i ispod –5 ºC. Ovaj put mjerenja su obavljena tijekom mjeseca studenog, primjenom nešto jednostavnijeg (i jeftinijeg) mjernog uređaja: AR5 – priručnog analizatora električnih mreža, španjolske tvrtke CIRCUTOR, s ugrađenim programima za terensku analizu parametara električne energije i harmonika (Primjer 1.a).

Primjer 1.a. Vlasnik obiteljske kuće (Primjer 1.) na Trešnjevci zatražio je od nas mjerenja kakvoće električne energije i tijekom zimskih mjeseci, kad je opterećenje električne mreže zbog grijanja i sl. veće. Ta mjerenja izvršena su primjenom priručnog uređaja CIRCUTOR AR5, koji nije isključivo namijenjen provjeravanju parametara električne energije u distribucijskoj mreži u skladu s normom EN 50160, već je opće namjene.

Rezltati mjerenja bili su vrlo zanimljivi (slika 8.5). Srednja efektivna vrijednost mrežnog napona kretala se oko 230 V ~, što je sasvim prihvatljivo, a kolebanja su bila u skladu s normom EN 50160. Mjerenje je izvođeno u jednofaznom Aronovom spoju, a prosječna jakost najveće struje bila je približno 5,3 A ~ (slika 8.6), dok je djelatna snaga bila približno 5,7 kW, a reaktivna (L) približno 1,8 kvar, uz faktor snage od 0,89. Zanimljivo je bilo razmotriti i stanje harmonika pri većem općem opterećenju električne mreže. Analizirajući sliku 8.7 vidi se da su 5. i 7. harmonik izraženi, ali u dopuštenim granicama, kao što je to slučaj i s THD-om napona. I na kraju, promatrajući valne oblike napona i struje na L1, može se zaključiti da se mreža sasvim dobro ponaša (slika 8.8), čak mnogo bolje nego što je to bilo tijekom ljetnih mjeseci iste godine, kad su previsoki naponi bili izraženi, a samim time i harmonici i treperenje (fliker). To je dokaz maloprije navedene tvrdnje da bi početkom ljeta napon u promatranoj transformatorskoj stanici trebalo sniziti za oko 3% − 5%, čime bi se svi parametri električne energije tijekom ljetnih mjeseci doveli u okvire koje propisuje norma EN 50160.

Slika 8.5 – Analiza parametara električne energije primjenom uređaja AR5 i programa CIR-VISION

Page 83: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

83

Slika 8.6 – Prosječna jakost najveće struje tijekom mjerenja u jednofaznom Aronovu spoju bila je približno 5 A

Slika 8.7 – Harmonici 5. i 7. bili su nešto povišeni, kao i THD, ali u dopuštenim granicama (prema EN 50160)

Page 84: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

84

Slika 8.8 - Promatrajući valne oblike napona i struje na L1, može se zaključiti da se mreža sasvim dobro ponaša

Primjer 2. Vlasnik privatne stolarske radionice u Zagrebu (Trešnjevka, kod Doma športova), koja se nalazi u blizini nove transformatorske stanice, žalio se također na preveliku potrošnju i često pregorijevanje žarulja i kvarenje nekih strojeva. Da bi preduhitrio daljnja moguća oštećenja električnih uređaja i strojeva u radionici pristao je na snimanje kakvoće električne energije, koja se dovodi do njegove radionice, te zamolio eventualni prijedlog potrebnih intervencija. Primjenom LEM MEMOBOX-a 800Q i programske podrške CODAM 800, tijekom jednog tjedna snimljena je situacija na sve tri faze i nultom vodiču (NN, uzemljenje TN sustavom – kvalitetno, što je provjereno mjernim uređajem LEM NORMA UNILAP 100XE).

Stanje osnovnih osam parametara opskrbnog napona moglo se pregledno vidjeti iz skupne tablice,

usklađene s normom EN 50160 (slika 8.9). Zbog relativno male udaljenosti od transformatorske stanice, impedancija distribucijske mreže bila je i ovdje mala, te se i to u određenim uvjetima moglo ozbiljno odraziti na kakvoću električne energije u promatranoj radionici i dovesti do česte pojave previsokih napona, tj. mnogobrojnih naponskih i strujnih prijelaznih stanja (skokova, propada i sl.). Kolebanja napona, što je i vidljivo iz priložene slike, bila su dopušteno velika, ali veoma česta, a treperenje je u određenim trenutcima bilo izrazito. Propadi napona i previsoki naponi (događaji, udarna prijelazna stanja) posebno su bili istaknuti. Harmonička slika i slika treperenja (flikera) također su upozoravale na niz nepravilnosti u opskrbnom naponu i mreži.

Page 85: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

85

Slika 8.9 – Kolebanje napona na sve tri faze bilo je veliko, a treperenje na trenutke i nedopušteno veliko

Dijagram stanja kolebanja napona posebno je zanimljivo analizirati za L2 (slika 8.10), jer s tom fazom

nešto nije u redu, na što upozorava i treperenje (fliker) s prethodne slike. Prosječna (srednja) vrijednost napona na fazi L2 približno je 250 V!

Slika 8.10 – Kolebanja napona na fazi L2 sasvim su prihvatljiva, ali nije prihvatljiva prosječna vrijednost

Page 86: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

86

Tako visok napon, posebno na fazi L2, uzrokuje i visoku vrijednost treperenja (slika 8.11) u pojedinim trenucima.

Slika 8.11 – Treperenje je bilo istaknuto u ponedjeljak, a redovito u večernjim satima

Istaknuta vrijednost treperenja u ponedjeljak bila je uzrokovana intenzivnim radovima u stolariji, što je

bilo utvrđeno i potvrđeno u razgovoru s vlasnikom stolarije. To treperenje prenijelo se i u susjedstvo i općenito smanjilo kakvoću električne energije u toj gradskoj četvrti. Na kraju, treba pogledati i tablicu naponskih prijelaznih udarnih stanja (tablica 8.2):

Tablica 8.2 – Uočava se velik broj kratkotrajnih prijelaznih stanja (previsoki naponi trajanja do 100 ms)

Page 87: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

87

Analizom tablice naponskih udarnih prijelaznih stanja (događaja) uočava se velik broj kratkotrajnih prijelaznih stanja posebno na fazi L3, što ne utječe bitno na kakvoću električne energije, ali povećava treperenje i time ugrožava kakvoću rada i življenja korisnika električne energije u promatranoj četvrti.

Zaključak primjera 2. Vlasniku stolarske radionice savjetovano je da ravnomjernije rasporedi strojeve po fazama, tj. da nekoliko uređaja s ispravljačkim elementima s faza L2 i L3 premjesti na fazu L1, a posebno na fazu L2 priključi neko, po mogućnosti linearno trošilo. Predloženo je formiranje novog popisa radnih operacije, tako da se izbjegavaju razdoblja kad posebno snažni strojevi rade istodobno. Ono što elektrodistribucija definitivno u promatranoj četvrti treba učiniti, jest smanjenje napona za oko 3 −5%, tako da i u toj radionici napon tijekom ljeta ne prelazi prosječnu vršnu vrijednost od oko 240 V. Tako će vrijednosti treperenja pasti unutar dopuštenih vrijednost. Potrošnja će se smanjiti, a trajnost potrošačkih uređaja povećati. Općenito je kakvoća električne energije u promatranoj četvrti Zagreba dobra (nema prekida napajanja, ili su veoma rijetki), a u okvire norme EN 50160 može se dovesti jednostavnim spuštanjem napona tijekom ljeta na promatranoj transformatorskoj stanici za oko 3% − 5%, što nije posebno zahtjevna operacija.

Primjer 3. HEP DP ELEKTRA (Elektrodistribucija) Zagreb ima nekoliko točaka u Zagrebu

(transformatorskih stanica) u čijoj se blizini nalaze veoma veliki potrošači, pa potencijalno i “kvaritelji” kakvoće električne energije. ELEKTRA je zatražila mjerenje kakvoće električne energije na području Španskog (u Zagrebu), gdje se nalazi jedna velika tiskara na oko 100 m zračne (kabelske) udaljenosti od transformatorske stanice. Pripadnici ELEKTRE pretpostavljali su da ta tiskara može biti izvor mogućih problema za tu gradsku četvrt. Da bi preduhitrili moguća oštećenja elektrodistribucijske mreže i električnih uređaja u susjedstvu, pristupilo se snimanju kakvoće električne energije, koja se dovodi do tiskare.

Primjenom LEM MEMOBOXa 800Q i programske podrške CODAM 800 tijekom jednog tjedna

snimljena je situacija na sve tri faze i na nultom vodiču (NN, uzemljenje regularno i kvalitetno izvedeno). Snimanje rasporeda faza (smjer okretnog polja) i ispitivanje kakvoće uzemljenja (što je za transformatorsku stanicu iznimno važno) izvršeno je s pomoću univerzalnog elektroinstalaterskog mjernog uređaja - LEM NORMA UNILAP 100XE.

Stanje osnovnih osam parametara opskrbnog napona pregledno se vidi iz skupne tablice, usklađene s

normom EN 50160 (slika 8.12). Zbog relativno male udaljenosti od transformatorske stanice, impedancija distribucijske mreže je mala, te se i to u određenim uvjetima potencijalno može ozbiljno odraziti na kakvoću električne energije u promatranoj tiskari i cijeloj četvrti tako da se često pojavljuju previsoki naponi, tj. mnogobrojna prijelazna stanja (skokovi i propadi napona). Kolebanja napona, što je i vidljivo iz priložene slike, bila su dopušteno velika, ali veoma česta, a treperenje je u određenim trenutcima bilo izrazito. Propadi napona i previsoki naponi (događaji, tj. udarna prijelazna stanja) posebno su bili istaknuti, ali dopušteni.

Slika harmonika i slika treperenja (flikera), također su upozoravale na nekoliko nepravilnosti u

opskrbnom naponu i mreži.

Page 88: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

88

Slika 8.12 – Stanje osam parametara kakvoće električne energije na području Španskog (u Zagrebu)

Tablica pet najkritičnijih vrijednosti tijekom tjedna (tablica 8.3) upozorava na sljedeće. Fiksiran je najinteresantniji dio, koji pokazuje da je:

− u pojedinim trenutcima linijski je napon dobivao potpuno nedopuštene vrijednosti, čak 314,3 V − dogodio se (neplanirani ili planirani) prekid napajanja na sve tri faze u trajanju 15 minuta i 3,43 sekunde, u četvrtak u 9 sati 1 minutu i 11 sekundi

− dogodilo se nekoliko kratkotrajnih (trajanja do 250 ms) propada linijskog napona, i to do vrijednosti od čak 18,3 V.

No, sve skupa je u skladu s normom EN 50160 i Pravilnikom o normiranim naponima za distribucijske NN električne mreže i električnu opremu – NN 28/2000 (ako prekida napajanja, prije svega planiranih, a duljih od 3 minute ne bude više od 50 tijekom cijele godine) koji je na snazi i u Republici Hrvatskoj.

Page 89: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

89

Tablica 8.3 - Pet najkritičnijih vrijednosti tijekom tjedna upozoravaju na nekoliko spornih trenutaka

Kolebanja napona nisu bila velika (slika 8.13), osim 02.09.1999 godine, u trenutku ponovnog

uspostavljanja napajanja (u 9 sati i 16 minuta). Prosječna vrijednost napona u sve tri faze bila je oko 245 V, što je u skladu s normom EN 50160, ali nije u skladu s Pravilnikom o normiranim naponima za distribucijske NN električne mreže i električnu opremu u Republici Hrvatskoj – NN 28/2000 .

Slika 8.13 – Mrežni napon veoma je stabilan, osim u trenutku prekida napajanja i ponovnog

uspostavljanja napajanja

Page 90: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

90

Potrebno je pogledati što se događalo s treperenjem (slika 8.14).

Slika 8.14 – Prikaz treperenja (flikera) u posebno kritičnom vremenu – u srijedu oko 8,00 sati i u 20,00 sati

Uzrok treperenja u jutarnjim satima potječe iz tiskare, koja tada započinje svoj intenzivni rad. U večernjim satima uzrok nedopuštenog treperenja jest uključivanje velikog broja TV uređaja, osobnih računala i sličnih uređaja u promatranoj četvrti. Dokaz je za to pojavljivanje većih vrijednosti 5. i 7. harmonika na svim fazama, a posebno na L1 (katkada i u nedopuštenim iznosima, slika 8.15).

Page 91: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

91

Slika 8.15 – Tijekom intenzivnog rada (srijeda, četvrtak, petak) velike su vrijednosti 5. i 7. harmonika

Na kraju, treba pogledati kakva je slika vršnih strujnih opterećenja (slika 8.16).

Page 92: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

92

Slika 8.16 – Slika vršnih strujnih opterećenja

Strujni udari i do 990 A po fazi rijetki su i sasvim prihvatljivi. Mreža ih lako podnosi. Iz priloženog dijagrama točno se može utvrditi kada tiskara radi.

Zaključak primjera 3. Analizom gore danih slika i dijagrama može se zaključiti da je u promatranom području gotovo sve u redu s distribucijskom mrežom (osim malih odstupanja nazivnog napona prema Pravilniku o normiranim naponima za distribucijske NN električne mreže i električnu opremu u Republici Hrvatskoj) i da je kakvoća električne energije u skladu s normom EN 50160. Slika vršnih strujnih opterećenja upozorava da prekid struje nisu izazvali potrošači, već da je problem nastao negdje drugdje u elektrodistribucijskom sustavu (struja opterećenja nije rasla preko nekih vrijednosti nakon kojih bi proradila zaštita u transformatorskoj stanici, npr. struje po fazi od preko 2000 A). Da je to točno, može se vidjeti i analizom slike 8.17, koja upozorava na činjenicu da elektrodistribucijska mreža lako podnosi i strujne udare veće od 1300 A po fazi (npr. u srijedu oko 22,00 sata, kad su u tiskari najvjerojatnije isključivali uređaje). Temeljem točnog vremena nastanka, trajanja i prekida prestanka napajanja moguće je na razini grada i županije odrediti točan uzrok prekida napajanja, te poduzeti korake da do prekida dolazi samo prema planu (uočeni prekid napajanja u trajanju oko 15 minuta, na sve tri faze istodobno, nije bio planiran i došao je s neke više razine napajanja, što je uzrokovalo velike zastoje i troškove potrošačima i samoj ELEKTRI). Ono što se može predložiti tiskari jest da ravnomjernije, po nekom određenom redoslijedu (što se s ELEKTROM može ustanoviti) uključuje i isključuje strojeve, posebno snažnije. Tako neće više biti pojave velikog kolebanja napona i nedopuštenog treperenja u promatranoj gradskoj četvrti, što će povećati kakvoću života i rada ljudi u susjedstvu

Page 93: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

93

tiskare (treba se podsjetiti da povećano treperenje intenziteta svjetala može kod nekih ljudi izazvati i glavobolje, a time i smanjenu djelotvornost rada).

Slika 8.17 - Elektrodistribucijska mreža lako podnosi i strujne udare veće od 1300 A po fazi

Page 94: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

94

Primjer 4. Ovo je mjerenje obavljeno početkom 2002. godine u jednom malom uredu u zapadnom dijelu Zagreba. Ured (pisarnica) ima: dva osobna računala, dva pisača, jedan fotokopirni stroj, klima-uređaj, telefaks, te audio-video stup. Mjerenje je obavljeno na jednoj fazi, primjenom trofaznog ispitivala LEM MEMOBOX 300, a rezultati mjerenja analizirani su primjenom odgovarajuće programske podrške – CODAM plus.

Globalna slika stanja kakvoće napona na jednoj fazi prikazana je na slici 8.18. Sva tri stupa unutar jednog parametra (od njih osam) odnose se samo na jednu fazu, recimo na L1. Sve tri naponske mjerne sonde uređaja (L1, L2 i L3) povezane su u jednu točku, te na napajanje preko šuko-utičnice na zidu.

Slika 8.18 - Globalna slika stanja kakvoće napona na jednoj fazi

Napon je u mreži vrlo stabilan (slika 8.19), a tijekom trodnevnog mjerenja uočeno je samo šest kraćih propada (<20 ms) u području 10 – 15 % (195 − 207 V ~) ispod razine nazivnog napona (230 V prema normi EN 50160, a 220 / 230 V ~ prema Pravilniku o normiranim naponima za distribucijske NN električne mreže i električnu opremu u Republici Hrvatskoj).

Page 95: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

95

Slika 8.19 – Kolebanja napona bila su uobičajena

Uočava se da je oko ponoći srednja vrijednost napona oko 240 V, a oko podne je ona oko 225 V.

Malo pojačana treperenja (fliker) izravna su posljedica uključivanja i rada fotokopirnog uređaja, koji je snažan izvor treperenja (slika 8.20):

Page 96: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

96

Slika 2.20 - Malo pojačana treperenja izravna su posljedica uključivanja fotokopirnog uređaja Primjer 5. Ono što će u idućih par godina sigurno obilježiti praćenje kakvoće električne energije (napona) diljem Republike Hrvatske, izravno je snimanje kakvoće napona na jednoj fazi, i to po potrošačevu pozivu najbližoj Elektrodistribuciji (u nastavku – Elektri). Dakako, inicijativa može krenuti i od same Elektre, ako ona sumnja da je određeni potrošač izvor smetnja (“smeća”) u električnoj mreži. Elektra, ili kako će se već nakon privatizacije i preustroja zvati, raspolagat će s većim brojem jednostavnih loggera (automatskih pretraživača i zapisivača podataka), koji će na jednoj fazi snimati sve potrebne parametre napona. Ti se loggeri mogu dostavljati do potrošača poštom ili osobno, a moguće ih je i trajno postaviti, te modemom s vremena na vrijeme očitavati stanje kakvoće napona na nekom kritičnom mjestu. Jedan je od danas najboljih loggera za tu namjenu logger LEM VLog Q. Pogledajmo u nastavku što nam je ovaj logger snimio tijekom osam dana u jednoj obiteljskoj kući na sjeveru Zagreba. Uvjeti mjerenja bili su sljedeći (slika 8.21):

Page 97: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

97

Slika 8.21 – Opći uvjeti snimanja kakvoće napona primjenom jednofaznog loggera

Ovaj logger može snimati istodobno na dva kanala. Prvi je kanal uvijek L – N, a drugi kanal može biti L

– PE ili N – PE, pri čemu je L – faza, N – nul-vodič, PE – zaštitni vodič. U sustavima koji imaju posebno izvedeno zaštitno uzemljenje (dakle, nije TN sustav u pitanju), najbolje je snimati na drugom kanalu uređaja: N – PE stanje. U gore danom mjerenju na drugom kanalu snimana je karakteristika napona PE – L. Kao prag tranzijenata odabrana je vrijednost 25 V, što je vrlo oštar prag za tranzijente, pa ih je i uočeno mnogo (483). Najčešće se za tranzijente odabire prag u području 50 – 100 V. Taj prag odabire se prilikom zadavanja zadatka VLog-u preko osobnog računala i programske podrške PQLog. Uzeti su u obzir standardni desetominutni intervali, ali oni mogu biti i znatno kraći ili dulji.

Nakon osam dana, slika desetominutnih srednjih efektivnih (RMS) vrijednosti napona na oba kanala

(kanal 1: L − N, a kanal 2: L − PE) bile su (slika 8.22):

Page 98: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

98

Slika 8.22 - Slika napona (RMS) na oba kanala nakon osam dana snimanja

Detaljan ispis (tablicu vrijednosti) moguće je dobiti na pisaču. Takav ispis za tako sofisticirano i vrlo zahtjevno mjerenje s aspekta uvjeta mjerenja, sadrži u ovom slučaju i više od 10 stranica A4 formata detaljnog izvješća. Temeljem toga izvješća moguće je doista precizno odrediti i trajno imati na raspolaganju zapis o trenutku nastajanja i trajanju neke nepravilnosti u mrežnom naponu. Na slici 8.23 dan je dio takve tablice, vezane uz ovo mjerenje. Statistika je također vrlo važna kod donošenja suda o kakvoći električnog napona na promatranom mjestu. Pri normalnim uvjetima opterećenja mreže, ta statistika ima oblik interpolirane Gausove krivulje (slika 8.24) i govori nam da je npr. tijekom osam dana mjerenja 160 intervala trajanja deset minuta imalo srednju vrijednost napona od dopuštenih 237 V. Trodimenzionalni prikaz stanja propada i previsokih napona ukazuje vizualno i veoma zorno na to koliko je napon stabilan u nekoj točki mreže. Čim stupića u trodimenzionalnom histogramu ima više (slika 8.25), kolebanja su napona izraženija, propada i/ili previsokih napona ima više, što sve ukazuje na nižu kakvoću mrežnog napona. Svaki od “uhvaćenih” tranzijenata može se prikazati na zaslonu osobnog računala, ispisati na odgovarajućem pisaču, te podrobno analizirati (slika 8.26).

Page 99: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

99

Preko 30 harmonika i THD U moguće je analizirati promatranjem odgovarajućeg histograma ukupnih srednjih vrijednosti (slika 8.27) ili analizom srednjih vrijednosti harmonika tijekom cijelog razdoblja snimanja kakvoće napona (slika 8.28).

Frekvenciju je također moguće vrlo iscrpno analizirati. Najmanje, srednje i najveće vrijednosti tijekom cijelog razdoblja snimanja kakvoće napona moguće je detaljno analizirati promatranjem odgovarajućeg dijagrama (slika 8.29).

Slika 8.23 – Detaljan ispis (tablica vrijednosti) stanja napona na mreži

Page 100: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

100

Slika 8.24 – Prikaz statistike (broj desetominutnih srednjih RMS vrijednosti neke vrijednosti mrežnog napona na promatranom mjestu priključenja)

Page 101: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

101

Slika 8.25 - Trodimenzionalni prikaz stanja propada i previsokih napona

Slika 2.26 – Moguć je prikaz svakog zabilježenog tranzijenta

Page 102: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

102

Slika 2.27 - Preko 30 harmonika i THD U moguće je analizirati promatranjem odgovarajućeg histograma ukupnih srednjih vrijednosti

ika 2.28 - Preko 30 harmonika i THD U moguće je analizirati promatranjem dijagrama srednjih vrijednosti

tijekom cijelog razdoblja snimanja kakvoće napona

Page 103: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

103

Slika 8.29 – Detaljna analiza frekvencije (najmanje, srednje i najveće vrijednosti tijekom cijelog razdoblja

snimanja kakvoće napona)

Page 104: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

104

Primjer 6. Mjerenje tranzijenata i određivanje smjera kretanja harmonika (“smeća”).

Recimo par riječi i o jednom od najjačih mjernih uređaja na području mjerenja kakvoće električne energije na razini tranzijenata (prijelaznih pojava trajanja ns-µs-1ms i amplituda reda µV − kV), te optimiranju mreža – LEM TOPAS 1000 (slika 8.30). Tehničke značajke tog uređaja dane su u ovoj knjizi u usporednoj analizi nekoliko najboljih ispitivala kakvoće mrežnog napona i električne energije, a u nastavku je dan jedan primjer rezultata mjerenja kakvoće električne energije na jednom snažnom HRT-ovom odašiljaču iznad Zadra (slike 8.31 – 8.33).

Promatrajući sliku 8.31 prema europskoj normi EN 50160, vidi se da nešto nije u redu s harmonicima na

fazi L1. Detaljnijom analizom (slika 8.32) uočava se da je 19. harmonik (950 Hz) u naznačeno vrijeme znatno prekoračio dopuštenu vrijednost.

Detaljan prikaz tranzijentne promjene npr. na L1 osigurava preciznije upoznavanje karakteristika mreže

i potrošača (slika 8.33).

Slika 8.30 - Mjerni uređaj za mjerenje kakvoće električne energije i na razini tranzijenata, te za optimiranje elektroenergetske mreže – LEM TOPAS 1000 / 2000

Page 105: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

105

Slika 8.31 – Prema europskoj normi EN 50160 vidi se da nešto nije u redu s harmonicima na L1

Page 106: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

106

Slika 8.32 – 19. harmonik (950 Hz) u naznačeno je vrijeme prekoračio dopuštenu vrijednost

Page 107: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

107

Slika 8.33 – Prikaz jedne tranzijentne promjene na fazi L1 i prikaz faznog dijagrama U bliskoj će budućnosti određivanje izvora nedopuštene razine smetnja u mreži i određivanje uzroka

onečišćenja, tj. uzroka smanjivanja kakvoće električne energije (čije otklanjanje uzrokuje ulaganje i odgovarajućih financijskih sredstava) sve više zanimati (i zabrinjavati) s jedne strane proizvođače i distributere električne energije, te s druge strane potrošače (konzumente) električne energije. Naime, bit će potrebno precizno odrediti npr. tko uzrokuje prevelike (nedopuštene) vrijednosti nekih od harmonika, tko uzrokuje prevelike vrijednosti treperenja, otkuda i zbog čega dolaze prečesto kolebanja napona, te što uzrokuje nedopuštenu asimetričnost u mreži, izvan vrijednosti dopuštenih normom EN 50160.

Page 108: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

108

Mjerni uređaji koji mogu analizirati kakvoću električne energije i na razini tranzijenata, moraju imati sposobnost preciznoga mjerenja faznog pomaka (kuta) napona i struje svih relevantnih harmonika (barem prvih 40). Na prethodnim slikama dan je jedan primjer nekih rezultata mjerenja kakvoće električne energije na jednom snažnom HRT-ovom odašiljaču iznad Zadra (Ćelavac), a na idućoj slici (slika 8.34) dan je primjer primanja (odašiljač troši, tj. prima 5., 7., 13. i 19. harmonik) i slanja u mrežu (odašiljač šalje u mrežu 3., 11., 17. i 23. harmonik), na odašiljaču Ćelavac. Naime, uočeno je da 19. harmonik (950 Hz !) ima nedopušteno visoku vrijednost. Temeljem analize slike može se zaključiti da taj harmonik dolazi izvana, te ga HEP treba sanirati (kompenzirati). Odašiljač intenzivnije u mrežu šalje 11. i 17. harmonik, ali u dopuštenim granicama (slika 8.34).

Slika 8.34 - Grafički prikaz smjera kretanja harmonika (od potrošača ili k njemu) – slika snaga

harmonika (pozitivne snage znače da ti harmonici dolaze izvana i obratno)

Page 109: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

109

9. Izvod iz norma EN 50160 i EN 61000 i usporedba: Tablica 9.1: Europska norma EN 50160 – najnovije značajke razdjelnog napona na mjestu predaje

potrošaču u javnim NN i SN mrežama pri normalnim pogonskim uvjetima, te usporedba s normom za EMC: EN 61000

Značajke niskog napona prema normi za EMC: EN 61000

Br. Parametar Značajke napona prema normi EN 50160 na niskom (NN, eng.

LV), te srednjem (SN, eng. MV) naponu;

UN – nazivni napon NN – x … 1000 V AC, 1500 V

DC SN – 1000 … 35000 VAC

EN 61000-2-2 Drugi dijelovi te norme

1 Frekvencija (50 Hz) NN, SN: srednja vrijednost osnovnog harmonika za vrijeme

usrednjavanja od 10 sekundi mora biti unutar granica:

±1% (49,5 – 50,5 Hz) tijekom jednog tjedna i

-6% / +4% (47 – 52 Hz) tijekom preostalih 0,5% promatranog

tjedna

±2%

-

2 Kolebanje napona NN, SN: ±10% od UN tijekom 95% jednog

tjedna (160 sati), uz vrijeme usrednjavanja efektivnih

vrijednosti napona u trajanju od 10 minuta

-

±10% od UN tijekom bilo kojih 15 minuta

„promatranja“ napona

3 Brze promjene napona NN: 5 - 10% od UN više puta dnevno (5% normalno, a ostalo

povremeno), pri vrijednosti dugotrajnog treperenja: Plt≤1

tijekom 95% tjedna:

Plt=( )

312

1 12

3

∑=i

iPst

SN: 4 - 6% od UN više puta

dnevno, pri vrijednosti dugotrajnog treperenja: Plt≤1

tijekom 95% tjedna;

Pst – kratkotrajno treperenje, vrijednost dobivena tijekom

vremena usrednjavanja od 10 minuta

3 - 8% od UN više puta dnevno

Pst≤1 Plt≤0,8

3 - 4% od UN više puta dnevno

Pst≤1 Plt≤0,65

prema EN 61000-3-3, a 3% prema normi IEC 61000-2-12

Page 110: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

110

4 Propadi napona

U većini slučajeva: - trajanje propada kraće je od 1 s, a dubina

je manja od 60% UN. Prihvatljive su i uobičajene vrijednosti propada napona:

NN: 10 – 50% UN SN: 10 – 15% UN

gradski uvjeti: promatranje tijekom 1 – 4

mjeseca

propadi do 30% UN tijekom vremena

usrednjavanja od 10 ms i do 60% UN tijekom vremena

usrednjavanja od 100 ms, prema normi EN 61000-6-1, a do 60%

tijekom usrednjavanja od 1000 ms prema

normi EN 61000-6-25 Kratkotrajni prekidi

napajanja (do 3 minute) NN, SN: trajanje do 3 minute, nekoliko desetaka do nekoliko stotina (npr. 50 – 500) tijekom

godine; trajanja u 70% slučajeva kraćem od 1 s

-

u 95% slučajeva ovi prekidi moraju biti kraći od 5 s, prema

normama 61000-6-1 i 6-2

6 Dugotrajni prekidi napajanja

NN, SN: trajanje preko 3 minute,nekoliko desetaka (< 10 – 50)

tijekom godine

-

-

7 Povremeni prenaponi (previsoki naponi)

NN: manji od 1,5 kV efektivne vrijednosti (rms, RMS)

SN: ≤1,7 Uc , (dogovorenog opskrbnog napona, Uc), za

„čvrsto“ uzemljenje ili preko neke impedancije;

≤2,0·Uc kod neuzemljenih sustava ili sustava s rezonantnim

uzemljenjem

-

-

8 Tranzijentni prenaponi (previsoki naponi trajanja

kraćeg od 10 ms)

NN: generalno <6 kV , povremeno i viši ali s vremenima uspona u domeni mikrosekundi i

kraće;

SN: nije definirano

-

±2 kV faza-zemlja

±1 kV faza-faza prema normama

EN 61000-6-1 i 6-2

9 Nesimetričnost napona NN, SN: ≤2% tijekom 95% jednog tjedna, uzimajući u obzir

10-minutne srednje efektivne vrijednosti (rms);

na nekim lokacijama dozvoljava se i vrijednost od 3% (npr. otočni

rad i sl.)

2%

2%, prema normi IEC 61000-2-12

Page 111: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

111

10 Harmonici napona

NN, SN: prema tablici u nastavku

6% UN za 5. harmonik,

5% za 7.

harmonik,

3,5% za 11. harmonik,

3% za 13. harmonik,

THD <8% UN

5% za 3. harmonik, 6% za 5. harmonik, 5% za 7. harmonik,

1,5% za 9.harmonik,3,5% za 11. harmonik,

3,0% za 13. harmonik,

0,3% za 15. harmonik,

2% za 17. harmonik;

prema normi EN 61000-3-2-

11 Naponski međuharmonici još je u razmatranju, ali i nadalje vrijedi dijagram na sl. I.1

≤0,2% UN -

9.2. Vrijednosti pojedinih viših harmonika na mjestu predaje, do 25. višeg harmonika, u

postotku dogovorenog opskrbnog napona Uc (kod nas je najčešće Uc=UN=Un):

neparni viši harmonici,

koji nisu višekratnik od 3

neparni viši harmonici,

koji su višekratnik od 3

parni viši harmonici

redni br. har. Uh u %Un

5 6,0

7 5,0

11 3,5

13 3,0

17 2,0

19 1,5

23 1,5

25 1,5

redni br. h Uh u %Un

3 5,0

9 1,5

15 0,5

21 0,5

redni br. h Uh u %

2 2,0

4 1,0

6 do 24 0,5

Za harmonike 25. do 50. ne očekuje

se vrijednost veća od 0,3% UN.

Harmonici preko 50. nisu bitni u

analizi kvalitete električne energije

prema normi EN 50160

Tablica 9.2 - Vrijednosti pojedinih viših harmonika (h) napona na mjestu predaje, do 25. višeg harmonika, u postotku nazivnog napona UN (Un)

Page 112: KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE električne energije...2 UVOD – Ljudi su već sredinom prošlog stoljeća shvatili da kvaliteta električne energije utječe na kvalitetu rada (proizvodnje

112

10. LITERATURA [1] HRN EN 13306: 2001 "Nazivlje u održavanju" [2] Z. Novinc, “KAKVOĆA ELEKTRIČNE ENERGIJE”, GRAPHIS, Zagreb, 2003. [3] IEC IS 61000-4-30 Ed 1.0 (2003): “Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-30: Testing and measurement techniques - Power quality measurement methods” [4] Council Directive 85/374/EEC of 25. July 1985. on the approximation of the laws, regulations and administrative provisions of the Member States concerning liability for defective products, Official Journal L 210 , 07/08/1985 p. 0029 - 0033 [5] EN 50160:1999, "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems", CENELEC, 1999. [6] IEC 61000-3-2 Ed 2.0 (2000.) "Electromagnetic compatibility (EMC), Part 3-2: Limits - Limits for harmonic current emissions equipment input current ≤16 A per phase" [7] IEC 61000-3-4 Ed 1.0 (1998.) "Electromagnetic compatibility (EMC), Part 3-4: Limits - Limitation of emission of harmonic currents in low-voltage power supply systems for equipment with rated current greater than 16 A" [8] IEC 61000-3-6 Ed 1.0 (1996.) “Electromagnetic compatibility (EMC), Part 3: Limits, Section 6: Assessment of emission limits for distorting loads in MV and HV power systems – Basic EMC publication”, [9] IEEE 519-1992: "Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems " [10] Technische Universität Graz, Institut für Elektrische Anlagen und Hochspannungstechnik, http://www.cis.tugraz.at/ifea/welcome.html [11] "Power Quality in European Electricity Supply Networks – 1st edition", Network of Experts for Standardization, Eurelectric, veljača 2002. [12] "Power Quality in European Electricity Supply Networks – 2nd edition", Network of Experts for Standardization, Eurelectric, studeni 2003. [13] Ž. Novinc, “ISPITIVANJE SIGURNOSTI ELEKTRIČNIH INSTALACIJA”, Kigen, Zagreb, 2005. [14] A. Milković, Z. Tonković: Mjerenje kvalitete električne energije u sn elektrodistribucijskoj mreži; Institut za elektroprivredu i energetiku, Zagreb, 2005. [15] G. Šagovac, I. Klarić: Razmatranje kvalitete električne energije u distribucijskim mrežama; 5. simpozij elektrodistribucijskoj djelatnosti, Zadar, 2004., R 2. [16] I. Klarić, G.Šagovac: Sustav za nadzor i mjerenje kvalitete električne energije; 6. savjetovanje HO CIGRE, Cavtat, 2003., R. C6-10. [17] Z. Klaić, S. Nikolovski: Mjerenje i analiza kvalitete električne energije prema Europskoj normi EN 50160 u Slavoniji; 7. savjetovanje HO CIGRE, Cavtat, 2005., R. C6-07.