HRVATSKI OGRANAK ME UNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE HO CIRED 1. savjetovanje Šibenik, 18. - 21. svibnja 2008. SO2 01 Goran Šagovac, dipl. ing. HEP-ODS d.o.o. Elektra Zagreb goran.sagovac@hep.hr KVALITETA ELEKTRI NE ENERGIJE KAO KARAKTERISTIKA DISTRIBUCIJSKE MREŽE SAŽETAK Kvaliteta elektri ne energije je jedno od obilježja elektri ne energije - robe koja je u našem dobu sveprisutna i nezamjenjiva, te je glavni pokreta ekonomskog i tehnološkog razvoja društva. Razli iti na ini poimanja kvalitete elektri ne energije su svugdje prisutni pa stoga i kod nas. Distributer može definirati kvalitetu elektri ne energije kao pouzdanost, te to poduprijeti dobrim statisti kim pokazateljima, te na tome "graditi" svoje zadovoljstvo isporu enom elektri nom energijom kao robom. Proizvo i elektri ne opreme mogu kvalitetu elektri ne energije definirati kao elektri nu energiju kojom se napajaju njihovi ure aji pri emu ti ure aji rade ispravno. Naravno, takav pristup je subjektivan i trpi kritike. Kriteriji koji jednozna no odre uju kvalitetu elektri ne energije moraju se donositi dogovorom svih zainteresiranih, a koje e moderirati regulatorna agencija. Takvi kriteriji se tada donose normama i zakonskim aktima. Kvaliteta elektri ne energije mora biti takva da nedvojbeno zadovolji sve kvalitativne potrebe krajnjeg potroša a. Kvaliteta elektri ne energije ne smije biti takva da odstupanja u naponu, struji ili frekvenciji uzrokuje smetnje ili greške u radu elektri ne opreme krajnjeg potroša a. Ovaj referat se bavi opisom normi koje definiraju kvalitetu elektri ne energije te pokušava upozoriti na probleme u primjeni normi o kvaliteti elektri ne energije. Osim navedenog referat se bavi na inima provjere kvalitete elektri ne energije. Klju ne rije i: kvaliteta elektri ne energije, obilježja elektri ne energije POWER QUALITY AS DISTRIBUTION NETWORK'S CHARACTERISTIC SUMMARY Power quality is one parameter of electrical energy - a product that is overall present and irreplaceable and is main fuel for economical and technological development of today's society. Different ways of understanding what power quality is are present worldwide, including Croatia. Distributor can define power quality as reliability and back it up with good statistics, and "build" his satisfaction on delivering product - electrical energy. Manufacturers of electrical equipment can define electrical energy as being quality if their equipment functions properly. Of course, such approach is subjective and open to criticism. Criteria that uniquely define power quality must be achieved through agreement of all sides interested and must be moderated through regulatory agencies. Such criteria are delivered in form of norm and legal acts. Power quality must be such that it satisfies ultimately all quality needs of end buyer. Power quality must not be such that voltage, current or frequency fluctuations cause interference or error in functioning of end buyer's equipment. This paper describes norms that define power quality and tries to highlight problems that occur during power quality norms application. Additionally, this paper deals with ways of verifying power quality. Key words: power quality, power quality's parameter 1
1. UVOD Kvaliteta elektri ne energije je pojam koji razli itim ljudima ima razli ita zna enja. Standard IEEE 1100 definira kvalitetu elektri ne energije kao "koncept napajanja i uzemljivanja osjetljivih elektroni kih trošila na na in prikladan tim trošilima". Iako se ova definicija ini prikladnom, ograni enje pojma kvalitete elektri ne energije na "osjetljiva elektroni ka trošila" može biti uzrok nesuglasica. Koli ina elektri ne opreme osjetljive na kvalitetu elektri ne energije, tj. nedostatak iste, ini se beskona na. Sva elektri na trošila/oprema su podložna kvarovima ili neispravnom djelovanju uzrokovanima problemima s kvalitetom elektri ne energije. To mogu biti elektromotori, transformatori, ra unala, pisa i, komunikacijska oprema ili ku anski aparati. Ovi i ostali ure aji razli ito reagiraju na probleme s kvalitetom elektri ne energije, ovisno o težini problema. Jednostavnija i možda to nija definicija može glasiti: "Kvaliteta elektri ne energije je skup elektri nih ograni enja koja omogu uju opremi/trošilima/ure ajima da funkcioniraju na na in kojem su namijenjeni bez zna ajnih gubitaka performansi ili skra enja životnog vijeka". Ova definicija obuhva a dvije stvari koje se traže od elektri nih ure aja: performanse i životni vijek. Svaki problem vezan uz elektri nu energiju koji smeta jednom od ova dva aspekta se mora razmatrati kroz kvalitetu elektri ne energije. 1.1. Razvoj kvalitete elektri ne energije Zašto je kvaliteta elektri ne energije zanimljiva i kada je to postala biti? Od otkri a elektri ne energije prije 200-tinjak godina, proizvodnja, distribucija i korištenje elektri ne energije stalno napreduje. Novi i inovativni na ini proizvodnje i korištenja elektri ne energije pokrenuli su industrijsku revoluciju i od tada znanstvenici i inženjeri doprinose njihovim stalnim evolucijama. U po etku, elektri na trošila i ure aji su bili vrlo primitivni, ali u inkoviti. Trošili su velike koli ine elektri ne energije i bili u inkoviti. Strojevi su bili konzervativno dizajnirani, pri emu su razine troškova bile sekundarne prema razinama u inka. Oni su bili podložni svim anomalijama kvalitete elektri ne energije koje su tada postojale, ali njihovi efekti nisu bili zamjetni radi robusnosti samih ure aja i nedostataka efikasnih na ina mjerenja parametara kvalitete elektri ne energije. No u zadnjih 50-ak godina industrijsko doba je dovelo do potrebe da ure aji budu ekonomski konkurentni, što je zna ilo da su elektri ne naprave postajale sve manje i efikasnije, te proizvedene bez margina performansi. Istovremeno u proces su ušli i drugi faktori. Pove ana potražnja za elektri nom energijom je stvorila velike proizvodne i distribucijske elektroenergetske mreže. Industrija je imala sve ve e i ve e potrebe za elektri nom energijom, što je uz pove anu potražnju u ku anstvima natjeralo proizvodne resurse do granica. Danas elektri na postrojenja više nisu neovisno upravljane jedinke ona su dio velike mreže postrojenja povezanih me usobno složenom mrežom. Kombinacija ovih faktora je stvorila elektri ni sustav koji zahtijeva kvalitetnu elektri nu energiju. Teško a pri kvantificiranju aspekata kvalitete elektri ne energije je objašnjena prirodom me udjelovanja kvalitete elektri ne energije i osjetljivosti opreme. Što je "dobra" energija za jedan ure aj može biti "loša" za neki drugi. Dva identi na elektri na ure aja mogu razli ito reagirati na iste parametre kvalitete elektri ne energije radi razlika prilikom njihove proizvodnje ili tolerancije komponenti iz kojih su izra eni. Elektri ni aparati postaju sve manji i sve osjetljiviji na pogoršanje kvalitete elektri ne energije radi sve ve eg broja elektroni kih sklopova koji se koriste pri njihovoj proizvodnji. Npr. elektroni ki kontroler veli ine kutije za cipele može efikasno kontrolirati pogon elektromotora snage 1000 KS; iako je motor donekle imun na probleme kvalitete elektri ne energije, kontroler nije. Na kraju ispada da je motorski sustav vrlo osjetljiv na kvalitetu elektri ne energije. Još jedan faktor koji ini probleme s kvalitetnom elektri nom energijom težima za shvatiti, jest injenica da u nekim slu ajevima elektri ni ure aji sami sebi mogu uzrokovati probleme s kvalitetom elektri ne energije. Takav problem nije vidljiv tijekom proizvodnog procesa, no ukoliko se ure aj/oprema ugradi u "neprijateljsko" elektri no okruženje, može se pojaviti problem i rad ure aja može biti ugrožen. Uzimaju i u obzir prirodu granica elektri nog pogona i potrebe da elektri na trošila rade zadovoljavaju e u takvom okruženju, vrlo je bitno da se svijest i znanje o problemima kvalitete elektri ne energije proširi me u inženjerima, tehni arima i pogonskim osobljem. 2. PREPORUKE Preporuke iz podru ja kvalitete elektri ne energije su dokumenti koje izdaju me unarodne organizacije, a u kojima se daju preporu ena odstupanja pojedinih tehni kih parametara elektri ne energije. Na podru ju Europske zajednice se kvaliteta napona osigurava u skladu s postavkama preporuke EN 50160 "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems" [4]. 2
Osim napona, za kvalitetu elektri ne energije bitan je i karakter optere enja. Najviše smetnji kvaliteti elektri ne energije uzrokovano je radom trošila. Ve ina trošila koja se danas koriste nelinearnih je karakteristika, što zna i 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 uzrokuju i njegovo izobli enje ime se narušava kvaliteta napajanja ostalim potroša ima priklju enima na istu elektroenergetsku mrežu. Preporuke koje promatraju karakter optere enja u distribucijskim mrežama su one s podru ja 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]. Ameri ka preporuka za kvalitetu elektri ne energije, tj. to nije ona koja daje preporu ene razine viših harmoni kih frekvencija u struji i naponu jest IEEE 519-1992 "Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems " [8]. Na slici 1. je prikazan princip prema kojem se preporukama odre uju dopuštene granice smetnji (razina kompatibilnosti). Prilikom planiranja distribucijskih mreža treba pretpostaviti strožije kriterije nego one koje daju preporuke, tako da bi se u slu aju prelaska planiranih razina, još uvijek smetnje nalazile ispod preporu enih razina. Proizvo i opreme pak moraju izra ivati opremu tako da podnosi razine smetnji ve e od onih danih preporukama, kako bi, i u slu aju prelaska preporu enih razina, oprema još uvijek bila imuna na te smetnje. veli ina smetnje razina ispitivanja opreme na imunost razina kompatibilnosti razina koju planira distribucija procjenjena razina izmjerene vrijednosti Slika 1. Razine kompatibilnosti 2.1. Preporuke IEC 61000-3-2, IEC 61000-3-4, IEC 61000-3-6 vrijeme Preporuke IEC 61000-3-2, IEC 61000-3-4 i IEC 61000-3-6 su preporuke 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. Preporuka IEC 61000-3-2 (Limits for harmonic current emissions equipment input current 16 A per phase) definira granice harmoni kih struja koje oprema emitira u javnu distribucijsku mrežu, a odnose se na elektri nu ili elektroni ku opremu priklju enu na niskonaponsku javnu distribucijsku mrežu nazivne struje do 16 A po fazi. To su primjerice rasvjetna tijela, prijenosni ure aji, sva elektroni ka oprema, ure aji koji se koriste u doma instvima i sl. Preporuka 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) definira granice harmoni kih struja koje oprema priklju ena na javnu niskonaponsku distribucijsku mrežu smije emitirati, a odnose se na elektri nu ili elektroni ku opremu priklju enu jednofazno s nazivnom strujom ve om od 16 A. Kako takvi tereti mogu imati zna ajan utjecaj na distribucijsku mrežu na koju su priklju eni, esto distribucijsko poduze e zahtjeva posebne uvjete prilikom izvo enja priklju ka takvog potroša a na mrežu. Ova preporuka daje informaciju koja distribucijskom poduze u pomaže da procijeni opremu, te da odredi da li se i kako takva oprema smije priklju iti na javnu distribucijsku mrežu. Preporuka IEC 61000-3-6 (Assessment of emission limits for distorting loads in MV and HV power systems) daje smjernice distribucijskom poduze u kako da uvjetuje priklju ak potroša kog postrojenja s teretima koji bi mogli izazvati harmoni ka i me uharmoni ka izobli enja u srednje i visokonaponskoj elektroenergetskoj mreži na koju se priklju uju. Ova se preporuka uglavnom bavi harmoni kim izobli enjem napona, no daju se i neke indikativne vrijednosti za granice strujnih harmonika koje se mogu upotrijebiti. 3
2.2. Preporuka IEEE 519 Preporuka IEEE 519 (Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems) je ameri ki standard po pitanju viših harmonika i kvalitete elektri ne energije op enito na svim naponskim nivoima, od niskog napona pa sve do napona ve ih od 161 kv. Ova preporuka u to ki priklju ka potroša a na elektroenergetski sustav odre uje granice strujnih viših harmonika koje trošila ili potroša ko postrojenje smiju emitirati u distribucijsku elektroenergetsku mrežu na koju su priklju eni. Dozvoljene granice strujnih harmonika koje potroša smije emitirati u mrežu ovise o naponskom nivou te snazi kratkog spoja na mjestu priklju ka, a iznosi su im dani relativno u odnosu na prosje nu maksimalnu struju tereta. Propisane su i granice naponskih viših harmonika u to ki priklju enja. 2.3. Preporuka EN 50160 U ve ini europskih zemalja na snazi je preporuka EN 50160 "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems" koju je 1994. godine donio Europski odbor za standardizaciju u elektrotehnici CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization). Ona definira tehni ke karakteristike napona u javnim elektrodistribucijskim mrežama naponskih nivoa do 35 kv. Ta je preporuka službeno u upotrebi od srpnja 1995. godine. U Republici Hrvatskoj ta preporuka još nije uvažena, no kako odgovaraju a hrvatska preporuka s tog podru ja ne postoji, pri mjerenju kvalitete elektri ne energije u HEP-u uglavnom se koristimo njome. Za pretpostaviti je da e preporuka EN 50160 u skorije vrijeme biti prihva ena kao službena norma i u Republici Hrvatskoj uz odre ene korekcije. Napomenimo da je u Republici Sloveniji ta preporuka prihva ena 1999 g. pod nazivom SIST EN 50160. Preporuka EN 50160 daje kvantitativne odlike kvalitete napona u slu aju normalnog pogonskog stanja. Svrha joj je opisati i utvrditi obilježja distributivnog napona, pri emu se ne opisuju prosje ne vrijednosti promatranih parametara, ve se definiraju najve a odstupanja pojedinih parametara, koja se mogu o ekivati u distribucijskoj elektroenergetskoj mreži. Period mjerenja odre en preporukom EN 50160 je sedam dana bez prestanka. Mjerni isje ci, u kojima se promatra pojedini parametar, su desetminutni intervali, osim za frekvenciju, koja se promatra u vremenskim isje cima od deset sekundi. Preporuka EN 50160 propisuje granice parametara koje moraju biti zadovoljene unutar 95 % perioda mjerenja, dok su u ostalih 5 % slu ajeva granice parametara šire ili ak nisu propisane. Primjer preporu enih odstupanja veli ine napona prema EN 50160 je 10 % od nazivne vrijednosti u 95 % promatranog vremenskog intervala, dok je u 5 % preostalog perioda preporu eno odstupanje +10/-15 %. 2.4. Usporedbe preporuka U tablici I. dana je usporedba propisanih vrijednosti tehni kih parametara koje donose neke od preporuka s podru ja kvalitete elektri ne energije i elektromagnetske kompatibilnosti (EMC). Tablica I. Usporedba propisanih grani nih vrijednosti tehni kih parametara prema preporukama [9] podru je Kvaliteta elektri ne energije EMC organizacija CENELEC EDF Eskom IEEE CENELEC preporuka EN 50160 Contract émeraude ESKASAA 18 IEEE 519 IEC 61000-2-2 podru je primjene nn i SN SN - SN i VN nn promjene napona ± 10 % 3 ± 5 % ± 10 % - ± 10 % nesimetrija 2 % (3 %) 2 % 2 % - 2 % viši harmonici < 69 kv 3 % ² 0,5 6,0 % 0,5 6,0 % 0,2 6,0 % EPCC < 161 kv 1,5 % ² (tablica) (tablica) (tablica) > 161 kv 1,0 % ² < 69 kv 5 % THD 8 % 8 % 6 % < 161 kv 2,5 % > 161 kv 1,5 % 8 % 4
me uharmonici - - EPCC 0,2 % signalni naponi ograni enje krivuljom - - - - flicker P lt =1 P lt =1 P st =1 grani na krivulja UIE-krivulja prekidi (kratki) 10-100 2-36 godišnje godišnje 1 - - - prekidi (dugi) 10-50 2 6 godišnje godišnje 1 - - - propadi 10-1000 1 4 - tablica - godišnje mjese no frekvencija u povezanim mrežama frekvencija pri oto nom pogonu mrežni prenaponi tranzijentni prenaponi 1 ± 1 % (+ 4 / - 6 %) ± 1 % ± 2,5 % - ± 1 Hz ± 2 % (± 15 %) + 4 / - 6 % - - - nn: < 1,5 kv SN: < 2 U n - - - - nn: < 6 kv SN: - - - - - Ovisno o tipu potroša a (gradsko podru je, seoska mreža ) 2 IEEE 519 definira preporu ene granice viših harmonika relativno u odnosu na maksimalnu struju tereta, te u ovisnosti o struji kratkog spoja na mjestu priklju ka potroša a 3 + 6 / - 10% u nn mrežama do 2003. g. EDF Electricite de France Eskom Elektroenergetsko poduze e Republike Južne Afrike 3. ELEMENTI KVALITETE ELEKTRI NE ENERGIJE PREMA NORMI EN 50160 Važnost pojedinih elemenata kvalitete elektri ne energije se mijenjala s gospodarskim razvojem. U po etku, kada je ve ina trošila bila radnog karaktera, osnovna je bila dostupnost elektri ne energije, te da napon i frekvencija, ukoliko odstupaju od nazivnih vrijednosti, budu u razumnim granicama. Kada je glavni problem dostupnost elektri ne energije, tada propadi, tranzijenti i sli ne smetnje nemaju veliki utjecaj na pojam kvalitete elektri ne energije. Tehni ke karakteristike elektri ne energije isporu ene potroša u se promatraju preko opskrbnog napona, tj. njegove veli ine, valnog oblika i frekvencije, te mogu ih smetnji. Kako u Republici Hrvatskoj ne postoji zakonska ili normativna regulativa na ovom podru ju, tj. nisu propisani svi parametri kvalitete napona, pri mjerenju se koriste grani ne vrijednosti koje daje EN 50160. Parametri koji prema normi EN 50160 karakteriziraju su: mrežna frekvencija, iznos napona, jakost treperenja (flikeri), propadi napona, prekidi napona, kratkotrajni prenaponi, nesimetrija napona, naponi viših harmonika i naponi me uharmonika. Kratak pregled parametara kvalitete elektri ne energije prema EN 50160 dan je u nastavku. a) mrežna frekvencija b) veli ina napona c) promjene napona d) treperenje napona e) propadi napona f) kratkotrajni prekidi napona g) duži prekidi napona h) privremeni mrežni prenaponi izme u faznih vodi a i zemlje i) impulsni prenaponi izme u faznih vodi a i zemlje j) nesimetrija napona k) naponi viših harmonika l) naponi me uharmonika m) signalni naponi 5
a) Mrežna frekvencija je broj titraja naponskog vala u sekundi. Nazivna frekvencija napona je 50 Hz. Pri normalnim pogonskim uvjetima 10-sekundna srednja vrijednost frekvencije mora biti u opsegu 50 Hz 1 % (od 49,5 Hz do 50,5 Hz) tijekom 95 % promatranog vremena, a 50 Hz 6 / +4 % (od 47 Hz do 52 Hz) tijekom 100 % promatranog vremena. b) Veli ina napona je definirana kao efektivna vrijednost napona na mjestu predaje elektri ne energije u odre enom trenutku, mjerena u odre enom vremenskom periodu. Referentna vrijednost odre ena je nazivnim naponom mreže. Pri normalnim pogonskim uvjetima, ne uzimaju i u obzir prekide opskrbe, 95 % vrijednost 10-minutnih prosjeka efektivnih vrijednosti napona svakog tjednog intervala mora biti u opsegu U n 10 %, a u preostalih 5 % promatranog vremena U n mora biti unutar granica od 15 / +10 %. c) Promjene napona su odstupanja napona od nazivne vrijednosti. Uzrokovane su promjenama optere enja, tj uklju ivanjem i isklju ivanjem velikog broja trošila ili kvarovima u elektroenergetskom sustavu. Primjer promjena napona prikazan je na slici 2. 240 350 220 napon 300 200 250 Napon / V 180 160 struja 200 150 Struja / A 140 100 120 50 100 0 00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 Vrijeme / h Slika 2. Primjer promjene napona uzrokovane promjenom optere enja d) Treperenje napona su oscilacije vrijednosti napona koje se ponavljaju. Flikeri su definirani kao vidom zamjetljivo treperenje, izazvano svjetlosnim podražajem uz vremensko kolebanje svjetlosne gusto e ili spektralne razdiobe. Jednostavnije re eno, to je titranje svjetlosti žarulje. Uzroci treperenja su nagle u estale promjene optere enja uzrokovane radom npr. elektrolu nih pe i, fotokopirnih strojevi, aparatima za zavarivanje i sl. Uo avanje treperenja ovisi od osobe do osobe, tj. o senzibilnosti oka. Jakost treperenja se definira putem uo avanja: svjetlosno treperenje se poja ava do trenutka kada od 100 osoba njih 50 uo i treperenje, tada se kaže da treperenje ima vrijednost 1. Tijekom 10-minutnog perioda se odre uje kratkotrajna vrijednost treperenja, a na temelju 12 uzastopnih vrijednosti se ra una dugotrajna jakost treperenja (vremenski odsje ak od 2 sata). Pri normalnim pogonskim uvjetima dugotrajna jakost treperenja mora biti 1 u 95 % promatranog tjedna. Ljudskom oku najviše smetaju flikeri frekvencije od 7 do 10 Hz. Primjer treperenja napona prikazan je na slici 3. 235 230 Napon / V 225 220 215 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vrijeme / s Slika 3. Primjer treperenja napona e) Propad napona se definira kao privremeno smanjenje vrijednosti napona ispod unaprijed odre ene granice. Te su granice naj eš e u opsegu od 90 % do 1 % nazivne vrijednosti. Propadi su naj eš e uzrokovani kvarom u sustavu ili naglim pove anjem optere enja. 6
Uobi ajeno se klasificiraju po dubini i trajanju. Norma EN 50160 ne definira dopušteni broj propada unutar tjedna, nego samo daje ocjenu da je njihova u estalost godišnje promjenjiva, ovisno o vrsti razdjelne mreže i promatranoj to ki mreže. ekivani godišnji broj propada napona može pri normalnim uvjetima biti izme u nekoliko desetaka do tisu u. Ve ina propada je trajanja kra eg od 1 s, a dubine manje od 60 %. Primjer propada napona prikazan je slikom 4. Napon / V 400 300 200 100 0-100 -200-300 -400 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Vrijeme / s Slika 4. Primjer propada napona f) g) Prekid napona je stanje pri kojem napona nestane. U ve ini preporuka se smatra da je nastupio prekid kada napon padne ispod 1 % svoje nazivne vrijednosti. Prekidi se dijele na duge i kratke, pri emu se u ve ini preporuka kao dugi prekid definira onaj trajanja dužeg od 3 minute. Pri normalnim pogonskim uvjetima kratki prekidi opskrbnog napona (trajanja kra eg od 3 minute) se pojavljuju s u estaloš u od nekoliko desetaka do više stotina godišnje. Trajanje oko 70 % kratkih prekida opskrbe trebalo bi biti kra e od 1 sekunde. Za dugotrajne prekide (duže od 3 minute) nije mogu e odrediti granice po u estalosti i trajanju, jer su oni obi no uzrokovani vanjskim doga ajima, koje distributer elektri ne energije ne može sprije iti. U godini dana ih može biti manje od 10, ali i više od 50. Bitno je naglasiti da se u ove prekide napona, dakle one vezane uz kvalitetu elektri ne energije, ne ubrajaju i ona isklju enja napajanja unaprijed najavljena i planirana. Primjer prekida napona prikazan je slikom 5. g) Napon / V 400 300 200 100 0-100 -200-300 -400 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Vrijeme / s Slika 5. Primjer prekida napona h) Prenapon je stanje pri kojem napon poraste preko neke unaprijed odre ene granice. Kratkotrajni se prenaponi u mreži javljaju u slu aju kvara ili su uzrokovani sklopnim manipulacijama, udarima groma i sl. Njihova vrijednost uglavnom ovisi o na inu uzemljenja mreže. Njihova vrijednost uglavnom ovisi o na inu uzemljenja mreže. U mrežama kruto ili polukruto uzemljenih zvjezdišta prenaponi u pravilu ne prelaze 1,7 U n, dok u mrežama s neuzemljenim zvjezdištem prenaponi uglavnom ne prelaze 2 U n. Prenaponi se registriraju im vrijednost napona prije e gornju granicu od U n +10 %. Primjer prenapona prikazan je na slici 6. 7
60 40 Napon / kv 20 0-20 -40-60 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Vrijeme / s Slika 6. Primjer prenapona i) Impulsni prenapon (tranzijent) je visokofrekvencijska promjena napona u trajanju kra em od jedne periode. Mogu biti uzrokovani sklopnim operacijama u mreži, udarima groma, uklapanjima kapacitivnih tereta i td. Oblici im mogu biti razni, kako je prikazano na slici 7. unipolarni pozitivni 200 bipolarni usjek osciliraju i 100 0-100 -200 negativni višestruki prolaz kroz nulu Slika 7. Primjer vrsta tranzijenata j) Nesimetrija napona je stanje pri kojem se naponi u trofaznom sustavu me usobno razlikuju po iznosu ili ukoliko kut izme u pojedine dvije faze nije 120. Mjerilo nesimetri nosti napona je definirano kao omjer inverzne i direktne komponente. Pri normalnim pogonskim uvjetima 95 % 10-minutnih prosjeka efektivne vrijednosti inverzne komponente napona ne smije, unutar svakog tjednog intervala, prelaziti 2 % odgovaraju e direktne komponente. Nesimetrija u distribucijskim mrežama je uzrokovana neravnomjernom raspodjelom tereta po fazama ili kvarom. Primjer nesimetrije uzrokovane kvarom prikazan je na slici 8. 60 40 Napon / kv 20 0-20 -40-60 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 0,21 0,22 Vrijeme / s U L1 U L2 U L3 Slika 8. Primjer nesimetrije uzrokovane kvarom 8
k) Naponi viših harmonika su sinusoidalni naponi frekvencija koje su cjelobrojni višekratnici osnovne frekvencije. Viši su harmonici nepoželjni u mrežama jer se zbrajaju na osnovni val i izobli uju ga, što uzrokuje probleme u napajanju osjetljivih trošila, npr. medicinske opreme, koja zahtjeva isto sinusoidalni napon. Pri normalnim pogonskim uvjetima 95 % 10-minutnih prosjeka efektivne vrijednosti napona svakog pojedinog višeg harmonika ne smije u promatranom periodu prelaziti vrijednosti koje su dane tabli no. Ukupno harmoni ko izobli enje (THD) napona, koje se ra una iz svih harmonika do 40. višeg harmonika na smije prelaziti 8 %. Primjer izobli enja napona petim harmonikom prikazan je na slici 9. - - U (50 Hz) U (250 Hz) U (50+250 Hz) Slika 9. Primjer harmoni ki izbli enog naponskog vala l) Naponi me uharmonika su sinusoidalni naponi frekvencija koje nisu višekratnici osnovne frekvencije. Danas se razina me uharmonika u elektroenergetskim mrežama pove ava zbog sve u estalije upotrebe pretvara a frekvencija i sli nih ure aja. Me uharmonici su opasni jer mogu ometati MTU signal. Dopuštene razine me uharmonika se još razmatraju, dok se skupljaju iskustveni podaci. 4. PRIMJENA NORMI O KVALITETI ELEKTRI NE ENERGIJE Preporuke s podru ja kvalitete elektri ne energije su dokumenti koje izdaju me unarodne organizacije, a u kojima se daju preporu ena odstupanja pojedinih tehni kih parametara elektri ne energije. Na podru ju Europske zajednice se kvaliteta napona osigurava u skladu s postavkama preporuke EN 50160 "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems" [4]. Osim napona, za kvalitetu elektri ne energije bitan je i karakter optere enja. Bitni pokazatelj narušavanja kvalitete elektri ne energije su žalbe potroša a koji primje uju poreme aje u radu svojih elektri nih trošila. Na temelju tih pritužbi pristupa se mjerenju na dijelu elektroenergetske mreže na kojoj je potroša uo io smetnje. Mjerenjima se ustanovljuje mogu a greška ili smetnja, a rezultat mjerenja je uklanjanje mogu ih nedostataka i pove anje kvalitete elektri ne energije. Osim mjerenja iniciranih pritužbama, mjerenja se provode i periodi ki u svrhu provjere i potvr ivanja zadanih parametara kvalitete elektri ne energije. Jedan od razloga za stalno i povremeno pra enje kvalitete elektri ne energije jest upravo otklanjanje mogu ih uzroka tužbi potroša a radi loše kvalitete napajanja. Svaka takva pravovaljana tužba može biti uzrokom financijskih gubitaka distribucijskog poduze a. esto potroša i ne znaju svoje probleme preto iti u rije i, pa tako postoje zahtjevi potroša a da im se izmjeri "napon struje" ili uzrok svojih problema opisuju kao "padanje struje i napona". No to nas ne smije sprije iti da potroša u pomognemo u otkrivanju i, ukoliko je u našoj nadležnosti, otklanjanju smetnje. Potrebno je biti svjestan injenice da su u najve oj mjeri upravo potroša i ti koji narušavaju kvalitetu elektri ne energije radom svojih trošila. Na temelju rezultata mjerenja provedenog u skladu s preporukom za kvalitetu elektri ne energije, naj eš e prema EN 50160, utvr uje se opravdanost pritužbe potroša a, te mogu i uzrok smetnje. Pri tome je važno utvrditi tko je odgovoran za stvaranje smetnje: da li ona dolazi iz distribucijske mreže ili ju je potroša sam uzrokovao. Posljedica ustanovljavanja smetnje mora biti njeno otklanjanje, bez obzira na to tko joj je uzro nik. 9
U "Elektri Zagreb", iako još u Republici Hrvatskoj nije na snazi, primjenjuje se norma EN 50160 u svakodnevnoj praksi, jer odgovaraju a hrvatska norma ne postoji. Primjer europske prakse u regulaciji kvalitete napona prikazan je u tablici II. Regulativa za Regulativa za na nivou sustava Regulativa za na individualnom nivou Kazne za lošu Jednozna no provo enje regulative za na razini države Provo enje regulative za po regijama Primjena EN 50160 regulirana zakonski Ako da, na kojim naponskim nivoima Regulativa za za U > 35 kv * djelomi no Tablica II. Podaci o regulaciji kvalitete napona u Europi [11] Italija Nizozemska Norveška Portugal Španjolska V.Britanija Hrvatska DA DA DA DA DA DA DA* DA DA NE DA NE DA DA* DA DA NE DA DA DA NE NE NE NE NE NE DA NE DA DA DA DA DA DA DA* NE NE NE NE NE DA DA* NE DA DA DA DA NE NE sve naponske razine 22 kv 45 kv 36 kv DA DA NE DA DA DA NE Primjer jednog dijela izvještaja o sukladnosti napona s postavkama preporuke EN 50160 prikazan je na slici 10. Crvena linija predstavlja grani nu vrijednost parametra prema EN 50160 koja mora biti zadovoljena u 95 % promatranog mjernog perioda. Crveni stupci prikazuju vrijednosti koje su bile postignute tijekom 95 % promatranog vremena relativno u odnosu na preporu enu vrijednost. Plavi stupci prikazuju vrijednosti koje su bile zabilježene u ostalih 5% promatranog vremenskog intervala, koji za preporuku EN 50160 iznosi 7 dana. 10
Slika 10. Grafi ki prikaz kvalitete napona mjerenog prema EN 50160 Da bi se bilo koja norma primjenjivala na kvalitetan na in potrebo je ustrojiti itav niz obveza uklju enih strana u procesu proizvodnje, distribucije, prodaje s jedne strane i korisnika s druge strane. Obveze prve strane su osigurati kvalitetu elektri ne energije prema unaprijed zadanim pravilima, prihva enoj normi, te ju na unificirani na in kontrolirati. Obveza potroša a, kupca elektri ne energije, je koristiti elektri nu energiju na na in da svojom djelatnoš u ne uzrokuje smetnje koje e se o itovati kao nedopuštena smetnja u distribucijskom sustavu. Prihva ena norma za HEP biti e, zasigurno, EN 50160 s nekim modifikacijama koje su potrebne radi realnog stanja postoje e energetske mreže. Prihva ena norma morati e imati podkriterije koji e pokrivati odre ene posebnosti mreže na pojedinim podru jima elektroenergetske mreže HEP-a. Treba napomenuti da isporuka i potrošnja elektri ne energije treba biti ugovorno definirana sa svim obvezama i dužnostima. Penalizacija radi nepridržavanja obveza trebala bi biti sastavni dio tih ugovornih obveza. Ukoliko se prihvati penalizacija kao objektivna tržišna nužnost, prethodno se mora ustrojiti jedinstven na in kontrole kvalitete elektri ne energije te definirati kontrolne mehanizme izvan zainteresiranih strana u procesu prodaje i kupnje elektri ne energije. Za ostvarenje gornjeg potrebno je uložiti znatna nov ana sredstva kao i znatne stru ne resurse, te organizacijske promjene u dijelu tehni kih subjekata na strani "prodavatelja" elektri ne energije. Unato žurnosti donošenje i prihva anje hrvatske norme o kvaliteti elektri ne energije treba pažljivo odraditi da ne bi došlo do neželjenih loših posljedica za HEP. 5. ZAKLJU AK U HEP-u se vodi briga o kvaliteti elektri ne energije prakti ki od njegovog osnivanja. Za procjenu pokazatelja kvalitete bilo koje robe, pa tako i elektri ne energije, potrebno je definirati te pokazatelje. U po etku su pokazatelji kvalitete bili vrijednost napona i frekvencije te stalnost valnog oblika. Ti su se pokazatelji kontrolirali analognim instrumentima za mjerenje napona i frekvencije. Danas se posao kontrole kvalitete elektri ne energije obavlja namjenskim numeri kim ure ajima za akviziciju naponskih i strujnih signala koji se obra uju prema zadanom predlošku ili normi. Iznimno je važno ustanoviti norme koje emo prihvatiti kao obilježje našeg proizvoda, elektri ne energije, te se pridržavati tih normi. Radi unapre enja opskrbe potroša a, i održanja kvalitete elektri ne energije, kontinuirano se izgra uje i obnavlja mreža kao i pogon elektroenergetskog sustava. Pri rješavanju problema s kvalitetom elektri ne energije u domeni mjerenja koristimo najsuvremeniju opremu i pripadaju e programske pakete. Preporuka koje se za sada pridržavamo pri procjeni mjerenja je EN 50160. Prema iskustvima u "Elektri Zagreb" nema bitnih prepreka da se norma EN 50160 ne prihvati kao HR norma, uz neke modifikacije koje e biti rezultat realne situacije i današnjeg stanja elektroenergetske mreže HEP-a. To je jedna od glavnih polaznica za definiranje startne pozicije elektri ne energije kao robe, a kao glavni atribut te robe biti e njena kvaliteta. 11
Jedan od bitnih imbenika infrastrukturnih elemenata za poticaj razvoja i rasta je elektri na energija sa svojom kvantitetom, a naro ito kvalitetom. Dobar primjer za to je slovenski "Revoz". Slovenski distributer je imao, i još uvijek ima, ogromne probleme da osigura primjerenu kvalitetu Renaultovoj tvornici u Novom Mestu. Kako pove ati kvalitetu uz optimalna ulaganja je glavno pitanje na koje se treba odgovoriti. Odgovor, izme u ostalog ovisi i o pokazateljima kvalitete koje imamo. Pokazatelje kvalitete dobivamo stalnim pra enjem kvalitete elektri ne energije. Da bi se to ostvarilo potrebno je mjeriti kvalitetu na svim izvorišnim to kama. Izgradnja sustava za pra enje kvalitete elektri ne energije na svim SN sabirnicama je jedan iskorak naprijed na polju pra enja kvalitete te daje mogu nost pravovremene intervencije na postrojenju. Takav sustav se gradi na razini "Elektre Zagreb". Rezultati pojedina nih mjerenja te trajna mjerenja obra ena sustavom za pra enje kvalitete, kao i prihva anje novih tehni kih rješenja za smanjenje naponskih varijacija, daju odli ne podloge za budu e planiranje i izgradnju elektroenergetskog podsustava "Elektre Zagreb". Tržišna utakmice i europske integracije pospješiti e osiguranje i razvoj kvalitete elektri ne energije. Glavni akteri ovog procesa biti e HEP, potroša i i proizvo i elektri ne opreme, te kontrolni subjekti kao što su HERA i zakonodavac. Na kraju treba re i da su zaposlenici u "Elektri Zagreb" i drugim dijelovima HEP-ODS-a oduvijek radili na mjerenjima elektri nih veli ina, a u cilju poboljšanja kvalitete, samo što je definiranje kvalitete evaluiralo sukladno tehni ko tehnološkim razvojem potroša a. Stoga treba nastaviti i ubrzati posao pra enja i poboljšanje kvalitete elektri ne energije prema zadanim normama i mogu nostima. LITERATURA [1] HRN EN 13306:2001 "Nazivlje u održavanju" [2] IEC IS 61000-4-30 Ed 1.0 (2003): Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4-30: Testing and measurement techniques - Power quality measurement methods [3] 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 [4] EN 50160:1999, "Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution systems", CENELEC, 1999. [5] 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" [6] 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" [7] IEC 61000-3-6 Ed 1.0 (1996) Electromagnetic compatibility (EMC), Part 3: Limits, Section 6: Aassessment of emission limits for distorting loads in MV and HV power systems Basic EMC publication, [8] IEEE 519-1992: "Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems " [9] Technische Universität Graz, Institut für Elektrische Anlagen und Hochspannungstechnik, http://www.cis.tugraz.at/ifea/welcome.html [10] "Power Quality in European Electricity Supply Networks 2nd edition", Network of Experts for Standardization, Eurelectric, studeni 2003. [11] A. Robert: "Quality issues for system operators with special reference to European regulators", preuzeto s internet stranica www.cired.be 12