DEFINICIJE KVALITETA
Električna energija je komercijalni proizvod posebne vrste, koji zbog svoga značaja u
životu savremenog sveta podleže nekim normama, propisima, standardima, ili preporukama u
pogledu kvaliteta, za čije poštovanje je zainteresovana i šira društvena zajednica. Zbog toga se svi
akti, u kojima se specifikuju pokazatelji kvaliteta električne energije isporučene potrošačima,
obično donose od strane državnih organa, ili stručnih organizacija (ređe od nacionalnih ili
međunarodnih profesionalnih udruženja). U njima se kvantitativno specifikuju pojedini pokazatelji
kvaliteta i dozvoljeni opsezi njihove promene.
Pojam ''kvaliteta električne energije'' ima više aspekata, kao što su:
− Kvalitet učestanosti, koji je vezan za održavanje učestanosti na propisanoj vrednosti. Kvalitet učestanosti je mera performansi elektroenergetskog sistema u odnosu na potrošače.
− Kvalitet napona, čija je mera odstupanje veličine napona i oblika naponskog talasa od
idealnih referenci. On je, kao i kvalitet učestanosti, mera performansi elektroenergetskog
sistema u odnosu na potrošače.
− Kvalitet struje, koji je komplementaran pojmu kvaliteta napona i odnosi se na odstupanje
talasa struje od idealne reference (koja je, kao i naponska referenca sinusoidna, konstantne
amplitude i učestanosti i u fazi sa talasom napona). Kvalitet struje karakteriše performanse
potrošača u odnosu na sistem.
− Kvalitet snage (ili energije), koji je kombinacija kvaliteta napona i struje i karakteriše
interakciju između sistema i potrošača (razlikovati tehničke pojmove ''sistem'', ili ''proizvođač'' – ''potrošač'', od komercijalnih ''isporučilac'', odnosno ''prodavac'' – ''kupac'').
− Kvalitet isporučioca obuhvata sve tehničke i komercijalne aspekte kvaliteta učestanosti i
napona, koji su od uticaja na kupca.
− Kvalitet potrošača, koji obuhvata sve tehničke i komercijalne aspekte kvaliteta napona,
struje i energije, od uticaja na isporučioca.
Osnovni pokazatelj kvaliteta isporuke električne energije je neprekidnost napajanja potrošača. On se karakteriše raznim indeksima pouzdanosti (LOLP, LOE, E(DNS), EUE itd.), na osnovu
kojih se planiraju proširenja i izgradnja objekata elektroenergetskih sistema. U eksploataciji, ovi
indeksi koji se baziraju na proračunima verovatnoće pojave određenih efekata, mogu se odrediti
samo aposteriorno. Zbog toga se ti indeksi u eksploataciji mogu koristiti jedino kao pokazatelji za
ocenu kvaliteta pogona tokom nekog proteklog perioda i obično se ne normiraju u pogonskim
propisima i pravilima eksploatacije.
1
Pokazatelji kvaliteta isporuke električne energije potrošačima, koji su predmet normiranja i
standardizacije, obično su vezani za dve najvažnije promenljive koje karakterišu rad svakog elektroenergetskog sistema, a to su učestanost i napon. Na prvi pogled to može izgledati i paradoksalno,
jer su to veličine koje nemaju direktnu komercijalnu vrednost. Međutim, njihov posredni uticaj na
kvalitet isporučene električne energije potrošačima je očigledan, tako da se sve abnormalnosti u
sistemu, preko učestanosti sistema i napona napajanja, preslikavaju kao efekti čiji je materijalni
uticaj na krajnje potrošače očigledan.
Napon i učestanost su dve osnovne varijable koje karakterišu funkcionisanje svakog
elektroenergetskog sistema i kvalitet električne energije isporučene potrošačima. Poželjno je da se te
dve varijable održavaju na konstantnim (nazivnim ili nominalnim) vrednostima, koje obezbeđuju
zahtevanu sigurnost i ekonomiju u eksploataciji. Međutim, mogu se pojaviti poremećaji tih varijabli
u okolini njihovih referentnih vrednosti, tako da permanentno i striktno održavanje tih varijabli na
željenim konstantnim vrednostima nije moguće, a nije ni neophodno. Zbog toga se kao blaži zahtev
u eksploataciji elektroenergetskih sistema postavlja uslov da se one održavaju u nekim dozvoljenim
granicama odstupanja oko te nominalne vrednosti. Te zone tolerancije su nametnuli potrošači i
zahtevi sigurnosti i ekonomičnosti eksploatacije elektroenergetskih sistema. Drugim rečima, to
znači da se održavanje napona i učestanosti na propisanim vrednostima, u osnovi, onda odnosi na
dva aspekta eksploatacije elektroenergetskih sistema:
− prvi aspekt predstavlja stalnu brigu proizvođača i isporučilaca da obezbede potrošačima
kvalitetnu električnu energiju po najnižoj mogućoj ceni. Održavanje napona u
propisanim granicama, kao i neprekidnost isporuke električne energije potrošačima
osnovni su pokazatelji koji karakterišu taj kvalitet. Ovaj aspekt u osnovi tangira sisteme
za distribuciju i distributivno-razdelne mreže.
− drugi aspekt se posebno odnosi na proizvodno-prenosni deo elektroenergetskog sistema,
gde su vrednosti napona u karakterističnim tačkama mreže, oblik talasa naizmeničnog
napona i vrednosti učestanosti glavni indikatori kvaliteta i dobrog funkcionisanja samog
proizvodno-prenosnog dela sistema. Što se ovi indikatori održavaju bliže nominalnim,
to je režim rada u sistemu bliži planiranom, koji se obično bazira na nekom
optimizacionom kriterijumu.
Svi normirani pokazatelji kvaliteta po pravilu se vezuju za normalan radni režim elektroenergetskog sistema. Poremećeni radni režimi, s obzirom na veliki broj raznih mogućih poremećaja
(po tipu i intenzitetu), obično se ne razmatraju u kontekstu normiranja kvaliteta isporuke električne
energije.
2
POKAZATELJI KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE VEZANI ZA
UČESTANOST SISTEMA
Učestanost je električna slika brzine obrtanja sinhronih generatora u jednom
elektroenergetskom sistemu. U stacionarnom stanju svi generatori su međusobno čvrsto spojeni sa
sinhronizacionim momentima, pa se obrću istom električnom (sinhronom) brzinom. Tada postoji
jednakost između motornih (turbinskih) i otpornih (genratorskih) momenata, odnosno postoji
ravnoteža između proizvodnje i potrošnje električne energije u sistemu. Svako narušavanje te
ravnoteže dovodi do varijacije brzine obrtanja sinhronih generatorskih grupa i učestanosti sistema.
Održavanje učestanosti je globalni, sistemski problem, jer je u ustaljenom stanju ona ista u
svim tačkama elektroenergetskog sistema i na svim generatorima koji rade u sinhronizmu.
Glavni uzroci odstupanja učestanosti u jednom elektroenergetskom sistemu u normalnom
pogonu jesu varijacije potrošnje, a u poremećenim režimima i ispadi iz pogona generatorskih i
potrošačkih blokova, usled pojave kvarova. U većini slučajeva potrošači imaju slobodu da se
proizvoljno uključuju i isključuju i menjaju svoje opterećenje, čime se menja stanje (ili radni režim)
eksploatacije sistema. Te promene stanja se dalje preslikavaju na promene učestanosti sistema.
Njihova kompenzacija zahteva odgovarajuće promene odatih generatorskih snaga. Ceo koncept
regulacije učestansoti upravo se bazira na permanentnim naporima da se u uslovima pojave
promena stanja održava ravnoteža između proizvedenih i utrošenih aktivnih snaga.
Ukupna potrošnja jednog elektroenergetskog sistema sastoji se od velikog broja
opterećenja individualnih potrošača različitog karaktera, kao što su domaćinstva, industrija itd., čija
je jedinična snaga obično vrlo mala u odnosu na ukupno opterećenje sistema. Ponašanje svakog od
tih pojedinačnih opterećenja je u osnovi stohastičko, ali srednja snaga potrošnje u celom sistemu
prati ciklus ljudskih aktivnosti u nekom određenom vremenskom periodu, pa se može dosta tačno
predvideti unapred i na osnovu tog predviđanja načiniti program rada proizvodnih agregata, koji će
zadovoljiti te planirane potrebe.
Potrebe za održavanjem učestanosti, nametnute od samih potrošača, obično nisu stroge.
Odstupanja učestanosti u opsegu od ±0,25 Hz do ±0,5 Hz, za potrošače su sasvim prihvatljiva, osim
za neke specijalne aparate (sinhroni časovnici, elektronski računari, TV i telekomunikacioni uređaji
itd.). Sa gledišta samog elektroenergetskog sistema, veća odstupanja učestansoti nepovoljna su za
sve aparate sa gvozdenim jezgrom, gde sniženje učestanosti posebno može dovesti do pojave
zasićenja, izobličenja talasa struje praznog hoda aparata, povećanih gubitaka energije u pojedinim
elementima sistema i generisanje viših harmonika. Osim toga, preterana odstupanja učestanosti su
čest uzrok nedozvoljene promene ugovorenih snaga razmene, koje mogu ugroziti rad i čak izazvati
raspad interkonekcije, naročito kada spojni vodovi rade u blizini graničnih opterećenja.
Osnovni zaključak prethodnih razmatranja je da svaka pojava odstupanja učestanosti u
nekom elektroenergetskom sistemu preslikava narušavanje ravnoteže između proizvodnje i
potrošnje. Novo stanje ravnoteže može se postići dejstvom samoregulacije sistema pri nekoj
učestanosti različitoj od referentne, ili ručnom, odnosno automatskom regulacijom odate snage
generatorskih grupa radi kompenzacije uzroka pojave te neuravnoteženosti, pri čemu se učestanost
održava u nekoj, unapred zadatoj, referentnoj vrednosti. Pri narušavanju ravnoteže između
proizvodnje i potrošnje mogu se znatno promeniti i tokovi snaga po pojedinim prenosnim
vodovima, a s tim i gubici i rezerve statičke stabilnosti, što je nepoželjno sa gledišta racionalne
eksploatacije sistema. Zbog toga se teži da se učestanost u sistemu permanentno održava na
propisanoj vrednosti.
3
Proizvodne jedinice su sa svoje strane manje ili više osetljive na promene učestansoti
(naročito su osetljivi turboagregati i uređaji sopstvene potrošnje klasičnih termoelektrana na paru i
nuklearnih termoelektrana). Opseg promena u granicama ±1 Hz, a ponekad i ±3 Hz propisuje se kao
dozvoljeni opseg normalnih promena u kojima agregati moraju odavati punu snagu, ali u
ograničenom vremenu trajanja.
Treba istaći da parne turbine ponekad mogu nametnuti vrlo uske granice promena
učestanosti. Naime, lopatice, odnosno paketi lopatica rotora u turbinama niskog pritiska podeljeni
su na stepene različite dužine, smeštene radijalno na osovinu sa kojom se obrću istom brzinom.
Same po sebi, te lopatice predstavljaju oscilatorne sisteme, koji pri određenoj učestanosti sila
poremećaja mogu ući u rezonansu. One se tada mogu oštetiti, ili čak i polomiti (najkritičniji su
zadnji stepeni lopatica u turbinama niskog pritiska, jer su te lopatice najduže). U slučaju realnih
turbina, periodični poremećaji su uvek mogući, a ako se poklapaju sa oscilatornim modom brzine
obrtanja (ili njenim celobriojnim umnoškom), pojava rezonanse je vrlo verovatna. Otklanjanje
opasnosti od rezonanse pojačanom konstrukcijom lopatica dovela bi do odstupanja od njihovog
optimalnog profila i smanjenja koeficijenta korisnog dejstva turbine. Zbog toga se vibracione
karakteristike lopatica biraju tako što se zabranom rada turbine u nekim zonama obrtanja, otklanjaju
mogućnosti pojave i štetnog dejstva njihove rezonanse. Međutim, rezonantne učestanosti nisu iste
za sve redove lopatica, pa se ova zabrana rada mora odrediti u jednom širem opsegu učestanosti,
tako da se normalni pogon parne turbine dozvoljava samo u uskoj zoni učestanosti oko nominalne
vrednosti (49,50 ÷ 50, 50 Hz).
U nekim pogonskim slučajevima (rad na izolovanoj mreži, bliski kvarovi), nastaju nagle
promene učestanosti, usled brzih ili naglih promena otpornog momenta na proizvodnim agregatima,
što zahteva odgovarajuće brzo dejstvo na organe za dovod radnog fluida u njihove primarne mašine,
no takve abnormalne situacije se otklanjaju dejstvom odgovarajuće zaštite koja deluje na potrošnju,
zavisno od odstupanja i brzine promene odstupanja učestanosti. Ponekad ta zaštota deluje i na
ventile za brzo zatvaranje dovoda radnog fluida u turbinu.
Prikaz poremećaja frekvencije
4
Iz priloženog, mere za održavanje kvaliteta učestanosti odnose se na dva tipa upravljačkih
akcija, i to:
− regulaciju učestanosti, na nivou celog elektroenergetskog sistema, centralizovano;
− brzu zaštitu skupih elemenata sistema, lokalno, pomoću zaštitnih releja, osetljivih na
promene učestanosti.
Osnovni pokazatelj kvaliteta održavanja učestanosti u nekom elektroenergetskom sistemu
naizmenične struje je odstupanje učestanosti u odnosu na svoju nominalnu (nazivnu) vrednost. To je
globalni pokazatelj, isti za sve delove elektroenergetskog sistema u sinhronizmu, koji karakteriše
održavanje ravnoteže između proizvodnje i potrošnje aktivne snage. Normiranje učestanosti vezuje
se za normalni stacionarni radni režim, gde je ta uravnoteženost ostvariva.
Međutim, definicija odstupanja učestanosti nije jednoznačna, pa se mogu razmatrati
sledeće tri opcije pri specifikaciji tog pokazatelja:
1. Odstupanje trenutne od nazivne vrednosti učestanosti:
∆F(t)=F(t) − Fn .
2. Odstupanje srednje vrednosti učestanosti u nekom određenom vremenskom periodu T (na
primer, 15 minuta, 1 sat, 1 dan, 1 sedmica, 1 mesec, 1 godina itd.), u odnosu na nazivnu vrednost
učestanosti:
∆FT =FT − Fn ,
T
gde je FT =
1
F(τ) dτ − srednja vrednost učestanosti u razmatranom vremenskom periodu T.
T∫
0
3. Srednje-kvadratno odstupanje učestanosti (standardna devijacija) tokom nekog vremenskog perioda T, računato u odnosu na svoju srednju vrednost FT u istom tom periodu:
T
=
σ∆F
1
( F(τ) − FT )2 dτ .
∫
T
0
Definicija srednje-kvadratnog odstupanja učestanosti je bitna, zbog slučajne prirode
varijacija učestanosti, koja podleže normalnoj (Gaussovoj) raspodeli, čija je funkcija gustine
raspodele:
 (∆FT ) 2 
exp  −
.
2
σ∆F 2π
 2σ∆F 
Sa učestanošću i odstupanjem učestanosti u direktnoj je vezi i pojam sinhronog vremena.
To je fiktivno vreme zasnovano na nazivnoj učestanosti sistema u sinhronoj zoni, računato
shodno formuli:
ϕ∆F =
1
Tsyn =
Fn
1
T1
∫ F(τ ) dτ +Tsyn
0
0
5
S druge strane, odstupanje sinhronog u odnosu na tačno (astronomsko) vreme Tastr predstavlja globalni pokazatelj održavanja ravnoteže između proizvodnje i potrošnje tokom dužeg
vremenskog intervala, i definiše se preko formule:
T
1 1
∆Tsyn =Tsyn − Tastr =
[ F(τ) − Fn ] dτ ,
Fn ∫
0
0
gde je =
Tsyn
T=
syn (t 0) sinhrono vreme na početku intervala, a T1 dužina tog intervala unutar
razmatranog vremenskog perioda T.
Kolebanje učestanosti definiše se kao razlika između maksimalne ( FTM ) i minimalne
vrednosti trenutne učestanosti u nekom vremenskom periodu T ( FTm ):
∆FTkol =FTM − FTm .
Pri brzim promenama učestanosti (većim od 0,2 Hz/s) definiše se i brzina promene učestanosti kao:
vF =
dF(t)
,
dt
gde se vremenska promena učestanosti F(t) posmatra na glatkoj krivoj učestanosti, bez šumova.
Svi napred definisani pokazatelji kvaliteta održavanja učestanosti u nekom elektroenergetskom sistemu služe kao sasvim dobre mere za karakterizaciju učestanosti u normalnom
radnom režimu. U poremećenim režimima, pored tih pokazatelja, moraju se uzeti u obzir i broj,
amplituda i trajanje pojedinih od njih, u opsezima izvan specifikovanih tolerantnih granica.
Granice dozvoljenih promena pojedinih pokazatelja daju se u propisima i standardima.
Tako, na primer, u ''Studiji tolerancije učestanosti i napona u elektroenergetskom sistemu
Jugoslavije'' iz 1968. godine (duži niz godina korišćena kao relevantna za upravljanje u
elektroenergetskom sistemu Jugoslavije, odnosno Srbije) smatra se da su dopuštena odstupanja
učestanosti u normalnom radnom režimu trajno ±0,1 Hz, a privremeno ±0,2 Hz. Pri tome,
dozvoljava se i odstupanje sinhronog vre-mena do najviše ±120 s, a dodatna kolebanja, pored
dozvoljenog odstupanja učestanosti od ±0,1 Hz ne smeju preći 0,2 Hz. Slične vrednosti
specifikovane su i u GOST standardu.
Prema pogonskom priručniku UCTE, dozvoljeno je trajno kvazistacionarno odstupanje
učestanosti od ±180 mHz i najmanja trenutna vrednost od 49,2 Hz (što odgovara najvećoj dinamičkoj promeni učestanosti od −0,8 Hz (odnosno −1,6 %), s tim da prag delovanja I stepena automatskog frekventnog rasterećenja (AFR) bude na učestanosti 49,0 Hz, a poslednji na učestanosti od
47,5 Hz. S druge strane, propisuje se najveća dozvoljena trenutna vrednost učestanosti sistema od
50,8 Hz.
Što se tiče vremenske greške, toleriše se odstupanje sinhronog u odnosu na astronomsko
vreme (UTC − ''Universal time coordinated'') u normalnim uslovima (kada nema poremećaja u
interkonekciji) od ±30 s, a izuzetno ±60 s, dok je poželjan tolerantni opseg odstupanja ±20 s. Ona se
kontroliše svakog dana u 8 h ujutru u sistemskim centrima upravljanja.
Nije pogodno da se normira trenutno odstupanje učestanosti jer ono zavisi od veličine
sistema i mogućeg debalansa aktivne snage u njemu, već je prirodnije da se u tu svrhu pojam
"trajno" shvati u smislu srednjih vrednosti u toku određenog perioda. Takođe i dozvoljeno
odstupanje sinhronog vremena treba primeniti na ukupnu nakupljenu grešku, a ne samo na udeo
6
određenog vremena pogona sistema T na tu grešku (otuda se u definicijama sinhronog vremena i
odstupanja sinhronog vremena pojavljuje vreme integracije T1 , koje se u opštem slučaju razlikuje
od vremena T.
Prema Evropskoj normi EN 50160 koja se odnosi na mrežnu frekvenciju kao obeležje
elektroenergetskog sistema niskog napona, nazivna frekvencija napona napajanja je 50 Hz. Pri
normalnim pogonskim uslovima desetosekundna srednja vrednost osnovne frekvencije u nekoj
distributivnoj mreži mora biti u sledećim opsezima:
− kod mreža povezanih sa elektroenergetskim sistemom: 50 Hz ± 1% ) tj. od 49,5 Hz do
50,5 Hz) tokom 95% nedelje, odnosno 50 Hz + 4%/-6% (tj. od 47 Hz do 52 Hz) tokom
100% nedelje (u preostalih 5%).
Sada je ovaj zahtev strožiji i glasi:
− kod mreža povezanih sa elektroenergetskim sistemom: 50 Hz ± 1% ) tj. od 49,5 Hz do
50,5 Hz) tokom 99,5% svake nedelje (tokom cele godine), odnosno 50 Hz + 4%/-6% (tj.
od 47 Hz do 52 Hz) u preostalih 0,5% svake nedelje.
− kod izolovanih mreža (nepovezanih sa elektroenergetskim sistemom i po starim i po
novim stadnardima dozvoljene tolerancije su 50 Hz ± 2% ) tj. od 49 Hz do 51 Hz)
tokom 95% nedelje, odnosno 50 Hz ± 15% (tj. od 42,5 Hz do 57,5 Hz) u preostalih 5%
svake nedelje.
7
Opšte o normi EN 50160
Ova norma definiše bitne veličine distributnivnog napona na mestu predaje potrošaču u
javnim niskonaponskim i srednjenaponskim mrežama pri normalnim pogonskim uslovima.
Ova norma se ne odnosi:
a) Za pogon posle nekog kvara i kao mera privremenog napajanja, koje se primenjuju kako bi
se omogućilo daljnje napajanje potrošača pri zahvatima održavanja i pri gradnji, te kako
bi se na najmanju meru ograničili opseg i trajanje prekida napajanja;
b) U slučajevima kada postrojenje ili aparat potrošača ne zadovoljavaju merodavne
standarde ili tehničke uslove za priključak ili kada su prekoračene granične vrednosti
smetnji prenošenih vodovima;
c) U slučajevima kada neko postrojenje za proizvodnju ne zadovoljava merodavne norme ili
tehničke uslove za priključak na distributivnu mrežu (npr. postrojenja za proizvodnju
energije);
d) U posebnim prilikama na koje može uticati isporučilac električne energije, posebno kod:
−
−
−
−
−
−
posebnih vremenskih (ne)prilika ili prirodnih katastrofa;
smetnji koje su izazvale treće strane;
mera javnih organa ili organa vlasti;
radnih sporova (prema zakonskim odredbama);
više sile;
ograničenja kapaciteta napajanja zbog spoljnih uticaja.
Ova norma može se u celosti ili delimično zameniti ugovorom između pojedinačnog
potrošača i isporučioca električne energije. U ovoj normi opisane karakteristike napona napajanja
nisu predviđene za upotrebu kao nivo elektromagnetske kompatibilnosti ili kao granične vrednosti
smetnji koje se iz postrojenja potrošača vodovima prenose u javne mreže.
Svrha ove norme je da utvrdi i opiše karakteristike distributivnog napona u pogledu:
−
−
−
−
frekvencije;
veličine;
oblika talasa;
simetrije triju napona faznih provodnika.
Te se karakteristike za vreme normalnog pogona menjaju zbog varijacija opterećenja,
smetnji iz odreženih postrojenja i kvarova, koji su pretežno izazvani spoljnim događanjima.
Karakteristike napona izrazito su slučajne prirode, kako u pogledu vremenskog toka na nekom
posmatranom mestu predaje, tako i u jednom trenutku u pogledu prostorne raspodele na svim
mestima predaje u nekoj mreži. S obzirom na te zavisnosti valja računati s time da će se navedeni
nivoi karakterističnih pokazatelja napona napajanja u retkim slučajevima prekoračiti. Pojedine
pojave koje utiču na napon napajanja potpuno su nepredvidive, tako da nije moguće za
odgovarajuće karakteristike navesti fiksno definisane vrednosti. Vrednosti koje su za te pojave date
u normi date su kao orijentacione vrednosti.
Definicije u vezi sa normom su date kod svakog dalje razmatranog pokazatelja kvaliteta
pojedinačno.
8
REKAPITULACIJA
Uzroci odstupanja frekvencije:
− Neodgovarajuće performanse sistema za regulaciju brzine obrtanja
generatora
− Kvarovi u sistemu sa opterećenjem bliskom graničnom opterećenju
− Isključivanje i uključivanje velikih blokova potrošača
− Ispadi velikih generatora
Posledice
− Izazivaju kvarove na elektronskoj opremi i utiču na brzinu motora.
Indikatori za kontrolu performansi vezanih za održavanje učestanosti su:
− Standardno odstupanje:
=
σ∆F
1 n
(Fk − F0 ) 2 [Hz] ,
∑
n − 1 k =1
gde n označava broj uzoraka učestanosti uzetih svake 1–2 sekunde tokom perioda osmatranja od 15 minuta (n = 450−900), a F0 bazna učestanost (koja ne mora biti i nazivna učestanost 50 Hz).
Kvalitet učestanosti tokom mesečnih perioda određuje se na osnovu vrednosti σ∆F
proračunatih svakih 15 minuta u mesecu.
Ostali indikatori su:
− Broj i ukupno trajanje u [h] korekcija grešaka sinhronog vremena u mesecu.
− Ukupno mesečno trajanje odstupanja učestanosti preko ±50 mHz.
Kvalitet sekundarne regulacije u određenoj regulacionoj oblasti procenjuje se na osnovu
vremena potrebnog za povratak učestanosti na svoju programiranu vrednost, posle iznenadne
promene snage veće od 600 MW i završenog dejstva primarne regulacije. U tom cilju koristi se
metod baziran na ''krivoj forme trube'' sa slici.
Posle iznenadne promene snage, registruje se učestanost i poredi sa odgovarajućom ''krivom forme trube'', čija je analitička forma:
H(t)
= F0 ± Ae− t / T [Hz] ,
gde je:
A = 1, 2∆F2 = 1, 2 (F2 − F0 ) = 1, 2
T=
∆Pa
[Hz] ;
Es
900
, za T ≤ 900 s i a = 20 mHz ,
A
ln
a
∆F0 = F1 − F0 [Hz] ;
∆F1 = F2 − F1 [Hz] ;
9
∆F2 = F2 − F0 [Hz] .
H, F
[Hz]
50,2
H(t)
50,1
F0 = 50,01
F50
49,9
49,8
∆F0
∆F1
a
F1
∆F2
F(t)
A
F2
200
400
600
800
1000 t [s]
−100 0
Oblik ''krive forme trube'' H(t) za određivanje zone zadovolja-vajućeg rada automatske
sekundarne regulacije u interkonekciji UCTE
Učestanost se mora uspostaviti na vrednosti F0 ± a , gde je dozvoljena greška AGC
a = 20 mHz , 900 s (15 min) posle nastanka poremećaja (to znači, unutar anvelopa za datu vrednost
parametara ∆Pa ).
Potrebni parametri za crtanje te krive su:
−
−
−
−
Iznenadna promena snage ∆Pa .
Programirana učestanost F0 .
Učestanost sistema pre poremećaja F1 u trenutku t = 0 s.
Maksimalna promena učestanosti ∆F2 posle poremećaja.
Familija krivih =
H f (t, ∆Pa ) crta se na bazi opservacije učestanosti tokom niza godina,
uzimajući promenu snage ∆Pa kao parametar. Na osnovu tih krivih, pri svakom poremećajuP a,
mogu se interpolirati odgovarajuće anvelope =
H f (t, ∆Pa ) i utvrditi kvalitet sekundarne regulacije.
Ukoliko je stacionarna vrednost učestanosti posle 900 s unutar površine između tih anvelopa, taj
kvalitet se smatra da je zadovoljavajući, a izvan njih, nezadovoljavajući.
10
POKAZATELJI KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE VEZANI ZA NAPON
Definicije osnovnih poremećaja
Amplituda napona i oblik talasa napona, odnosno odstupanje oblika talasa napona od
idealne sinusoide predstavljaju mere kvaliteta isporuke električne energije vezana za napon
industrijske učestanosti. U tom smislu definišu se osnovne forme poremećaja:
a. Naponski propadi predstavljaju smanjenje amplitude napona industrijske učestanosti, čije
je trajanje u opsegu od 0,01 s do 1 minuta. Tipične vrednosti su između 10 % i 90 % (od nazivne
efektivne vrednosti napona).
b. Prekidi napajanja su okarakterisani potpunim gubitkom napona (kada je napon ispod 10 %
od nazivne efektivne vrednosti) na jednoj ili više faza tokom dužeg vremenskog perioda.
Trenutni prekidi su okarakterisani trajanjem između 0,01 s i 3 s, a privremeni prekidi između 3 s
i 60 s, dok su trajni prekidi svi oni čije je trajanje duže od 60 s.
c. Naponski udari predstavljaju privremeno povećanje napona (ili struje) za više od 10 % od
nazivne vrednosti, a trajanja su od 0,01 s do 60 s (tipične vrednosti su između 1,1 r.j. i 1,8 r.j.).
d. Prelazne distorzije (ili tranzijentne promene) talasa napona okarakterisane su pojavama
impulsnih neregularnosti (bilo koje polarnosti) u sinusoidi napona, koje se ponavljaju u kratkim
vremenskim intervalima na inače sinusoidnom talasu napona industrijske učestanosti.
e. Prenaponi i podnaponi su odstupanja napona veća od ±10 % od nazivne vrednosti napona,
koja traju duže od 1 minuta (tipične vrednosti prenapona su 1,1−1,2 r.j., a podnapona 0,8−0,9
r.j.).
Najznačajnije distorzije talasa naizmeničnog napona koje utiču na kvalitet isporučene električne
energije
f. Harmonici predstavljaju sinusoidne talase napona (i/ili struja), čije su učestanosti celobrojni ili razlomljeni umnožak osnovne učestanosti naizmeničnog napona industrijske učestanosti.
Ti talasi se superponiraju na talas osnovne učestanosti, izazivajući njegovu distorziju. Pored viših
harmonika (samo neparni sa celobrojnim umnoškom osnovne učestanosti većim od 1), postoje i
subharmonici (oni su razlomljeni umnožak (manji od 1) učestanosti osnovnog harmo-nika) i
međuharmonici (necelobrojni umnožak (veći od 1) učestanosti osnovnog harmonika). Izvori
harmonika su nelinearni potrošači i uređaji energetske elektronike: statički konvertori, invertori,
ciklokonvertori, zatim lučne peći i beskontaktni prekidači i drugi slični uređaji.
11
g. Periodični impulsi se pojavljuju kao kratkotrajni poremećaji u svakoj poluperiodi talasa
napona (traju kraće od 0,01 s). Najčešće ih proizvode komutacioni uređaji energetske elektronike. Njihove harmonijske komponente obično su vrlo visoke učestanosti.
h. Fluktuacije napona okarakterisane su sa sistematskim varijacijama anvelope amplituda
talasa napona, normalno u opsegu od 90 % do 110 %. Ovakve varijacije napona su svojstvene
flikerima.
i. Odstupanje učestanosti se manifestuje i u promeni periode talasa napona.
j. Telefonski faktori interferencije (IT, VT, TIF) definišu pokazatelje nivoa smetnji koje
izazivaju harmonijske učestanosti na žičnoj telefoniji.
Prikaz ovih poremećaja (prema standardu IEEE 1159) je dat i u narednoj tabeli.
12
Poremećaji amplitude naponskog talasa
Slično kao u slučaju pokazatelja kvaliteta električne energije vezanih za učestanost, osnovni pokazatelji vezani za napon odnose se na razne forme definisanog pojma odstupanja napona na
mestu priključka potrošača, jer je napon, za razliku od učestanosti, lokalni pokazatelj, čija je
vrednost različita u raznim delovima elektroenergetskog sistema.
Poznavajući amplitudu i vreme trajanja poremećaja napona, sve pojave se mogu predstaviti
u ravni amplituda–trajanje. Poremećaji snimljeni u toku određenog perioda se onda mogu prikazati
u vidu tačaka rasutih u ovoj ravni. U zavisnosti od uzroka poremećaja, tačke se mogu naći u
različitim delovima ravni, tako da je za dalje preciznije razmatranje ovih poremećaja neophodno
izvršiti odgovarajuću klasifikaciju.
Prema visini amplitude napona, poremećaji se mogu podeliti u 3 oblasti:
• Prekid – amplituda je nula (ili približno jednaka nuli),
• Podnapon – amplituda je ispod nominalne vrednosti,
• Prenapon – amplituda je iznad nominalne vrednosti.
Prema trajanju, pojave se mogu podeliti u 4 grupe:
• Veoma kratke – tranzijenti i događaji posle kojih se sistem sam vraća u normalno stanje
(self-restoring),
• Kratke – događaji nakon kojih se sistem automatskom intervencijom vraća u normalno
stanje (automatic),
• Duge – događaji nakon kojih je potrebna ručna intervencija (manual),
• Veoma duge – događaji nakon kojih je potrebna popravka ili zamena pokvarenih i
neispravnih komponenti.
Ovakav metod klasifikacije poremećaja, preko amplitude i trajanja pokazao se kao veoma
dobar i putem njega se mogu dobiti mnoge korisne informacije po pitanju kvaliteta električne
energije. Na slici je prikazana preporučena klasifikacija naponskih poremećaja koja predstavlja bazu
za klasifikacije poremećaja usvojene u standardima kojima se definiše ova oblast poremećaja.
Odstupanja amplitude napona se, kao i u slučaju odstupanja učestanosti, mogu definisati na
tri različita načina:
1. Odstupanje trenutne od nominalne (nazivne) vrednosti napona:
∆V(t)=V(t) − Vn ,
ili u procentima:
∆V(t)
∆V(t) = 100 [%] .
Vn
Ako su amplitude ovih trenutnih odstupanja veće od 10 %, govori se o naponskim udarima
(ako su pozitivne) i propadima (ako su negativne).
13
Veoma
kratak
prenapon
Kratak prenapon
Dug prenapon
Veoma
dug
prenapon
110%
RADNI NAPON
Amplituda
90%
1-10%
Veoma
kratak
podnapon
Kratak podnapon
Dug podnapon
Veoma
dug
podnapon
Veoma
kratak prekid
Kratak prekid
Dug prekid
Veoma dug
prekid
1-3 perioda
1-3 min
1-3 sata
Trajanje pojave
Preporučena klasifikacija naponskih poremećaja
2. Odstupanje srednje vrednosti napona u nekom određenom vremenskom periodu T (15
minuta, 1 sat, 1 dan itd.):
∆VT =VT − Vn ;
ili u procentima:
∆V
∆VT = T 100 [%] ,
Vn
T
gde je VT =
1
V(τ ) dτ − srednja vrednost napona u definisanom vremenskom periodu T.
T∫
0
3. Srednje-kvadratno odstupanje (standardna devijacija), tokom nekog vremenskog perioda
T, računato u odnosu na svoju srednju vrednost VT u istom tom periodu:
T
1
[V(τ ) − VT ]2 dτ ,
σ∆V =
∫
T
0
pri čemu slučajne varijacije napona podležu normalnoj (Gaussovoj) raspodeli, sa funkcijom gustine raspodele:
14
 (∆V )2 
T
exp  −
ϕ∆V =
.
2
σ∆V 2 π
 2 σ∆V 
1
4. Pad napona je razlika modula napona između dve tačke (1 i 2) u mreži, izazvana protokom
struje kroz poveznu impedansu:
∆V=V1 − V2 ,
odnosno u [%]:
V − V2
V − V2
∆V= 1
100 ≈ 1
100 [%] .
V2
Vn
Dugotrajni poremećaji - definicija i specifikacija zahteva elektroenergetskih sistema u
pogledu održavanja ustaljene vrednosti napona
Ovi poremećaji obuhvataju sva odstupanja napona od nominalne vrednosti koja traju duže
od 1 minuta. Dele se na podnapone, prenapone i dugotrajne prekide.
U elektroenergetskom sistemu se ne zahteva striktno održavanje napona u svim čvornim
tačkama mreže na propisanim konstantnim vrednostima, već se dozvoljava neki tolerantni opseg
promena. Taj opseg dozvoljenih promena je širi za prenosne, a uži za distributivne sisteme koji
direktno napajaju potrošače. Granice dozvoljenih promena u prenosnim mrežama određenje su
uslovima sigurnosti pogona sistema i u principu zavise od sledećih ograničenja:
− gornja granica zavisi od stupnja izolacije aparata i uređaja, odnosno od dielektrične
čvrstoće primenjenih izolacionih materijala i pojave zasićenja transformatora;
− donja granica zavisi od granica stabilnosti pogona generatorskoih grupa, sigurnosti
napajanja sopstvene potrošnje elektrana i opasnosti od pojave sloma napona u sistemu.
Vrednosti napona koje treba održavati moraju poštovati navedena tehnička ograničenja uz
najveću ekonomiju i sigurnost pogona. Ovi zahtevi se obično manifestuju preko profila visokih
vrednosti napona koje u mreži treba održavati. Oni su po pravilu blisko gornjim granicama, koje se
za pojedine naponske nivoe prenosnih mreža definišu odgovarajućim propisima i preporukama.
Naponski profil u elektroenergetskom sistemu je rezultat dejstva na kontrolisane naponskoreaktivne resurse, u prvom redu na sinhrone generatore i kompenzatore, a zatim na regulacione
transformatore i statička sredstva za kompenzaciju. Samo se sinhrone mašine aktivni regulacioni
resursi, dok su regulacioni transformatori i sredstva za kompenzaciju reaktivne snage pasivni
resursi, koji se pobuđuju naponom mreže i tek tada mogu učestvovati u regulaciji napona i
reaktivnih snaga. Uloge pojedinih od tih sredstava se prostorno i vremenski razdvajaju tako da se
brze promene napona velikih amplituda kompenzuju pomoću sinhronih mašina, a spore preko
regulacionih transformatora.
U distributivnim mrežama napon napajanja potrošača treba da se održava na približno
nominalnim naponima priključenih aparata. Regulacija napona u ovim mrežama se u principu
obavlja pomoću automatski upravljanih regulacionih transformatora, kompenzacija faktora snage
preko baterija otočnih kondenzatora, a kod velikih industrijskih potrošača i pomoću regulisanih
statičkih kompenzacionih sistema.
Kako je većina potrošača priključena na distributivne i industrijske mreže, onda je upravo u
njima problem održavanja kvaliteta električne energije najizraženiji. Koji je od pokazatelja kvaliteta
15
najkritičniji zavisi od tipa i konstrukcije korišćenih uređaja. Međutim, imajući u vidu napred
navedene definicije i osobine pojedinih pokazatelja, može se reći da su odstupanja napona od
nazivne vrednosti najkritičnija. Ona se najčešće javljaju u slabo razvijenim nadzemnim
distributivnim mrežama, kao i u preopterećenim gradskim distributivnim mrežama (na primer, u
mrežama sa velikim udelom električnog grejanja).
Donja i gornja granica napona pri kojoj uređaj još uvek ispravno radi zavisi od tipa i
konstrukcije samog uređaja. U tom pogledu vrše se i razna laboratorijska ispitivanja. Tako se došlo
do zaključka da su donje granice ispravnog rada različite za pojedine uređaje: televizor (−30 %),
sijalica sa užarenim vlaknom (−15 %), fluorescentne sijalice (−20 %), trofazni asinhroni motori
(−20 % do −25 %), aparati za domaćinstvo (−15 % do −40 %) itd. Ove vrednosti date su u odnosu
na nazivne radne napone za koje su pojedini uređaji konstruisani. Treba istaći da pri navedenim
graničnim vrednostima prestaje ispravan rad uređaja, ali one ne pokazuju pod kojim uslovima
uređaj radi ako se napon nalazi neposredno iznad ili ispod deklarisane granice i kako takav rad utiče
na njegove performanse i vek trajanja.
U slučaju uređaja za osvetljenje sa užarenim vlaknom, sa smanjenjem napona smanjuje se i
snaga potrošnje, svetlosni fluks i odavanje svetlosti, što jednom rečju znači da se pogoršava kvalitet
osvetljenja. Ali, isto tako, interesantno je napomenuti da se sa povećanjem radnog napona iznad
nazivne vrednosti znatno skraćuje vek trajanja uređaja za osvetljenje. Pored toga, česta i brza
kolebanja napona dovode do treperenja osvetljenja (flikeri). Ona su mogući uzrok povećanog
zamora ljudi, smanjenja produktivnosti i verovatnoće nastanka nekih oboljenja. Zbog toga se koriste
razni nelinearni elektroenergetski uređaji za regulaciju i stabilizaciju napona, čiji je mogući
negativan efekat pojava izobličavanja sinusoidalnosti talasa napona.
Kod asinhronih motora, sa promenom napona, aktivna snaga opterećanja ostaje približno
konstantna, ali se menjaju gubici. Promena gubitaka može biti pozitivna ili negativna, u zavisnosti
od vrednosti i smera odstupanja napona, tipa motora i njegovog koeficijenta opterećenja. Sa promenom napona dolazi i do promena reaktivne snage koju asinhroni motori uzimaju iz mreže, zbog
promene snage magnećenja. Pri smanjenju napona smanjuje se jačina obrtnog momenta asinhronog
motora i povećavaju se struja i zagrevanje. Ako je smanjenje napona značajno, motor se može čak i
zaustaviti. Za mala odstupanja, broj obrtaja malo zavisi od napona. Ali u pojedinim automatizovanim procesima i mala promena broja obrtaja izaziva velike probleme u proizvodnji. Svakako da
promena napona u odnosu na nazivnu vrednost značajno utiče i na skraćenje veka trajanja motora.
U industrijskim elektrotermičkim postrojenjima sa promenom napona se, pored smetnji u
odvijanju tehnološkog procesa, javlja i dodatno povećanje potrošnje električne energije. Smanjenje
napona za 10 % izaziva povećanje gubitaka električne energije za više od 20 %. Pri tome se dodatno
pogoršavaju procesi regulacije tehnološkog procesa, pošto pojedine faze tog procesa nemaju
jednako trajanje. Tehnološki proces elektrolize aluminijuma i drugih lakih metala, zahteva
održavanje konstantnog intenziteta struje. Kolebanje napona direktno izaziva i kolebanje struje, što
dovodi do smetnji u proizvodnom procesu, smanjenja kvaliteta proizvoda, pa čak i do prekida procesa proizvodnje. Dugotrajno smanjenje napona povećava potrošnju energije, smanjuje produktivnost elektrolitskih kada i povećava troškove proizvodnje. Na primer, pad napona za oko 9 %
smanjuje produktivnost elektrolitskih kada za oko 15 %.
Iz svega rečenog može se zaključiti da se pogoršanje kvaliteta električne energije, naročito
u pogledu pokazatelja vezanih za napon, odražava kroz:
•
•
•
•
•
povećanje aktivne snage i utroška energije za jedinicu proizvoda;
povećanje potrebne reaktivne snage u postrojenjima;
smanjenje količine i kvaliteta proizvoda;
povećanje utroška goriva i materijala u proizvodnji;
izazivanje raznih smetnji u tehnološkim procesima;
16
• povećanje učestanosti ispada proizvodnih sredstava;
• sniženje funkcionalnosti elektroenergetskih postrojenja itd.
U propisima se specifikuju granične tolerantne vrednosti pojedinih od napred definisanih
naponskih pokazatelja kvaliteta. Tako recimo, na priključcima uređaja osvetljenja dopuštena
trajna odstupanja napona su u opsegu od −2,5 % do +5 % od nazivnog napona. U slučaju
električnih motora, ta dopuštena odstupanja su od −5 % do +10 %, a za ostale potrošače električne energije na niskom naponu ±5 %.
U distributivnim mrežama dozvoljeni padovi napona usklađuju se sa dopuštenim odstupanjima na priključcima potrošača, dok su u prenosnim mrežama ona obično u opsegu ±10 % (u
suštini, gornja granica napona u prenosnim mrežama određuje se izolacionim nivoom korišćene
opreme, a donja granicom naponske stabilnosti).
Tehnički komitet Saveta industrije informacionih tehnologija ("Information Technology
Industry Council", ranije poznat kao CBEMA − "Computer and Business Equipment Manufacturers Association") predložio je krivu, datu na slici, koja daje veličinu i trajanje tolerancija
odstupanja napona za sve tipove opreme, na osnovu koje je formirana i detaljnija kriva prikazana
na narednoj slici. Te krive se široko koristi u industriji kod provere performansi isporučene
električne energije i za određivanje dozvoljenih tolerancija odstupanja napona za osetljive
električne aparate i uređaje.
CBEMA kriva
17
ITIC kriva
Kratkotrajni poremećaji - definicija i specifikacija zahteva sistema
Propad napona je kratkotrajno smanjenje efektivne vrednosti napona. Opisuje se trajanjem
poremećaja i zaostalim naponom - tj. vrednošću napona u toku poremećaja i to najčešće u obliku
procentualne vrednosti u odnosu na nominalnu vrednost napona. Tako se npr. kaže da se ima propad
napona na 20%, čime se misli da je napon redukovan na 20 % nominalne vrednosti. Izraze tipa
propadi napona od 20% bi trebalo izbegavati jer može doći do nesporazuma, da se misli da je
zaostala vrednost napona 80%. Neko smanjenje napona se smatra propadom napona ako je
efektivna vrednost napona smanjena na vrednost između 10% i 90 % nominalne efektivne vrednosti
napona po IEEE standardima ili između 1% i 90% nominalne vrednosti po IEC standardima.
Smanjenje vrednosti napona ispod 10%, odnosno 1%, se smatra kratkotrajnim prekidom napajanja a
smanjenje vrednosti napona na vrednost veću od 90% se ne smatra poremećajem već normalnim
radnim stanjem.
U evropskoj literaturi se propad napona zove voltage dip, dok se u američkoj koristi termin
voltage sag. Do terminološke nedoumice može još doći jer se u evropskoj literaturi terminom
voltage sag nazivaju duže redukcije vrednosti napona, najčešće preduzete od strane isporučioca u
cilju smanjenja opterećenja sistema u trenutku maksimalne potražnje ili zbog slabosti sistema.
Što se tiče trajanja propada napona ni tu ne postoji terminološka usaglašenost. Tipično se
uzima da se ima propad napona ako mu je trajanje od ½ periode osnovne frekvencije do jednog
minuta. Svi poremećaji duži od jedne minute se nazivaju podnaponima (undervoltage) a kraći od ½
periode se zovu tranzijentima. Vrši se još, kao što je ranije napomenuto, podela propada napona po
dužini trajanja na vrlo kratke (instantaneous) u trajanju od 0,5-30 perioda mrežne frekvencije,
kratke (momentary) u trajanju od 30 perioda do 3 sekunde i privremene (temporary) u trajanju od 3
sekunde do jedne minute.
18
U skladu sa definicijom propada napona kratkotrajni prekidi napajanja se definišu kao
smanjenja efektivne vrednosti napona na niže od 10% i to u trajanju od ½ periode mrežnog napona
do jedne minute ili do 3 minuta kako je to definisano u evropskom standardu EN 50160.
Strana i domaća literatura definišu još pojmove: voltage swell – pojam analogan pojmu
voltage dip koji označava kratkotrajna povišenja efektivne vrednosti napona iznad 1.1 pu u trajanju
od pola periode mrežne frekvencije do jedne minute.
Ilustracija propada napona
19
Ilustracija skoka napona
20
Prikaz kratkotrajnog prekida napona
Propadi napona mogu biti jednofazni, dvofazni ili trofazni, tj. simetrični ili nesimetrični, u
zavisnosti od toga kako je došlo do njihovog nastanka (jednofazni ili trofazni kvar npr.). Sem toga
prilikom propada napona može doći i do promene faznog ugla između određenih faza. U skladu sa
tim, propadi napona su podeljeni u sedam grupa, tipova, u zavisnosti od toga u koliko faza je došlo
do propada napona i na koji način. Kompleksni izrazi za ovih sedam tipova propada su prikazani u
tabeli.
Ovakva klasifikacija propada napona se često koristi pri testiranju opreme na ovu vrstu
naponskog poremećaja. Propadi napona te kratkotrajni prekidi napajanja mogu biti jednako pogubni
kao i dugotrajni prekidi napajanja. Motorni pogoni, uključujući pogone sa promenljivom brzinom
(Variable Speed Drives) su posebno osetljivi na ove poremećaje jer opterećenje traži energiju za
nastavak procesa a ona više nije dostupna, izuzevši energiju usled inercije samog sistema. U
proizvodnim procesima gde nekoliko pogona radi uporedo u sinhronizmu, zaštitno kontrolna
aparatura može isključiti jednog od njih i to zbog smanjenja napona na određenu vrednost a da
druge jedinice čak i ostanu uključene, što dovodi do gubitka kontrole nad procesom.
Upravljačka i oprema za obradu podataka su takođe vrlo osetljive na ove poremećaje usled
kojih može doći do gubljenja podataka. Postoje dva glavna uzroka propada napona a to su promene
nekog većeg opterećenja i kvar u mreži koji se isključuje nakon određenog vremena.
Prilikom pokretanja velikih potrošača, kao što su veliki pogoni, struja pokretanja može biti
nekoliko puta veća od nominalne vrednosti. Obzirom da su mreža i instalacije projektovane za
normalne radne uslove, ovako visoke početne struje uzrokuju pad napona i u instalacijama
potrošača koji ih je proizveo i u mreži na koju je potrošač priključen.
Veličina ovog pada napona u mreži zavisi od krutosti mreže, tj. od toga koja je vrednost
impedanse mreže gledano iz aspekta priključka instalacija. Propadi napona uzrokovani na ovaj
način su manjeg intenziteta i dužeg trajanja u poređenju sa onim koji nastaju usled kvarova na
mreži. Njihovo trajanje je od nekoliko sekundi do jednog minuta te se oni mogu smatrati primerom
privremenog propada napona (temporary voltage dips). U samim instalacijama problem se može
rešiti smanjenjem vrednosti impedanse od uređaja čije pokretanje može dovesti do propada napona
do mesta priključka.
21
Veliki potršači bi se trebali direktno povezivati na mesto priključka ili na napojni
transformator. Ako problem nastaje usled visoke vrednosti mrežne impedanse (slaba mreža)
problem je dosta teže rešiti. Jedno rešenje je da se uređaji koji dovode do pomenutog problema, ako
za to postoji tehnička mogućnost, pokreću preko uređaja za meki polazak (soft-starteri) koji
ograničavaju struju pokretanja na niže vrednosti čime polazak znatno duže traje ali sa manjim
strujama. Međutim, ne dozvoljavaju svi pogoni ovakvo pokretanje. U tom slučaju se rešenje mora
tražiti na drugi način. Drugo rešenje je da se od isporučioca traži niža impedansa mreže, tj. veća
krutost mreže. Ovo rešenje može biti jako skupo u zavisnosti od topologije mreže i lokalne
geografije područja gdje se potrošač nalazi. Ako ni jedan od ovih načina nije pogodan postoji čitava
paleta posebne opreme za kontrolu propada napona krenuvši od tradicionalnih servokontrolisanih
mehaničkih stabilizatora napona do modernih elektronskih uređaja za stabilizaciju (dynamic voltage
restorers).
Karakter propada napona usled kratkog spoja na jednom mjestu u mreži zavisi od
topologije mreže i relativnih impedansi kvara, opterećenja i izvora. Na slici se nalazi primjer mreže
i kvarova koji uzrokuju propade napona u drugim delovima mreže. Tako kvar u tački F3 dovodi do
propada na 0% na opterećenju 3, na 64% na opterećenju 2 i na 98% na opterećenju 1. Sa druge
strane kvar u tački F1 dovodi do propada napona (tj. do kratkotrajnog prekida napajanja) na 0% na
opterećenju 1 i do propada na 50% na svim ostalim opterećenjima. Potrošači priključeni na Nivo 3
imaju mnogo veću verovatnoću da pretrpe propad napona nego potrošači na Nivou 1 zbog toga što
postoji mnogo više mogućih mesta kvara koji utiču na njih. Kvar na Nivou 1 ima mnogo veći uticaj
22
na opterećenja na Nivou 3 nego što kvar na nivou 3 ima na potrošače na nivou 1. U principu važi
pravilo da što je potrošač bliži izvoru propadi napona će biti ređi i manjeg intenziteta.
Trajanje propada napona zavisi od vremena potrebnog zaštitnoj opremi da otkrije i isključi
kvar i najčešće je reda nekoliko stotina milisekundi. Kako kvarovi mogu biti prolazni, kao što je
slučaj kada grana sa drveta padne na vod, može se desiti da odmah nakon isključenja dođe do
nestanka uzroka kvara. Ako nema automatskog ponovnog uključenja (APU) onda će svi potrošači
na tom pravcu napajanja ostati bez napajanja sve dok se vod ne proveri i ponovo uključi. APU
(autoreclosers) sistemi ovdje mogu biti od velike pomoći ali takođe mogu dovesti do povećanja
broja propada napona. Naime, ubrzo (za manje od jedne sekunde) nakon što je zaštitna oprema
isključila vod, APU pokušava da ga ponovo uključi. Ako je došlo do nestanka uzroka kvara ovo
uspeva te se napajanje ponovo uspostavlja. Ovom prilikom su opterećenja na kolu sa kvarom
doživila propad napona od 100% ( u stvari doživila su kratkotrajni prekid napajanja ) u periodu
između isključenja i ponovnog uključenja, dok su ostali potrošači na mreži doživeli propad napona
čiji intenzitet zavisi od međusobne elektične udaljenosti izvora, mesta kvara i mesta u kome se meri
propad. Međutim ako se nakon prvog ponovnog uključenja ponovo uspostavi struja kvara, zaštita će
opet delovati i dovesti do ponovnog isključenja.
Opisani proces se može ponoviti nekoliko puta zaredom u zavisnosti od toga kako je
podešen program rada APU-a. Svaki put kada APU uključi vod pod kvarom dolazi do novog
propada napona koji mogu osetiti svi potrošači na mreži. Kada se obračunava efikasnost isporučioca
električne energije, što je vrlo važna karakteristika u deregulisanim tržištima električne energije, u
nekim zemljama poput Velike Britanije se kao jedini parametar uzima prosečno vreme bez
napajanja za jednog prosečnog potrošača u toku godine. U ovo obračunato vreme se ne ubrajaju
kratkotrajni prekidi napajanja (ispod jedne minute). Ovakva praksa je dovela do široko
rasprostranjene upotrebe APU sistema jer oni podižu ovako obračunatu efikasnost. Tako je danas u
razvijenim zemljama raspoloživost mreža 99.99% i više (npr. neke javne distributivne mreže u
Japanu imaju raspoloživost od 99.999% što je ekvivalentno prosečnom godišnjem vremenu bez
napajanja od 5 minuta). Međutim, kao što je pokazano, APU povećava broj propada napona u mreži
pa se može reći da se njime postiže povećanje raspoloživosti sistema napajanja na uštrb kvaliteta
električne energije.
U današnje vreme računari su od izuzetnog značaja u svim delatnostima, bilo da su to
radne stanice, mrežni serveri ili računari u sklopu kontrole procesa proizvodnje. Nezaobilazni su u
23
procesu obrade podataka i u digitalnim komunikacijama. Uvođenje računarske opreme u privredu je
i dovelo do naglašavanja problema koji se imaju usled propada napona (ali i mnogih drugih pitanja
kvaliteta električne energije). Propadi napona kao i kratkotrajni prekidi napajanja mogu dovesti do
značajnih problema u radu ove opreme. Vrlo lako dolazi do gubljenja važnih podataka, zastoja u
komunikaciji i obustave radnog procesa.
Kao rezultat istraživanja uticaja propada napona na računarsku opremu nastala je ranije
prikazana Computers and Business Equipment Manufacturers Association (CBEMA) kriva koja
daje dozvoljene vrednosti poremećaja napona u odnosu na njihovo trajanje, odnosno modifikovana
tzv. Information Technology Industry Council (ITIC) kriva.
Ove krive su tako urađene da je trajanje poremećaja nanešeno na apscisi a dozvoljena
vrednost napona u toku poremećaja je nanešena na ordinati. To je kriva izvan koje napon ne bi smeo
da izlazi u toku poremećaja da ne bi došlo do poremećaja u radu računarske opreme. Što se tiče
propada napona od interesa je donja linija na crtežu. Prilikom projektovanja opreme proizvođači su
dužni da ispoštuju uslove koji se traže na osnovu ove krive, tj. potrebno je da njihova oprema radi
ispravno u dozvoljenim granicama napona, i oni to najčešće i čine. Problem nastaje u mreži jer
propadi napona jako često izlaze iz željenih granica.
Napajanja elektronske opreme kao što su računarski sistemi ili programabilni logički
kontroleri u sebi imaju kondenzator (reservoir) koji služi da ispravi naponske pikove nastale
ispravljanjem naizmeničnog napona. Pomenuti kondenzator u sebi sadrži određenu količinu energije
koja može poslužiti da se u slučaju manjka energije iz mreže rad opreme nastavi u određenom,
kratkom vremenskom periodu. Zbog toga su ovakva kola sama po sebi donekle otporna na kraće
propade napona. Što je veći ovaj kondenzator veća će biti i otpornost na propade napona, jer će se
imati više energije za nastavak rada u slučaju njenog kratkotrajnog deficita iz mreže. Zbog uštede u
materijalu projektanti teže smanjenju veličine ovog kondenzatora na veličinu koja zadovoljava
uslove koje traži pomenuti standard. Da bi se bez problema prošlo kroz kratkotrajni prekid
napajanja u trajanju od jedne periode napona za to bi bio potreban barem duplo veći kondenzator od
onih koji se inače ugrađuju, i barem 100 puta veći za slučaj prekida napajanja od jedne sekunde.
Proizvođači opreme ovo neće uraditi jer kod potrošača ne postoji svest da se to može rešiti na
pomenuti način i oni probleme nastale usled ovih naponskih poremećaja pripisuju isporučiocu. Bez
obzira što bi proizvođači opreme morali snositi povećane troškove takvog poboljšanog napajanja
činjenica je da su ti troškovi nesrazmerno manji od troškova koje bi imao isporučilac na
intervencijama na mreži u cilju svođenja propada napona u granice propisane pomenutim krivama.
Motorni pogoni sa promenljivom brzinom (Variable Speed Drives) mogu pretrpeti znatna
oštećenja usled propada napona i najčešće su opremljeni podnaponskom zaštitom koja ih isključuje
ako napon padne ispod 70 do 85% nominalne vrednosti napona. Ustanovljeno je da su ovakvi
pogoni jako osetljivi na propade napona što nekad predstavlja značajan ekonomski faktor, pogotovo
u slučaju kontinualnih procesa. Asinhroni motori poseduju izvesnu mehaničku inerciju tako da
donekle mogu pomoći prilikom prolaska kroz kraći propad napona i to na račun energije
akumulisane u obrtnim masama. Ova izgubljena energija, koja se ogleda u smanjenoj brzini
obrtanja, se nakon ponovnog uspostavljanja napona na svoju normalnu vrednost mora regenerisati
da bi motor ponovo ubrzao. Ako je se brzina smanjila na 95% svoje normalne radne vrednosti
motor će iz mreže povući struju čija će vrednost biti skoro jednaka vrednosti pune polazne struje.
Obzirom da će svi motori u pogonu početi ubrzavati zbir ovih struja može biti veliki i dovesti do
velikih problema.
Kakav će biti odziv motornog pogona sa promenljivom brzinom na propad napona dosta
zavisi od tipa propada u smislu da li je jednofazni, dvofazni ili trofazni. Kao što je već pomenuto
postoji sedam tipova propada napona označenih od A do G. Ovi tipovi su u stvari dobijeni na
osnovu različitih vrsta kvarova koji uzrokuju propad, kao i na osnovu potrebe za konzistentnošću
usled osobine transformatorskih sprega da menjaju fazne uglove (jedan tip propada pre
24
transformatora određene sprege daje drugi tip propada posle transformatora). Ispitivanja su pokazala
da većina propada napona ima zaostali napon veći od 70% i sa trajanjem kraćim od 300ms. Usled
ove činjenice većina proizvođača ovih motornih pogona se usmjerila ka tome da se pogoni učine
izdržljivi barem na ovakve poremećaje. Svi ovi pogoni se sastoje od neke vrste ispravljača (npr.
diodni ispravljač), jednosmerne veze sa kondenzatorom za ispravljanje naponskih pikova i neke
vrste invertora (najbolje rešenje su PWM kontrolisani naponski invertori). Rešenje za propade
napona se traži baš u izboru odgovarajućih elemenata ovog sistema koji će bez posledica prolaziti
(ride-through) kroz ove poremećaje. Može se reći da je tržište motornih pogona sa promenljivom
brzinom jedino u kome se počinju pojavljivati ovakva rješenja za minimizaciju posledica propada
napona.
Zaštitni releji i kontaktori su takođe osetljivi na propade napona i često mogu biti najslabija
karika u sistemu. Ustanovljeno je da neki uređaji mogu reagovati čak i ako je nivo napona u toku
propada veći nego što je podešeni napon reagovanja u stacionarnom stanju. Otpornost kontaktora na
ovakve poremećaje ne zavisi samo od trajanja i “dubine” propada već i od trenutne vrednosti
napona u momentu kada dođe do propada napona. Ova otpornost je manja ako se propad napona
desi na vrhu talasa (pri maksimalnoj trenutnoj vrednosti napona) nego kada je trenutna vrednost
napona blizu nule.
Natrijumskim lampama je potreban mnogo veći napon paljenja kada su zagrejane nego
kada su hladne, te se zbog toga može desiti da nakon propada napona ili kratkotrajnog prekida
napajanja lampa ne može ponovo uključiti sve dok se ne ohladi. Veličina propada koji će isključiti
lampu zavisi najviše od starosti lampe i za novu lampu se kreće oko 55% nominalne vrednosti
napona dok se sa starošću lampe ova vrednost napona povećava.
Većina sistema posjeduje jedan ili više navedenih elemenata i zbog toga će pretrpeti
probleme ako dođe do propada napona. Da bi se ublažili ili otklonili problemi koji nastaju usled
propada napona najjeftinije je delovati prilikom proizvodnje tj. projektovanja kritičnih proizvoda računarske opreme i motornih pogona. Sumarno, ti su troškovi viši ako se ove mere sprovode kada
se radi sa opremom koja nema ovakve karakteristike što je izuzev nekih primera kod motornih
pogona gotovo uvek slučaj. Tu imamo razne slučajeve ubacivanja na red sa napajanjem aparature
koja će minimizirati probleme propada napona kao što su npr. Dynamic Voltage Restorers ili UPS
jedinice. Naravno, daleko najskuplje bi bilo projektovati mrežu tako da su propadi napona takvi da
ne mogu ugrožavati ispravan rad kritične opreme.
Kao što je već pomenuto verovatnoća da dođe do propada napona i njegove karakteristike
zavise najviše od karakteristika mreže sa koje se napaja. Ne postoje statistički podaci o verovatnoći
propada napona za svaku lokaciju posebno te je pri izboru mesta za priključenje na mrežu teško
pravilno odrediti podobnu lokaciju ukoliko imamo osetljive potrošače ili osetljiv proizvodni proces.
Opšti zaključak je da potrošači koji su bliži jednom ili više izvora napajanja i koji su priključeni
srednjenaponskim podzemnim kablom, a ne dugim nadzemnim vodom, imaju manju verovatnoću
da pretrpe propad napona a očekivani propadi napona su kraćeg trajanja i sa većim zaostalim
naponom. Međutim takva konstatacija je opšteg, informativnog karaktera i teško ju je
kvantifikovati. Istraživanja su pokazivala da su trajanja propada napona u realnoj mreži dosta duža
od onih koje preporučuju ITIC ili ANSI krive. Na slici je prikazan jedan ne tako redak propad
napona. Na istoj slici je prikazana i ITIC kriva radi boljeg poređenja. Jasno se vidi da IT oprema
mora da bude stotinjak puta "bolja" u napred navedenom smislu da bi odgovorila izazovu propada
napona u stvarnim mrežama. Na slici je takođe ucrtana takva, potrebna, karakteristika IT opreme
koja bi bez problema podnela prikazani propad napona. Slobodno se može reći da takva IT oprema
ne postoji.
IT oprema ima veoma važnu ulogu u modernom poslovnom svetu. Zbog toga se ne sme
dozvoliti da iznenadan propad napona u mreži dovede do gubitaka podataka, zastoja u transferu
novca ili do pogrešnog proračuna u nekoj od kritičnih aplikacija.
25
Pomenuti nedostatak IT opreme je rešen dodatnom opremom koja deluje u slučaju potrebe
korekcije napona. To su razne varijante UPS uređaja i one su rešenje kako za dublje propade napona
tako i za kratkotrajne prekide napajanja. Većina ovih uređaja u sebi sadrži samo toliko energije da
se u slučaju prekida napajanja započeti proces u računaru može dovršiti i da se mogu spasiti podaci.
Postoje i rešenja za duži rad, naravno sa većom cenom. Često se koriste kao pomoćno napajanje dok
se ne startuju drugi pomoćni izvori (razne vrste obrtnih generatora na pogon benzinom, dizel
gorivom ili gasom - agregati), jer ovi imaju značajno vreme pokretanja. Za pliće propade napona,
gde zaostali napon ima značajnu vrednost postoji nekoliko različitih tehnologija koje omogućavaju
opremi da nastave sa radom.
Kratkotrajni prekidi retko utiču na distributivnu opremu. Može se dogoditi pogrešno
reagovanje prekidača ili prebacivanje na pomoćne izvore napajanja.
Osvteljenje je uglavnom otporno na ovakve vrste poremećaja. Trenutni prekidi će izazvati
treperenje, a privremeni prekidi će prouzrokovati isključivanje sijalica, ali to ih neće oštetiti (osim
ako prekid nije praćen tranzijentima). Jedini veći problem je što je za restartovanje izvora sa
električnim pražnjenjem potrebno i po nekoliko minuta, što u nekim situacijama može biti
neugodno ili izazvati paniku (veliki sportski događaji, koncerti, osvetljenje puteva i tunela ...).
REKAPITULACIJA
Dugotrajna odstupanja napona
Ove promene obuhvataju sva odstupanja napona od nominalne vrednosti koja traju duže
od 1 minuta. Dele se na podnapone, prenapone i dugotrajne prekide.
Podnaponi
Definišu se kao smanjenje efektivne vrednosti napona na manje od 0.9 nominalne
vrednosti, u trajanju dužem od 1 minuta, pri nominalnoj frekvenciji.
Uzroci
− neadekvatna naponska regulacija;
26
−
−
−
−
pogrešno biranje otcepa regulacionih transformatora,
puštanje u rad velikih motora
isključenje kondenzatorskih baterija
povećanje opterećenja u mreži
Prenaponi
Definišu se kao povećanje efektivne vrednosti napona na više od 1.1 nominalne vrednosti,
u trajanju dužem od 1 minuta, pri nominalnoj frekvenciji.
Uzroci
− neadekvatna naponska regulacija;
transformatora
− uključenje kondenzatorskih baterija
− smanjenje opterećenja u mreži
pogrešno
biranje
otcepa
regulacionih
Prouzrokuju dodatno naprezanje i brže starenje izolacije.
Podnaponi i prenaponi nisu rezultat kvarova u mreži, ali su prouzrokovani varijacijama
opterećenja i uključenjem i isključenjem nekih elemenata.
Dugotrajni prekidi
Definišu se kao situacije kada je napon nula u vremenskom periodu dužem od 1 minuta.
Dugotrajni prekidi su najčšće postojani i obično zahtevaju manuelne intervencije da bi se otklonio
kvar. Nastaju usled istih uzroka kao i kratkotrajni prekidi. Dužina trajanja prekida zavisi od težine
kvara. Dugotrajni prekidi će izazvati ispade električnih uređaja priključenih na mrežu.
Kratkotrajna odstupanja napona
Ova odstupanja traju manje od 1 minuta. Dele se na propade napona, skokove napona i
kratkotrajne prekide.
Propadi napona
Definišu se kao smanjenje efektivne vrednosti napona na 0.1–0.9 nominalne vrednosti, u
trajanju od polovine periode do 1 minuta, pri nominalnoj frekvenciji.
Naponski propadi predstavljaju najveći deo svih poremećaja u kvalitetu električne
energije-oko 60%. Prema vremenu trajanja, dele se na: trenutne, kratkotrajne i privremene
propade.
Uzroci
− lokalni i udaljeni kvarovi u mreži–od udaljenosti kvara zavisi intenzitet propada
− puštanje u rad velikih motora
− isključenje kondenzatorskih baterija
27
− naglo povećanje opterećenja u mreži
Naponski propadi ugrožavaju osetljive elektronske uređaje, a ako napon padne na ispod
20% od nominalne vrednosti mnogi prijemnici će prestati sa radom.
Skokovi napona
Definišu se kao povećanje efektivne vrednosti napona na 1.1–1.8 nominalne vrednosti, u
trajanju od polovine periode do 1 minuta, pri nominalnoj frekvenciji. Skokovi napona su najređi
problemi pri napajanju električnom energijom–predstavljaju samo 2–3 % svih poremećaja. Prema
vremenu trajanja, dele se na: trenutne, kratkotrajne i privremene skokove napona.
Uzroci
− jednofazani kratki spoj. Pri ovakvoj vrsti kvara, naponi faza koje nisu pogođene kvarom
se povisi na kratko vreme
− naglo isključenje velikih potrošača
− punjenje velikih kondenzatorskih baterija
Skokovi napona izazivaju povišen napon na prijemnicima pa samim tim mogu naneti štetu
pre svega elektronskim uređajima, zatim motorima, osvetljenju i dr. Veći skokovi napona, iako
kratko traju, vremenom ugrožavaju izolaciju provodnika, namotaja transformatora i motora, koji su
zato izloženi bržem starenju.
Kratkotrajni prekidi
Kratkotrajni prekidi predstavljaju smanjenje napona ili struje na manje od 0.1 nominalne
vrednosti, u trajanju do 1 minuta. Dele se na trenutne i privremene prekide. Trenutni prekidi traju
od polovine periode do 3s, a privremeni od 3s do 1 minuta. Trajanje kratkotrajnih prekida zavisi od
vremena reagovanja uređaja za relejnu zaštitu tj. od podešene vremenske pauze APU uređaja.
Uzroci
Prekidi se javljaju kao rezultat:
− prolaznih kvarova na energetskim vodovima.
− kvarova na distributivoj opremi i pripadajućim uređajima za zaštitu, nadzor i
upravljanje.
28
STANDARDI ZA POREMEĆAJE EFEKTIVNE VREDNOSTI NAPONA
Standard IEEE 1159
Ovaj standard je prikazan pomoću tabele. U prvoj koloni se nalaze vrste poremećaja efektivne
vrednosti (amplitude) napona koji se mogu javiti u elektroenergetskoj mreži, a u drugoj dozvoljeno
vreme trajanja tih poremećaja. Vremena su izražena u periodama oscilovanja napona kao i u
sekundama (minutima). U trećoj koloni su prikazane dozvoljne efektivne vrednosti napona za
pojedine poremećaje, date u p.u. (per unit) sistemu – kao osnova je uzeta nominalna vrednost
napona.
VRSTA POREME]AJA
TRAJANJE
EFEKTIVNA VREDNOST
NAPONA
(p.u.)
0.5–30 perioda
0.5–30 perioda
0.1–0.9
1.1–1.8
0.5 perioda – 3s
30 perioda – 3s
30 perioda – 3s
<0.1
0.1–0.9
1.1–1.8
3s – 1 min.
3s – 1 min.
3s – 1 min.
<0.1
0.1–0.9
1.1–1.8
> 1 min.
> 1 min.
> 1 min.
0.0
0.8–0.9
1.1–1.2
Kratkotrajni poremećaji
Trenutni
propad napona
skok napona
Kratkotrajni
prekid
propad napona
skok napona
Privremeni
prekid
propad napona
skok napona
Dugotrajni poremećaji
Dugotrajni prekid
Podnapon
Prenapon
Odredbe standarda IEEE 1159 za poremećaje efektivne vrednosti napona
29
Tranzijenti
Na slici je prikazana definicija naponskih poremećaja prema IEEE.
Prenapon
Skok napona
110%
RADNI NAPON
Zaseci/Tranzijenti
Amplituda
90%
Podnapon
Propad napona
10%
Kratkotrajni prekid
0.5 perioda
Privremeni prekid
3 sec
Dugotrajni prekid
1 min
Trajanje pojave
Definicija naponskih poremećaja korišćena u standardu
IEEE Std. 1159-1995
2.3.2.Standard IEEE 446
Daje preporuke u tretiranju distributivnih sistema u havarijskom stanju i u normalnom radnom
režimu. U okviru ovog standarda definisana je kriva tolerancije napona. Na apscisnoj osi su
prikazana vremena trajanja poremećaja napona, izražena u sekundama (ponekad i u periodama
naponskog talasa). Na ordinatnoj osi se nalaze efektivne vrednosti napona izražene u procentima
nominalne efektivne vrednosti napona. Prvobitno je (1977. godine) definisana CBEMA kriva
(Computer and Business Equipment Manufacturers Association) prikazana na slici 21, a kasnije je
(1996. godine) kao njena modifikacija nastala ITIC kriva (Information Technology Industry
Council) prikazana na slici 22. Jedna verzija ove krive je standardizovana u okviru ANSI, i kao
takva se nalazi u standardu IEEE 446.
30
Verzija ITIC krive, standardizovane u okviru ANSI; nalazi se i u standardu IEEE 446
31
STANDARD EN 50160 – EVROPSKI STANDARD ZA KARAKTERISTIKE NAPONA
Evropski standard EN 50160 opisuje električnu energiju kao proizvod, a samim tim razmatra i sve
njene nedostatke. Ovaj standard daje najvažnije karakteristike napona na potrošačkim priključcima
u javnoj niskonaponskoj i srednjenaponskoj mreži, pod normalnim radnim uslovima.
Standard EN 50160 propisuje ograničenja nekih poremećaja napona. Za svako od navedenih
odstupanja, data je vrednost koja ne sme biti prekoračena u 95% vremena iskorišćenog za merenje.
Merenja bi trebalo izvoditi u okviru određenog, prosečnog vremenskog prozora. Dužina ovog
prozora je 10 minuta za većinu ispitivanih poremećaja, pa je to razlog zbog kojeg veoma kratke
vremenske razmere nisu razmatrane u ovom standardu. U standardu su, za niskonaponsku mrežu,
navedene sledeće granice:
• Amplituda napona
U 95% svih prosečnih 10-to minutnih merenja tokom nedelju dana, napon bi trebalo da bude u
granicama ±10% od nominalne vrednosti.
Standard EN 50160 ne daje detaljno karakteristike za poremećaje efektivne vrednosti napona.
Većina pojava ovog tipa je samo spomenuta, ali su ipak navedene neke indikativne vrednosti za
njihove učestanosti pojavljivanja.
• Prag naponske amplitude
Amplituda napona obično ne prelazi ±5% nominalne vrednosti, ali promene do ±10% se mogu
dogoditi nekoliko puta u toku jednog dana.
• Naponski propad
Učestanost pojavljivanja je između nekoliko desetina i hiljadu propada godišnje. Trajanje je
uglavnom manje od 1s, a napon retko pada ispod 40% od nominalne vrednosti. Na pojedinim
mestima, propadi usled uključenja/isključenja opterećenja, nastaju veoma često.
• Kratkotrajni prekid
Nastupa između nekoliko desetina i nekoliko hiljada puta godišnje. U 70% slučajeva, trajanje je
manje od 1s.
• Dugotrajni prekid
Učestanost pojavljivanja može biti: od manje od 10 pa do 50 puta godišnje.
• Naponski skok
Skokovi napona, nastali usled kvarova (kratkih spojeva) negde u sistemu, obično po efektivnoj
vrednosti, ne prelaze 1.5kV.
• Tranzijentni prenapon
Pikovi obično ne prelaze 6kV.
Na slici je prikazana definicija naponskih poremećaja prema standardu EN 50160.
32
Tranzijentni
prenapon
Privremeni prenapon
(?) Prenapon
110%
RADNI NAPON
Amplituda
90%
(?)
(?) Poremećaj napona
Propad napona
1%
Kratkotrajni prekid
0.5 perioda
Dugotrajni prekid
1 min
3 min
Trajanje pojave
Slika 24. Definicija naponskih poremećaja korišćena u standardu EN 50160
33
Ovim standardom su takođe definisani:
Napon napajanja – električna vrednost napona na mestu predaje, merena u određenom trenutku,
tokom određenog vremenskog intervala.
Nazivni napon mreže Un – napon kojim se označava ili na osnovu kojeg se prepoznaje neka mreža,
i na koji se svode određene pogonske karakteristike mreže.
Dogovoreni napon napajanja Uc – dogovoreni napon napajanja u normalnom slučaju jednak je
nazivnom naponu mreže Un. Kada na osnovu dogovora između isporučioca električne energije i
potrošača napon na mestu predaje odstupa od nazivnog napona, radi se o dogovorenom
(utanačenom) naponu napajanja.
Niski napon (NN) –je distributivni napon čija nazivna efektivna vrednost iznosi najviše 1000 V.
Srednji napon (SN) - je distributivni napon čija je nazivna efektivna vrednost između 1kV i 35 kV.
Normalni pogonski uslovi – pogonsko stanje u nekoj distibutivnoj mreži pri kojem je pokrivena
potražnja za električnom energijom, pri kojem se normalno obavljaju uključenja i pri kojem se
smetnje otklanjaju pomoću automatskih zaštitnih elemenata, a da pri tome ne postoje vanredne
okolnosti usled spoljnih uticaja ili većih ograničenja u napajanju potrošača.
Niskonaponska mreža
Veličina napona napajanja
Nominalni napon Un za niskonaponske javne mreže:
- za trofazne mreže sa četiri provodnika Un = 230 V između faznih provodnika i nultog provodnika
- za trofazne mreže sa tri provodnika Un = 400 V između faznih provodnika
Spore promene napona
Pri normalnim pogonskim uslovima, bez uzimanja u obzir prekida napajanja, 95 % desetominutnih
srednjih efektivnih vrednosti napona napajanja svakog nedeljnog intervala (bilo kojeg) mora biti u
opsegu Un ± 10 %. Preostalih 5% desetominutnih srednjih efektivnih vrednosti napona napajanja
svakog nedeljnog intervala mora biti u opsegu Un +10 % / -15 % (tj. maksimalno 253 V i
minimalno 199,5 V).
Brze promene napona
Brze promene napona su uglavnom izazvane promenama tereta u postrojenjima potrošača ili
manipulacijom prekidačima u mreži. Pri normalnim pogonskim uslovima brza promena po pravilu
ne prelazi 5 % nazivnog napona.
Međutim, pod određenim okolnostima mogu se više puta dnevno pojaviti kratkotrajne brze promene
napona do 10 % Un.
Napomena: Promena napona koja dovodi do pada napona napajanja do 1 % Un smatra se prekidom
napajanja.
Propadi napona
Propadi napona nastaju pretežno zbog kvarova u postrojenjima potrošača ili u javnoj mreži. Propadi
napona praktično su nepredvidivi, izrazito slučajni događaji. Njihov godišnji broj je vrlo različit, i
zavisi od vrste distributivne mreže i od posmatrane tačke u mreži. Takođe, njihova raspodela u toku
godine je vrlo neravnomerna.
Očekivani godišnji broj propada napona može pri normalnim pogonskim uslovima biti od nekoliko
desetina do hiljadu. Većina propada napona kraća je od 1 s, a dubine propada manje su od 60 % Uc.
Međutim, pojedini propadi mogu biti dužeg trajanja i veće dubine propada. U nekim mrežama se
vrlo često, zbog uključenja velikih potrošača, mogu pojaviti propadi napona dubine između 10 % i
15 % Uc.
34
Kratki prekidi napona napajanja
Pri normalnim pogonskim uslovima kratki prekidi napona napajanja pojavljuju se sa učestanošću od
nekoliko desetina pa do nekoliko stotina godišnje.
Trajanje oko 70 % kratkih prekida napona mora biti kraće od jedne sekunde.
Dugi prekidi napona napajanja
Slučajni prekidi napajanja većinom su izazvani spoljašnjim događajima ili zahvatima, koje
isporučilac električne energije ne može sprečiti. S obzirom na velike razlike u vrstama postrojenja i
strukturama mreža u različitim državama i s obzirom na nepredvidive uticaje trećih strana i
vremenskih (ne)prilika, nije moguće navesti tipične vrednosti učestalosti i trajanja dugih prekida
napajanja.
Orijentacione vrednosti: u zavisnosti od mesta, može se pri normalnim pogonskim uslovima,
godišnje pojaviti od manje od 10 pa do 50 dugih prekida napona, trajanja preko tri minute.
Orijentacione vrednosti za prolazne prekide napajanja se ne navode jer se o tim prekidima potrošači
unapred obaveštavaju.
Povremeni previsoki naponi između faznih provodnika i zemlje
Povremeni previsoki napon (mrežne frekvencije) po pravilu se pojavljuje pri kvaru u javnoj mreži
ili u nekom postrojenju potrošača. On nestaje kad se smetnja otkloni ili isključi. Pri normalnim
pogonskim uslovima previsoki naponi mogu, zbog pomeranja zvezdišta trofaznog sistema, dostići i
linijske vrednosti napona.
Pod određenim okolnostima, kratak spoj na višenaponskoj strani transformatora može na
niskonaponskoj strani izazvati prenapon, sve dok postoji struja krarkog spoja.
Srednjenaponska mreža
Spore promene napona
Pri normalnim pogonskim uslovima, bez uzimanja u obzir prekida napajanja, 95 % desetominutnih
srednjih efektivnih vrednosti napona napajanja svakog nedeljnog intervala (bilo kojeg) mora biti u
opsegu Uc ± 10 %, odnosno Uc +10 % / -15 % u preostalih 5 % trajanja nedelje.
Brze promene napona
Brze promene napona su uglavnom izazvane promenama tereta u postrojenjima potrošača ili
manipulacijom prekidačima u mreži. Pri normalnim pogonskim uslovima brza promena po pravilu
ne prelazi 4 % dogovorenog napona Uc. Međutim, pod određenim okolnostima mogu se više puta
dnevno pojaviti kratkotrajne brze promene napona do 6 % Uc.
Fliker
Pri normalnim pogonskim uslovima dugotrajna jačina treperenja, izazvana promenama napona, ne
sme tokom bilo koje sedmice u godini prelaziti vrednost P1t = 1.
Propadi napona
Propadi napona nastaju pretežno zbog kvarova u postrojenjima potrošača ili u javnoj mreži. Njihov
godišnji broj je vrlo različit, i zavisi od vrste distributivne mreže i od posmatrane tačke u mreži.
Takođe, njihova raspodela u toku godine je vrlo neravnomerna.
- Očekivani godišnji broj propada napona može pri normalnim pogonskim uslovima biti od
nekoliko desetina do hiljadu. Većina propada napona kraća je od 1 s, a dubine propada manje su od
60 % Uc. Međutim, pojedini propadi mogu biti dužeg trajanja i veće dubine propada. U nekim
mrežama se vrlo često, zbog uključenja velikih potrošača, mogu pojaviti propadi napona dubine
između 10 % i 15 % Uc.
Kratki prekidi napona napajanja
35
Pri normalnim pogonskim uslovima kratki prekidi napona napajanja pojavljuju se sa učestanošću od
nekoliko desetina pa do nekoliko stotina godišnje.
Trajanje oko 70 % kratkih prekida napona mora biti kraće od jedne sekunde.
Dugi prekidi napona napajanja
Slučajni prekidi napajanja većinom su izazvani spoljašnjim događajima ili zahvatima, koje
isporučilac električne energije ne može sprečiti. S obzirom na velike razlike u vrstama postrojenja i
strukturama mreža u različitim državama i s obzirom na nepredvidive uticaje trećih strana i
vremenskih (ne)prilika, nije moguće navesti tipične vrednosti učestalosti i trajanja dugih prekida
napajanja.
Orijentacione vrednosti: u zavisnosti od mesta, može se pri normalnim pogonskim uslovima,
godišnje pojaviti od manje od 10 pa do 50 dugih prekida napona, trajanja preko tri minute.
Orijentacione vrednosti za prolazne prekide napajanja se ne navode jer se o tim prekidima potrošači
unapred obaveštavaju.
Povremeni previsoki naponi između faznih provodnika i zemlje
Povremeni previsoki napon (mrežne frekvencije) po pravilu se pojavljuje pri kvaru u javnoj mreži
ili u nekom postrojenju potrošača. On nestaje kad se smetnja otkloni ili isključi. Pri normalnim
pogonskim uslovima previsoki naponi mogu, zbog pomeranja zvezdišta trofaznog sistema, dostići i
linijske vrednosti napona. Pod određenim okolnostima, kratak spoj na višenaponskoj strani
transformatora može na niskonaponskoj strani izazvati prenapon, sve dok postoji struja krarkog
spoja. Previsoki naponi ovog tipa, po pravilu, ne prelaze vrednosti od 1,7·Uc . U mrežama sa
neuzemljenim zvezdištem ili sa kompenzacijom zemljospoja, previsoki napon po pravilu ne prelazi
2Uc .
NESIMETRIJA NAPONA
Pomeraj nulte tačke trofaznog sistema napona, koji karakteriše prisustvo napona nultog
redosleda u nesimetričnom sistemu fazora napona pojedinih faza. Definiše se kao procentualni
odnos napona nultog ( V0 ) i direktnog redosleda ( Vd ):
v0
=
V0
100
=
Vd
V R + VS + V T
V
100 ≈ 0 100 [%] ,
Vn
V R + aVS + a 2 V T
gde su V R , VS i V T fazori napona faza R, S i T, a = exp(j2π/3), a Vn = U n
vrednost nazivnog faznog napona uravnoteženog trofaznog sistema.
3 je efektivna
Nesimetrija trofaznog sistema napona definiše se kao procentualni odnos napona
inverznog ( Vi ) i direktnog redosleda ( Vd ):
Vi
=
vi =
100
Vd
V R + a 2 VS + aV T
V R + aVS + a 2 V T
100 ≈
Vi
100 [%] .
Vn
Pri normalnim pogonskim uslovima desetominutna srednja efetkivna vrednost inverzne
komponente napona ne sme, kod 95 % srednjih vrednosti svakog nedeljnog (sedmodnevnog)
intervala, prelaziti 2 % odgovarajuće direktne komponente. U mrežama na koje su priključeni
jednofazni ili dvofazni potrošači, pojavljuju se na trofaznim mestima predaje nesimetrije i do 3 %.
36
Norma EN 50160 sadrži samo vrednosti za inverznu komponentu, jer je samo ona važna za
analizu moguće smetnje aparatima priključenim na mrežu, pri čemu se analiziraju istovremeno i
amplitude i fazni stavovi.
Prikaz neuravnoteženog sistema napona
Glavni izvor neuravnoteženosti napona, koji su ispod 2%, su jednofazna opterećenja
trofaznih vodova. Može se javiti i kao rezultat pregorevanja osigurača jedne faze na trofaznoj
kondenzatorskoj bateriji. Teže neuravnoteženosti (veće od 5%) su prouzrokovane okolnostima na
svakoj pojedinačnoj fazi.
Ilustracija neuravnoteženosti na bazi odnosa nulte i inverzne komponente napona prema direktnoj
komponenti napona
37
SVETLOSNI FLIKER
Jedan od mnogih aspekata kvaliteta električne energije koji može imati uticaj na potrošače
je varijacija napona koja uzrokuje pojavu zvanu svetlosni fliker. Fluktuacije napona (flikeri) su
periodične varijacije anvelope napona ili serija nasumičnih promena napona, pri čemu se amplituda
nalazi u granicama od 0.9 do 1.1r.j. (prema ANSI standardu). Frekvencijski opseg flikera je od 0 do
25Hz. Termin fliker potiče od uticaja fluktuacije napona na izvore svetlosti, kada ljudsko oko
primećuje treperenje (flicker). Fluktuacije napona predstavljaju elektromagnetsku pojavu, dok je
treperenje (flicker) njihova nepoželjna posledica. Ipak, naponski fliker se u literaturi i standardima,
ustalio kao naziv koji opisuje ovu pojavu.
Svaki pad napona bilo da je uzrokovan kvarom ili uključenjem većeg potrošača u
(električnoj) blizini izvora svetla dovodi do njegovog primetnog slabljenja u vidu smanjenja
svetlosnog fluksa. Međutim nije svako smanjenje svetlosnog fluksa fliker. Svetlosni fliker se ima
onda kada se naponske promene dešavaju jedna za drugom, u sukscesiji, sa određenom
frekvencijom ponavljanja, te dovodi do iste takve sukscesivne promene svetlosnog fluksa, što, kako
su pokazala istraživanja stvara neprijatan osećaj i uznemirenost kod ljudi. Duži i intenzivniji flikeri
dovode do migrena (glavobolja), a kod epileptičara čak i do napada epilepsije.
Istraživanja su pokazala da ljudsko oko zapaža varijacije osvetljenja manje od 1%. Ova
osetljivost oka na varijacije osvetljenja zavisi od nivoa svetlosti tako da se pri slabijim osvetljenjima
ima manja a pri jačim osvetljenjima veća osetljivost. Usled toga će u uslovima normalnog
unutrašnjeg osveljenja svaka promena svetlosnog fluksa od 1%, uzrokovana iznenadnom
varijacijom napona, sigurno privući našu pažnju.
Ilustracija flikera
Jedna vrlo bitna fizička osobina oka je granica u opažanju veoma brzih događaja.
Mehanizam pretvaranja svjetlosnog signala u nervni impuls traje određen, konačan, vremenski
period, tako da mozak ima određenu vrstu mehanizma usrednjavanja koja "pegla" vremenski zastoj
38
između dva nervna impulsa, čineći da slika koju vidimo bude kontinualna a ne istrzana ili
iscepkana. To praktično znači da događaj koji bi se prikazao vrlo kratko između dva "procesiranja"
signala u mozgu ne bi bio opažen. Kao rezultat ovog automatskog usrednjavanja slike koje se
prikazuju jedna za drugom, velikom brzinom, se čine kao da su kontinualna radnja, što predstavlja
efekat na kome počiva filmska industrija. Pomenute praznine u opažanju, čije je trajanje oko 50ms
(1/20 sekunde), čine se popunjenim jer se na neki način vrši zadrška dobijenog signala dok ne dođe
novi i to sa pomenutim efektom usrednjavanja koji je ustvari interpolacija između novog i starog
signala iz oka. Između ostalih, to je i jedan od razloga izbora 50Hz-nog (tj 60Hz-nog) sistema
napajanja koji naše osvetljenje i TV napaja tako da su slike koje opažamo dovoljno brze da se ne
primeti njihova diskontinualnost.
Da bi se shvatio pojam svetlosnog flikera treba još pojasniti kako rade izvori svetlosti.
Različite vrste izvora (sa užarenom niti, fluo-cijevi, lučne lampe) imaju različito reagovanje na
varijaciju napona. Izvori svetla sa balastom poseduju određenu vrstu stabilizacije snage koju vuku iz
mreže pa su oni nešto manje osetljivi na varijacije napona. Izvori sa užarenom niti se ponašaju kao
otpornici, te je svetlosni fluks koji daju srazmeran kvadratu napona. Sem toga njihova otpornost
zavisi i od radne temperature. Ova poslednja pojava je značajna samo jedan vrlo kratak vremenski
period po uključenju, jer je termička inercija užarenog vlakna vrlo mala. Ovakav odnos između
napona i svetlosnog fluksa dovodi do toga da su svetlosni izvori sa užarenom niti najosetljiviji na
varijacije napona. Na slici se vidi kriva svetlosnog fluksa odmah po uključenju svjetlosnog izvora sa
užarenom niti u 60Hz-noj mreži.
Nakon kratkotrajnog zagrevanja od oko 70ms, što je potpuno neprimetno za ljudski vid,
svetlosni fluks dobija stalnu vrednost. Ipak, ovo nije konstantna već fluktuirajuća vrednost.
Frekvencija fluktuiranja je 120Hz, jer se maksimum svetlosnog fluksa ima i za maksimum i za
minimum napona, tj. dva puta u toku periode. Ipak ovakav fliker je potpuno neprimetan jer je suviše
brz da bi ga ljudsko oko moglo opaziti.
Svi napred pomenuti faktori zajedno određuju koja je verovatnoća da će dati nivo flikera
biti opažen. Naučnim istraživanjima na određenom uzorku ljudi određen je prag opažaja svetlosnog
flikera. Uzevši u obzir individualne razlike u opažanju ovaj prag se definiše kao nivo flikera koji
primeti bar 50% ispitanika. Dosta ovakvih ispitivanja je urađeno i na osnovu njih je dobijena jedna
standardna kriva koja opisuje prag opažaja svetlosnog flikera u odnosu na njegovu frekvenciju. U
tim ispitivanjima se došlo do zaključka da prag opažaja zavisi ne samo od frekvencije promene
svetlosnog fluksa već i od tipa promjene. Tako se ustanovilo da se stepenaste promene mogu opaziti
pri nižim vrednostima nego kontinualne promene, tj. stepenaste promene nivoa osvetljenosti imaju
39
niži prag opažaja i to pogotovo za niže frekvencije flikera kada se sa kontinualnim promenama oko
uspeva brže adaptirati.
Najniži prag opažaja se ima na frekvencijama od oko 8.8 Hz i sa tom frekvencijom se čak i
promene napona od 0.2% (samo 0.46V za 230V napajanje) mogu opaziti. Promene efektivne
vrednosti napona više frekvencije se nešto slabije opažaju usled termičke inercije užarene niti i
pomenutog procesa usrednjavanja koje se vrši u ljudskom mozgu.
Kao što je već rečeno pojedinačni događaji kao što su polasci motora ili pokretanja nekog
proizvodnog procesa stvaraju promene u naponu ali se ne mogu smatrati uzrokom svetlosnog flikera
iz razloga što su takve promene relativno retke ili ne toliko velike da stvaraju probleme sa
treperenjem svetala.
Uzroci flikera su velika opterećenja čija se vrednost periodično menja, tj. fluktuira, sa
frekvencijom ponavljanja u blizini maksimalne osetljivosti ljudskog oka, tj. oko 10 ciklusa u
sekundi. Klasičan primer ovakvog opterećenja su elektrolučne peći, kod kojih je slučajan karakter
promene struje opterećenja usled stohastičke prirode električnog luka. Ove promene struje, bez
obzira što su slučajnog karaktera sadrže znatne komponente koje fluktuiraju sa frekvencijom od 1
do 20 perioda u sekundi. Kakve će biti struje zavisi od mnogo slučajnih parametara, ali i od toga u
kom je stadijumu proces topljenja rude. Efektivna vrednost struje nije konstantna već se menja sa
frekvencijom od oko 8Hz (ima se osam pikova struje u sekundi). Očigledno je da će ovakva stuja
dovesti do deformacije napona, koji će takođe imati osam pikova u minuti. Bez obzira što promene
efektivne vrednosti napona neće biti tako izrazite kao promene efektivne vrednosti struje, one će
ipak biti više nego dovoljne da dovedu do svetlosnog flikera.
Elektrolučna peć locirana u urbanoj zoni, priključena na jaku distributivnu mrežu, stvaraće
flikere ukoliko je opterećenje reda 1MW ili više. Elektrolučne peći priključene na slabiju mrežu
mogu uzrokovati probleme i sa manjom snagom. Peći izuzetno velike snage mogu stvarati probleme
čak i ako je mreža jaka, pa je neophodna ugradnja opreme koja će nastale probleme ublažiti tj.
svesti ih na dozvoljeni minimum.
Drugi, doduše dosta blaži, ali zato za naše uslove češći problem jesu pilane sa
elektromotornim testerama. Ovi pogoni se sastoje od reznih ploča pogonjenih velikim asinhronim
motorima. Kako se komadi drveta dodaju u neravnomernim vremenskim intervalima, što dovodi do
40
naglog porasta struje opterećenja sa struje praznog hoda na nominalnu struju, može doći do
svetlosnog flikera u opsegu osetljivosti ljudskog oka. Kako se ovakvi pogoni nalaze najčešće u
seoskim područjima, često priključeni na niskonaponsku distributivnu mrežu, oni mogu postati
uzrok svetlosnog flikera u celoj oblasti. Na slici je prikazan naponski i strujni dijagram jednog
ovakvog potrošača.
Još jedan izvor svjetlosnog fluksa predstavljaju elektrolučni aparati za zavarivanje. Oni
takođe imaju struju nepravilnog oblika i to u nepravilnim vremenskim intervalima, što zavisi od
procesa varenja. Premda je ova struja dosta manja nego kod elektrolučnih peći, proces je sličan radi se struji električnog luka. Ovi aparati su dosta česti u zanatskim radnjama, koje su najčešće
priključene na niskonaponsku distributivnu mrežu zajedno sa ostalim potrošačima. To neminovno
dovodi do svetlosnog flikera u instalacijama potrošača kod koga se nalazi aparat. Ipak i drugi
potrošači na istom distributivnom niskonaponskom izvodu mogu osetiti neugodan fliker, naročito
ako su u blizini pomenutog potrošača. Ovaj problem je još izraženiji ako potrošači već imaju
problem sa niskim naponom usled neodgovarajućih preseka ili dužina vodova.
Ostrvski sistemi, napajani dizel generatorima relativno male snage, mogu stvarati svetlosni
fliker u procesu proizvodnje električne energije. Tako npr. usled loše regulacije dotoka goriva može
doći do varijacija efektivne vrednosti napona što može dovesti do svetlosnog flikera.
Moderne metode za merenje svetlosnog flikera su zasnovane na standardu IEC 868,
Flicermeter Functional and Design Specification, iz 1986 godine. Ovaj standard je definisao kakve
funkcije mora imati intrument koji će meriti fliker.
Blok dijagram ovog uređaja je prikazan na slici. Instrument prati naponski signal jedne
faze, koji se propušta kroz ispravljač, filtere i uslovna logička kola da bi se dobio signal koji je
proporcionalan efektivnoj vrednosti napona. Semplovanje se vrši 50 puta u sekundi. Ovaj signal se
dalje obrađuje tako što se odstranjuje osnovni nivo signala da bi ostale samo varijacije efektivne
vrednosti napona. Nakon toga se dobijeni signal propušta kroz red filtera koji treba da aproksimiraju
krivu praga opažaja flikera, kao što je kriva na slici koja odgovara standardu PSE 0600.4100.
41
Dozvoljene amplitude flikera u funkciji njegove frekvencije shodno standardu PSE 0600.4100
Izlazni, rezultantni signal iz ovog uređaja se naziva trenutna jačina flikera P, i ima vrednost
1.0 na pragu vidljivosti flikera, bez obzira na vrednost frekvencije flikera. Ovako dobijeni signal se
dalje može skladištiti za potrebe statističke obrade i analize kao što je npr. određivanje srednje
vrednosti. Ovaj standard ne definiše kakve statističke obrade treba izvršiti ali ostavlja takvu
mogućnost.
Međutim već 1991 IEC je izdao standard 868-0, Flickermeter part 0: Evaluation of flicker
severity, koji je definisao potrebne statističke analize, kao i kriterijume za maksimalno prihvatljivi
nivo flikera u sistemu 230V, 50Hz. U ovom dokumentu se opisuje statistička analiza zasnovana na
42
desetominutnom uzorku naponskog signala koji se koristi za izračunavanje parametra PST kratkotrajni indeks jačine svetlosnog flikera.
Ovaj indeks se izračunava kao kombinacija pet procentualnih vrijednosti, tj. vrijednost P
koja premašuje za 50%, 10%, 3%, 1% i 0.1% u toku tih 10 minuta.
PST = 0,0314 P0,1 + 0,0525 P1 + 0,065 P3 + 0,28 P10 + 0,08 P50
U ovom slučaju vrijednost PST od 1.0 predstavlja fliker koji za većini posmatrača
predstavlja neugodnost.
Ispod ovog nivoa može postojati fliker koji je primetan, ali bi trebalo da ne predstavlja
neprijatnost. U slučajevima kada je fliker promenljive vrijednosti, na dužem vremenskom planu, tj.
duže od pomenutih 10 minuta, odabiranje se može vršiti na dužem vremenskom intervalu. Iz takvog
merenja se izračunava parametar PLT - long term index, koji predstavlja kubnu srednju vrednost
više PST vrednosti.
Na ovaj način se povremeni intervali neugodnog flikera mogu kvantifikovati.
IEC je 1994 god. reorganizovao numeraciju svojih standarda, tako da se sada standardi o
flikerima nalaze u dokumentima IEC 61000-3 i 61000-4-15. U suštini standardi se nisu promenili,
već je samo promenjena numeracija u skladu sa novom praksom obeležavanja standarda.
IEEE ima dva standarda koja se bave flikerima, i to su IEEE 141 i IEEE 519, ali se i oni
kreću ka usvajanju pomenutih IEC standarda. Trenutno radne grupe IEEE i IEC rade zajedno na
stvaranju jedinstvenog standarda za sistem 120V, 60Hz.
Standard EN 50160
Treperenje (fliker) – vidom primetno treperenje izvora svetlosti uz vremensko kolebanje
gustine fluksa ili spektralne raspodele.
Jačina treperenja – intenzitet smetnji izazvanih svetlosnim treperenjem koji se po UIEIEC postupku za merenje treperenja ocenjuje i utvrđuje pomoću sledećih veličina:
− kratkotrajna jačina treperenja (Pst) merena u toku desetominutnog intervala (st- short
time)
− dugotrajna jačina treperenja (Plt) koja se na osnovu niza od 12 vrednosti Pst tokom
vremenskog intervala od 2 sata računa na osnovu obrazca:
Pri normalnim pogonskim uslovima dugotrajna jačina treperenja, izazvana promenama
napona, ne sme tokom bilo koje sedmice u godini prelaziti vrednost Plt = 1.
Napomena: Reakcija na treperenje je subjektivna i može biti veoma različita, što zavisi od
uzroka treperenja i od razdoblja u kojem dolazi do treperenja. U pojedinim slučajevima smetnje su
moguće već kod vrednosti Plt = 1, dok u drugim slučajevima smetnji nema ni pri velikim
vrednostima Plt.
43
• Harmonijsko izobličenje
U tabeli 18 su date vrednosti za harmonike napona do 25-og reda koje ne smeju biti prekoračene
tokom 95% vremena 10-to minutnih posmatranja izvršenih u toku jedne nedelje. Totalno
harmonijsko izobličenje ne sme preći 8% u 95% izvršenih merenja u toku nedelju dana.
Relativna vrednost
Relativna vrednost
Red harmonika naponskih harmonika Red harmonika naponskih harmonika
(%)
(%)
3
5.0
15
0.5
5
6.0
17
2.0
7
5.0
19
1.5
9
1.5
21
0.5
11
3.5
23
1.5
13
3.0
25
1.5
Tabela 18. Ograničenja za naponske harmonike prema standardu EN 50160
Navedena su dva nivoa harmonijskog izobličenja napona:
-nizak nivo izobličenja–obično u blizini velikih nelinearnih opterećenja sa malom
verovatnoćom izazivanja poremećajnih posledica.
-visok nivo izobličenja–ređe se sreće u mrežama, ali postoji veća verovatnoća izazivanja
poremećajnih posledica.
Vrednosti nivoa naponskih harmonika, dobijeni ispitivanjem koje je obavila organizacija CIGRE
(Conseil International des Grands Réseaux Electriques) su predstavljeni u tabeli 19. Očigledno je
da se vrednosti navedene u standardu EN 50160 u Evropi retko prekoračuju.
Red
harmonika
3
5
7
9
11
13
Relativna vrednost
naponskih harmonika
(%)
Nizak nivo Visok nivo
1.5
2.5
4.0
6.0
4.0
5.0
0.8
1.5
2.5
3.5
2.0
3.0
Red
harmonika
15
17
19
21
23
25
Relativna vrednost
naponskih harmonika
(%)
Nizak nivo Visok nivo
≤ 0.3
≤ 0.3
1.0
2.0
0.8
1.5
≤ 0.3
≤ 0.3
0.8
1.5
0.8
1.5
Tabela 19. Nivoi naponskih harmonika u Evropi
44
• Fluktuacije napona
U 95% dvosatnih merenja, vrednosti oštrine flikera, postignute u toku jedne nedelje, ne smeju
preći 1. Oštrina flikera je objektivna mera intenziteta treperenja svetlosti usled fluktuacija
napona.
• Neuravnoteženost napona
Posmatra se odnos inverzne i direktne komponente napona trofaznog sistema u 10-to minutnim
vremenskim prozorima. 95% izmerenih vrednosti u toku jedne nedelje ne sme prekoračiti 2%.
• Frekvencija
95% vrednosti, izmerenih u vremenskom prozoru od 10s, ne sme biti van opsega 49.5-50.5Hz.
• Signalni naponi
99% merenja u vremenskim prozorima od 3s, u toku jednog dana, ne sme preći 9% za
frekvencije do 500Hz, 5% za frekvencije između 1kHz i 10kHz, a donja granica za frekvencije
veće od 10kHz je 1%.
45
Download

Preuzmi fajl