ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROENERGETIKY A EKOLOGIE DIPLOMOVÁ PRÁCE Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu s ohledem na zpětné vlivy na napájecí síť Jan Koliha 2016

2 2

3 3

4 Abstrakt Tato diplomová práce řeší problematiku kvality napětí se zaměřením na flikr a posouzení připojitelnosti konkrétního odběratele k distribuční soustavě. Úvodem je rozebrána současná legislativní situace týkající se kvality napětí a sepsán výčet kvalitativních parametrů uvedených normami. Dále jsou analyzována měření provedená v průmyslovém závodě. Poté se práce věnuje posouzení připojitelnosti v závislosti na hodnotě míry vjemu flikru. V závěru jsou shrnuta možná technická řešení omezující zpětné vlivy a jejich vyhodnocení po ekonomické stránce. Klíčová slova Distribuční síť, kvalita napětí, zpětné vlivy, posouzení připojitelnosti, odporová svářečka, nápravná opatření. 4

5 Abstract This diploma thesis deals with the issue of power quality, focusing on flicker. It also addresses assessment of connectivity of particular subscriber to the power distribution grid. In the introductory part the current legal situation regarding the power quality is described and enumeration of qualitative parameters defined by standards is drafted. The analysis of measurements inside an industrial factory follows. Then, the connection assessment dependent on flicker rate is presented. Measures of flicker mitigation with technical-economic assessment are detailed in the conclusion. Key words Power distribution grid, power quality, retroactive effects, connection assessment, resistance welder, remedial measures. 5

6 Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně, s použitím odborné literatury a pramenů uvedených v seznamu, který je součástí této diplomové práce. Dále prohlašuji, že veškerý software, použitý při řešení této diplomové práce, je legální.... podpis V Plzni dne Jan Koliha 6

7 Poděkování Rád bych na tomto místě poděkoval doc. Ing. Miloslavě Tesařové Ph.D. za rady a připomínky k zpracování této práce. Dále bych rád poděkoval pánům Ing. Martinu Kašpírkovi Ph.D. a Ing. Davidu Šimáčkovi ze společnosti E.ON Česká Republika, s.r.o. za poskytnutí materiálů ke zpracování práce a odborné rady k dané problematice. 7

8 Obsah OBSAH... 8 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK... 9 ÚVOD KVALITA NAPĚTÍ LEGISLATIVA Energetický zákon Vyhláška 540/2005 Sb ČSN EN ed PPDS 2011 Příloha Podniková norma energetiky pro rozvod elektrické energie (PNE) PARAMETRY KVALITY NAPĚTÍ Průběžné jevy Napěťové jevy ANALÝZA ZPĚTNÝCH VLIVŮ KONKRÉTNÍHO ODBĚRATELE ÚVODNÍ INFORMACE MĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ POSOUZENÍ PŘIPOJITELNOSTI STAV PŘED NAVÝŠENÍM STUDIE PŘIPOJITELNOSTI Z HLEDISKA PŮSOBENÍ FLIKRU Etapa 1: Zjednodušené vyhodnocení rušivého kolísání napětí Etapa 2: Připojitelnost podle výpočtu rušivých vlivů Etapa 3: Připojování za mimořádných okolností OMEZENÍ ZPĚTNÝCH VLIVŮ NA NAPÁJECÍ SÍŤ POPIS PROBLÉMU MOŽNOSTI OMEZENÍ FLIKRU Dynamické napěťové stabilizátory ŘEŠENÍ KONKRÉTNÍ SITUACE Použití systému blokování Výstavba paralelního vedení Nový transformátor Aktivní kompenzační zařízení EKONOMICKÉ VYHODNOCENÍ ZÁVĚR POUŽITÉ ZDROJE PŘÍLOHY

9 Seznam symbolů a zkratek cos účiník (-) d úbytek napětí vyjádřený v poměrných jednotkách (p.j.) (-) dmax maximální povolený úbytek napětí vyjádřený v p.j. (-) DS změna zdánlivého výkonu (VA) E Pltvn příspěvek k dlouhodobé míře vjemu flikru jednoho odběratele (-) E Pstvn příspěvek ke krátkodobé míře vjemu flikru jednoho odběratele (-) f frekvence (Hz) G Pltvn mez příspěvku k dlouhodobé míře vjemu flikru (-) G Pstvn mez příspěvku ke krátkodobé míře vjemu flikru (-) F VN činitele soudobosti (-) '' I K velikost zkratového proudu (A) I str střední hodnota odebíraného proudu (A) Imax maximální hodnota proudu (A) l délka (m) LPltvn plánovací úroveň dlouhodobé míry vjemu flikru pro síť vn (-) LPltvvn plánovací úroveň dlouhodobé míry vjemu flikru pro síť vvn (-) LPstvn plánovací úroveň krátkodobé míry vjemu flikru pro síť vn (-) LPstvvn plánovací úroveň dlouhodobé míry vjemu flikru pro síť vvn (-) PF skutečný účiník (-) P k ztráty nakrátko ( v mědi ) (W) Plt dlouhodobá míra vjemu flikru (-) Pst krátkodobá míra vjemu flikru (-) Pstr střední hodnota odebíraného činného výkonu (W) Qstr střední hodnota odebíraného jalového výkonu (W) r četnost napěťových změn za minutu (n/min) R elektrický odpor (Ω) S zdánlivý výkon (VA) '' S K, Szkr zkratový výkon (VA) Smax maximální zdánlivý výkon (VA) THD celkový činitel harmonického zkreslení (%) THM přenosový koeficient pro přenos flikru ze sítě vvn do sítě vn (-) Tp doba trvání svařovacího impulsu (ms) u h2-25 harmonické napětí (%) u k napětí nakrátko (%) u u napěťová nesymetrie (%) U 1 napětí na primárním vinutí transformátoru (V) U 2 napětí na sekundárním vinutí transformátoru (V) U n jmenovitá hodnota napětí (V) U str střední hodnota napětí (V) X reaktance (Ω) Z impedance (Ω) U f velikost fázového úbytku napětí (V) I velikost proudového rázu (A) α exponent, který závisí na typu zdroje kolísání napětí (-) fázový posuv mezi napětím a proudem ( ) 9

10 CENELEC ČSN ČSN EN HDO nn, vn, vvn PNE PPDS Evropský výbor pro technickou normalizaci chráněné označení českých technických norem evropská norma převzatá do národního systému norem ČR hromadné dálkové ovládání hladina nízkého, vysokého, velmi vysokého napětí Podniková norma energetiky pro rozvod elektrické energie Pravidla provozování distribuční soustavy 10

11 Úvod Elektrická energie je v moderní společnosti nepostradatelnou komoditou a je tedy nutné, aby její parametry splňovaly určité kvalitativní meze. S rostoucím počtem napěťově citlivých elektronických prvků ve většině výrobních odvětví problematika kvality napětí nabírá na významu. Proto se již v dnešní době vyhodnocují zpětné vlivy odběratelů na napájecí síť a analyzuje se řada parametrů kvality napětí, pro které existují stanovené limity. Distributor se zavazuje tyto limity dodržovat a odběratel má povinnost v síti nezpůsobovat svou činností nepřípustné rušení. Cílem práce je rozebrat legislativní rámec problematiky kvality napětí a popsat jeho jednotlivé parametry. Následně realizovat měření u konkrétního odběratele a analyzovat výsledky těchto měření z hlediska působení zpětných vlivů. Z důvodu vznesení požadavku na navýšení rezervovaného příkonu poté provést studii připojitelnosti tohoto odběratele na síť. Závěrečným úkolem je návrh možných technických opatření pro omezení zpětných vlivů a jejich ekonomické zhodnocení. 11

12 1 Kvalita napětí Tato kapitola popisuje problematiku kvality napětí z hlediska české legislativy. Jsou v ní popsány jednotlivé parametry kvality s jejich stanovené limity a důsledky vyplývající z jejich nedodržování. (K zpracování této kapitoly byly použity informace ze zdrojů [1] až [10]) 1.1 Legislativa Energetický zákon Známý jako zákon č. 458/2000 Sb. o podmínkách podnikání a výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů vymezuje práva a povinnosti pro subjekty v energetických sektorech. Do těch řadíme plynárenství, teplárenství a elektroenergetiku. Zákon popisuje podmínky pro udělení licencí pro podnikání v těchto odvětvích a v 11 zmiňuje, že držitelé licencí musí dodržovat stanovené parametry kvality dodávek energií a služeb a v opačném případě poskytovat náhradu. V oblasti elektroenergetiky definuje účastníky trhu s elektřinou. Těmi jsou dle 22 výrobci elektřiny, provozovatel přenosové soustavy a distribučních soustav, operátor trhu, obchodníci s elektřinou a koncoví zákazníci. V 23 jsou upřesněna práva a povinnosti pro výrobce elektřiny. Ten smí připojit své zařízení k elektrizační soustavě, pokud splňuje podmínky připojení k dané soustavě (přenosové nebo distribuční) a obchodní podmínky uvedené v Pravidlech provozování distribuční/přenosové soustavy (viz 1.1.4). Tím získá možnost dodávat jím vyrobenou elektřinu ostatním účastníkům trhu, používat ji pro vlastní spotřebu a za stanovených podmínek poskytovat podpůrné služby. Může také přerušit nebo ukončit dodávku zákazníkovi, pokud je u něj zjištěn neoprávněný odběr elektřiny nebo neuhrazení nákladů spojených s podporovanými zdroji energie. Dále výrobce musí na své náklady zajistit připojení svého zařízení k dané soustavě, umožnit a uhradit instalaci měřícího zařízení provozovateli soustavy, na kterou je výrobna připojena. Zavazuje se řídit pokyny technického dispečinku provozovatele, dodávat informace nezbytné k dispečerskému řízení, dodržovat parametry kvality napětí, zaregistrovat se do 30 dnů od udělení licence u operátora trhu a vypracovat do 6 měsíců od udělení licence havarijní plán, který je nutné každý rok upřesňovat. 12

13 Následující paragraf se zabývá provozovatelem přenosové soustavy. Jeho hlavní úlohou je zajistit bezpečný a spolehlivý provoz, obnovu a rozvoj přenosové soustavy, má proto povinnost dodržovat parametry a zveřejňovat ukazatele kvality elektřiny a služeb. Zároveň zajišťuje propojení přenosových soustav a zajištění systémových služeb. V případě vzniku poruch, stavu nouze nebo při neoprávněném odběru elektřiny má právo účastníkům trhu omezit či přerušit v nezbytném rozsahu dodávku, přeshraniční výměnu nebo výrobu elektřiny, aby zachoval spolehlivý provoz přenosové soustavy a kvalitu dodávané elektrické energie. Po odstranění problémů je povinen dodávku v požadované kvalitě co nejdříve obnovit. Při plánovaných pracích na zařízení musí o započetí a ukončení přerušení dodávek informovat zákazníky nejméně 50 dní předem. V případě, že v rámci výstavby nebo práci na vedení dojde k majetkové újmě vlastníkovi pozemku nebo nemovitosti, má do 6 měsíců ode dne zjištění této skutečnosti nárok od provozovatele získat jednorázovou náhradu. 28 specifikuje povinnosti zákazníka provádět dostupná technická opatření pro zamezení ovlivňování kvality elektrické energie pro ostatní zákazníky. Poslední paragraf zabývající se kvalitou dodávané energie je 30, který obchodníkovi s elektřinou nařizuje dodržovat parametry kvality dodávek elektřiny služeb Vyhláška 540/2005 Sb. Tato vyhláška o kvalitě dodávek elektřiny a souvisejících služeb v elektroenergetice v 8 uvádí definici standardu kvality napětí tak, že je to distribuce elektřiny s odpovídajícími parametry velikosti a odchylky napájecího napětí a frekvence, které jsou v souladu s Pravidly provozování přenosové soustavy nebo distribučních soustav, případně s parametry napětí a frekvence sjednanými ve smlouvě mezi zákazníkem a provozovatelem distribuční soustavy. Na něj navazuje 9 - Standard lhůty pro vyřízení reklamace kvality napětí. Ten říká, že do 60 kalendářních dní ode dne doručení reklamace dodavatele služby nebo zákazníka provozovateli distribuční soustavy musí dojít k prověření oprávněnosti reklamace ze strany dodavatele a zákazník musí být o prověření v této lhůtě písemně vyrozuměn. Pokud je reklamace shledána jako oprávněná, je zákazník v dopise informován o způsobu a termínu odstranění příčiny snížené kvality napětí, jinak standard lhůty pro vyřízení reklamace na kvalitu napětí není dodržen. Za to poskytuje provozovatel zákazníkovi náhradu ve výši Kč za každý den prodlení, maximálně do částky Kč. 13

14 Následující paragraf řeší Standard lhůty pro odstranění příčin snížené kvality napětí. Tím je myšleno provedení potřebných opatření příslušným provozovatelem distribuční soustavy nezbytných k odstranění příčin snížené kvality napětí ve lhůtě: a) 30 kalendářních dnů ode dne odeslání písemného vyrozumění o reklamaci kvality napětí dodavateli služby nebo zákazníkovi s určením způsobu a termínu odstranění příčiny snížené kvality napětí, je-li příčina snížené kvality napětí odstranitelná jednoduchým provozním opatřením, například manipulací v zařízení distribuční soustavy b) 6 měsíců ode dne odeslání písemného vyrozumění o vyřízení reklamace kvality napětí dodavateli služby nebo zákazníkovi s určením způsobu a termínu odstranění příčiny snížené kvality napětí, je-li příčina snížené kvality napětí odstranitelná stavebně-technickým opatřením, k jehož provedení není třeba stavebního povolení podle stavebního zákona, a příčinu snížené kvality napětí nelze odstranit postupem podle písmene a) c) 24 měsíců ode dne odeslání písemného vyrozumění o vyřízení reklamace kvality napětí dodavateli sdružené služby nebo zákazníkovi s určením způsobu a termínu odstranění příčiny snížené kvality napětí, je-li příčina snížené kvality napětí odstranitelná stavebně-technickým opatřením, k jehož provedení je třeba stavebního povolení podle stavebního zákona. Při nedodržení standardu lhůty pro odstranění příčin snížené kvality napětí poskytuje provozovatel distribuční soustavy zákazníkovi náhradu ve výši Kč za každý den prodlení, nejvýše však Kč. Dále tato vyhláška popisuje postupy pro vykazování dodržování kvality dodávek a služeb. Ty jsou charakterizovány ukazateli nepřetržitosti přenosu nebo distribuce elektřiny v 21, kde je řečeno, že provozovatel přenosové a distribuční soustavy vede záznamy o všech dlouhodobých přerušeních přenosu nebo distribuce elektřiny v jím provozované soustavě. Ukazateli nepřetržitosti distribuce elektřiny jsou: a) průměrný počet přerušení distribuce elektřiny u zákazníků v hodnoceném období, b) průměrná souhrnná doba trvání přerušení distribuce elektřiny u zákazníků v hodnoceném období, c) průměrná doba trvání jednoho přerušení distribuce elektřiny u zákazníků v hodnoceném období. 14

15 Ukazateli nepřetržitosti přenosu elektřiny je průměrná doba trvání jednoho přerušení přenosu elektřiny v kalendářním roce a nedodaná elektrická energie v kalendářním roce. Provozovatel distribuční soustavy vypočítává ukazatele nepřetržitosti distribuce a provozovatel přenosové soustavy ukazatele nepřetržitosti přenosu elektřiny. V 23 je poté řečeno, že držitel licence zpracuje do 31. března následujícího kalendářního roku souhrnnou zprávu o dosažené úrovni kvality distribuce elektřiny a souvisejících služeb za předchozí kalendářní rok a pokud jde o provozovatele distribuční soustavy, zároveň tyto údaje porovná s předcházejícím obdobím ČSN EN ed.3 Evropská norma ČSN EN byla schválena Evropským výborem pro technickou normalizaci (CENELEC), v jehož vnitřních předpisech jsou stanoveny podmínky, za kterých musí členské země dát této normě beze změn status národní normy. Řeší kvalitu napětí dodávaného z distribučních soustav nízkého (nn), vysokého (vn) a velmi vysokého napětí (vvn). Jejím hlavním obsahem jsou parametry kvality napětí s povolenými odchylkami, které je provozovatel distribuční soustavy povinen dodržovat. Dále obsahuje seznam termínů a definic používaných v této problematice. Podrobněji je tato norma rozebrána v kapitole PPDS 2011 Příloha 3 Pravidla provozování distribuční soustavy jsou koncipována jako souhrnný dokument. Obsahují shrnutí důležitých dokumentů týkajících se distribuce elektrické energie a kvality napětí bez nutnosti procházet všechny technické materiály. Vychází z Energetického zákona a vyhlášky 540/2005 Sb, obsahují definice odborných pojmů a parametry kvality napětí, které jsou citovány z normy ČSN EN Jsou provozována ve spojení s Pravidly provozování přenosové soustavy, především pro zajištění bezpečné dodávky elektrické energie v požadované kvalitě. Blíže popisují způsoby hodnocení parametrů kvality napětí, systémy měření, archivace a hodnocení parametrů kvality v distribuční soustavě a požadavky na přístroje pro měření parametrů kvality napětí. 15

16 1.1.5 Podniková norma energetiky pro rozvod elektrické energie (PNE) Normy PNE vytváří a schvalují energetické společnosti, ČEPS a případně i další organizace mimo resort elektroenergetiky. Zaměřují se na provoz distribučních soustav na hladinách nízkého a vysokého napětí a 110 kv z hlediska zpětných vlivů na elektrizační soustavu. PNE : Výpočetní hodnocení zpětných vlivů odběratelů a zdrojů distribučních soustav Tato část normy se zabývá posouzením připojitelnosti a provozem elektrických zařízení v distribuční soustavě na hladinách nn, vn a 110 kv a zpětnými vlivy z hlediska analytických výpočtů. V úvodu definuje používané pojmy a vzorce pro výpočty. Poté se věnuje zkratovému výkonu, jeho významu a způsobu výpočtu. Pro zjištění příspěvku dalších částí soustavy jako je nadřazená síť, transformátory, asynchronní a synchronní stroje řeší výpočet jejich impedancí. Je zde uveden modelový příklad. V třetí části jsou popsány změny napětí, flikr a nesymetrie. Důkladně je rozebrána problematika změn napětí vyvolaná symetrickou změnou zatížení. Dále se řeší výpočet změny zatížení při speciálních případech jako je rozběh asynchronního motoru, připojení kondenzátorů, indukčností nebo transformátoru naprázdno a posouzení flikru odporových svářeček. V kapitole věnující se flikru je popisován zákon o superpozici více nesynchronních zdrojů flikru, šíření flikru v paprskových sítích na základě poměru zkratových výkonů a několik způsobů jeho určení (výpočet, simulace, analytická metoda). Tab 1.1 ukazuje tzv. směrné (plánovací) hodnoty pro posouzení flikru a kolísání napětí. Tab. 1.1: Směrné (plánovací) hodnoty pro posouzení flikru a kolísání napětí [5] Přípustné limity rušení Plt Pst d/dmax síť nn 0,8 1 vn 0,7 0,9 110 kv 0,6 0,8 Příspěvek všech odběratelů nn 0,5 0,72 vn 0,61 0, kv 0,6 0,8 Příspěvek jednoho odběratele nn 0,5 0,8 0,03/0,06 16

17 vn 0,25 0,35 0,02/0, kv 0,25 0,35 0,02/0,03 Příspěvek jednoho zdroje nn 0,46 0,03/0,04 vn 0,46 0,02/0, kv 0,25 Následující podkapitola určuje metodiku posouzení připojitelnosti odběratelů do sítí nn, vn a 110 kv v závislosti na flikru a kolísání napětí. Další část normy se zaměřuje na nesymetrii, popisuje její výpočet, účinky na elektrizační soustavu a přístroje v ní připojené a možná nápravná opatření. V kapitole č. 4 je řešena problematika vyšších harmonických. Zahrnuty jsou výpočty impedancí na tónovaných frekvencích, mezní hodnoty převzaté z normy ČSN EN a posuzování vlivu harmonických na síť s vyjmenováním opatření pro snížení vlivu harmonických (sací obvody, aktivní kompenzační zařízení). Další kapitola popisuje komutační poklesy napětí, jejich vznik, průběh, mezní hodnoty a možná nápravná opatření. Poslední uvedený parametr rušení jsou meziharmonické, jsou zde popsány zdroje, přípustné úrovně a možná opatření pro snížení jejich vlivu na elektrizační soustavu. Normy PNE až PNE se podrobně věnují jednotlivým parametrům kvality napětí. Definují jejich meze a plánovací úrovně, což jsou úrovně konkrétního rušení v daném prostředí, které jsou přijaty jako referenční hodnoty a používají se pro stanovení mezí rušivých vlivů od velkých zátěží a instalací. Tyto úrovně určuje provozovatel distribuční soustavy a musí být stejné nebo přísnější oproti parametrům stanoveným v normě ČSN EN Dále jsou v normách popisovány metody měření jednotlivých parametrů kvality napětí a negativní vlivy nedodržení stanovených kvalitativních mezí na elektrickou síť a do ní připojených přístrojů. Normy si také dávají za úkol uvést možné způsoby omezení negativních zpětných vlivů. PNE a PNE uvádí požadavky na připojování generátorů do sítí nn a vn. 17

18 1.2 Parametry kvality napětí Jak již bylo zmíněno, tyto parametry definuje norma ČSN EN Dělí je na průběžné jevy (spojité v čase, způsobené hlavně charakterem zatížení, změnami zatížení nebo nelineárními zátěžemi, lze je částečně predikovat) a napěťové jevy (napěťové události způsobeny typicky neočekávatelnými událostmi, například poruchami nebo vnějšími vlivy -počasí, cizí zavinění). Pro napěťové jevy nejsou proto v normě uvedeny žádné závazné hodnoty. U průběžných jevů stanovuje norma limity pro konkrétní parametry, ale je nezbytné zmínit, že veškeré mezní hodnoty platí pouze za takzvaných normálních provozních podmínek. Ty popisují provozní stav distribuční sítě, kdy splňuje veškeré požadavky na zatížení, spínání v soustavě a odstraňování poruch automatickými spínacími systémy, bez výskytu mimořádných stavů. Mimořádným stavem se rozumí dočasné uspořádání napájení v případě oprav a revizí, dále případy, kdy nevyhovuje instalace uživatele sítě nebo zařízení normám a další výjimečné situace. Kupříkladu mimořádné povětrnostní podmínky a další přírodní katastrofy, cizí zavinění nebo nařízení úřadů. Pokud není uvedeno jinak, platí uvedené limity pro sítě nn, vn i vvn Průběžné jevy Kmitočet sítě Pro napájecí napětí je jmenovitá hodnota jeho kmitočtu v České Republice 50 Hz (v některých zemích 60 Hz). Při normálních provozních podmínkách se jeho střední hodnota měřená v intervalu 10 sekund musí nacházet v mezích zobrazených v Tab Tab. 1.2: Povolené odchylky kmitočtu [4] Systémy se synchronním připojením k propojenému systému 50 Hz ± 1 % (49,5 Hz 50,5 Hz) Během 99,5 % roku 50 Hz + 4 % / 6 % (47 Hz 52 Hz) Po 100 % času Systémy bez synchronního připojení k propojenému systému (ostrovní napájecí systémy) 50 Hz ± 2 % (49 Hz 51 Hz) Během 99,5 % roku 50 Hz ± 15 % (42,5 Hz 57,5 Hz) Po 100 % času 18

19 Odchylky napájecího napětí Již poměrně malá odchylka napětí sítě od jmenovitého napětí může výrazně ovlivnit funkci spotřebiče. Větší snadno může způsobit jeho nefunkčnost nebo poškození. Za normálních podmínek je proto vyžadováno, aby odchylka napájecího napětí nepřesáhla u sítí nn ± 10 % jmenovitého napětí U n (207 V U n 253 V) pro 95 % měřících intervalů. Pokud není napájené místo připojeno k přenosové sítí nebo jsou uživatelé speciálně dálkově ovládáni, odchylky napájecího napětí nesmí přesáhnout +10/-15 % U n (195,5 V U n 253 V) u 100 % měřících intervalů. V sítích vn je povolená odchylka od jmenovité (dohodnuté) hodnoty ± 10 % u 99 % měřících intervalů a ± 15 % u 100 % intervalů. Interval měření je 10 minut a hodnoty jsou zaznamenávány nepřetržitě minimálně 1 týden. V síti vvn je připojen omezený počet uživatelů, a jelikož jsou to většinou velcí odběratelé, mající individuální smlouvy, neuvádí se proto žádné obecné limity. Vznik odchylek způsobuje převážně spínání velkých zátěží, jako jsou například pohony s motory, obloukové pece, bojlery, svařovací stroje a spínání zdrojů (například fotovoltaické elektrárny). Tab. 1.3 níže ukazuje vybrané spotřebiče a jejich reakce na přepětí a podpětí. Odchylky lze omezit připojením do sítě s dostatečným zkratovým výkonem, omezením souběhu chodu rušících zařízení nebo kompenzací. Tab. 1.3: Vlivy odchylek napětí na některé spotřebiče [6] Zařízení Pokles o 10 % Un Nárůst o 10 % Un Žárovka pokles svítivosti o 30 % zkrácení životnosti o 40% Zářivka. Výbojka snížení světelného výkonu o 15 % výpadky z původu přehřátí plynové náplně Odporové topení vydá o 20 % tepla méně vydá o 20 % tepla více, může dojít k přehřátí Relé, stykač prodloužení doby přítahu riziko přesycení magnetického jádra Rychlé změny napětí Výkonové zátěže, které odebírají kolísavý proud, jako například velké pohony a obloukové pece, způsobují nízkofrekvenční periodické kolísání napětí, které vede k blikání světelných zdrojů - flikru. Ten může u člověka vyvolat psychologický neklid a únavu a u citlivých elektrických zařízení zapříčinit problémy se stabilitou. Částečně se tento problém dá vyřešit změnou typu osvětlení či napájením rušící zátěže z vlastního transformátoru. Pokud napětí během rychlé změny překročí stanovené limity pro přepětí nebo podpětí, je klasifikováno jako 19

20 pokles nebo zvýšení napětí. Obr. 1.1: Vliv rychlých změn napětí na světelný tok [3] Intenzitu nepříjemnosti rychlých změn napětí vyhodnocujeme pomocí veličiny míra vjemu flikru. Za normálních podmínek musí být po 95 % času v jakémkoli týdenním období dlouhodobá míra vjemu flikru Plt 1. Vypočítána je z posloupnosti dvanácti hodnot krátkodobé míry vjemu flikru Pst v dvouhodinovém intervalu s použitím vztahu (1.1). Pst se měří v desetiminutových intervalech. P lt 3 12 P 12 i 1 3 sti Obr. 1.2 zobrazuje mezní křivku míry vjemu flikru. Zakreslené průběhy (značí úroveň flikru Pst = 1) stanovují limitní hodnoty úbytku napětí pro různá napětí a počet napěťových změn za minutu. (1.1) Obr. 1.2: Mezní křivka míry vjemu flikru [5] 20

21 Nesymetrie napájecího napětí V symetrické napájecí soustavě mají efektivní hodnoty fázových napětí stejnou velikost a vzájemný posun o 120. Pokud některý z těchto parametrů není dodržen, stává se soustava nesymetrickou. Obr. 1.3: a) Symetrická napájecí soustava b) nesymetrická napájecí soustava [6] Třífázové napájecí napětí můžeme rozložit do tří složek - sousledné, zpětné a nulové. Za normálních podmínek je pro dodržení normy nutné, aby po 95 % času v libovolném týdenním období byly desetiminutové střední efektivní hodnoty zpětné složky napájecího napětí v rozsahu 0 až 2 % sousledné složky (výjimečně i 3 %). Tento stav způsobuje nesymetrický odběr proudů - velké jednofázové zátěže jako střídavá elektrická trakce, svařovací stroje, obloukové pece nebo poruchy v síti. Důsledkem jsou zvýšené ztráty v rozvodných sítích a tepelné přetěžování třífázových asynchronních i synchronních motorů. Řešením je vyvážení jednofázových zátěží na všechny tři fáze nebo připojení symetrizačních členů pro jednofázové zátěže. Harmonická napětí Sinusové napětí o kmitočtu, které je celočíselným násobkem jmenovitého kmitočtu elektrizační soustavy (50 nebo 60 Hz). Za normálních provozních podmínek musí v průběhu každého týdne být 95 % středních efektivních hodnot harmonických napětí u h, měřených 21

22 v desetiminutových intervalech, v mezích stanovených v Tab Dohodnuto je měřit vyšší harmonické do 40. řádu, nad 25. se ale již neuváději, protože jsou obvykle malé. Zároveň je celkový činitel harmonického zkreslení THD (viz vzorec 1.2) požadován menší nebo roven 8 %. THD 40 h 2 U U 1 2 h *100 8%, (1.2) kde: U h je velikost napětí konkrétní harmonické, h řád harmonické, U 1 velikost napětí základní harmonické Tab. 1.4: Tabulka s přehledem dovoleným procentuálním obsahů jednotlivých harmonických ve formátu nn/vn/vvn [4] Řád harmonické h Liché harmonické Ne násobky 3 Násobky 3 Harmonické Řád napětí U h harmonické h Harmonické napětí U h Řád harmonické h Sudé harmonické Harmonické napětí U h 5 6/6/5% 3 5/5/3% 2 2/2/1,9% 7 5/5/4% 9 1,5/1,5/1,3% 4 1% 11 3,5/3,5/3% 15 0,50% 6 až 24 0,50% 13 3/3/2,5% 21 0,50% 17 2/2%/zkoumá se 19 1,5/1,5%/zkoumá se 23 1,5/1,5%/zkoumá se 25 1,5/1,5%/zkoumá se Meziharmonická napětí Meziharmonické jsou napětí nebo proudy, jejichž kmitočet je neceločíselným násobkem kmitočtu základního. Mohou být vygenerovány na jakékoli napěťové hladině a mohou se mezi nimi přenášet - to znamená, že meziharmonické vygenerované na hladině vvn a vn budou vnášeny do systému nn a naopak. Základní zdroje těchto poruch jsou obloukové pece a svařovací zařízení nebo statické měniče, zejména přímé a nepřímé měniče kmitočtu. Velikost meziharmonických málokdy přesahuje 0,5% základního harmonického napětí, ale během rezonancí může narůst výše. Norma ČSN EN neuvádí žádné závazné limity k dodržování, pouze informaci, že problematika se v současné době studuje a je zapotřebí získat další zkušenosti. 22

23 Úrovně napětí signálů v napájecím napětí Distribuční síť je mimo jiné používána k přenosu informací (dálkový sběr dat, vysílání signálu HDO). Tyto signály mohou působit rušení u odběratelů, proto je stanoveno, že po 99 % dne musí střední hodnota napětí signálu v třísekundovém měřícím intervalu dosahovat maximálně hodnot stanovených na Obr U sítě vvn kvůli nízkému rezonančnímu kmitočtu nejsou uváděna žádná meziharmonická napětí. Obr. 1.4: Mezní hodnoty poklesu signálu [5] Napěťové jevy Přerušení napájecího napětí Přerušení napájecího napětí je stav, kdy napětí v místě odběru klesne napětí všech fází pod 5 % U n. Dělí se na plánovaná (předem dohodnutá, odběratelé jsou informováni s předstihem) a náhodná (způsobená poruchami). Náhodná přerušení se dále rozdělují podle doby trvání na krátkodobá a dlouhodobá. Dlouhodobá přerušení trvají déle než 3 minuty, krátkodobá do tří minut. Jsou obvykle zapříčiněna poruchami a s tím souvisejícími reakcemi ochran. Poklesy napájecího napětí Pokles napětí je krátkodobé snížení napětí. Je definován dobou trvání (od okamžiku poklesu napětí pod horní mez, do okamžiku, kdy vzroste nad prahovou hodnotu konce poklesu zvýšeno o 2 % jmenovitého napětí z důvodu hystereze) a zbytkovým napětím, což je napětí v nejnižším 23

24 bodě během poklesu. Poklesy se uvádí v rozmezí 90 % až 5 % jmenovitého napětí. Udávaná doba trvání poklesu je 10 ms až 1 s, viz Tab Příčinou bývá spínání zátěží a poruchy. Obr. 1.5: Vícefázový pokles napětí [7] Tab. 1.5: Klasifikování poklesů napětí [5] Zbytkové napětí u % Doba trvání t [ms] 10 t < t < t < t < t > u 80 CELL A1 CELL A2 CELL A3 CELL A4 CELL A5 80 > u 70 CELL B1 CELL B2 CELL B3 CELL B4 CELL B5 70 > u 40 CELL C1 CELL C2 CELL C3 CELL C4 CELL C5 4 0> u 5 CELL D1 CELL D2 CELL D3 CELL D4 CELL D5 5 > u CELL X1 CELL X2 CELL X3 CELL X4 CELL X5 Dočasné zvýšení napětí Nastává ve chvíli, kdy napětí vzroste nad 110 % U n. Doba trvání se stanovuje obdobně jako u poklesu napětí a zde je v rozmezí 10 ms až 1 min. U sítí vn závisí velikost přepětí na způsobu zemnění soustavy. Soustavy s účinně uzemněným uzlem nepřekračují přepětí 1,7 násobek U n a v izolovaných sítích, uzemněných přes Petersonovu tlumivku, 2 násobek U n. Dočasná zvýšení napětí se klasifikují podle Tab Obecně je zvýšení napětí působeno atmosférickým přepětím, odepínáním velkých odběrů v síti či přepínáním odboček transformátoru. Tab. 1.6: Klasifikování přechodných zvýšení napětí [5] Přechodné zvýšení napětí u % Doba trvání t [ms] 10 t < t < t u 120 CELL S1 CELL S2 CELL S3 120 > u 110 CELL T1 CELL T2 CELL T3 24

25 2 Analýza zpětných vlivů konkrétního odběratele V této části práce jsou analyzována a vyhodnocena měření zpětných vlivů odběratele FERT, a.s.. Měření byla provedena v březnu a srpnu roku pro porovnání naměřených parametrů v různých časových úsecích. (Při vypracování této kapitoly byly použity zdroje [11] a [12]) 2.1 Úvodní informace Společnost FERT, a.s. byla založena v roce Sídlí v jihočeském městě Soběslavi a v současné době zaměstnává 40 pracovníků. Zabývá se výrobou kovových polotovarů (prostorové výztuže, betonářská ocel), které jsou certifikovány pro Českou Republiku i další země v Evropě. Obr. 2.1: Sídlo společnosti FERT, a.s. K výrobě jsou používány odporové svářečky. Princip jejich činnosti spočívá ve stlačení svařovaného materiálu elektrodami, které jsou napojené na přítlačná ramena a napájené ze zdroje svařovacího proudu. Působením tepla, které vzniká při průchodu svařovacího proudu spojovanými materiály a přítlačné síly je vytvořen spoj. Vzhledem k charakteru sváření dochází během výroby k odběru proudových špiček, které mohou negativně ovlivňovat okolní síť. Z tohoto důvodu bylo v transformační stanici, ze které je firma napájena, provedeno měření kvality napětí. 25

26 2.2 Měření a vyhodnocení Obr. 2.2: Schéma zapojení v programu E-vlivy Napájení společnosti FERT je zobrazeno na Obr Přívodní vedení je realizováno z rozvodny ve Veselí nad Lužnicí za použití převážně venkovních vodičů AlFe6 o průřezu 120 mm 2. Transformační stanice FERT je osazena třemi identickými transformátory o výkonu 630 kva. Svářecí technologie je napájena z transformátorů Tr 2 a Tr 3 v paralelním zapojení. Ostatní technologie (osvětlení, administrační budovy apod.) jsou napájeny odděleně z Tr 1. Měření se uskutečnila v průběhu března a srpna roku za použití dvou trojfázových analyzátorů sítě Fluke V transformační stanici jimi byly osazeny přívodní kabely k transformátorům (hladina vn, ve schématu ekvivalent sběrnice U10) a svorky v rozvodné skříni u jednoho vývodu k technologii (hladina nn, reprezentována U12). Naměřené hodnoty proudů v síti nn jsou tedy ve skutečnosti dvojnásobné. Řídícím programem z notebooku se přístroje nastavily na zaznamenávání dat v desetiminutových intervalech a minimálně týden zůstaly v transformační stanici. K vyhodnocení naměřených hodnot jsou použity parametry z normy ČSN EN Pro eliminaci náhodných chyb měření vlivem rušivých vlivů je při vyhodnocení dle napěťové hladiny a parametru kvality napětí určená statistická úroveň relevantních hodnot (95 % nebo 99 %) - stanoveno normou. 26

27 Výsledky měření březen Tab. 2.1 zobrazuje vyhodnocení naměřených hodnot na hladině nízkého napětí. Je vidět, že téměř všechny kontrolované parametry se nachází v normativních mezích, povolená hodnota flikru je ale několikrát překročena. Tab. 2.1: Vyhodnocení parametrů kvality napětí, nn Veličina Označení Jednotka Napětí U V Interval měření Statistická úroveň Normativní mez 10 min 95% -10% 10 min 95% 10% Hodnota 229,15 (99,62 %) 236,39 (102,77 %) Krátkodobý flikr Pst - 10 min 95% - 4,192 - Dlouhodobý flikr Plt - 2 hod 95% 1 3,959 Ne Splňuje Napěťová nesymetrie u u % 10 min 95% 2% 0,520 Ano Harmonické zkreslení THDu % 10 min 95% 8% 1,620 Ano u h2 % 10 min 95% 2% 0,050 Ano Harmonická napětí Ano Ano u h3 % 10 min 95% 5% 1,150 Ano u h4 % 10 min 95% 1% 0,200 Ano u h5 % 10 min 95% 6% 1,000 Ano u h6 % 10 min 95% 0,5% 0,100 Ano u h7 % 10 min 95% 5% 0,560 Ano u h8 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h9 % 10 min 95% 1,5% 0,250 Ano u h10 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h11 % 10 min 95% 3,5% 0,450 Ano u h12 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h13 % 10 min 95% 3% 0,250 Ano u h14 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h15 % 10 min 95% 0,5% 0,200 Ano u h16 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h17 % 10 min 95% 2% 0,210 Ano u h18 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h19 % 10 min 95% 1,5% 0,250 Ano u h20 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h21 % 10 min 95% 1,5% 0,210 Ano u h22 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h23 % 10 min 95% 1,5% 0,250 Ano u h24 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h25 % 10 min 95% 1,5% 0,250 Ano 27

28 Z Tab. 2.2 pro hodnoty naměřené na hladině vysokého napětí je zřejmé, že všechny požadované limity parametrů kvality napětí jsou dodrženy. Podle PNE překročen maximální příspěvek jednoho odběratele do sítě (Pst = 0,35, Plt = 0,25). Tab. 2.2: Vyhodnocení parametrů kvality napětí, vysoké napětí Veličina Označení Jednotka Interval měření Statistická úroveň Normativní mez Hodnota je ovšem Splňuje 22, min 99% -10% Ano (102,45 %) Napětí U kv 23, min 99% 10% Ano (105,84 %) Krátkodobý flikr Pst - 10 min 95% - 0,681 - Dlouhodobý flikr Plt - 2 hod 95% 1 0,651 Ano Napěťová nesymetrie u u % 10 min 95% 2% 0,310 Ano Harmonické zkreslení THDu % 10 min 95% 8% 1,130 Ano u h2 % 10 min 95% 2% 0,110 Ano Harmonická napětí u h3 % 10 min 95% 5% 0,480 Ano u h4 % 10 min 95% 1% 0,260 Ano u h5 % 10 min 95% 6% 1,100 Ano u h6 % 10 min 95% 0,5% 0,160 Ano u h7 % 10 min 95% 5% 0,680 Ano u h8 % 10 min 95% 0,5% 0,050 Ano u h9 % 10 min 95% 1,5% 0,011 Ano u h10 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h11 % 10 min 95% 3,5% 0,320 Ano u h12 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h13 % 10 min 95% 3% 0,160 Ano u h14 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h15 % 10 min 95% 0,5% 0,060 Ano u h16 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h17 % 10 min 95% 2% 0,110 Ano u h18 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h19 % 10 min 95% 1,5% 0,050 Ano u h20 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h21 % 10 min 95% 1,5% 0,000 Ano u h22 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h23 % 10 min 95% 1,5% 0,000 Ano u h24 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h25 % 10 min 95% 1,5% 0,000 Ano 28

29 10:00:00 14:50:00 19:40:00 0:30:00 5:20:00 10:10:00 15:00:00 19:50:00 0:40:00 5:30:00 10:20:00 15:10:00 20:00:00 0:50:00 5:40:00 10:30:00 15:20:00 20:10:00 1:00:00 5:50:00 10:40:00 15:30:00 20:20:00 1:10:00 6:00:00 10:50:00 15:40:00 20:30:00 1:20:00 6:10:00 11:00:00 15:50:00 20:40:00 1:30:00 6:20:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 12:00:00 17:00:00 22:00:00 3:00:00 8:00:00 13:00:00 18:00:00 23:00:00 4:00:00 9:00:00 14:00:00 19:00:00 0:00:00 5:00:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu Výsledky měření srpen Ustr (V) Ustr L1L2 Ustr L2L3 Ustr L3L St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.1: Průběh napětí Ustr, hladina vn Istr (A) 20 Istr L1 Istr L2 Istr L St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.2: Průběh odebíraných proudů Istr, hladina vn 29

30 10:00:00 14:50:00 19:40:00 0:30:00 5:20:00 10:10:00 15:00:00 19:50:00 0:40:00 5:30:00 10:20:00 15:10:00 20:00:00 0:50:00 5:40:00 10:30:00 15:20:00 20:10:00 1:00:00 5:50:00 10:40:00 15:30:00 20:20:00 1:10:00 6:00:00 10:50:00 15:40:00 20:30:00 1:20:00 6:10:00 11:00:00 15:50:00 20:40:00 1:30:00 6:20:00 10:00:00 14:50:00 19:40:00 0:30:00 5:20:00 10:10:00 15:00:00 19:50:00 0:40:00 5:30:00 10:20:00 15:10:00 20:00:00 0:50:00 5:40:00 10:30:00 15:20:00 20:10:00 1:00:00 5:50:00 10:40:00 15:30:00 20:20:00 1:10:00 6:00:00 10:50:00 15:40:00 20:30:00 1:20:00 6:10:00 11:00:00 15:50:00 20:40:00 1:30:00 6:20:00 Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu Pstr (kw), Qstr (kvar) 600 P str Qstr St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.3: Průběh odebíraného výkonu Pstr a Qstr, hladina vn (záporné hodnoty značí dodávku do sítě), hladina vn PF (-) 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1,5 St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.4: Průběh skutečného účiníku (PF), hladina vn 30

31 10:00:00 15:10:00 20:20:00 1:30:00 6:40:00 11:50:00 17:00:00 22:10:00 3:20:00 8:30:00 13:40:00 18:50:00 0:00:00 5:10:00 10:20:00 15:30:00 20:40:00 1:50:00 7:00:00 12:10:00 17:20:00 22:30:00 3:40:00 8:50:00 14:00:00 19:10:00 0:20:00 5:30:00 10:40:00 15:50:00 21:00:00 2:10:00 7:20:00 Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu PF (-) 1,5 1 0,5 0-0,5-1 PF Pstr Qstr Pstr (kw), Qstr (kvar) ,5-100 St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.5: Průběh skutečného účiníku v závislosti na odebíraném Pstr a Qstr Průběhy vykreslené ze získaných hodnot mají v obou měřeních velmi podobné tvary, proto jsou vyhodnoceny jen u aktuálnějšího. Graf 2.1 ukazuje průběh napětí Ustr na hladině vysokého napětí. Vidíme na něm, že o víkendu nastávají v průběhu menší oscilace než během ostatních dní. Zde je přímá návaznost na Graf 2.2, kde je jasně vidět, že o víkendu není svářecí technologie v provozu, protože odebíraný proud se pohybuje v blízkosti nuly. Na Grafu 2.3 vidíme odebíraný činný výkon Pstr a jalový výkon Qstr. Kladné hodnoty označují odběr ze sítě, záporné dodávku. Opět zde lze pozorovat propad hodnot k nule v průběhu víkendu. Graf 2.4 ukazuje průběh skutečného účiníku PF (Power Factor), který oproti účiníku cos φ zahrnuje do výpočtu účiníku všechna harmonická napětí. Rychlost kompenzačního systému se na tomto grafu jeví jako nedostatečná, jelikož dochází k poměrně častému propadu na hodnotu -1 (kapacitní zátěž). Graf 2.5 tento stav ilustruje v souvislosti s odběry činného a jalového výkonu. 31

32 10:00:00 14:50:00 19:40:00 0:30:00 5:20:00 10:10:00 15:00:00 19:50:00 0:40:00 5:30:00 10:20:00 15:10:00 20:00:00 0:50:00 5:40:00 10:30:00 15:20:00 20:10:00 1:00:00 5:50:00 10:40:00 15:30:00 20:20:00 1:10:00 6:00:00 10:50:00 15:40:00 20:30:00 1:20:00 6:10:00 11:00:00 15:50:00 20:40:00 1:30:00 6:20:00 10:00:00 14:50:00 19:40:00 0:30:00 5:20:00 10:10:00 15:00:00 19:50:00 0:40:00 5:30:00 10:20:00 15:10:00 20:00:00 0:50:00 5:40:00 10:30:00 15:20:00 20:10:00 1:00:00 5:50:00 10:40:00 15:30:00 20:20:00 1:10:00 6:00:00 10:50:00 15:40:00 20:30:00 1:20:00 6:10:00 11:00:00 15:50:00 20:40:00 1:30:00 6:20:00 Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu Pst (-) Pst L1L2 Pst L2L3 Pst L3L1 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.6: Průběh krátkodobé míry vjemu flikru Pst, hladina vn Plt (-) Plt L1L2 Plt L2L3 Plt L3L1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.7: Průběh dlouhodobé míry vjemu flikru Plt, hladina vn 32

33 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 12:00:00 17:00:00 22:00:00 3:00:00 8:00:00 13:00:00 18:00:00 23:00:00 4:00:00 9:00:00 14:00:00 19:00:00 0:00:00 5:00:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 12:00:00 17:00:00 22:00:00 3:00:00 8:00:00 13:00:00 18:00:00 23:00:00 4:00:00 9:00:00 14:00:00 19:00:00 0:00:00 5:00:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu Pst (-) Pst L1L2 Pst L2L3 Pst L3L1 Istr L1 Istr L2 Istr L3 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 Istr (A) St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.8: Průběh krátkodobé míry vjemu flikru Pst v závislosti na odebíraném proudu Istr, hladina vn Plt (-) Plt L1L2 Plt L2L3 Plt L3L1 Istr L1 Istr L2 Istr L3 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Istr (A) St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.9: Průběh dlouhodobé míry vjemu flikru Plt v závislosti na odebíraném proudu Istr, hladina vn 33

34 10:00:00 14:50:00 19:40:00 0:30:00 5:20:00 10:10:00 15:00:00 19:50:00 0:40:00 5:30:00 10:20:00 15:10:00 20:00:00 0:50:00 5:40:00 10:30:00 15:20:00 20:10:00 1:00:00 5:50:00 10:40:00 15:30:00 20:20:00 1:10:00 6:00:00 10:50:00 15:40:00 20:30:00 1:20:00 6:10:00 11:00:00 15:50:00 20:40:00 1:30:00 6:20:00 10:00:00 14:50:00 19:40:00 0:30:00 5:20:00 10:10:00 15:00:00 19:50:00 0:40:00 5:30:00 10:20:00 15:10:00 20:00:00 0:50:00 5:40:00 10:30:00 15:20:00 20:10:00 1:00:00 5:50:00 10:40:00 15:30:00 20:20:00 1:10:00 6:00:00 10:50:00 15:40:00 20:30:00 1:20:00 6:10:00 11:00:00 15:50:00 20:40:00 1:30:00 6:20:00 Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu Pst (-) Pst L1 Pst L2 Pst L3 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.10: Průběh krátkodobé míry vjemu flikru Pst, hladina nn Plt (-) 4,5 Plt L1 Plt L2 Plt L3 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.11: Průběh dlouhodobé míry vjemu flikru Plt, hladina nn 34

35 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 12:00:00 17:00:00 22:00:00 3:00:00 8:00:00 13:00:00 18:00:00 23:00:00 4:00:00 9:00:00 14:00:00 19:00:00 0:00:00 5:00:00 10:00:00 15:00:00 20:00:00 1:00:00 6:00:00 11:00:00 16:00:00 21:00:00 2:00:00 7:00:00 10:00:00 15:10:00 20:20:00 1:30:00 6:40:00 11:50:00 17:00:00 22:10:00 3:20:00 8:30:00 13:40:00 18:50:00 0:00:00 5:10:00 10:20:00 15:30:00 20:40:00 1:50:00 7:00:00 12:10:00 17:20:00 22:30:00 3:40:00 8:50:00 14:00:00 19:10:00 0:20:00 5:30:00 10:40:00 15:50:00 21:00:00 2:10:00 7:20:00 Posouzení připojitelnosti průmyslového závodu Pst (-) 10 Pst L1 Pst L2 Pst L3 Istr L1 Istr L2 Istr L Istr (A) St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.12: Průběh krátkodobé míry vjemu flikru Pst v závislosti na odebíraném proudu Istr, hladina nn Plt (-) Plt L1 Plt L2 Plt L3 Istr L1 Istr L2 Istr L Istr (A) St Čt Pá So Ne Po Út St Graf 2.13: Průběh dlouhodobé míry vjemu flikru Plt v závislosti na odebíraném proudu Istr, hladina nn 35

36 Pst (-) Pst L1 Pst L1L2 Istr L1 4,5 Istr (A) , , , ,5 0 0 Graf 2.14: Detail průběhu krátkodobé míry vjemu flikru Pst na hladině nn a vn v závislosti na odebíraném proudu na hladině nn Na Grafech 2.6 a 2.7 vidíme průběhy krátkodobé (Pst) a dlouhodobé (Plt) míry vjemu flikru na hladině vn. V Grafech 2.8 a 2.9 je závislost těchto průběhů na odebíraném proudu Istr. Lze zde vidět návaznost proudových špiček na nárůst hodnot Pst i Plt. Grafy 2.10 a 2.11 zobrazují průběhy Pst a Plt na hladině nn. U Pst můžeme pozorovat větší množství strmých poklesů jeho hodnoty, než na hladině vn. Dlouhodobá míra vjemu flikru je vypočítávána z 12 po sobě jdoucích hodnot krátkodobé míry vjemu flikru, proto zde tyto krátké poklesy nejsou přítomny. V Grafu 2.12 je zobrazena závislost Pst na odebíraném proudu na hladině nn a můžeme pozorovat návaznost mezi poklesy a nárůsty odebíraného proudu a stejným způsobem se měnící hodnoty Pst. Graf 2.13 zobrazuje závislost Plt na odebíraném proudu. Z grafů můžeme vyvodit, že o víkendu, kdy svářecí technologie není v provozu, jsou obě hodnoty flikru minimální. Graf 2.14 obsahuje detail změn hodnot Pst na hladině nn a vn, v závislosti na proudu odebíraném na hladině nn v pátek v časovém období 12:00-18:00. Je z něj patrné, že změny Pst na hladině nn, způsobené proudovými rázy, se přenáší na hladinu vn, kde ovlivňují Pst. Z toho můžeme vyvodit, že flikr v nadřazené síti vn je z velké části působen technologií odporového svařování. Pokud se v blízkosti této technologie nachází jiný zdroj flikru, jeho příspěvek do sítě je v porovnání s naměřenými hodnotami zanedbatelný. 36

37 Tab. 2.3: Vyhodnocení parametrů kvality napětí, hladina nn Veličina Označení Jednotka Napětí U V Interval měření Statistická úroveň Normativní mez 10 min 95% -10% 10 min 95% 10% Hodnota 229,35 (99,7 %) 236,78 (102,94 %) Krátkodobý flikr Pst - 10 min 95% - 4,139 - Dlouhodobý flikr Plt - 2 hod 95% 1 3,996 Ne Splňuje Napěťová nesymetrie u u % 10 min 95% 2% 0,600 Ano Harmonické zkreslení THDu % 10 min 95% 8% 1,920 Ano u h2 % 10 min 95% 2% 0,100 Ano Harmonická napětí Ano Ano u h3 % 10 min 95% 5% 1,350 Ano u h4 % 10 min 95% 1% 0,300 Ano u h5 % 10 min 95% 6% 1,310 Ano u h6 % 10 min 95% 0,5% 0,200 Ano u h7 % 10 min 95% 5% 0,870 Ano u h8 % 10 min 95% 0,5% 0.05 Ano u h9 % 10 min 95% 1,5% 0.31 Ano u h10 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h11 % 10 min 95% 3,5% 0,510 Ano u h12 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h13 % 10 min 95% 3% 0,200 Ano u h14 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h15 % 10 min 95% 0,5% Ano u h16 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h17 % 10 min 95% 2% 0,250 Ano u h18 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h19 % 10 min 95% 1,5% 0,250 Ano u h20 % 10 min 95% 0,5% 0,050 Ano u h21 % 10 min 95% 1,5% 0,250 Ano u h22 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h23 % 10 min 95% 1,5% 0,310 Ano u h24 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h25 % 10 min 95% 1,5% 0,300 Ano 37

38 Tab. 2.4: Vyhodnocení parametrů kvality napětí, hladina vn Veličina Označení Jednotka Napětí U kv Interval měření Statistická úroveň Normativní mez 10 min 99% -10% 10 min 99% 10% Hodnota 22,571 (102,58 %) 23,311 (105,94 %) Krátkodobý flikr Pst - 10 min 95% - 0,754 - Splňuje Dlouhodobý flikr Plt - 2 hod 95% 1 0,72 Ano Napěťová nesymetrie u u % 10 min 95% 2% 0,42 Ano Harmonické zkreslení THDu % 10 min 95% 8% 1,310 Ano u h2 % 10 min 95% 2% 0,110 Ano u h3 % 10 min 95% 5% 0,370 Ano Harmonická napětí Ano Ano u h4 % 10 min 95% 1% 0,310 Ano u h5 % 10 min 95% 6% 1,190 Ano u h6 % 10 min 95% 0,5% 0,210 Ano u h7 % 10 min 95% 5% 0,890 Ano u h8 % 10 min 95% 0,5% 0,050 Ano u h9 % 10 min 95% 1,5% 0,110 Ano u h10 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h11 % 10 min 95% 3,5% 0,420 Ano u h12 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h13 % 10 min 95% 3% 0,160 Ano u h14 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h15 % 10 min 95% 0,5% 0,050 Ano u h16 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h17 % 10 min 95% 2% 0,060 Ano u h18 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h19 % 10 min 95% 1,5% 0,050 Ano u h20 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h21 % 10 min 95% 1,5% 0,000 Ano u h22 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h23 % 10 min 95% 1,5% 0,000 Ano u h24 % 10 min 95% 0,5% 0,000 Ano u h25 % 10 min 95% 1,5% 0,050 Ano Tab. 2.3 a 2.4 obsahují vyhodnocení parametrů kvality napětí. Bylo dosaženo obdobných výsledků jako při březnovém měření, s výjimkou dlouhodobé míry vjemu flikru na hladině nn jsou všechny zkoumané meze kvality napětí splněny. Z porovnání naměřených hodnot flikru s měřením z března lze vyvodit, že na hladině nn zůstávají parametry flikru prakticky beze změn. Na hladině vn došlo v porovnání s březnovým měřením k mírnému nárůstu, u Pst z hodnoty 0,681 na 0,754 a u Plt z 0,651 na 0,72. 38

39 V PNE je stanovena dovolená hranice příspěvku flikru odběratele na hladině vn. Ta má pro krátkodobou míru vjemu flikru hodnotu Pst = 0,35 a pro dlouhodobou míru vjemu flikru hodnotu Plt = 0,25. Při pohledu na Grafy 2.6 a 2.7 je z nich patrné, že oba příspěvky se v době provozu svařovací technologie pohybují nad povolenou hranicí, Pst v rozmezí 0,4-0,8 a Plt mezi hodnotami 0,4-0,7. 39

40 3 Posouzení připojitelnosti V této části práce se věnuji studií připojitelnosti průmyslového závodu FERT, a.s. s navýšeným rezervovaným příkonem. Výpočty jsou provedeny v programu E-vlivy a ověřeny ručně. (K vypracování této části práce byly použity zdroje [5] a [10]) 3.1 Stav před navýšením Firma FERT, a.s. má se současně nainstalovanou technologií smluvní rezervovaný příkon 600 kw. Její plán je postavit novou výrobní halu a do té umístit 5 identických svařovacích strojů typu KTH, s parametry uvedenými v Tab To s sebou přináší nutnost navýšení rezervovaného příkonu z 600 kw na 1200 kw. Je tedy nutné provést posouzení připojitelnosti dle normy PNE Tab. 3.1: Parametry nově instalovaných svářecích strojů S max (kva) T p (ms) Četnost impulsů (n/min) Při výpočtech se vychází z parametrů sítě, které jsou zobrazeny Tab Tab. 3.2: Parametry sítě Nap. uzel Název Un (kv) Uprv (kv) Izkr (ka) Szkr (MVA) R/X R Veselí ,56 173,759 0,162 Trafo Název U1 (kv) U2 (kv) Sn (MVA) Pk (kw) uk (%) Zap. prim. Zap. sekun. 400k 22 0,4 0,4 4,6 4 D yn Tr ,4 0,63 6,7 6 D yn Tr ,4 0,63 6,7 6 D yn Tr ,4 0,63 6,7 6 D yn Délka Imax Vedení Název Druh Typ R/km X/km B/km (km) (A) AXEK120 kabel AXEKCY 0,253 0, , ANKT 240 kabel ANKO 0,157 0, , ANKT 120 kabel ANKO 0,315 0, , Alfe 120 venko /25AlFe6 0,284 0,369 1,457 0, Alfe 6 50 venko-22 50AlFe6 0,615 0,396 1,407 0,1 177 AlFe110/22 venko /22AlFe6 0,259 0,368 1,46 0, AlFe6-120 venko AlFe6 0,225 0,363 1,469 0, AlFe6 120 venko AlFe6 0,225 0,363 1,469 4,

41 3.2 Studie připojitelnosti z hlediska působení flikru Posouzení připojitelnosti v závislosti na flikru se v sítích vn se rozděluje do tří etap. Důvodem pro tento krok je zamezit složitějšímu posuzování v případě, že již jednoduchý postup odhalí nepřípustné rušení sítě a zároveň umožnit připojení odběratelů, kteří by při zjednodušeném posuzování nevyhověli stanoveným limitům (uvedeny v Tab. 1.1). (Pro vypracování této části práce byly použity zdroje [5] a [10]) Etapa 1: Zjednodušené vyhodnocení rušivého kolísání napětí Norma udává, že zařízení způsobující kolísání napětí může být připojeno bez podrobné analýzy, pokud poměr změny zdánlivého výkonu DS ke zkratovému výkonu Szkr v bodě společného napájení vyhoví mezím v Tab 3.3. Tyto meze závisí na četnosti změn napětí za minutu, kdy pokles a následné obnovení napětí uvažujeme jako dvě změny. Tab. 3.3: Povolené meze poměru výkonů v závislosti na četnosti změn napětí za minutu r (n/min) DS / Szkr (%) r > 200 0,1 10 r 200 0,2 r < 10 0,4 Pět svářeček může dosáhnout maximální možné změna zdánlivého příkonu. DS 5* Smax 5* kVA (3.1) Pokud uvažuji chod všem strojů současně, počet napěťových změn za minutu bude mít hodnotu 500, za limitní tedy uvažuji hodnotu 0,1 %. Pro výpočet zkratového výkonu v místě připojení potřebuji znát impedanci vedení a napájecího uzlu. K jejich vypočtení byly použity parametry sítě uvedené v Tab Velikost R RVeselí a X RVeselí určím následovně. Ze znalosti zkratového výkonu S zkr vypočítám velikost impedance Z RVeselí pomocí vztahu (3.2). Pro výpočty uvažuji minimální zkratový výkon sítě (c = 1), zadaná hodnota zkratový výkon S zkr je považována za minimální. 2 2 U n 22 Z RVeselí c * 1* 2, 785 (3.2) S 173,759 zkr Ze znalosti poměru R/X pro napájecí uzel získám jeho obrácenou hodnotu, kterou poté použiji pro výpočet fázového posuvu. 41

42 R X X 0,162 6,173 R (3.3) X arctan( ) arctan(6,173) 80, 8 (3.4) R Ze znalosti fázového posuvu již mohu určit hodnoty R RVeselí a X RVeselí. R X * cos 2,785*cos(80,8 ) 0, 445 RVeselí Z RVeselí * sin 2,785*sin(80,8 ) 2, 749 RVeselí Z RVeselí Dále potřebuji znát impedanci vedení. Vztahy (3.5a) a (3.5b) prezentují příklad výpočtu. R AlFe R / km* 0,225* 4,407 0, 992 (3.5a) 120 l X AlFe X / km* 0,363* 4,407 1, 6 (3.5b) 120 l Tab. 3.4 zobrazuje vypočítané velikosti odporů a reaktancí v síti. Prvky jsou zapojeny v sérii, můžeme je tedy sečíst. Tab. 3.4: Vypočtené velikosti odporů a reaktancí vedení Vedení R (Ω) X (Ω) AXEK120 0,052 0,027 ANKT 240 0,047 0,013 ANKT 120 0,046 0,059 6 Alfe 120 0,062 0,040 Alfe ,092 0,131 AlFe110/22 0,146 0,236 AlFe ,992 1,600 Celkem 1,436 2,106 Celková hodnota R C a X C se rovná součtu všech jednotlivých parametrů. R R R 0,49 1,436 1, 881 (3.6a) C RVeselí Vedení X X X 3,025 2,106 4, 855 (3.6b) C RVeselí Vedení Z těchto hodnot můžeme vypočítat velikost celkové impedance Z C v bodě společného napájení pomocí vzorce C 2 C 2 2 Z R X 1,881 4,855 5, 2 (3.7) C Dalším krokem je výpočet zkratového proudu a výkonu. S '' U n 22 I K c * 1* 2, 443kA (3.8) 3 * Z 3 *5,2 c '' 3 * U * I 3 *22*2,552 93, MVA (3.9) '' K n K 1 42

43 Simulace sítě v programu E-vlivy vypočítala v tomto bodě velikost zkratového výkonu '' S K = 92,751 MVA. Mírnou odlišnost ve výsledcích přisuzuji zaokrouhlování při výpočtech. Nyní můžeme provést porovnání s možnou změnou výkonu. DS S Zkr 1,4 93,1 0,015 1,5% (3.10) Výsledná hodnota překračuje stanovený limit 0,1 %, je tedy nutné přistoupit k druhé etapě posouzení připojitelnosti Etapa 2: Připojitelnost podle výpočtu rušivých vlivů Druhá etapa posuzování připojitelnosti vychází z určení celkového dovoleného příspěvku flikru pro posuzovanou napěťovou hladinu a podílu odběratele na celkovém flikru v síti. Nejdříve je nutné definovat tzv. sumační zákon. Pomocí něj bylo zjištěno, že spojování účinků kolísání napětí od různých instalací vyjádřených individuálními mírami vjemu flikru Psti, může být vyjádřeno pomocí vzorce Pst, (3.11) i P sti kde: Psti je velikost různých zdrojů flikru nebo úrovní emise určených ke spojování a α exponent, který závisí na typu zdroje kolísání napětí. Zákon uvádí, že uvedená rovnice může být použita i pro výpočet dlouhodobé míry vjemu flikru Plt. Stanovuje, že pro exponent α se běžně používá hodnota 3, pokud se nevyskytne informace opravňující použití jiné hodnoty. Detailněji je tato problematika popsána v [10]. Celkový dovolený příspěvek posuzované napěťové hladiny k dosažení plánovaných (směrných) hodnot Na základě výše zmíněných skutečností můžeme obecný exponent ve vzorcích udávajících výpočet dovoleného příspěvku flikru uvažovat rovný 3. Vztah 3.12 určuje mez příspěvku pro krátkodobou míru vjemu flikru G Pstvn. G Pstvn L T, (3.12) Pstvn PstTHM * L Pstvvn kde: LPstvn je plánovací úroveň pro síť vn, LPstvvn plánovací úroveň pro síť vvn a THM přenosový koeficient pro flikr z nadřazené sítě vvn do sítě vn. 43

44 Obdobně je určen dovolený příspěvek k dlouhodobé míře vjemu flikru G Pltvn. G Pltvn, (3.13) L Pltvn T PltTHM * L Pltvvn kde: LPltvn je plánovací úroveň pro síť vn, LPltvvn plánovací úroveň pro síť vvn a THM přenosový koeficient pro flikr z nadřazené sítě vvn do sítě vn. Obvyklá hodnota THM pro Pst i Plt je v [5] uváděna 0,8, plánovací úrovně odečtu z Tab 1.1. Pro posuzovaný případ tedy dostávám hodnoty: G G Pstvn Pltvn L T Pstvn PstTHM * LPstvvn 0,9 0,8 *0,8 L T Pltvn PltTHM * LPltvvn 0,7 0,8 *0,6 0,78 0,61 Individuální meze emise Každému uživateli distribuční soustavy je dovolen pouze určitý příspěvek k celkové mezi souhrnných emisí G Pstvn, resp. G Pltvn. Používá se k tomu podíl jmenovitého výkonu vyšetřované rušivé instalace a schopnost dodávky výkonu do vyšetřované soustavy viz vzorce 3.14 a S 1 i EPsti GPstvn * 3 * (3.14) S Zkr FVN S 1 i EPlti GPltvn * 3 *, (3.15) S Zkr FVN kde: F VN označuje činitele soudobosti, který respektuje, že ne všechna kolísající zařízení se projevují v síti současně. Udávány jsou typické hodnoty 0,2-0,3. Pro řešený případ volím hodnotu FVN = 0,2 a získávám následující výsledky: E E Psti Plti G G Pstvn Si 1 * * 0,78* 3 S F 1,4 1 * 93,1 0,2 3 S Zkr VN 1 * F 1,4 1 * 93,1 0,2 i * 3 0,61* 3 Pltvn SZkr VN 0,214 0,167 Úroveň flikru byla vypočtena simulací v programu E-vlivy, kde s pěti zapojenými svářečkami dosahovala v bodě společného napájení U10 hodnoty E Psti = 0,

45 Obr. 3.1: Vypočítané hodnoty flikru s pěti připojenými svářečkami Etapa 3: Připojování za mimořádných okolností Z výsledků je patrné, že požadované limity flikru nejsou splněny. V některých případech (např. absence dalších rušivých instalací v místě připojení) se mohou definovat vyšší plánovací úrovně a odběratel smí být připojen za zvláštních podmínek. Jako nový limit volím plánovací úroveň pro síť vn, tedy LPstvn = 0,9. Tento limit se pro připojení jeví jako dostačující, je ale nutné uvažovat i již instalovanou technologii. Z Tab 2.3 volím naměřený flikr Pst mer = 0,754 a pomocí sumačního zákona (vzorec 3.11) určím přibližnou velikost příspěvku obou zdrojů rušení. Pst Psti EPsti Pst mer i 0,784 0, ,969 Vidím tedy, že překročen je i limit pro celkové přípustné rušení v síti vn, proto za současného stavu nedoporučuji připojení nové technologie. Na straně odběratele bude nutné použít opatření snižující vliv zpětných vlivů na napájecí soustavu. 45

46 4 Omezení zpětných vlivů na napájecí síť Závěrečná část práce pojednává o technických řešeních, která mají za úkol omezit flikr. Obsahuje obecný úvod do problematiky zmírnění vlivu flikru a studii několika možných řešení konkrétního případu porovnaných po ekonomické stránce. (Pro zpracování této části práce byly použity zdroje [13] až [19]) 4.1 Popis problému Jak již bylo zmíněno, svářečky při provozu opakovaně odebírají značné množství nárazového proudu v krátkých časových úsecích. Časté jsou také odběry jalového výkonu, které způsobují úbytek napětí na impedanci napájecí sítě. S nedostatečně rychlým kompenzačním zařízením je obtížné tyto odběry omezit. Proudové špičky mohou způsobit nasycení magnetického jádra napájecího transformátoru. To vede k poklesu napětí a vzhledem k častému opakování způsobuje jeho kolísání. Kolísání napětí lze popsat následujícím vztahem 4.1: I *( R * cos X *sin ), (4.1) U f kde: U f je velikost fázového úbytku napětí, I velikost proudového rázu, R elektrický odpor, fázový posun mezi napětím a proudem a X reaktance. Obecně můžeme říci, že rychlé změny napětí se dají omezit ovlivněním hodnot v rovnici. a) Zmenšením proudového rázu I připojením spouštěčů či setrvačníků b) Omezením změn jalového výkonu v napájecí síti připojením dynamických kompenzátorů nebo stabilizátorů c) Zvýšením zkratového výkonu v bodě připojení rušivé zátěže. To v praxi znamená: připojení zátěže na vyšší jmenovité napětí napájení zátěží této kategorie z vyhrazených vedení zvýšení jmenovitého výkonu transformátorů napájejících kolísavou zátěž 46

47 4.2 Možnosti omezení flikru Dynamické napěťové stabilizátory Dynamické napěťové stabilizátory jsou vhodným řešením pro odstranění nebo omezení změn napětí. Podle toho, zda je jalový výkon induktivní nebo kapacitní, se může efektivní hodnota napětí ve společném napájecím bodě zvýšit nebo snížit. Obr. 4.1 popisuje klasifikaci různých řešení pro dynamické napěťové stabilizátory. Obvykle je představují trojfázové systémy s vysokým jmenovitým výkonem, které jsou navrhovány pro stabilizaci napětí v hlavním bodě distribuční sítě nebo pro specifickou skupinu zátěží ve společném napájecím bodě. Obr. 4.1: Klasifikace dynamických stabilizátorů napětí [16] Statické kompenzátory Statické kompenzátory využívají kapacitní a/nebo induktivní pasivní prvky, které jsou spínány, fázově řízeny nebo kombinovány s řízeným sycením jádra. Obvykle dodávají požadovaný stabilizační proud plynule nebo v diskrétních krocích. Statické kompenzátory jsou z technického i ekonomického hlediska považovány za nejvýhodnější řešení pro zvýšení kvality elektrické energie. 47

48 Tyristory spínané kondenzátory (TSC) Toto řešení funguje na principu spínání sekce kondenzátorových baterií připojených na sdružené napětí pomocí tyristorových spínačů (Obr. 4.2). Hodnota kapacity kompenzátoru se diskrétně mění v závislosti na počtu aktivních sekcí. Použitím vhodně velkého počtu sekcí může být dosaženo požadované hodnoty změny kapacity pro jeden krok. Spínání kondenzátorů obvykle doprovází negativní jevy jako nadproudy a přepětí. Těm můžeme s tímto systémem předejít díky synchronizaci spínání a počátečním přednabíjením kondenzátorů. Doba odezvy pro symetrický provoz obvykle nepřekračuje 20 ms. Obr. 4.2: Schéma kompenzátory s tyristory spínanými kondenzátory [16] Kompenzátor s tyristory řízeným reaktorem (TCR) a pevnými kondenzátory (FC) Toto řešení je zástupcem nepřímé kompenzace. V závislosti na požadované funkci stabilizátor napětí nebo kompenzátor jalového výkonu je řízena hodnota dvou složek proudu a) Základní harmonická proudu kondenzátorem, kondenzátor je provozován jako filtr nebo jako spínaný kondenzátor (TCR/TSC) b) Základní harmonická proudu tlumivkou, která je řízená tyristorovým spínačem Obr. 4.3: Schéma trojfázového kompenzátoru s tyristory řízeným reaktorem a pevnými kondenzátory [16] 48

49 Zdroje napětí s měničem s vlastní komutací a zdroje jalového proudu nebo výkonu Kompenzátor obsahuje zdroj napětí s měničem. Spínací stavy polovodičových zařízení určují charakter a hodnotu jalového výkonu (induktivní nebo kapacitní). Schopnosti těchto kompenzátorů jsou srovnatelné se synchronními stroji, oproti nim jsou ovšem výrazně rychlejší. Nejznámějším používaným kompenzátorem tohoto typu je STATCOM (Static Synchronous Compensator). Základní částí kompenzátoru je řízený usměrňovač, který je připojen k napájecí síti přes indukčnost, obvykle rozptylovou reaktanci transformátoru. Pokud je napětí měniče nižší, než napětí napájecí sítě, kompenzátor se chová jako induktivní zátěž, v opačném případě pak kompenzátor dodává jalový výkon do sítě. Reakční doba se pohybuje od 1 do 5 ms. 4.3 Řešení konkrétní situace Na základě dostupných možností je zde vyhodnocována hodnota Pst. Jako limitní mez je uvažuji úroveň Pst = 0,9 (uvedena normou PNE pro celkovou hodnotu rušení v síti vn). Dosažení meze příspěvku jednoho odběratele Pst = 0,35 není s použitou technologií reálné. Podle normy [5] se cos pro svářečky pohybuje v rozmezí 0,7 0,9. Během analýz jsou uvažovány nejhorší možné parametry svářeček, tedy cos = 0,7. Pro simulaci flikru v programu E-vlivy jsou použity pravoúhlé pulsy, které reprezentují odběry proudů při svařování (Obr. 4.4). Původní technologie je reprezentována rezervovaným příkonem 600 kw (nastavené parametry jsou uvedeny v příloze č. 2). Obr. 4.4: Kolísání napětí v síti během svařování [16] 49

50 4.3.1 Použití systému blokování Systém blokování je technika, která během svařování zajišťuje, aby nedošlo k souběhu svařovacích impulsů dvou přístrojů. Stroje instalované v nové výrobní hale tuto technologii podporují, můžeme tedy vypočítat její vliv na způsobovaný flikr. Známe dobu trvání svařovacího impulsu Tp (380 ms) a četnost impulsů (50 n/min). Vynásobením hodnot docházím k závěru, že jedna svářečka má každou minutu 19 sekund zvýšený proudový odběr. V 60 sekundách tedy mohou bez rizika setkání dvou impulsů pracovat tři z pěti svářeček (celkový čas odběru 57 s). Obr. 4.5 Schéma pro analýzu flikru s novými svářečkami připojenými na jednom vývodu Pracuji tedy se zapojením původní výrobní technologie a 3 nových svářeček (Obr. 4.5, původní výrobní technologie označena zkratkou PuvSv, nové svářečky NSv1-3). V napájecím uzlu U10 dosahuje flikr Pst nepřípustné hodnoty 0,967. Při zapojení všech pěti svářeček bez blokování je velikost flikru 1,03, dosáhlo se tedy teoretického snížení o flikru 0,063. Jako další možné opatření lze snížit četnost impulsů nebo dobu Tp, aby v jedné minutě byl obsažen proudový odběr 4 svářeček. Vycházím z možného času pro jednu svářečku 15 s. To by u těchto 4 strojů vyžadovalo snížení četnosti impulsů na dobu Tp na 300 ms nebo počet impulsů na 39 n/min. Uvažuji tedy souběh původní technologie, jedné svářečky se sníženými parametry a jedné se jmenovitými parametry. Při snížení Tp dosahuje flikr Pst hodnoty 0,931, po snížení počtu impulsů 0,

51 Pro dosažení hodnoty 0,9 by bylo nutné snížit parametry svářeček ještě více, což z výrobního hlediska není použitelnou metodou, proto se nabízí řešení nainstalovat blokační systém na původní zařízení a synchronizovat jej s novou výrobní halou, aby nedocházelo k setkávání více proudových impulsů. Odhadovaná investice je v řádu desítek tisíc. V dalších bodech zohledňuji fakt, že maximální možný počet souběžných svařovacích impulsů jsou tři. Hodnota flikru Pst = 0,967 se používá u dalších metod omezovaná hodnota Výstavba paralelního vedení Slouží k navýšení zkratového výkonu v síti. Při výpočtu vycházím z předpokladu, že paralelní vedení se bude skládat ze stejných linek jako původní, můžeme celkovou impedanci uvažovat poloviční. RVedení 1,436 R NVedení 0, 718 (4.2a) 2 2 X Vedení 2,106 X NVedení 1, 053 (4.2b) 2 2 Přičtu k novým parametrům vedení parametry napájecího uzlu. R R R 0,445 0,718 1, 163 (4.3a) CN RVeselí NVedení X X X 2,749 1,053 3, 802 (4.3b) CN RVeselí NVedení Vypočítám velikost nové celkové impedance v napájecím bodě. 2 CN 2 CN 2 2 Z R X 1,163 3,802 3, 976 (4.4) CN Určím novou velikost zkratového proudu a výkonu. '' U n 22 I KN c * 1* 3, 195kA (4.5) 3 * Z 3 *3,976 c '' '' SKN 3 * U * I 3 *22*3, , 746MVA (4.6) n K Simulace s paralelním vedením v programu E-vlivy vypočítala v napájecím uzlu hodnotu zkratového výkonu 120,886 MVA. V napájecím uzlu nyní úroveň flikru Pst dosahuje hodnoty 0,782, oproti předchozímu stavu dosahujeme poklesu flikru o 0,185. Na základě zdroje [19] se ovšem odhadovaná cena za výstavbu může pohybovat mezi 4 a 5 miliony Kč. Je také nutné počítat s faktem, že proces výstavby vedení může trvat několik let. 51

52 4.3.3 Nový transformátor Tento návrh počítá s nákupem nového transformátoru (při realizaci tohoto plánu by bylo zřejmě nutné rozšířit transformační stanici) o výkonu kva s parametry uvedenými v Tab 4.1, ze kterého by byla napájena nová výrobní budova se svářečkami. Tab. 4.1: Parametry navrhovaného transformátoru [15] Typ 398/22 Jmenovitý výkon (kva) 1000 Zapojení vinutí Dyn1 Ztráty naprázdno P 0 (W) 1700 Ztráty nakrátko P k (W) Napětí nakrátko u k (%) 6 Orientační cena (Kč) Obr. 4.6: Schéma pro analýzu flikru při napájení nových svářeček z nového transformátoru Způsob vyhodnocení vlivu této úpravy je následující. Nejprve provedu analýzu flikru s již připojenými svářecími přístroji PuvSv a třemi novými svářečkami NSv1-3 připojenými na vývod U12. Pokud počítám s možností souběhu proudových rázů tří svářeček, dostávám v uzlu U10 na hodnotu krátkodobé míry vjemu flikru Pst = 0,967. Poté provedu přepojení nových svářeček na samostatné napájení ze čtvrtého transformátoru (Obr. 4.6) a provedu analýzu flikru. V uzlu U8 dosahuji hodnoty flikru Pst = 0,963. Nákup nového transformátoru tedy nemá na omezení flikru výrazný vliv. 52

53 4.3.4 Aktivní kompenzační zařízení Vzhledem k rychlým změnám odběru jalového výkonu přichází z aktivních kompenzačních zařízení v úvahu systém STATCOM. Dle studie [17] je tato technologie schopna u odporových svářeček schopna snížit hodnotu krátkodobé míry vjemu flikru Pst z hodnoty 3,5 na 0,58. Pokud tento předpoklad aplikujeme na řešený případ, s úvahou hodnoty flikru 4,192, dostáváme teoretickou sníženou hodnotu Pst = 0,69. Po výpočtu flikru s aplikací nových parametrů dosahuje Pst i se třemi současně pracujícími novými svářečkami hodnoty 0,665. Pro současnou technologii by na základě provedených měření bylo nutné pořídit kompenzační zařízení s výkonem 300 kvar. Současná cena technologie STATCOM je odhadována na 150$ za kvar [18]. Při současném kurzu (uvažován 24 Kč za 1 $) zařízení představuje investici přesahující milion korun. Efekt použití levnější alternativy s delší reakční dobou by vyžadovalo další analýzu. 4.4 Ekonomické vyhodnocení Tab 4.2 zobrazuje přehled navrhovaných metod omezení flikru, jejich vliv na snížení Pst a odhadovaná finanční investice. Z ekonomického hlediska vychází nejvýhodněji utilizace systému blokování tak, aby nedocházelo k souběhu několika proudových rázů při svařování. Náklady na systém blokování jsou uvedeny nulové, jelikož nové stroje jej mají integrovaný. Tab. 4.2: Ekonomické zhodnocení navrhnutých metod řešení Metoda omezení flikru Snížení Pst Náklady (Kč) Výstavba paralelního vedení 0, Systém blokování 0,063 0 Nový transformátor 0, Aktivní kompenzační zařízení 0,

54 Závěr Cílem této diplomové práce je seznámit čtenáře s problematikou kvality elektrické energie v distribučních sítích. Legislativa v této oblasti určuje práva a povinnosti účastníků na trhu s elektřinou a vymezuje parametry kvality napětí, které je distributor i odběratel povinen dodržovat. V případě nesplnění stanovených limitů jsou definována nápravná opatření a možné sankce. V další části práce se věnuji analýze a vyhodnocení zpětných vlivů odběratele FERT, a.s. Jejich měření bylo provedeno opakovaně a po podrobném rozboru zaznamenaných hodnot mohu prohlásit, že u odběratele dochází k překračování stanovených mezí pro příspěvek ke krátkodobému i dlouhodobému vjemu flikru. To je nepochybně způsobeno použitou výrobní technologií, kterou představují odporové svářečky. Limit stanovený normou ČSN EN pro dlouhodobou míru vjemu flikru překročen není. Z důvodu plánovaného rozšíření výroby odběratele FERT, a.s. je nutné provést posouzení připojitelnosti se zaměřením na způsobovaný flikr. Na to se soustřeďuji v kapitole 3. Ze znalosti parametrů napájecí sítě pomocí výpočtů a analýzy v simulačním programu E-vlivy stanovuji mezní hodnoty příspěvku k flikru pro novou technologii. Po přičtení flikru působeného stávajícími svářečkami překračuje příspěvek ke krátkodobé míře vjemu flikru hodnotu 0,9, což je limitní mez stanovená pro sítě vysokého napětí. Odběratel tedy musí provést opatření zmírňující vliv jím působeného flikru na napájecí soustavu. Těmito opatřeními se zabývám v závěrečné části práce. Uvádím zde možné způsoby omezení flikru. Dále provádím rozbor možností omezení flikru pro tento konkrétní případ. Většina dostupných řešení není z ekonomického hlediska realizovatelná. Nové svářečky ale disponují technologií blokování, která je schopna zamezit souběhu dvou svářecích impulsů a tím omezit způsobovaný flikr. Při nasazení obdobného blokovacího systému i na původní výrobní technologii a synchronizaci obou skupin svářeček předpokládám, že úroveň flikru klesne na přijatelné hodnoty. V každém případě doporučuji průběžně provádět další měření kvality napětí. Uvědomuji si, že výsledné hodnoty nemusí být vzhledem k použitým výpočetním metodám zcela směrodatné, ale jsou v nich použity obecně platné principy a práce tedy jistou vypovídající hodnotu má. 54

55 Použité zdroje [1] Zákon č. 458/2000 Sb. O podmínkách podnikání a o výkonu státní správy v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (Energetický zákon). Vyšlo ve Sbírce zákonů [2] Vyhláška 540/2005 Sb. O kvalitě dodávek elektřiny a souvisejících služeb v elektroenergetice. Platnost od [3] Pravidla provozování distribučních soustav (PPDS). Příloha č. 3: Kvalita napětí v distribuční soustavě, způsoby jejího zjišťování a hodnocení [4] ČSN EN : Charakteristiky napětí elektrické energie dodávané z veřejných distribučních sítí. 3. vyd. Praha : ÚNMZ, str. [5] PNE Výpočetní hodnocení zpětných vlivů odběratelů a zdrojů distribučních soustav. 4. vyd. Platnost od [6] Kvalita napětí [online]. [cit ]. Dostupné z: [7] GAVLAS, Josef, Pavel SANTARIUS a Petr KREJČÍ. Poruchy napětí: Měření flikru. European Copper Institute [online]. FEI Technická univerzita Ostrava, 2006 [cit ]. Dostupné z: [8] KUŽELA, Miloslav, Pavel SANTARIUS, Radomír GOŇO a Josef Gavlas. Harmonické: Meziharmonické. European Copper Institute [online]. FEI Technická univerzita Ostrava, 2005 [cit ]. Dostupné z: kvalita-elektrick%c3%a9-energie3-1-1-pdf.pdf [9] KAŠPÍREK, Martin. Konference ČK CIRED 2013: Kvalita napětí v síti z pohledu distributora. [10] PNE Parametry kvality elektrické energie - Část 2: Kolísání napětí. 3. vyd. Platnost od [11] FERT - betonářská ocel, prostorové výztuže [online]. Dostupné z: [12] Odporové svařování, bodové svařování, švové svařování. Svářecí technika Schinkmann.cz [online]. [cit ]. Dostupné z: odporove-svarovani 55

56 [13] Light Flicker Caused By Resistive Spot Welder. In: Power Quality Testing Network [online]. Electric Power Research Institute, 2003, s. 8 [cit ]. Dostupné z: ProductId= [14] Voltage Fluctuations and Flicker Case Study. BAYO, Araceli Hernández. Handbook of Power Quality [online]. John Wiley & Sons, Ltd, 2008, s. 11 [cit ]. Dostupné z: USO%20FINAL/casos/case5.pdf [15] Transformátory - KOČÍ - VALÁŠEK s.r.o [online]. [cit ]. Dostupné z: [16] GAVLAS, Josef, Pavel SANTARIUS a Petr KREJČÍ. Poruchy napětí: Flikr. In: Poruchy napětí [online]. FEI Technická univerzita Ostrava, 2006, s. 19 [cit ]. Dostupné z: energie5-1-4-pdf.pdf?status=master&sfvrsn=0 [17] VIRULKAR, V. B. a M. V. AWARE. Mitigation of Flicker at Resistance Welder Using DSTATCOM with BESS. In: AWARE, M. V. Fifteenth National Power Systems Conference (NPSC), [online]. Bombay, 2008, s. 6 [cit ]. Dostupné z: [18] BEGOVIC, Miroslav M. Electrical transmission systems and smart grids: selected entries from the Encyclopedia of sustainability science and technology. New York: Springer Science+Business Media, ISBN [19] Kolik stoji přeložka nebo úprava vysokého vedení 22kV na závěsné lano? [online] [cit ]. Dostupné z: 56

57 Přílohy Příloha č.1 - Měření ve firmě FERT, a.s. Obr. P.1: Výrobní hala firmy FERT, a.s. Obr. P.2: Detail svařování 1

58 Obr. P.3: Analyzátor sítě připojený na hladině nízkého napětí Obr. P.4: Analyzátor sítě připojený na hladině vysokého napětí 2

59 Příloha č.2 - Parametry nastavené pro simulace v programu E-vlivy Obr. P.5: Parametry původní zátěže Obr. P.6: Parametry nové zátěže 3