Jakość energii elektrycznej to grupa wielkości charakteryzujących napięcie zasilające, których zapewnienie jest warunkiem poprawnej pracy zasilanych urządzeń elektrycznych. Wielkościami, o których mowa są wielkości fizyczne związane z napięciem, tj. wartość skuteczna, częstotliwość, współczynnik odkształcenia THDu, zawartość harmonicznych, itd.
Dopuszczalne wartości poszczególnych parametrów napięcia określa Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego bazujące na normie PN-EN 50160. Podane dopuszczalne wartości określane są w nim jako percenty 95% za okres 7 dni wyliczony ze średnich 10 minutowych (za wyjątkiem częstotliwości i THDu). Oznacza to, że do oceny jakości dostarczanej energii elektrycznej brane są średnie wartości parametru w czasie 10 minut liczone z wartości chwilowych (1 okres), a nie wartości chwilowe. W praktyce oznacza to, że w sieci dopuszcza się występowanie zakłóceń krótkotrwałych (rzędu kilku do kilkuset milisekund) oraz niedotrzymywanie standardów jakościowych energii w przypadku niektórych wielkości aż przez 5% czasu tygodnia czyli ponad 8 godzin.
Do podlegających kontroli parametrów jakości energii elektrycznej należą: częstotliwość, wartość, wahania i skoki napięcia, przerwy w zasilaniu, napięcia przejściowe (pojawiające się chwilowo podczas włączania i rozłączania elementów sieci przesyłowej), asymetria napięcia zasilającego, harmoniczne i interharmoniczne dla napięcia i prądu, napięcia sygnalizacyjne nałożone na napięcie zasilające i szybkie zmiany napięcia.
Niedotrzymanie określonych w przepisach zakresów wartości tych parametrów energii elektrycznej dostarczanej do odbiorców może powodować zakłócenia pracy odbiorników. Niejednokrotnie możliwe jest zaobserwowanie zjawisk fizycznych i chemicznych będących następstwem tych zakłóceń. Mogą to być m.in.
- migotania źródeł światła
- zaburzenia w pracy napędów elektrycznych, które mogą wpływać na przebieg procesów technologicznych
- uszkodzenia lub wyłączenia odbiorników czułych na zmiany parametrów zasilania
Niestabilna praca urządzeń elektrycznych i elektronicznych, zauważalna z powodu m.in. ich zwiększonej hałaśliwości, przegrzewania, nadmiernych drgań czy nieplanowych wyłączeń, jest źródłem strat wynikających z przedwczesnego ich zużycia oraz zakłóceń procesów, w których biorą one udział.
Najistotniejsze skutki jakie powinny być wyeliminowane z sieci to skutki nie widoczne gołym okiem. Te zjawiska powodowane są głównie przez odkształcenia prądu i napięcia, które generowane są przez odbiorniki nieliniowe, takie jak falowniki, wyładowcze źródła światła, UPSy, komputery, odbiorniki niespokojne i wiele innych urządzeń. Przepływ odkształconego prądu powoduje szereg niekorzystnych zjawisk w sieci, między innymi:
- Zwiększenie wartości skutecznej prądu, co skutkuje zwiększeniem strat w elementach przesyłowych takich jak kable i transformatory, a także może wywołać zadziałanie zabezpieczeń termicznych na skutek przegrzania.
- Dodatkowe straty w rdzeniu transformatora na skutek powstania prądów wirowych od wyższych harmonicznych prądu oraz zwiększenie strat przewodzenia na skutek zjawiska naskórkowości. Przykładowo przy odkształceniu THDI=35% straty w transformatorze zostają podwojone.
- Dodatkowe straty w silnikach indukcyjnych na skutek pojawienia się prądów wirowych od harmonicznych prądu, a przy pojawieniu się harmonicznych napięcia tego samego rzędu również straty mocy czynnej.
- Przegrzanie izolacji przewodu neutralnego - typowe dla zasilania odbiorników komputerowych w sieciach 3 fazowych, gdzie przewód N nie został przewymiarowany.
- Przyśpieszona degradacja izolacji kabli, uzwojeń silników i transformatorów, na skutek stresu wywołanego zwiększoną temperaturą pracy w efekcie wystąpienia zjawiska naskórkowości. Przy dużych odkształceniach żywotność urządzeń może zmaleć kilkukrotnie.
- Wywoływanie odkształcenia napięcia na elementach rozdzielczych, głównie transformatorach, co powoduje dodatkowe odkształcanie prądu i jego przepływ przez elementy liniowe.
- Wysokie odkształcenia napięcia powodują zakłócenia w pracy urządzeń elektronicznych, lub sterowanych elektronicznie, np. uszkadzanie falowników na skutek błędów synchronizacji.
- Przeciążanie elementów pojemnościowych, np. kondensatorów w bateriach i obwodach pośredniczących prądu stałego na skutek przepływu dodatkowych prądów pojemnościowych od wyższych harmonicznych.
Wszystkie te skutki wiążą się z kosztami energii lub kosztami wcześniejszej wymiany elementów a co za tym idzie przerw w zasilaniu.
W przypadku użytkowników, dla których oszczędność energii oraz bezpieczeństwo zasilania urządzeń jest istotne (m.in.Centrów Przetwarzania Danych, Data Centers) wykonanie pomiarów jest wręcz nieodzowne. Przeprowadzenie jednego audytu jakości energii pozwala na określenie występujących nieprawidłowości i zagrożeń, wskazanie niewłaściwie działających elementów, jak np. kompensacja mocy biernej, a także na opracowanie programu działań, które pozwolą na poprawę sytuacji.
W instalacjach Data Center ważną kwestią która poddawana jest badaniu to weryfikacja poprawności i kolejności prawidłowego zaprogramowania automatyki zastosowanej w systemach zasialania. Pomiar i weryfikacja pozwala na określenie czy kolejność włączeń poszczególnych elementów systemu po zaniku napięcia jest prawidłowe i nie zagraża zasilaniu w komorze serwerowni.
Pomiary parametrów sieci wykonywane są przenośnymi analizatorami jakości energii, które umożliwiają bezinwazyjne podłączenie do rozdzielnic. Dzięki temu pomiary nie są odczuwalne dla zakładu, gdyż nie ma potrzeby dokonywania jakichkolwiek wyłączeń napięcia.
Do wykonania pomiarów używamy dostępnego w naszej wypożyczalni analizatora parametrów sieci Fluke serii 430 przeznaczonego do ciągłego pomiaru, analizy i rejestracji parametrów energii elektrycznej w obwodach jedno i trójfazowych sieci i urządzeń elektroenergetycznych.
Długość pomiarów zależna jest od celu w jakim są one przeprowadzane, jednak dla uzyskania pełnego obrazu sytuacji najczęściej wykonuje się pomiary tygodniowe. Po wykonaniu pomiarów dane pomiarowe zarejestrowane w analizatorach są obrabiane i analizowane. Na tej podstawie zostaje opracowana analiza wraz z komentarzem i zaleceniami, którą w formie raportu otrzymuje zamawiający pomiary.
Nasze usługi zawierają:
- Wynajem urządzenia
- Wykonanie pomiarów
- Opracowanie wyników
- Przekazanie zaleceń do wykonania
- 24 godziny 7 w tygodniu wsparcie techniczne wraz z serwis operatorem