Komentář k problematice parametrů kvality dodávané elektrické energie z distribuční sítě nn a vn zákazníkům

6.3.4.17

Komentář k problematice parametrů kvality dodávané elektrické energie z distribuční sítě nn a vn zákazníkům

Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv

 NahoruÚvod

Elektřina je jednou z mnoha forem energie, která se řídí přesně definovanými fyzikálními zákony.

Elektrická energie se vyrábí v elektrárnách v předepsané standardní kvalitě a prostřednictvím přenosových a distribučních sítí je dodávána až ke konečnému zákazníku. Během této dlouhé cesty působí na elektrickou energii mnoho vnějších faktorů, které mohou mít vliv na konečnou kvalitu elektrické energie.

Mezi takové faktory lze zařadit například:

• atmosférické vlivy (např. účinek blesku),

• vlivy způsobené používáním některých elektrických spotřebičů (např. elektronické regulátory výkonu a otáček, napájecí zdroje elektronických přístrojů apod.),

• vlivy způsobené nutnými provozními manipulacemi v síti,

• působení ochran a automatizačních prostředků sloužících k omezení poruchových stavů v sítích,

• časté spínání velkých spotřebičů.

Výše uvedené faktory mohou způsobovat:

• odchylky výšky napájecího napětí (přepětí, poklesy nebo přerušení napájecího napětí)

• odchylky od sinusového průběhu napětí (harmonická napětí)

• nesymetrie napájecího napětí

 NahoruZvláštní charakter elektrické energie

Elektřina je forma energie, která je výslovně mnohostranná a upravitelná. Je využívána po přeměně v různé jiné formy energie: teplo, světlo, mechanickou energii a v mnoho elektromagnetických, elektronických, akustických a vizuálních forem, které jsou základem moderních telekomunikací, informační technologie a zábavy.

Elektřina, tak jak je dodávána odběratelům, má různé charakteristiky, které jsou proměnné a které mohou mít vliv na užitečnost elektrické energie pro odběratele. Norma kvality ( ČSN EN 50160 ) popisuje charakteristiky elektřiny termíny pro střídavé napětí. S ohledem na užití elektřiny je žádoucí, aby napájecí napětí bylo střídavé s konstantním kmitočtem, s dokonale sinusovým průběhem vlny a s konstantní amplitudou. V praxi však existuje mnoho faktorů, které způsobují odchylky. Na rozdíl od normálních výrobků je její užívání jeden z hlavních faktorů, které vyvolávají změny "charakteristik“.

Tok energie do spotřebičů odběratele má za následek elektrické proudy, které jsou více méně úměrné velikosti požadovaného příkonu odběratele. Tyto proudy protékají vodiči rozvodné sítě a vytvářejí na nich úbytky napětí. Velikost napětí dodávaného jednotlivému odběrateli je v jakémkoliv okamžiku funkcí souhrnných úbytků napětí na všech částech sítě, kterými je odběrateli uskutečněna dodávka energie a je určena jak individuálním požadavkem příkonu, tak i současnými požadavky příkonu ostatních odběratelů. Jelikož odběr každého odběratele se neustále mění a další proměnnost je ve stupni současnosti odběrů různých odběratelů, je napájecí napětí také proměnné. Z tohoto důvodu norma kvality pojednává o charakteristikách napětí vyjádřených statistickým nebo pravděpodobnostním způsobem. Je v ekonomickém zájmu odběratele, aby se norma o dodávce spíše týkala normálně očekávaných podmínek než vzácných možností, jako je neobvyklý stupeň soudobosti odběrů různých spotřebičů nebo různých odběratelů.

Elektřina přichází k odběrateli přes soustavu zařízení výroby, přenosu a distribuce. Každá část této soustavy podléhá poškození a poruchám způsobeným elektrickým, mechanickým a chemickým namáháním, jejichž původ má různé příčiny, zahrnující extrémy počasí, obyčejné opotřebení, stárnutí a působení lidských činností, ptáků, zvířat atd. Takové poškození může narušit nebo i přerušit dodávku jednomu nebo mnoha odběratelům.

Udržení konstantního kmitočtu vyžaduje dostatečný výkon výroby, který se přizpůsobuje okamžitému současnému celkovému odběru. Jelikož jak výkon výroby tak i odběr jsou náchylné se měnit nespojitě, zejména v případě poruch ve výrobě, přenosu nebo distribuci, je zde vždy riziko nepřizpůsobení, které má za následek nárůst nebo pokles kmitočtu. Toto riziko se snižuje propojením mnoha sítí do jedné velké propojené soustavy, jejíž výkon výroby je dostatečně velký ve srovnání se změnami, které se mohou vyskytnout.

Jsou však jiné charakteristiky, které mohou mít rušivý nebo škodlivý účinek na zařízení odběratelů nebo dokonce i na odběratele samotné. Některé z těchto rušivých charakteristik mají původ v nevyhnutelných přechodových jevech v samotné rozvodné síti jako následek poruch nebo spínání nebo atmosférických jevů (blesk). Jiné jsou však výsledkem použití elektrické energie, které přímo mění tvar vlny napětí, injektující na něm určité vzorky nebo přidávající signální napětí. Současně s používáním zařízení s těmito účinky, přibývá také zařízení, která jsou citlivá na rušení.

Tam, kde je to možné, definuje tato norma běžně očekávané změny parametrů napětí. V jiných případech poskytuje pokud možno nejlepší kvantitativní naznačení toho, co lze očekávat.

Jelikož v různých oblastech je značná rozmanitost struktur distribučních sítí způsobená konkrétními rozdíly v hustotě zatížení, charakterem odběru (domácnosti, služby, průmysl), nadstandardními požadavky na kvalitu dodávané elektřiny (napěťová stabilita, bezpečnost a spolehlivost dodávky), hustotě osídlení atd., bude mnoho odběratelů mít zkušenost s podstatně menšími změnami charakteristik napětí, než jsou hodnoty uvedené v této normě.

S ohledem na charakteristické vlastnosti elektrické energie je její kvalita narušována spíše jejím uživatelem než jejím výrobcem nebo dodavatelem. V těchto případech je odběratel hlavním partnerem dodavatele při snaze udržování kvality elektrické energie.

Je třeba poznamenat, že této otázce se věnují jiné normy již publikované nebo připravované: Normy pro emise (soubor norem ČSN IEC 61000 a ČSN EN 61000) určují přípustné úrovně elektromagnetického rušení generované zařízením odběratele. Normy odolnosti proti rušení stanovují úrovně rušení, které by zařízení mělo být schopné snášet bez nežádoucího poškození nebo ztráty funkce. Další soubor norem pro elektromagnetické kompatibilní úrovně slouží koordinaci a vzájemným souvislostem norem emise a odolnosti s cílem dosažení elektromagnetické kompatibility, viz následující ilustrační obrázek.

I když tato norma kvality má zřejmou návaznost na kompatibilní úrovně, je důležité poznamenat, že se týká napěťových charakteristik elektrické energie. Není tedy normou pro kompatibilní úrovně. Mělo by být zvlášť zdůrazněno, že funkce zařízení může být zhoršena, jestliže toto zařízení je vystaveno podmínkám dodávky horším než je stanoveno v předmětové normě uvedeného zařízení, i když charakteristiky dodávky elektrické energie odpovídají této normě.

Koordinace a vzájemná souvislost emisí a odolnosti zařízení, dosažení elektromagnetické kompatibility:

 NahoruKvalita elektřiny a EU

Od samého vzniku asociace rozhodly členské státy Evropského společenství o vytvoření širokého ekonomického prostoru bez bariér pro mezinárodní obchod.

K tomuto účelu byla vydána řada směrnic, aby se odstranily rozdíly v legislativě členských států EU, které by mohly ovlivnit volnou výměnu zboží a služeb.

Jedna ze směrnic je Směrnice 85/374 o odpovědnosti za výrobek. Tato směrnice v článku 2 stanoví, že elektřina se musí považovat za "výrobek“. A proto musí být nezbytně definovány podstatné charakteristiky dodávané elektřiny.

CENELEC stanovil úkol vypracovat normu na základě dokumentu DISNORM 12 UNIPEDE. Zamýšlelo se specifikovat různé aspekty, které se výhradně vztahují na následující charakteristiky dodávané elektřiny: kmitočet, velikost, tvar vlny a symetrii třífázových napětí.

Pro tento úkol založil CENELEC výbor BTT 68-6 za účasti zástupců většiny členů CENELEC. EN 50160 byla vypracována tímto týmem a řádně ratifikována CENELEC. Výsledkem činnosti výboru BTT 68-6, ve kterém se zúčatnilo prací na normě EN 50160 16 států, bylo vydání normy EN 50160 v r. 1999 a pokynu pro používání této normy CLC/TR 50422:2003.

V souvislosti s rozšířením EU a postupnou liberalizací energetického trhu v EU bylo nutné zahájit práce na revizi normy EN 50160 . Tyto práce byly zahájeny v r. 2004 a zároveň došlo k ustavení nové technické komise CENELEC TC 8X. V rámci této nové komise (původní BTT 68-6 byla zrušena) se prací na revizi normy zúčastnily i nové země EU a celkový počet spolupracujících států se zvýšil na 26.

V r. 2004 byl vypracován 1. návrh revize a po projednání připomínek byl v r. 2005 vypracována předběžný návrh pro EN 50160 , který byl v září 2005 rozeslán k hlasování v rámci CLC TC 8X. K tomuto návrhu přišlo poměrně velké množství připomínek, a proto se uskutečnilo v květnu 2006 zasedání CLC TC 8X i za účasti zástupců ČR a na podzim 2006 bude rozeslán definitivní návrh revize normy EN 50160 ke schválení. Předpokládá se, že norma nabude účinnosti od 1. 6. 2007.

Omezení a minimalizace dopadu poruchových stavů v distribuční síti na konečného zákazníka

Při poruchách v rozvodném zařízení je prvořadým úkolem a snahou distributora omezit v co možná největší míře dopady těchto nepředvídatelných stavů na konečného zákazníka. K tomu slouží různé automatizační systémy (např. systémy opětného zapínání OZ) ochrany, které mají za úkol poruchu najít a v co možná nejkratším čase odpojit poruchové místo od napájecí sítě.

V průběhu této doby dochází k změně kvalitativních ukazatelů elektrické energie, které jsou dány fyzikálními zákonitostmi, charakterem použitých automatizačních systémů a sítě. Jedná se především o krátkodobé poklesy a přerušení napájecího napětí. Po uplynutí této doby zůstane bez napětí pouze bezprostředně postižená část sítě.

Distributor má právo přerušit nebo omezit dodávku elektřiny podle uzavřené smlouvy mimo…