Pagrindiniai elektros energijos kokybës rodikliai

Pagrindiniai elektros energijos kokybës rodikliai

Elektros energijos kokybës rodikliai turi atitikti galiojanèius standartus. Pvz.: bendrø skirstomøjø elektros tinklø  átampos charakteristikas apibrëžia Lietuvos LST EN 50160 ir Europos EN 50160: 1999 standartai.

Šis standartas reglamentuoja: tiekiamosios átampos kitimà, staigiuosius átampos pokyèius t.y. jø didumà ir mirgëjimo aštrumà, staigiuosius átampos kryèius, trumpuosius ir ilguosius átampos pertrûkius, laikinuosius pramoninio dažnio viršytampius tarp laidininko ir žemës, tiekiamos átampos asimetrijà, áskaitant harmoninæ ir neharmoninæ átampas.

Norint, kad vartotojas gautø nurodytø charakteristikø elektros energijà elektrinës turi garantuoti griežtesnius reikalavimus, o elektros tinklas turi turëti galimybæ reguliuoti átampà.

Elektros sistemos vardiná dažná garantuoja vedantys generatoriai. Dël to energetikos sistemoje išskiriamos elektrinës, kuriø personalas atsako už sistemos dažná. Dažnis reguliuojamas didinant ar mažinant kuro padavimà ir generatoriø žadinimo dažná. Jei didëja pareikalaujama reaktyvioji galia, didinamas generatoriø žadinimo srautas, didëja generatoriø átampa ir didëja atiduodama reaktyvioji galia.

Átampos nuokrypis ir svyravimai.

, U – faktinë imtuvo átampa, Un – vardinë átampa.

Átampos nuokrypis gali atsirasti dël átampos nuostoliø šaltinyje ar perdavimo linijoje.

Átampos svyravimas – tai greiti trumpalaikiai átampos pasikeitimai staigiai pakitus normaliam tinklo režimui. Svyravimai bûna dël komutaciniø perjungimø, avariniø gedimø tinkle, ásijungiant pvz.: asinchroniniams narveliniams varikliams.

Dažnis yra bendras sistemos elektros kokybës rodiklis, o átampa – vietinis. Átampos dydis atskiruose elektros tinklo taškuose priklauso nuo átampos ant atskirø generatoriø gnybtø, nuo galios srautø elektros tinkle ir tinklo charakteristikø (nuostoliø), nuo elektros imtuvo pareikalaujamos galios, nuo átampos reguliavimo átaisø darbo.

Europos EN 50160 standartas rekomenduoja, kad skirstomuose elektros tinkluose nemažiau kaip 95 procentus laiko átampa nuo vardinës skirtøsi ne daugiau kaip 10 (á abi puses).

Átampos trûkiai.

Elektros tiekimo sutrikimai, ar tiekimo nutraukimai turi bûti vartotojams priimtini. I-III vartotojø grupës (plaèiau skyriuje ,,Pramonës ámoniø elektros apkrovø nustatymo metodai“).

Dažnio nuokrypis ;

Dažnis yra standartinis (pramoninis) – 50 hercø (kai kur, pvz. USA – 60 Hz). Europos standartas EN 50160 elektros árenginiø gamintojus orientuoja, kad elektros dažnis per metus 99,5 procentus laiko gali bûti tarp 49,5 ir 50,5 Hz, o visà laikà - tarp 47 ir 52 Hz.

Átampos kreivës nesinusiškumas tinkle. Atsiranda dël galingø tiristoriniø keitikliø naudojimo ir neturi viršyti 5 %.

Átampos asimetrija ir neutralës poslinkis atsiranda eksploatuojant vienfazius imtuvus (pvz.: suvirinimo transformatorius). Leistina tinklo asimetrija 2 %, esant didesnei – didëja varikliø srovë ir jie gali perkaisti.

Viršátampiø lygis. Gali bûti komutaciniai arba meteriologiniai. Pavojingiausi kabelinëms linijoms ir aukštosios átampos árenginiams. Apsaugai naudojami viršátampiø ribotuvai.

Elektros sistemø darbo normos

Elektros sistemos darbo planavimo ir koordinavimo tikslas yra užtikrinti, kad elektros vartotojai gautø tiek elektros, kiek jiems reikia, saugiai ir patikimai. Tai reiškia, kad :

vartotojams tiekiamos elektros dažnis ir átampa turi bûti tinkami jø elektros árenginiø darbui;

elektros tiekimo sutrikimai, ar tiekimo nutraukimai turi bûti vartotojams priimtini.

Dažnis

Projektuojant elektros árenginius ir prietaisus (elektros variklius, elektros ir elektronikos prietaisus ir t.t.) laikoma, kad dažnis yra standartinis (pramoninis) – 50 hercø (kai kur – 60 Hz). Praktiškai dažnis elektros sistemoje šiek tiek kinta. Europos standartas EN 50160 elektros árenginiø gamintojus orientuoja, kad elektros dažnis per metus 99,5 procentus laiko gali bûti tarp 49,5 ir 50,5 herco, o visà laikà - tarp 47 ir 52 herco.

Elektros vartotojø árenginiai dažnio nuokrypiams yra mažiau jautrûs nei paèios elektros sistemos. Todël elektros sistemos siekia palaikyti dažná pastovesni, nei to reikia vartotojams, nes tik taip galima užtikrinti veiksmingà sistemos darbà. Dažnio sumažëjimas rodo, kad elektros sistemos elektrinës generuoja mažiau galios nei pareikalauja vartotojai, o dažnio padidëjimas, priešingai, - galios generuojama daugiau nei jos paklausa. Taigi, dažnio kitimas veda prie intensyvesnio elektriniø árenginiø nusidëvëjimo ir didesnio kuro sunaudojimo, t.y. prie mažiau ekonomiško darbo. Be to, kintantis dažnis trikdo galiø mainus tarp sistemø (nuolatines sroves intarpai). Dël to elektros sistemose didelis dëmesys yra skiriamas pastovaus dažnio palaikymui, tam tarnauja sudëtingos dažnio reguliavimo sistemos, kurios reaguoja á dažnio nuokrypius, kai jie didesni kaip kelios šimtosios herco, ar dar mažesnius.

Dažnio reguliavimo kokybæ parodo elektrinio laiko nuokrypis (paklaida) - sinchroninio laiko, t.y laikrodžio, kurio rodyklës sukamos iš elektros tinklo maitinamo sinchroninio elektros variklio, laiko skirtumas nuo astronominio laiko. Tas laiko nuokrypis elektros sistemose yra reglamentuojamas. Pvz. JAV valandos bëgyje jis turi bûti 0, UCTE (Vakarø ir Centrinës Europos energetikos bendroviø susivienijime) – ne didesnis kaip 30 sek.

Reikia pažymëti, kad elektros tinkluose dël kai kuriø elektros átaisø ir prietaisø darbo gali atsirasti nesisteminiai dažniai, kartotiniai pramoniniam dažniui, pvz. 150 Hz, 250 Hz, 350 Hz ir t.t., vadinami harmonikomis. Paprastai harmonikos atsiranda skirstomuosiuose tinkluose, bet kai kada gali prasiskverbti ir á perdavimo. Harmonikø atsiradimo priežastis – generatoriai ir ávairûs keitikliai (dažniausia vartotojø), kurie nuolatinæ srovæ keièia á kintamà ir atvirkšèiai, ar kitokià (pvz. ne 50 Hz). Harmonikos nepageidautinos tiek elektros tinklams, tiek vartotojø elektros árenginiams, todël jos yra ribojamos. Už harmonikø panaikinimà yra atsakingi jas sukelianèiø árenginiø savininkai, jie turi rûpintis, kad nebûtø tiek elektros tinklø darbui, tiek vartotojø árenginiams kenkianèiø harmonikø.

Átampa

Jei elektros srovës dažnis yra tas pats visoje elektros sistemoje, tai átampa gali bûti skirtinga atskiruose elektros tinklo taškuose, - dažnis yra bendras sistemos elektros kokybës rodiklis, o átampa – vietinis. Átampos dydis atskiruose elektros tinklo taškuose priklauso nuo átampos ant atskirø generatoriø gnybtø, nuo galios srautø elektros tinkle ir tinklo parametrø, nuo elektros imtuvo pareikalaujamos galios, nuo átampos reguliavimo átaisø darbo.

Daugelio elektros prietaisø darbui didesnæ átakà turi átampa nei dažnis. Todël bûtø pageidautina, kad átampa ant elektros prietaisø gnybtø bûtø pastovi. Deja, tai padaryti yra brangiau, nei gaminti tokius prietaisus, kad jie gerai atliktø savo funkcijas, átampai kintant tam tikrose ribose. Europos EN 50160 standartas rekomenduoja, kad skirstomuose elektros tinkluose nemažiau, kaip 95 procentus laiko, átampa nuo vardinës skirtøsi ne daugiau kaip 10 procentø (á abi puses). Tokiam, ar net didesniam, átampos kitimui yra gaminami elektros prietaisai, o elektros tinklai projektuojami, árengiami ir eksploatuojami taip, kad užtikrintø átampos kitimà tik standarto nustatytose leistinose ribose.

Reikia pažymëti, kad elektros sistemose neámanoma išvengti trumpalaikiø, iki keliø sekundžiø trukmës, didesniø átampos sumažëjimø ar padidëjimø – átampos svyravimø. Juos sukelia generatoriø ar elektros linijø atjungimai ar ájungimai, trumpieji jungimai elektros tinkluose. Átampos svyravimus gali sukelti ir dideliø elektros imtuvø ájungimas ar atjungimas.

Átampos svyravimai gali sutrikdyti kompiuteriø ir elektronikos átaisø darbà, sukelti elektros lempø mirgëjimà. Juos standartas irgi rekomenduoja riboti. Átampos svyravimams sumažinti skiriamas reikiamas dëmesys projektuojant, árengiant ir eksploatuojant elektros tinklus, taèiau visiškai jø išvengti neámanoma. Todël vartotojai, kurie turi átampos svyravimams jautrius prietaisus, patys ásirengia reikiamas individualias priemones savo prietaisus apsaugoti nuo átampos svyravimø. Tai žymiai pigiau, nei árengti bendras apsaugos priemones elektros tinkluose. Taip pat vartotojai turi pasirûpinti, kad jø elektros árenginiai netrikdytø tiek elektros tinklo, tiek kitø vartotojø darbo, sukeldami neleistinus átampos svyravimus.

Átampos nuokrypiai svarbûs ne tik vartotojø árenginiams, bet ir elektros perdavimo tinklø bei paèios sistemos darbui. Jei skirstomuosiuose elektros tinkluose leistinus átampos lygius apsprendžia vartotojø elektros imtuvø darbo sàlygos, tai didžiausias leistinas átampas elektros perdavimo tinkluose apsprendžia elektros árenginiø izoliacija, tiksliau, jos atsarga. Kuo aukštesnë átampa, tuo mažesnë santykinë izoliacijos atsarga, nes aukštesnei átampai reikia brangesnës izoliacijos.

Elektros perdavimo tinkluose pavojø kelia ir per žema átampa. Dël per žemos átampos gali sutrikti elektriniø lygiagretus darbas, t.y. sistemos stabilumas (gali atsirasti potencialu skirtumo išlyginamieji srautai). Žemus átampos lygius kartais gali riboti ir átampø reguliavimo sàlygos skirstomuosiuose tinkluose. Elektros perdavimo tinklai su skirstomaisiais tinklais yra sujungti per reguliuojamus pažeminanèius transformatorius. Todël normaliuose režimuose átampos lygiai perdavimo tinkluose neturi átakos átampø lygiams skirstomuosiuose tinkluose. Kartais po avariniuose režimuose žemiausias leistinas átampas perdavimo tinkle gali riboti ne sistemos stabilumo sàlygos, o reguliuojamø transformatoriø reguliavimo diapazonas, t.y. reguliuojamøjø transformatoriø reguliavimo galimybës gali bûti nepakankamos palaikyti reikiamas átampas skirstomajame tinkle.

Patikimumas

Patikimumas yra elektros sistemos galëjimas išvengti elektros tiekimo nutraukimo ir po sutrikimø tæsti elektros tiekimà vartotojams priimtinu dažniu bei átampa. Skirtingai nuo dažnio ir átampos normø, kurias apspendžia elektros árenginiai, patikimumo lygis priklauso nuo to, kam elektros vartotojas teikia pirmenybæ, – ar brangiai mokëti už elektrà, kuri tiekiama nenutrûkstamai, ar mažiau mokëti, taèiau turëti trumpalaikius elektros tiekimo nutraukimus.

Kiekybiškai palyginti žalos dël elektros tiekimo nutraukimo dydá su priemoniø patikimumui padidinti reikalingais kaštais yra sunku, praktiškai objektyviai tai padaryti dažnai neámanoma, nes žala dël elektros tiekimo nutraukimo priklauso nuo:

kiek elektros buvo nepatiekta;

kaip dažnai nutraukimai ávyksta ir kiek jie trunka;

kaip vartotojas pasiruošæs galimiems elektros tiekimo nutraukimams;

kokio tipo vartotojas (gyventojai, pramonës ámonë ir t.t.);

kokiu paros, savaitës, sezono metu nutraukimas ávyko.

Nustatant patikimumui padidinti priemoniø kaštus iškyla panašûs neaiškumai. Didelës avarijos sistemoje ávyksta, kai elektros gamybos ir/ar perdavimo galimybës nëra pakankamos patenkinti to meto suminæ elektros paklausà. Iš kitos pusës, nei elektros paklausa, nei generatoriø, ar perdavimo tinklø galimybës negali bûti labai tiksliai prognozuojamos. Tiek elektriniø, tiek elektros tinklø darbà gali sutrikdyti nenuspëjami ávykiai (žaibai, árenginiø gedimai ir t.t.), dël ko generavimo ar perdavimo galia staigiai gali neprognozuotai sumažëti, atsijungus elektros generatoriui, ar elektros linijai. Bendru atveju atskiro generatoriaus ar perdavimo linijos átakos bendram patikimumui analizë yra sudëtinga. Analitiškai praktiškai negalima nustatyti sàryšio tarp atskirø sistemos elementø sàveikos ir galimø sàlygø, nes jø be galo didelis skaièius.  Todël sunku ávertinti, kiek patikimumà gali pagerinti naujas papildomas árenginys elektrinëje ar elektros tinkluose.

Iš kitos pusës, net ir didelio patikimumo didelëse elektros sistemose gali bûti sutrikimø. Nežiûrint to, ir didelio gedimo elektros sistemoje atveju ne visiems vartotojams nutraukiamas elektros tiekimas. Pavyzdžiui, JAV vertinimu sisteminës avarijos sukelia tik apie 20 procentø visø elektros tiekimo vartotojams nutraukimø. Likusius elektros tiekimo sutrikimus sukelia skirstomøjø tinklø problemos, dažniausiai dël nepalankiø gamtiniø sàlygø. Todël standartas EN50160 vartotojams, prijungtiems prie skirstomøjø tinklø, rekomenduoja orientuotis, kad elektros tiekimo pertrûkiai iki 3 min. trukmës gali bûti nuo 10 kartø iki 50 kartø per metus, t.y. beveik kas mënesá ar kas savaitæ.

Patikimumo standartai yra reikalingi elektros sistemø planavimui ir remiasi ávairiomis taisyklëmis ir praktikos duomenimis. Planuojant elektros sistemos darbà, patikimumas bendrai gali bûti apibendrintas trimis rodikliais:

apkrovos praradimo tikimybe (angliškai – loss of load probability – LOLP), pvz. 1 dienà per 10 metø;

sistemos gyvybingumu, ávykus 1 ar 2 netikëtiems gedimams (N-1 ar N-2 taisyklë);

nustatyto galios rezervo (santykinio, pvz.15-20 procentø) užtikrinimu.

Apkrovos praradimo tikimybë suprantama kaip tikimybë, kad per gana ilgà laikà, pvz. per 10 metø 1 dienà elektros sistemoje nebus pakankamai galios patenkinti vartotojø paklausà, t.y. kad per10 metø dël elektriniø ar perdavimo tinklø árenginiø kokio nors gedimo vienà dienà gali sutrikti elektros tiekimas. Èia neturima galvoje nei sutrikimo trukmës (kelios minutës ar valandos), nei sutrikimo dydžio (elektros neteko skirstomasis tinklas ar visa sistema). Atskirose šalyse ši tikimybë yra apibrëžiama skirtingai ir nëra bendro praktiškai sutarto metodo, kaip apskaièiuoti tà tikimybæ.

Kai elektros sistemos svarbûs elementai, generatoriai, ar perdavimo linijos, sugenda, persiskirstæ galios srautai likusioje sistemos dalyje ne visada automatiškai gali patenkinti vartotojø apkrovà. Net kai po avarijos elektros sistemos elektrinëse yra pakankamai galios, átampos ir srovës kai kuriose elektros linijose gali pasidaryti neleistinos ir elektros linijas gali atjungti jø apsaugos. Tai gali pažeisti sistemos stabilumà ir išsivystyti sistemos griûtis. Norint to išvengti, elektros sistemos projektuojamos ir jø darbas planuojamas taip, kad bet kada atsijungus bet kuriam vienam (ar dviems) svarbiausiems sistemos elementams sistema neprarastø gyvybingumo, t.y. kad toliau galëtø dirbti. Tai taip vadinamas N-1 ( ar N-2) principas. N-1 taisyklë turi galioti visada, pvz. jei yra atjungtos dvi elektros linijos, tai sistemos operatorius turi imtis veiksmø, kad atsijungus dar treèiai linijai sistemos darbas nesutriktø. Svarbiausiais, ar kritiniais, sistemos elementais paprastai yra didžiausias dirbantis generatorius, ar labiausiai apkrauta elektros linija. Paprastai laikoma, kad kartu gali sugæsti vienas (ar du elementai), nors praktikoje kartais pasitaiko ir daugiau. Atsitiktinumø analizei reikia inžinerinës patirties nuspræsti, kokiø elementø sutrikimus reikia nagrinëti, nes visø galimø atvejø praktiškai neámanoma aprëpti.

Galios rezervo dydis yra seniausia ir dažniausia tradicinë patikimumo užtikrinimo priemonë. Norint užtikrinti patikimà elektros sistemos darbà, sistemos elektrinëse árengta galia visada turi bûti didesnë už didžiausià apkrovà. Santykinis galios rezervas (árengtos galios ir didžiausios (pikinës) apkrovos skirtumas, išreikštas procentais nuo didžiausios apkrovos) yra patikimumo rodiklis. Paprastai laikoma, kad elektros sistemose galios rezervas turi bûti ne mažesnis kaip 15-20 procentø. Reikalingo santykinio rezervo dydis priklauso nuo sistemos dydžio, árengtø generatoriø skaièiaus ir jø dydžio. Kai sistemoje generatoriø mažai, taèiau jø vienetinë galia didelë, santykinis rezervas turi bûti didesnis nei sistemoje su daug mažø generatoriø, nes rezervo dydis visada turi bûti didesnis už didžiausia generatoriø.

Aukšèiau minëti patikimumo rodikliø, ar normø dydžiai nustato, kokia galia turi bûti árengta sistemoje ir kaip ji turi bûti eksploatuojama, kad jos darbas bûtø pakankamai patikimas. Santykinis rezervas ir apkrovos praradimo tikimybë yra svarbiausi rodikliai projektuojant, o atsitiktinumø analizë sistemos gyvybingumui patikrinti (N-1  principas) – sistemos darbà planuojant ir koordinuojant.

Minëti rodikliai yra plaèiai naudojami ávairiose šalyse, taèiau nëra bendrai priimto metodo jø skaièiavimui, nes tiek atskirose šalyse, tiek atskirose sistemose sàlygos yra skirtingos. Pavyzdžiui, vienos elektros sistemos, kurios priklauso nuo elektros importo iš kaimyniniø elektros sistemø, importo átakà ávertina skaièiuodamos tiek apkrovos praradimo tikimybæ, tiek santykinio rezervo dydá, o kitos to nedaro. Tai priklauso tiek nuo inžinerinës patirties, tradicijø bei sistemø ypatumø.

Elektros sistemø plëtra planuojama tolimai perspektyvai, todël prognozëms nepasitvirtinus, sistemoje gali atsirasti galios perteklius. Kai sistemoje yra galios perteklius, t.y. faktinis galios rezervas didesnis nei normatyvinis, sistema yra labiau patikima. Ar bus vartotojams nauda nuo patikimumo padidinimo, ar tikslingas jo sumažinimas, yra diskusinis klausimas. Kai kuriems vartotojams patikimumo sumažinimas gali bûti naudingas, nes tai leistø elektrà atpiginti. Tuo tarpu kitiems vartotojams, kurie patiria didelæ žalà, nutraukus elektros tiekimà, geriau mokëti šiek tiek brangiau, taèiau turëti patikimai veikianèià sistemà. Iš kitos pusës, nereikia užmiršti, kad bet kokioje šalyje elektros paklausa nuolat auga, todël su laiku galios perteklius mažëja.