Kvalita elektrické energie

Vyhláška číslo 306 Energetického regulačního úřadu z 20. srpna 2001 říká, že každý odběratel elektrické energie má právo odebírat elektrickou energii o jasně definované kvalitě. Tu určuje norma ČSN EN 50160. Mezi garantované parametry elektrické energie v síti České republiky patří definovaná velikost napětí, frekvence, sinusový průběh napětí a symetrie mezi jednotlivými fázemi v třífázové soustavě. Snahou výrobců a distributorů elektrické energie proto musí být udržovat tyto parametry na požadované úrovni.

V tomto článku Vám přinášíme popis parametrů napětí v elektrických sítích, přehled typů rušení vyskytujících se v elektrizační soustavě a jednotlivé vazby rušení, čímž nahlédneme i do problematiky elektromagnetické kompatibility – EMC.

Požadavky na elektrickou síť

Normalizovaná jmenovitá napětí udává norma ČSN IEC 38 – Normalizovaná napětí IEC. Pro nízkonapěťové čtyřvodičové sítě je napětí mezi fázovým a středním vodičem 230 V. Mezi dvěma fázovými vodiči musí být sdružené napětí 400 V. Ve vysokonapěťových sítích jsou pouze tři vodiče, a proto se udává pouze sdružené napětí. To musí dosahovat 3, 6, 10, 22 nebo 35 kV. Sítě s velmi vysokým napětím musí mít sdružené napětí 110, 220, případně 400 kV.

Velikost napětí v sítích kolísá. To je způsobeno připojováním a odpojováním různých zátěží. Pro nízkonapěťové sítě s 230 V proti zemi norma nařizuje, že 95 % efektivních hodnot napájecího napětí měřených v desetiminutových intervalech musí být v rozmezí 207 až 253 V. To znamená že měřené hodnoty se mohou lišit až o 10 % od  jmenovité hodnoty.

Frekvence sítě je 50 Hz. Střední hodnota kmitočtu se musí nacházet v intervalu od 49,5 do 50,5 Hz. V tomto rozmezí musí být frekvence v průběhu 99,5 % roku. Frekvence napětí se však nesmí nikdy nacházet mimo interval 47 až 52 Hz.

Sinusové napětí je generováno třífázovými synchronními stroji v elektrárnách. Z důvodů spolehlivosti spotřebičů připojených k síti je potřeba, aby se průběh napětí u spotřebiče co nejvíce přibližoval svým tvarem průběhu na svorkách generátoru. Symetrií mezi jednotlivými fázemi rozumíme stejnou velikost napětí v každé ze tří fází a fázový posun napětí v každé fázi o 120° elektrických.

Poruchy a rušivé jevy v elektrické síti

V elektrické síti se mohou vyskytovat různé poruchy a další přechodné rušivé jevy. Mezi rychlé přechodné děje patří Impulzní a oscilační děje. Ty mohou být způsobeny atmosférickým výbojem, spínáním kondenzátorů nebo připínáním vedení a kabelů.

Mezi zkreslení průběhu napětí se řadí stejnosměrný posun, rušení harmonickými a meziharmonickými násobky základní frekvence. Harmonické rušení je způsobeno připojením nelineární zátěže nebo systémovými rezonancemi. Jde o celé násobky základní frekvence 100, 150, 200 atd. Hz. Rušení meziharmonickými složkami proudu je způsobeno připojením frekvenčních měničů, obloukové techniky nebo signálem HDO (hromadné dálkové ovládání). Dalším zkreslujícím rušením může být periodické pulzní rušení a šum způsobený například řízením pohonů, fázovými regulátory nebo impulsními usměrňovači a aktivními korektory účiníku.

Další formou rušení mohou být krátkodobá a dlouhodobá rušení způsobená třeba systémovou ochranou, obecnou poruchou nebo údržbou. Mezi další formy rušení řadíme krátkodobý pokles napětí a dlouhodobé podpětí, krátkodobé zvýšení napětí a krátkodobé přepětí. V síti se také může vyskytovat fázová nesymetrie, to znamená, že jedná fáze má větší amplitudu než zbylé dvě, anebo fázový posun mezi fázemi není přesně 120°. Mezi nejkritičtější poruchy patří změna frekvence způsobená disbalancí výkonu nebo neefektivně regulovaným generátorem.

Zdroje rušení a vazby přenášející rušení

Abychom vůbec mohli uvažovat jev rušení, musí existovat zdroj rušení, objekt, na který rušení působí a vazba mezi zdrojem a přijímačem rušení. Každý systém může být zároveň vysílačem i přijímačem rušení. V praxi se vyskytují buď umělé zdroje rušení, jsou jimi například motory, spínače, elektroenergetické rozvody, výkonové polovodičové měniče, počítače, zářivky, obloukové pece a mnohé další, nebo přirozené zdroje rušení. Přirozenými zdroji rušení mohou být Slunce, atmosférické výboje nebo galaktický šum.

Výše jmenované zdroje můžeme dále rozdělovat podle frekvence na nízkofrekvenční (průmyslová zařízení, výkonové měniče), vysokofrekvenční (vysílače, informační technologie, zářivky a výbojky, korona a komutátorové procesy) a impulsní (elektrostatické výboje, spínací procesy).

Rozlišujeme tři základní způsoby šíření rušení ze zdroje k přijímači. Jedná se o:

• Galvanické spojení
• Parazitní LC vazby
• Vyzařování formou elektromagnetického pole.

Galvanická vazba

Galvanická vazba vzniká při vedení proudů vyvolávajících rušivá napětí na impedanci vodivé cesty. Vazba společnou impedancí vzniká na vedení nebo na transformátoru a rovněž může vzniknout malou šířkou spoje na desce plošných spojů. Jde například o proniknutí rušení ze sítě převodníků, referenčních zdrojů a do řídících obvodů polovodičových měničů. Dále může existovat vazba společnou impedancí zpětného vodiče a vazba společnou impedancí zemniče.

Indukční vazba

Parazitní indukční vazby vznikají všude tam, kde jsou v blízkosti dva a více elektrických obvodů, z nichž alespoň jedním protéká elektrický proud. Velikost vazby a tím pádem i velikost rušení závisí na indukčnosti jednotlivých obvodů, na konfiguraci a na vzdálenosti mezi jednotlivými obvody. Nevyskytuje se pouze u dvou souběžných obvodů ale i mezi stínícími plášti kabelů, mezi uzemňovacími vodiči a prvky mechanických konstrukcí.

Kapacitní vazba

Parazitní kapacitní vazby se projevují se zvyšujícím se kmitočtem rušivého signálu. To znamená, že se začíná projevovat mezi vodiči vazba elektrickým polem. Kapacitní vazba je způsobená výskytem parazitních kapacit mezi vodiči i mezi vodiči a zemí. Velikost kapacit ovlivňuje především vzdálenost vodičů, proto je dobré pokusit se co nejvíce oddálit jednotlivé vodiče.

Elektromagnetická vazba

Tato vazba vzniká tam, kde se rušení nešíří kapacitní ani indukční vazbou (to je vyloučeno z důvodů velké vzdálenosti). Rušení se tedy šíří anténou, přičemž anténa není jen účelové zařízení známé jako přijímač nebo vysílač rádiových vln, ale může jí být jakýkoli kus obvodu. Přenos elektromagnetickým polem se odehrává především v pásmu krátkých a velmi krátkých vln.

Reference:
http://www.cez.cz/cs/ke-stazeni/energeticka-legislativa.html
doc. Jiří Drápela, FEKT, VUT v Brně