Współczynnik całkowitego odkształcenia krzywej prądu THDI

Używany jako jeden ze wskaźników oceny Jakości Energii Elektrycznej.

Jakość Energii Elektrycznej (JEE) w każdym zakładzie przemysłowym jest uzależniona od wielu czynników. Coraz powszechniejsze stosowanie elementów energoelektronicznych w przemyśle prowadzi do przepływu prądów odkształconych, które powodują występowanie wyższych harmonicznych w sieci zasilającej.

Z tego powodu pojawiają się problemy eksploatacyjne, które objawiają się w postaci:

• przeciążenia przewodów neutralnych,
• przegrzania transformatorów,
• niepożądanego zadziałania wyłączników automatycznych,
• przeciążenia baterii kondensatorowych do korekcji współczynnika mocy,
• generowania dodatkowych strat mocy czynnej.

Podstawowe wskaźniki opisujące jakość energii elektrycznej, zarówno po stronie odbiorcy, jak i dostawcy, to:

1. wartość skuteczna napięcia zasilającego,
2. częstotliwość napięcia zasilającego,
3. współczynnik migotania światła,
4. asymetria napięciowa,
5. współczynnik odkształcenia napięcia THDU oraz prądu THDI.

Wartość skuteczną U_sk napięcia elektrycznego okresowego określa się wzorem:

Częstotliwość napięcia jest to wielkość opisująca częstotliwość przebiegu podstawowego napięcia przemiennego. Jest ona równa liczbie okresów przebiegu sygnału napięcia przypadających na jednostkę czasu (sekundę). Częstotliwość napięcia w sieci elektroenergetycznej w Europie wynosi 50 Hz.

Istotnym aspektem pracy odbiorników są szybkie zmiany napięcia w obwodzie zasilającym. Zmiany te mogą być spowodowane niestabilną pracą odbiorników. Zmiana poboru prądu będzie prowadziła do zmian spadków napięcia w torze prądowym, co w sposób bezpośredni będzie przekładało się na wartość napięcia zasilającego odbiorniki w rozpatrywanym obwodzie. Miarą tych zmian są wskaźniki migotania światła krótkookresowego P_st i długookresowego P_lt. Sam proces wyznaczania tych wskaźników jest dość skomplikowany i został szeroko opisany w literaturze fachowej [1, 2, 3]. Schemat blokowy miernika migotania światła przedstawiono na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat blokowy miernika migotania światła UIE. Na rysunku przedstawiono przebiegi sygnałów w wybranych punktach miernika, stosując odpowiedź na zmodulowany sinusoidalnie sygnał wejściowy [1]

Wartość krótkookresowego migotania światła wyznacza się zgodnie ze wzorem [1, 4]:

Gdzie współczynniki k0,1 do k50 to współczynniki ważenia i ich wartość wynika z przyjętych procedur obliczeniowych, a p0,1 do p50 to poziomy migotania światła, dla których określone jest prawdopodobieństwo ich nieprzekroczenia. Aby uzyskać zwiększoną odporność współczynnika P_st na skokowe zmiany wartości, wprowadzono dodatkowe punkty pomiarowe:

Przyjmuje się, że wartość współczynnika powyżej jedności związana jest z uciążliwymi wahaniami napięcia. Krótkookresowy wskaźnik migotania światła odpowiedni jest do oceny wahań napięcia dla pojedynczego odbiornika. W celu analizy wpływu wielu odbiorników we wspólnym punkcie przyłączeniowym lub przy długim cyklu pracy, właściwe będzie zastosowanie długookresowego wskaźnika migotania światła:

Przyjęto, że oblicza się jego wartość dla przedziału czasu dwugodzinnego, uwzględniając w nim 12 10-minutowych wartości współczynnika P_st. Przykładowa zależność pomiędzy wartościami wskaźników P_st i P_lt przedstawiona została na rysunku 2. Można zauważyć, że pojawiają się krótkotrwałe, ale znaczące zmiany współczynnika Pst, który osiąga znaczne wartości, różne dla poszczególnych faz napięcia zasilającego. Zmianom tym odpowiadają podwyższone wartości współczynnika P_lt.

Rys. 2. Zmienność wartości współczynników krótko- i długookresowego migotania światła dla wybranego zakładu przemysłowego [5]

Literatura

1. Z. Hanzelka, Jakość dostawy energii elektrycznej. Zaburzenia wartości skutecznej napięcia, Wydawnictwo AGH, Kraków 2013.
2. PN-EN 50160:2010 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych.
3. M. Bątkiewicz-Pantuła, The problem of determining the coefficient of flicker in accordance to normative regulations, „Przegląd Elektrotechniczny”, s. 52-55, 1(96)/2020.
4. Z. Hanzelka, Wahania napięcia, „Automatyka Elektryka Zakłócenia”, 3(5)/2011.
5. A. Książkiewicz, Kompensacja mocy biernej dla odbiorów o szybkich i częstych zmianach jej zapotrzebowania, „elektro.info” 1–2/2021.
6. Z. Hanzelka, Jakość energii elektrycznej, część 4 – wyższe harmoniczne napięć i prądów, http://www.twelvee.com.pl/846399547.php (data dostępu: 6.04.2022).
7. CEI/IEC 354 / VDE 0532 część 1/11.71.
8. https://www.schaffner.com/products/power-quality/ecosine-active-harmonic-filter/all-products/.