Měření elektrické energie v distribučních sítích Za MEgA – Měřící Energetické Aparáty a.s. zpracoval Ladislav Pospíchal

Úvod

Trvalá a spolehlivá dodávka kvalitní elektrické energie je nutnou podmínkou funkce současné společnosti. Segment elektroenergetiky nyní prochází změnami, které jsou motivovány snahami o zefektivnění výroby, distribuce i spotřeby elektřiny s ohledem na životní prostředí. V oblasti výroby se jedná o rozvoj distribuované výroby s fotovoltaickými, kogeneračními a větrnými jednotkami připojenými do distribučních sítí vysokého a nízkého napětí. V oblasti spotřeby se rozvíjí spotřebiče s nespojitým odběrem, spotřebiče, jejichž funkce je extrémně závislá na kontinuitě dodávky (výrobní linky s NC stroji, oblast IT) i zcela nové oblasti spotřeby jako elektromobilita a chytré budovy. Rovněž v distribučních sítích se počítá se změnami jak v oblasti topologie, tak i v oblasti měření a řízení jejich provozu. Z hlediska topologie především u nn sítí se uvažuje o rozvoji konfiguračně i informačně složitějších uspořádání jako jsou mřížové sítě perspektivní především v městských aglomeracích s očekávaným rozvojem elektromobility. Ve venkovských oblastech s rozptýlenými zdroji pak o zkruhovaných a paralelně provozovaných sítích. Uvedené typy sítí mají schopnost lepšího vyrovnání změn ve výrobě i ve spotřebě a dosahují lepší spolehlivosti dodávky elektřiny.

Součástí distribučních sítí jsou od jejich vzniku měřicí přístroje, jejichž význam v důsledku časové i prostorové dynamiky výroby a spotřeby roste. Dlouhodobě jsou v nn sítích měřeny elektrické veličiny v distribučních transformačních stanicích – DTS. Jsou to fázová a sdružená napětí a fázové proudy. Pro kontrolu shody do nn sítě dodané a jednotlivými zákazníky odebrané energie bývají v DTS instalovány elektroměry nebo přístroje s integrovanou funkcí elektroměru. Především ve významných DTS z hlediska provozování distribučních sítí nebo z hlediska odběru či výroby, se v posledním období uvažuje o komplexním měření kvality napětí a měření přechodných jevů transformovaných v DTS z hladiny vn na hladinu nn. S rozšiřováním distribuované výroby vzrůstá i rentabilita měření na významných nn vývodech.

S rozvojem komunikačních technologií se změřená data dálkově přenáší a soustřeďují v datových skladech, kde jsou k dispozici všem útvarům distribuční společnosti. Dříve se vyčítání změřených dat provádělo manuálně s roční periodou, známé byly letní a zimní měřicí kampaně. Současné prostředky dálkové komunikace realizují přenos změřených dat s denní periodou, obyčejně v průběhu časných ranních hodin. V tomto případě není nutné použít pro napájení měřicího a komunikačního řetězce zdroj se zajištěným napájením. Jestliže se mají změřená data využívat k dispečerskému řízení nn sítí, pak je zdroj zajištěného napájení nutný. I v situaci bez napájení je nutné pro dispečerské řízení zajistit dálkový přenos signálů z DTS např. změna stavů hladiny oleje, stav hlavního jističe a pojistek na nn vývodech, stav dveří.

Především v topologicky složitějších konfiguracích nn sítí jako jsou mřížové a zkruhované sítě vzrůstá význam měření a signalizace na nn vývodech. Příklady technických řešení jsou na www.e-mega.cz

 

Příklady výsledků měření na hladině nn v distribučních sítích

Typický odběr proudů fází L1, L2 a L3 z transformátoru DTS je vidět na obr. 1, v němž je kurzor nastaven na pondělí 15.2.2016 do oblasti maximálního odběru ve 13h48m. Fázové proudy dosahují hodnoty až 350 A a zatížení jednotlivých fází je poměrně souměrné (303 A, 317 A, 335 A). V nočním čase se odebíraný proud dostává na asi 1/3 z maximálního odběru, tj. do oblasti kolem 100A. Ze záznamu je také patrný nižší odběr ve víkendové dny, nicméně rozdíl odběrů v pracovních dnech a víkendových dnech není velký a ukazuje na smíšenou strukturu odběratelů. Za pozornost stojí denně se opakující půlnoční přechodné zvýšení odběru proudu do oblasti 200 A, které lze přiřadit ohřevu teplé vody u zákazníků, řízené systémem HDO - hromadného dálkového ovládání.

Příklad záznamu proudu fáze L1 nn vývodu DTS v průběhu vánočního období r. 2016 je na obr. 2. Charakter odebíraného proudu během vánočního období vykazuje denní periodicitu i nespojitost shodně jako má souhrnný proud transformátoru, tvoří však zhruba pětinu proudu transformátoru.

Z hlediska kvality napětí v nn síti je užitečná informace o napěťových jevech (událostech). V obr. 3 je uveden výsledek dlouhodobého monitorování od dubna do prosince 2016 v DTS. Z něho je patrný vyšší počet napěťových jevů v průběhu bouřkového období v červenci a srpnu a náhodně se vyskytující poklesy napětí po celou dobu monitorování.

Detail vybraného příkladu průběhu poklesu napětí na obr. 4 ukazuje, že tento napěťový jev na hladině nn s minimální hodnotou napětí ve fázích L1 a L2 kolem 190 V a dobou trvání 100 ms s opakováním po 0,5s byl zřejmě vyvolán jednopólovým zkratem na vyšších napěťových hladinách, který byl automaticky vypínán ochranou s funkcí opětného zapnutí. Uvedený průběh napěťového jevu může být nebezpečný pro zařízení IT i technologie s automatizovanými provozy, jejichž resetovací řešení počítají jen s výskytem  osamoceného poklesu napětí.

 

 

Obr. 5 a obr. 6. ukazuje týdenní měření proudu vyráběného fotovoltaickým zdrojem od pondělí do neděle. Vyráběný proud odpovídá dennímu osvětlení s náhodnými strmými sníženími výkonu, které jsou vyvolány náhodnými výskyty mraků. Je zde vidět i sobotní celodenní pokles výroby zřejmě v důsledku celodenního zatažení oblohy. I toto měření podporuje nezbytnost akumulace elektrické energie při rozvoji fotovoltaické výroby pro krytí krátkodobých snížení výkonů a nezbytnost propojení jednotlivých nn sítí sítěmi vyšších napěťových hladin, které by zajistily přenos elektřiny z míst s jejím přebytkem do míst s nedostatkem. Detail vyráběného proudu na obr. 6 ukazuje náhodný charakter výroby elektrické energie ve fotovoltaických zdrojích, jehož důsledky lze v omezené míře potlačit provozem velkého počtu prostorově rozmístěných fotovoltaických zdrojů, propojených jednou distribuční sítí.

Příklad průběhu proudu rychlonabíjení elektromobilu je na obr. 7. Z důvodu symetrického zatížení nn sítě je rychlonabíjení trojfázové, zahájení nabíjení bylo ve14h27m a trvalo 18 minut. Nabíjecí proud má sestupný charakter. Na počátku nabíjecího cyklu byly fázové proudy 60 A a na konci 15 A.. Trojfázový činný výkon na začátku nabíjení byl 40 kW a má shodnou klesající tendenci, zatímco jalový výkon s dobou nabíjení se zvětšuje z 5 kVAr na 7 kVAr. To znamená, že na konci nabíjecího cyklu se sníží účiník až na 0,79.

 

Závěr

V nadcházejícím období, vyznačujícím se zvýšenou neurčitostí výroby a nespojitostí spotřeby, je na příkladech ukázána potřeba měření i na hladině nízkého napětí. Tato potřeba je naléhavější u konfiguračně složitějších smart sítí ve tvaru mřížových a zkruhovaných nn sítí. Změřená data přispějí k zajištění stability chodu elektrizační soustavy a kvalifikovanému hodnocení rentability.

Informace o napěťových jevech pomohou nejen analyzovat příčiny poruch ve výrobních procesech, ale umožní kvalifikovanější návrhy opatření, vedoucí k minimalizaci výrobních ztrát.

 

Celý článek zde:

CI1702_50_53_Měření elektrické_MEGA_CI_SABLONA.pdf