Od autora 13
Spis wybranych oznaczeń i symboli. 15

1. Wprowadzenie 21

1.1. Kompatybilność elektromagnetyczna 21
1.1.1. Dyrektywa europejska. 24

1.2. Jakość dostawy energii elektrycznej 25
1.2.1. Historia dziedziny 27
1.2.2. Definicje jakości dostawy energii elektrycznej 29

1.3. Źródła złej jakości dostawy energii elektrycznej 31

1.4. Rodzaje zaburzeń elektromagnetycznych. 32

1.5. Zasady poprawy jakości dostawy energii elektrycznej. 34

1.6. Partnerzy na rynku energii elektrycznej 35
1.6.1. Odbiorca energii elektrycznej. 36
1.6.2. Dostawca energii elektrycznej 39
1.6.3. Producent urządzeń. 41

1.7. Przyczyny wzrostu zainteresowania jakością dostawy energii elektrycznej . 43
Literatura 45

2. Kompatybilność elektromagentyczna (EMC) i jakość energii elektrycznej w normalizacji. 49

2.1. Organizacje normalizacyjne . 49
2.1.1. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC). 49
2.1.1.1. Normy podstawowe. 50
2.1.1.2. Normy rodzajowe (ogólne). 51
2.1.1.3. Normy produktu (przedmiotowe). 52
2.1.2. Europejski Komitet Normalizacyjny Elektrotechniki (CENELEC) . 52
2.1.3. Inne międzynarodowe organizacje normalizacyjne. 53
2.1.4. Narodowe organizacje normalizacyjne. 54

2.2. Perspektywy normalizacji 55

2.3. Normalizacja jakości energii elektrycznej w Polsce . 55
Literatura 56

3. Wolne zmiany napięcia 58

3.1. Wprowadzenie 58

3.2. Skutki zmian wartości skutecznej napięcia. 61

3.3. Pomiar wskaźników jakości napięcia 63
3.3.1. Organizacja pomiarów. 63
3.3.2. Klasy pomiarów. 64
3.3.3. Agregacja pomiarów w czasie. 64
3.3.4. Niepewność zegara czasu rzeczywistego . 68
3.3.5. Koncepcja oznaczania . 68
3.3.6. Odchylenie napięcia w górę i w dół 69

3.4. Statystyczne miary wskaźników jakości energii elektrycznej 70

3.5. Normalizacja wartości napięcia . 75

3.6. Pojedyncza zmiana napięcia 76

3.7. Układy regulacji napięcia. 81
Literatura 82

4. Wahania napięcia. 84

4.1. Wprowadzenie 84

4.2. Źródła wahań napięcia . 84
4.2.1. Piece łukowe 85
4.2.2. Urządzenia spawalnicze i zgrzewające. 87
4.2.3. Silniki indukcyjne 88
4.2.4. Baterie kondensatorów 88
4.2.5. Elektrownie wiatrowe 89
4.2.6. Interharmoniczne napięcia 89

4.3. Skutki wahań napięcia napięcia. 93
4.3.1. Źródła światła 93
4.3.2. Maszyny elektryczne . 97
4.3.3. Przekształtniki statyczne . 97
4.3.4. Urządzenia do elektrolizy i urządzenia elektrotermiczne 98

4.4. Pomiar wahań napięcia. 98
4.4.1. Klasyczne wskaźniki wahań napięcia. 99
4.4.2. Pomiar migotania światła 99
4.4.3. Miernik migotania światła. 101
4.4.3.1. Blok 1 (normalizacja napięcia). 102
4.4.3.2. Blok 2 (demodulacja) 103
4.4.3.3. Blok 3 (filtracja) 104
4.4.3.4. Blok 4 (podnoszenie do kwadratu i wygładzanie) . 107
4.4.3.5. Blok 5 (ocena statystyczna) 108
4.4.3.6. Czas obserwacji . 109
4.4.3.7. Krótkookresowy wskaźnik migotania światła 110
4.4.3.8. Długookresowy wskaźnik migotania światła . 112
4.4.4. Przykładowe wyniki pomiarów w sieci WN 115

4.5. Badania porównawcze mierników migotania światła. 118
4.5.1. Badania w środowisku przemysłowym. 120
4.5.2. Badania laboratoryjne 122
4.5.2.1. Test 1: analiza sygnału na wyjściu bloku 4 122
4.5.2.2. Test 2: modulacja prostokątna 123
4.5.2.3. Test 3: zapady i wzrosty napięcia. 124
4.5.2.4. Test 4: skokowa zmiana fazy 125
4.5.2.5. Test 5: liniowość wyników pomiaru dla modulacji przebiegiem prostokątnym. 126
4.5.2.6. Test 6: liniowość wyników pomiaru dla modulacji przebiegiem sinusoidalnym . 127
4.5.2.7. Test 7: wskazania miernika w odpowiedzi na zmianę częstotliwości przebiegu modulowanego. 128
4.5.2.8. Test 8: wskazania miernika w odpowiedzi na modulację przebiegiem sinusoidalnym. 129

4.6. Nowe koncepcje konstrukcji miernika migotania. 132

4.7. Lokalizacja źródeł wahań napięcia 135
4.7.1. Metoda 1: pomiar wahań napięcia podczas pracy i po wyłączeniu odbiornika niespokojnego 137
4.7.2. Metoda 2: korelacja zmian wskaźnika Pst oraz zmian mocy biernej i czynnej . 139
4.7.3. Metoda 3: wpływ wahań napięcia w poszczególnych liniach zasilających na całkowite zaburzenie w PWP . 139
4.7.4. Metoda 4: pomiar zmian napięcia i prądu 141
4.7.5. Metoda 5: pomiar zmian napięcia. 141
4.7.6. Metoda 6: badanie nachylenia charakterystyki U-I 142
4.7.7. Metoda 7: badanie kierunku przepływu mocy interharmonicznych. 144
4.7.8. Metoda 8: badanie „mocy (energii) wahań napięcia" 144

4.8. Normalizacja wahań napięcia 146
4.8.1. Poziomy kompatybilności, emisji i odporności 146
4.8.2. Charakterystyki napięcia. 147
4.8.3. Poziomy planowane. 148

4.9. Propagacja wahań napięcia 148
4.9.1. Propagacja wahań napięcia spowodowanych pracą pojedynczego odbiornika niespokojnego . 149
4.9.2. Wahania napięcia pochodzące z wielu źródeł 152
4.9.3. Propogacja wahań napięcia w sieciach zamkniętych. 153

4.10. Warunki techniczne przyłączenia 154
4.10.1. Graniczny poziom emisji wahań napięcia 156
4.10.2. Współczynniki propagacji w procedurze przydzielania emisji. 160
4.10.2.1. Zastosowanie współczynników propagacji dla realokacji niewykorzystanej emisji 160
4.10.2.2. Realokacja niewykorzystanych emisji pomiędzy sieciami o różnych poziomach napięcia 162

4.11. Ocena poziomu emisji wahań napięcia 163
4.11.1. Ocena emisji wahań i zmian napięcia odbiorników małej i średniej mocy 163
4.11.1.1. Wyznaczanie względnej zmiany napięcia d. 164
4.11.1.2. Metoda analityczna . 165
4.11.1.3. Szacowanie wartości wskaźnika Pst dla nieokresowych zmian napięcia. 167
4.11.2. Ocena emisji wahań napięcia odbiorników dużej mocy 167
4.11.2.1. Ocena poziomu emisji wahań na podstawie pomiarów porównawczych 168
4.11.2.2. Ocena poziomu emisji wahań na podstawie analizy statystycznej. 168
4.11.2.3. Pomiary poziomu emisji wahań napięcia. 169

4.12. Wahania napięcia wywołane pracą rozproszonych źródeł energii. 177
4.12.1. Układ silnik - generator 177
4.12.2 Turbiny wiatrowe 177
4.12.2.1. Praca ciągła. 179
4.12.2.2. Procesy łączeniowe turbin wiatrowych 180
4.12.3. Wahania napięcia a zapady napięcia - analiza przypadku 182

4.13. Sposoby redukcji skutków wahań napięcia. 185
Literatura. 192

5. Asymetria napięć i prądów. 201

5.1. Wprowadzenie 201
5.1.1. Podstawy analizy . 202
5.1.2. Analiza obwodów elektrycznych w układzie składowych symetrycznych 204
5.1.3. Asymetria w teoriach mocy obwodów elektrycznych 207
5.1.3.1. Układy jednofazowe z przebiegami sinusoidalnymi 208
5.1.3.2. Układy trójfazowe z przebiegami sinusoidalnymi. 210
5.1.3.3. Składowe fizyczne prądu 213
5.1.4. Liczbowe miary asymetrii. 217
5.1.4.1. Współczynnik asymetrii dla składowej przeciwnej . 217
5.1.4.2. Współczynnik asymetrii dla składowej zerowej 218

5.2. Pomiar współczynników asymetrii 218

5.3. Źródła niesymetrii. 222

5.4. Skutki niesymetrii. 223
5.4.1. Silniki asynchroniczne 224
5.4.2 Generatory synchroniczne . 225
5.4.3. Linie zasilające 226
5.4.4. Przekształtniki statyczne . 228
5.4.5. Odbiorniki jednofazowe 230
5.4.6. Układy sterowania i zabezpieczeń 230

5.5. Odporność urządzeń na niesymetrię napięcia . 231

5.6. Normalizacja. 232

5.7. Przykładowe wyniki pomiarów 233

5.8. Propagacja składowych symetrycznych 235

5.9. Lokalizacja źródeł niesymetrii napięcia 236

5.10. Warunki techniczne przyłączenia 238

5.11. Symetryzacja. 243
5.11.1. Symetryzacja „naturalna" 243
5.11.2. Zmiana konfiguracji odbiornika lub warunków jego pracy. 244
5.11.3. Transformator Scotta. 244

5.12. Zasady symetryzacji prądów sieci zasilającej za pomocą symetryzatorów statycznych 246
5.12.1. Symetryzacja odbiornika połączonego w trójkąt . 251
5.12.2. Symetryzacja odbiornika połączonego w gwiazdę bez przewodu neutralnego 255
5.12.3. Symetryzacja odbiornik trójprzewodowego -
„czarna skrzynka" 255

5.13. Kompensatory statyczne. 256
Literatura . 256

6. Zapady napięcia i krótkie przerwy w zasilaniu 261

6.1. Wprowadzenie 261

6.2. Definicje 262

6.3. Opis zaburzenia 267
6.3.1. Źródła zapadów napięcia. 267
6.3.1.1. Zwarcia systemowe lub zwarcia w instalacjach odbiorczych . 267
6.3.1.2. Procesy załączania odbiorników dużej mocy. 272
6.3.2. Czas trwania zapadu napięcia . 276
6.3.3. Amplituda zapadu napięcia . 277
6.3.3.1. Odległość od miejsca zwarcia. 277
6.3.3.2. Rodzaj sieci zasilającej . 278
6.3.4. Częstość zapadów napięcia . 279
6.3.5. Trójfazowe niesymetryczne zapady napięcia . 281
6.3.5.1. Zwarcia doziemne jednofazowe . 281
6.3.5.2. Zwarcie międzyprzewodowe dwufazowe. 282
6.3.5.3. Układ połączeń transformatora . 283
6.3.5.4. Zwarcie doziemne dwufazowe 286
6.3.6. Krótkie przerwy w zasilaniu . 288

6.4. Skutki zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu. 289
6.4.1. Sprzęt informatyczny i układy sterowania . 291
6.4.2. Styczniki i przekaźniki 294
6.4.3. Lampy wyładowcze . 299
6.4.4. Silniki asynchroniczne 299
6.4.5. Silniki synchroniczne 303
6.4.6. Regulowane napędy elektryczne. 303
6.4.6.1. Napędy prądu stałego 305
6.4.6.2. Napędy prądu przemiennego 306
6.4.7. Rozproszone źródła energii . 309

6.5. Badanie odporności urządzeń na zapady napięcia 311

6.6. Redukcja skutków zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu . 314
6.6.1. Sposoby redukcji skutków stosowane po stronie dostawcy energii. 317
6.6.1.1. Zmniejszenie liczby zwarć 317
6.6.1.2. Zmniejszenie prądów zwarciowych 317
6.6.1.3. Zmniejszenie czasu eliminacji zwarcia 318
6.6.1.4. Automatyka SPZ 319
6.6.1.5. Zmiana konfiguracji systemu zasilającego. 320
6.6.2. Sposoby stosowane po stronie odbiorcy energii 321
6.6.3. Poprawa odporności sprzętu . 323
6.6.3.1. Zasilacze prądu stałego . 325
6.6.3.2. Poprawa odporności napędów elektrycznych 325

6.7. Pomiar zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu 338
6.7.1. Zasady pomiaru 340
6.7.2. Cechy przyrządów pomiarowych 343
6.7.2.1. Napięcie referencyjne 344
6.7.2.2. Czas trwania zapadu - wartości progowe początku i końca zaburzenia . 345
6.7.3. Zapad napięcia i krótka przerwa w zasilaniu . 347
6.7.4. Zapady nieprostokątne 347
6.7.5. Klasyfikacja wyników pomiarów. 348
6.7.6. Przykładowe wyniki pomiarów. 353

6.8. Metody analizy. 355
6.8.1. Metoda miejsc zwarciowych. 356
6.8.2. Metoda krytycznej odległości. 357

6.9. Normalizacja. 357

6.10. Kontrakt 359
6.10.1. Czas pomiarów 360
6.10.2. Wartość napięcia referencyjnego 360
6.10.3. Miejsce i sposób przyłączenia przyrządu pomiarowego . 361
6.10.4. Dane techniczne aparatury pomiarowej . 362
6.10.5. Wartości progowe detekcji zaburzenia. 362
6.10.6. Technika raportowania wyników pomiaru. 363
6.10.7. Metody agregacji wyników pomiaru 363
6.10.7.1. Agregacja wartości. 363
6.10.7.2. Agregacja fazowa 364
6.10.7.3. Agregacja czasowa 366
6.10.7.4. Agregacja lokalizacyjna 369
6.10.8. Przykłady postanowień kontraktowych i regulacje 370
6.10.8.1. USA. 370
6.10.8.2. Francja. 374
6.10.8.3. Republika Południowej Afryki. 375
6.10.8.4. Holandia 376

6.11. Metody lokalizacji źródeł zapadów napięcia w sieci zasilającej 377
6.11.1. Analiza przebiegów czasowych napięć i prądów. 379
6.11.2. Analiza trajektorii pracy systemu zasilającego podczas zapadu 379
6.11.3. Analiza zastępczego obwodu elektrycznego 383
6.11.4. Analiza mocy i energii podczas zaburzenia. 384
6.11.5. Analiza zmiany napięcia . 385
6.11.6. Analiza współczynnika asymetrii . 386
6.11.7. Metody wykorzystujące algorytmy działania układów automatyki zabezpieczeniowej 387
6.11.7.1 Metoda oparta na analizie zmiany impedancji. 388
6.11.7.2. Metoda wykorzystująca znak części rzeczywistej prądu zespolonego. 390
6.11.7.3. Metoda wykorzystująca algorytm zabezpieczenia „odległościowego" 391
Literatura. 392

7. Układy zasilające o podwyższonych wskaźnikach energetycznych. 403

7.1. Wprowadzenie 403

7.2. Ciągłość dostawy energii elektrycznej 404

7.3. Urządzenia zasilania rezerwowego 405
7.3.1. Niezależna linia zasilająca 406
7.3.2. Energoelektroniczne układy szybkiego przełączania źródeł zasilania 406
7.3.3. Wyłączniki półprzewodnikowe . 408
7.3.4. Zasilacze wirujące. 408
7.3.4.1. Agregaty prądotwórcze. 409
7.3.4.2. Maszyny z przemagnesowywanymi biegunami. 412
7.3.5. Statyczne bezprzerwowe układy zasilające prądu stałego. 413
7.3.6. Statyczne bezprzerwowe układy zasilające prądu przemiennego 416
7.3.7. UPS o podwójnej konwersji (VFI) 417
7.3.7.1. Prostownik. 421
7.3.7.2. Inwertor 424
7.3.7.3. Układy zwiększające niezawodność i skalowanie mocy UPS . 429
7.3.8. Układ o biernej gotowości (VFD). 437
7.3.9. UPS interaktywny (VI) 438
7.3.10. UPS Delta 441
7.3.11. Hybrydowy UPS 442

7.4. Układy stabilizacji napięcia i nadążnej kompensacji mocy biernej . 445
7.4.1. Kompensator synchroniczny. 445
7.4.2. Kompensatory/stabilizatory statyczne z nasyconym rdzeniem magnetycznym 447
7.4.2.1. Samonasycający się dławik. 447
7.4.2.2. Dławik z obwodem sterującym prądu stałego 449
7.4.2.3. Stabilizator ferrorezonansowy 451
7.4.3. Kompensatory/stabilizatory energoelektroniczne 455
7.4.4. Równoległe kompensatory statyczne 456
7.4.4.1. Baterie kondensatorów włączane łącznikami tyrystorowymi (TSC) . 456
7.4.4.2. Układ ze stałą baterią kondensatorów i sterownikiem podstawowej harmonicznej prądu indukcyjnego (FC/TCR) . 461
7.4.4.3. Układ TSC/TCR 466
7.4.4.4. STATCOM. 467
7.4.5. Statyczne kompensatory szeregowe 471
7.4.5.1. Kompensacja zapadów i wzrostów napięcia (DVR) 473
7.4.5.2. Stabilizacja i symetryzacja napięcia . 477
7.4.5.3. Filtracja wyższych harmonicznych napięcia 479
4.4.5.4. Zmiana reaktancji zastępczej sieci zasilającej . 479
7.4.5.5. Szeregowe kondensatory. 480
7.4.5.6. Przesuwniki fazowe. 481
7.4.6. Uniwersalny układ do poprawy warunków dostawy energii . 485
7.4.7. Układy przełączające. 488
7.4.7.1. Przełączniki zaczepów transformatora . 488
7.4.7.2. Transformatory dodawcze . 489

7.5. Zasobniki energii elektrycznej. 490
7.5.1. Nadprzewodnikowe zasobniki energii 496
7.5.2. Superkondensatory 498
7.5.3. Układy z kołem zamachowym 499
7.5.4. Kwasowo-ołowiowe baterie akumulatorów. 501
Literatura 503

8. Regulacja jakości dostawy enerii elektrycznej. 516

8.1. Wprowadzenie 516

8.2. Zasady regulacji 517
8.2.1. Monitorowanie jakości dostawy energii. 520
8.2.2. Minimalne standardy jakości dostawy energii . 520
8.2.3. Mechanizm bodźców finansowych. 520
8.2.4. Kontrakty „jakościowe" 521
8.2.5. Determinanty procesu regulacji jakości dostawy energii. 523

8.3. Cele regulacji 526

8.4. Koszty złej jakości zasilania 527

8.5. Etapy regulacji jakości zasilania 529
8.5.1. Etap I 529
8.5.2. Etap II. 530
8.5.3. Etap III . 533
8.5.4. Indywidualne i systemowe wskaźniki jakości 533

8.6. Jakość napięcia. 534
8.6.1. Regulacja napięcia a regulacja ciągłości zasilania. 534
8.6.2. Podstawowe zasady regulacji jakości napięcia 535
8.6.3. Monitorowanie istniejącego poziomu jakości 536
8.6.4. Benchmarking 537
8.6.5. Gwarantowane minimalne poziomy jakości napięcia 538
8.6.6. Poziomy jakości napięcia gwarantowane umową 539

8.7. Globalne wskaźniki jakości napięcia . 540
8.7.1. Wskaźniki oceny różnic między rzeczywistymi i idealnymi przebiegami napięć 541
8.7.2. Wskaźniki oceny kosztów złej jakości dostawy energii elektrycznej . 542
8.7.3. Globalne zagregowane wskaźniki jakości 542
8.7.3.1. Całkowity wskaźnik jakości napięcia. 543
8.7.3.2. Składowe całkowitego wskaźnika jakości napięcia. 544
8.7.3.3. System bonifikat 548

Literatura 555
Załączniki 561
Załącznik 1: Podstawowe definicje 561
Załącznik 2: Klasy środowiska hirudina elektromagnetycznego 576
Załącznik 3: Wybrane normy dotyczące EMC
i jakości energii elektrycznej 577
Skorowidz 589
Strona internetowa: www.jakoscenergii.agh.edu.pl
Załącznik 4: Klasyfikacja zaburzeń elektromagnetycznych według IEEE
Załącznik 5: Norma EN 50 160
Załącznik 6: Kontrakt na dostawę energii elektrycznej Załącznik 7: Przykładowe miary liczbowe stosowane
do oceny zapadów napięcia i krótkich przerw w zasilaniu Załącznik 8: Przykłady
Załącznik 9: Analiza porównawcza wskaźników wahań napięcia Załącznik 10: Analiza porównawcza współczynnika asymetrii napięcia Załącznik 11: Jakość napięcia - analiza porównawcza
obecnych regulacji Załącznik 12: Wymagania dotyczące jakości zasilania stosowane
w przykładowych krajach Europy,
różne od postanowień normy EN 50160 Załącznik 13: Przykładowe regulacje jakości napięcia
w wybranych krajach