envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement











prad vCo to jest prąd elektryczny każdy z nas mniej więcej wie. Najprościej: jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych. Wszyscy na co dzień mamy z tym do czynienia, zwykle z prądem zmiennym, który odpowiada za działanie większości urządzeń elektrycznych. Często wiedza na temat prądu kończy się jednak w tym miejscu. Nie zwracamy uwagi na jakość zasilania w energię elektryczną i bagatelizujemy jej wpływ na pracę czy trwałość urządzeń.

Prąd zmienny, o którym wiemy najwięcej z racji jego obecności w naszych domach, to prąd, którego wartość natężenia zmienia się w czasie zgodnie z określoną funkcją matematyczną (prąd zmienny okresowy). Potocznie termin „prąd zmienny” stosowany jest często w odniesieniu do prądu okresowego o przebiegu sinusoidalnym. Właśnie ten przebieg sinusoidalny jest bardzo ważny dla prawidłowej pracy urządzeń grzewczych, takich jak kotły centralnego ogrzewania czy pompy ciepła, wyposażonych w zaawansowane rozwiązania elektroniczne pozwalające na wykorzystanie w największym stopniu możliwości danego urządzenia i utrzymanie ich pracy w najbardziej ekonomicznym zakresie.

Zakłócenia i ich następstwa

Parametry dostarczanej energii elektrycznej powinny być stałe. Jeżeli wykraczają one poza zakresy określone w przepisach, mogą występować zakłócenia w pracy zasilanych tą energią urządzeń. Najpopularniejsze zjawiska towarzyszące niestabilnym parametrom prądu to:

  • migotanie źródeł światła;
  • wyłączenia lub uszkodzenia urządzeń wrażliwych na zmiany parametrów zasilania;
  • zaburzenia w pracy silników elektrycznych;
  • awarie układów scalonych, pamięci, płyt elektronicznych;
  • przegrzewanie się lub trwałe uszkodzenia elektrozaworów – elementów wielu urządzeń związanych z techniką grzewczą i wszelkiego rodzaju instalacjami.

Prąd złej jakości nie zawsze daje o sobie znać ze skutkiem natychmiastowym i w sposób widoczny, taki jak awaria czy wyłączenie się urządzenia. Często dopiero po dłuższym czasie można zaobserwować utajone skutki w postaci przyspieszo-nego zużycia urządzeń oraz niestabilnej ich pracy, której towarzyszy zwiększony hałas, przegrzewanie, nadmierne drgania czy nieplanowane wyłączenia, czyli generalnie przejawiające się niższą kulturą pracy oraz zwiększonymi kosztami eksploatacji.

Jeśli podczas pracy urządzeń zostaną stwierdzone opisane anomalie, należy monitorować urządzenia, zgłosić problem do odpowiednich służb serwisowych lub podjąć określone działania poprawiające sytuację. Nie wolno bagatelizować żadnego przypadku, ponieważ może to doprowadzić nie tylko do awarii sprzętu, ale również do pożarów czy innych sytuacji zagrażających zdrowiu i życiu.

Zjawiska, o których mowa są najczęściej efektem odkształceń prądu i napięcia, generowanych przez odbiorniki nieliniowe, takie jak falowniki, wyładowcze źródła światła, UPS-y, komputery, urządzenia wątpliwego pochodzenia – sprowadzane z zagranicy często bez przeprowadzonych odpowiednich badań. Przepływ odkształconego prądu powoduje zaburzenia i niekorzystne zjawiska w sieci, między innymi:

  • przegrzewanie się instalacji;
  • straty w transformatorach na skutek powstania prądów wirowych;
  • straty w silnikach, np. pomp, sprężarkach;
  • przegrzewanie się izolacji przewodu neutralnego – częste przy zasilaniu odbiorników komputerowych w sieciach 3-fazowych, gdzie przewód N nie został przewymiarowany;
  • zwiększoną prędkość niszczenia izolacji kabli, uzwojeń silników i transformatorów na skutek stresu wywołanego zwiększoną temperaturą pracy;
  • przeciążanie elementów pojemnościowych, np. kondensatorów w bateriach i obwodach pośredniczących prądu stałego na skutek przepływu dodatkowych prądów pojemnościowych od wyższych harmonicznych.

Zakłócenia w pracy urządzeń grzewczych

Typowymi następstwami niestabilnego prądu w instalacjach grzewczych są błędy w pracy urządzeń, takich jak kotły centralnego ogrzewania czy pompy ciepła oraz armatura wspomagająca. Często urządzenia te, wyposażone w skomplikowaną elektronikę, bardzo czułą na wszelkiego rodzaju zmiany napięcia, nie są w stanie poradzić sobie z anomaliami, jakie zachodzą w dostarczanym im prądzie. Przykładem takich sytuacji mogą być nieoczekiwane stany awarii i błędów wyświetlanych przez urządzenia aż do ich wyłączenia i zablokowania.
Znane są przypadki, kiedy po awarii związanej z niewłaściwej jakości prądem kotły nie wznawiają pracy. Może to doprowadzić do katastrofalnych skutków. Nie trzeba mieć wyszukanej wyobraźni, by przewidzieć co może się stać z instalacją i domem podczas ferii zimowych w przypadku braku ogrzewania. Jedną z bardziej znanych usterek związanych z zasilaniem prądem złej jakości jest uszkodzenie w kotłach centralnego ogrzewania cewki zespołu gazowego. Przegrzana cewka „gotuje się”, powodując uszkodzenie całego zespołu gazowego, ale na tym nie koniec. Uszkodzenie to może powodować dalsze konsekwencje, między innymi zwarcie na płycie głównej kotła i jej trwałe uszkodzenie. Generuje to bardzo wysokie koszty naprawy, które nie podlegają gwarancji, ponieważ producenci urządzeń nie ponoszą odpowiedzialności za jakość dostarczanej energii.

Co to znaczy jakość energii elektrycznej?

O jakości prądu praktycznie się nie dyskutuje i nie zwraca na ten aspekt uwagi dopóki nie ujawnią się zakłócenia świadczące o nieprawidłowościach, jak mrugające światło czy mniejsze natężenie oświetlenia. Dużo trudniej jest zauważyć nieodpowiednią jakość prądu podczas pracy różnego rodzaju urządzeń grzewczych; często o problemach dowiadujemy się dopiero po wystąpieniu awarii.
Jakość energii elektrycznej można określić dzięki pewnym grupom wielkości fizycznych charakteryzujących napięcie zasilające, których zapewnienie jest warunkiem poprawnej pracy zasilanych urządzeń. Wielkości te to m.in. częstotliwość, wartość, wahania i skoki napięcia, przerwy w zasilaniu, napięcia przejściowe, pojawiające się chwilowo podczas włączania i rozłączania elementów sieci przesyłowej, asymetria napięcia zasilającego, harmoniczne i interharmoniczne prądu i napięcia,
napięcia sygnalizacyjne nałożone na napięcie zasilające i szybkie zmiany napięcia. W obowiązujących przepisach nie są uwzględnione konkretne wytyczne co do obowiązku i częstotliwości przeprowadzania pomiarów parametrów sieci. Nie jest to jednak powód, by tego nie robić. Wręcz przeciwnie.


Przyczyny „złego prądu”

Często nie mamy wpływu na jakość zasilania w energię elektryczną, lecz w pewnych przypadkach to sam budynek – jego domowa instalacja może powodować mniejsze lub większe kłopoty z prądem. Przyczyną takiego stanu rzeczy może być wzajemne oddziaływanie systemu elektroenergetycznego i odbiorników energii. Możliwe jest także powodowanie zakłóceń przez urządzenia służące do dystrybucji energii: przepięcia łączeniowe lub przepięcia ze źródeł zewnętrznych, np. wyładowania podczas burz.

Zależne od odbiorców

Przyczyny, które z pewnością odbiorcy energii są w stanie wyeliminować we własnym zakresie, znajdują się w obszarze pomiędzy siecią dystrybucji (po stronie dostawcy) a końcowymi odbiornikami energii. Może to być zła jakość instalacji elektrycznej w budynkach i pomieszczeniach, czyli np. wadliwe złącza, nieodpowiednie bezpieczniki (często w budynkach starszych), przewody niedostosowane do przenoszonych prądów, a także podłączanie do tzw. jednej fazy wielu urządzeń o dużym poborze prądu i pracujących jednocześnie.

Powtarzające się stałe zakłócenia jakości energii są w dużej mierze spowodowane zwiększaniem się liczby odbiorników nieliniowych, takich jak komputery, transformatory, nowoczesne oświetlenie energooszczędne, urządzenia gospodarstwa domowego, a także urządzeń o dużej mocy, takich jak spawarki, zgrzewarki i inny tego typu sprzęt często będący na wyposażeniu domowego warsztatu.

Nieliniowość odbiornika energii to nierównomierność pobierania prądu przez odbiornik, a jej przyczyną mogą być zasilacze impulsowe, które powodują wielokrotne skoki pobieranego prądu, oraz transformatory – popularne zasilacze pobierające prąd dopiero po przekroczeniu progowej wartości napięcia chwilowego i przyczyniające się do powstawania zniekształceń harmonicznych polegających w tym przypadku na zmianie przebiegu lub wręcz spłaszczaniu wierzchołków sinusoidy. Dzisiejsza zaawansowana technika, dążenie do oszczędności, ale również do najwyższej jakości i komfortu w dużym stopniu wpływają na wzrost znaczenia jakości energii elektrycznej. Tylko, że z jednej strony wprowadza się na rynek urządzenia wymagające energii o wysokiej jakości, z drugiej – odbiorniki te same dla siebie stwarzają zagrożenie i oddziałują na jakość energii. Nowoczesny przemysł opiera się w znacznej części na dużym poborze energii, co niewątpliwie ma negatywny wpływ na jakość parametrów napięcia zasilania. Udział odbiorników nieliniowych w ostatnich latach drastycznie wzrósł za sprawą między innymi przepisów, które zobowiązują nas do stosowania oszczędnych metod oświetleniowych (wspomnę choćby żarówki energooszczędne), ale także i zwiększonej liczby tego typu urządzeń na rynku. W ogólnym bilansie mocy zainstalowanej u pojedynczego odbiorcy udział odbiorników nieliniowych wzrósł tak drastycznie, że w napięciu zasilającym pojawiły się niespotykane dotąd zjawiska i problemy, np. przeciążenie przewodu neutralnego,wyższe harmoniczne czy asymetria.

Zakłócenia losowe

Zakłócenia, na które odbiorcy nie mają bezpośredniego wpływu, a często są one bardzo niebezpieczne i ich skutki mogą być bardzo kosztowne, to zakłócenia losowe. Są one związane z różnego rodzaju awariami sieci przesyłowych, lokalnych instalacji elektrycznych, odbiorników dużej mocy oraz wyładowaniami atmosferycznymi. Awarie takie mogą mieć oprócz lokalnych skutków także szerszy zasięg, np. mogą objąć zasięgiem całe osiedle czy miejscowość. Gwałtowna zmiana pobieranej mocy przyczynia się bowiem do nagłych skoków napięcia, a tym samym generuje możliwości powstawania szeregu awarii w jednym czasie w obrębie działania takiego skoku. Znanymi tego typu przykładami są obciążenia sieci w trakcie popularnych programów telewizyjnych, np. meczu – jednoczesne włączenie dużej liczby odbiorników telewizyjnych oraz podczas przerwy w meczu np. czajnika elektrycznego.

Co można zrobić we własnym zakresie?

W obowiązujących przepisach nie są uwzględnione konkretne wytyczne co do obowiązku i częstotliwości przeprowadzania pomiarów parametrów sieci. Nie jest to jednak powód, by tego nie robić. Wręcz przeciwnie. Użytkownicy, którzy są świadomi i mają na uwadze oszczędność energii oraz bezpieczeństwo zasilania urządzeń wiedzą, że jest to rzecz konieczna i podnosząca bezpieczeństwo. Szczególnie należy na to zwrócić uwagę podczas projektowania budynku i instalacji elektrycznej oraz montażu. Warto, by robiły to osoby kompetentne. W dzisiejszych czasach zniekształcenia napięcia zasilającego i czułość odbiorników na nieprawidłowości w sieci należą do istotnych problemów elektroenergetyki oraz odbiorców energii elektrycznej. W wielu przypadkach mogą one być rozwiązane przez zastosowanie nowoczesnych urządzeń energoelektronicznych, jak np. energetyczne filtry aktywne, zasilacze o zwiększonych parametrach zwarciowych czy szybkie łączniki bezstykowe.

Filtr aktywny

Metodą, która przynosi wymierne korzyści i poprawę kompensacji odkształceń prądu generowanego przez odbiornik nieliniowy, a ostatecznie – poprawę jakości energii elektrycznej, jest montaż filtru aktywnego, który ma możliwość korygowania parametrów prądu odbiornika, jednocześnie nie będąc dodatkowym urządzeniem pośredniczącym w przekazywaniu energii między źródłem a odbiornikami. Filtr włączany jest równolegle między źródło i odbiorniki. Taki sposób połączenia sprawia, że filtr kompensuje nieliniowy charakter odbiornika przez mierzenie prądu harmonicznych pochodzącego od nieliniowych odbiorników oraz generowanie identycznego prądu o przeciwnej fazie. Suma prądu odbiorników i filtru powoduje powstawanie prądu sinusoidalnego ze źródła, czego efektem jest pobór z sieci zasilającej prądu o przebiegu sinusoidalnym.

Zasilacze i stabilizatory napięcia

Domowe sposoby, o których była już wzmianka przy okazji omawiania automatyki kotłów, to zasilacze i stabilizatory napięcia. Krótkie przypomnienie o tych urządzeniach:

  • niektóre wymagają prądu czysto sinusoidalnego do prawidłowego działania;
  • nie tolerują zmiany biegunowości, warto więc wyposażyć się w urządzenie stabilizujące napięcie lub dodatkowo do zasilacza lub agregatu dokupić stabilizator UPS z sinusem na wyjściu;
  • znamionowa moc wyjściowa stabilizatorów jednofazowych powinna być dopasowana do mocy odbiorników;
  • stabilizator napięcia dodatkowo może być zabezpieczeniem dla czułych urządzeń przed zakłóceniami z sieci – tłumi przepięcia, zakłócenia harmoniczne oraz zmiany napięć;
  • stabilizator powinien mieć zabezpieczenie podłączonych urządzeń przed nagłym wzrostem lub spadkiem napięcia zasilania – szybkie odłączenie jego zasilania.

Autor: Jarosław Szymański


 

pi