Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai-Elektronikai Intézeti Tanszék
Villamosmérnöki szak Villamos energetikai szakirány
Feszültség minőség tartása kisfeszültségű hálózatokon
Szakdolgozat
Pájer László IA3K8O 2016
Eredetiségi nyilatkozat
Alulírott Pájer László (neptun kód: IA3K8O) a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy a Feszültség minőség tartása kisfeszültségű hálózatokon című szakdolgozatom saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályi szerint történt. Tudomásul veszem, hogy plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén a szakdolgozat visszavonásra kerül.
Miskolc, 2015. november 23. Pájer László
Tartalomjegyzék: 1. Bevezetés ...................................................................................................................... 2 2. Feszültség minőségi paraméterek a szabványok alapján .............................................. 4 2.1. Feszültségingadozás, flicker .................................................................................. 6 2.2. Feszültségcsökkenés .............................................................................................. 7 2.3. Feszültségnövekedés .............................................................................................. 8 2.4. Frekvencia .............................................................................................................. 9 2.5. Harmonikus tartalom ........................................................................................... 10 3. Garantált szolgáltatások előírásai a szolgáltatás minőséggel kapcsolatban................ 13 3.1. Üzemfolytonossági előírások ............................................................................... 13 3.2. Fogyasztói megkeresés, értesítés ......................................................................... 14 3.3. Feszültség panasz ................................................................................................. 16 3.4. Villamos energia elszámolása, szolgáltatói intézkedés ....................................... 17 4. Feszültség szabályozás a KÖF és a KIF hálózaton..................................................... 21 5. Feszültség panaszok kivizsgálása és lehetséges beavatkozások jogos feszültség panaszok esetén............................................................................................................... 26 6. Feszültség monitoring rendszer üzemeltetése és a mérési tapasztalatok .................... 29 7. Feszültség letörések minősítése (ITIC görbe) ............................................................ 33 8. Napelemek hatása a kisfeszültségű hálózat üzemére .................................................. 36 9. További beavatkozási lehetőségek a kisfeszültségű hálózatok feszültség tartására ... 42 10. Szimuláció napelemek feszültségminőségre gyakorolt hatásának vizsgálata .......... 44 11. Összefoglaló.............................................................................................................. 49 12. Summary ................................................................................................................... 51 13. Köszönetnyilvánítás .................................................................................................. 53 14. Irodalomjegyzék, források ........................................................................................ 54 15. Mellékletek ............................................................................................................... 56
1
1. Bevezetés A villamosság az 1900-as évek óta tölt be fontos szerepet az emberiség történelmében, azóta fokozatosan a mindennapi életünk részévé vált a villamos áram. A villamos energia megtermelésében sokáig a nagy erőművek játszottak fontos szerepet, azonban a technika folyamatos fejlődésének köszönhetően ez a trend megváltozni látszik. Mivel a 20. század elején még kevés háztartási fogyasztó csatlakozott a villamos hálózatra, ezért az ipari fogyasztók jelentették a főbb energia felhasználókat. Az energia áramlása a termelő erőművektől a fogyasztókig egyirányú volt. Az egyirányú energiaáramlásnak köszönhetően nem okozott komolyabb problémát sem az energiának a fogyasztókhoz való eljuttatása, sem pedig a paraméterek tartása a távvezetéken. Tehát, az energiaáramlás iránya az erőművektől a fogyasztók felé mutatott. Manapság a villamos energia szinte az összes háztartás számára elérhetővé vált az ország területén. Ezzel együtt a háztartási fogyasztók szerepe is meghatározóvá vált. A globális folyamatok az energiafogyasztást is folyamatosan átalakítják, aminek következtében az energiatermelés fajtája és módja is változóban van. A földi készleteink gyors kitermelése, valamint az éghajlat változása együttesen egyre több embert késztetett arra, hogy előtérbe helyezze a megújuló energiaforrásaink használatát. Ezek közül a közvetve – valamilyen villamos gép, általában generátor segítségével – vagy közvetlenül villamos energiát termelő berendezések száma folyamatosan növekszik. Ezen a téren azonban vannak még felfedezésre váró dolgok, számos kiaknázatlan lehetőség rejlik ebben az ágazatban. Ma még az indulási- vagy önköltség relatíve magas ára miatt csak bizonyos rétegek engedhetik meg maguknak önerőből, esetleg külső segítséggel a napelemek illetve szélturbinák vásárlását. Valószínűleg a következő évtizedben fog majd elindulni a tömeges beruházás a megújuló energiatermelők részéről, köszönhetően az előállítási költségek további folyamatos csökkenésének, s a magas kezdeti befektetések rövid vagy közepes távú megtérülési idejének. Ezzel együtt azonban a problémák száma szintén nőni fog majd, ugyanis az adott energiatermelő egységek erősen függnek az időjárási körülményektől, a napelemek esetében a napsütéses órák számától, a Nap intenzitásától, a felhőtakaró nagyságától; míg a szélturbinák a szél erősségével termelnek arányosan villamos energiát. Gyakorlatilag azonban ez a működés a folyamatos felhasználói igényekkel nem mindig köthető össze, ugyanis vannak olyan időszakok – éjjel/szélcsendben – amikor nincs energiatermelés, viszont energiafogyasztás van. Ez a 2
kapcsolat magában foglalja azt a tényt, hogy az ilyen típusú energiatermelők nem képesek megfelelő időben, kellő energiával ellátni az adott fogyasztókat. Csak nagyon ritka esetben képesek egyedül, úgynevezett szigetüzemben működni. Az esetek túlnyomó többségében tehát ezek csak rásegítenek a hálózatra. A megújuló energiatermelők megjelenése előtt, amikor a villamos hálózatot tervezték és kivitelezték, akkor még nem lehetett figyelembe venni eme termelők hatását a hálózatokon. Ma még a kevés számuk miatt nem jelentenek hibaforrást a korábban kialakított hálózati formára. Később azonban a kétirányú energiaáramlás miatt a kialakított rendszer átalakításra szorul majd. Ez magával hordozza majd a kisebb körzetek átalakítást, esetleg újak kialakítását, azonban ennek anyagi vonzatai is lesznek. Ezek a kérdések a jelenlegi irányítási rendszer újragondolását is jelentik, hiszen a hagyományos háromszintű irányítási modell a kisfeszültségű üzemirányítással alapvetően nem foglalkozik.
3
2. Feszültség minőségi paraméterek a szabványok alapján A folyamatos és minőségi energiaellátás érdekében szükség van az előre meghatározott szabályok, szabványok betartására. Ennek következményeként jelent meg az első szabvány (MSZ-1), amelyet az idő előrehaladtával a szabványokat kidolgozó, újabban a nemzetközi szabványokat honosító szerv, a Magyar Szabványügyi Testület módosított, s egészített ki, átvéve az EN 50160 számú nemzetközi feszültség szabványt. Ebben a fejezetben az MSZ EN 50160:2001 szabvány előírásai jelennek meg. Ahhoz, hogy a fogyasztók által igényelt energiaszükségletet biztosítani tudják, szükség van közvetítő közegre, ugyanis a megtermelt energiát sokszor nem helyben, hanem az erőműtől távol használjuk fel. A közvetítő közeg általában szabadvezeték, illetve kábel. A szállító hálózatokat csoportosíthatjuk feszültségük, vagy a rendszerben betöltött szerepük szerint, ennek megfelelően beszélhetünk: nagyfeszültségű hálózatokról 1 kV felett, illetve kisfeszültségű hálózatokról A
nagyfeszültségű
hálózatokon
belül
megkülönböztetünk
középfeszültségű
hálózatokat, amelynek feszültsége 45 kV alatti. Szerepük szerint beszélhetünk: alaphálózatról, amelyek általában 220, 400 illetve 750 kV-on üzemelnek főelosztó hálózatról, amelyek általában 132 kV-on üzemelnek középfeszültségű elosztóhálózatokról, amelyek 11, 22 illetve 36 kV-on üzemelnek kisfeszültségű elosztóhálózatról Tekintve, hogy a vezetékek impedanciával rendelkeznek, ezért ha rajtuk energiát akarunk továbbítani, akkor azokon veszteség fog keletkezni, illetve feszültségesés lép fel. Ez ugyanúgy igaz kisfeszültségen, mint nagyfeszültségen – ahol nagyobb a jelentősége a veszteségnek a szállított energia nagyságának megfelelően. Kisfeszültség (KIF): olyan feszültségszint, amelynél a névleges effektív érték maximum 1 kV. A hazai kisfeszültségű hálózatok feszültségszintje 400/230 V. A kisfeszültségű hálózaton a vezetéken létrejövő veszteségnek két típusát különböztetjük meg: az egyik a hő- (Joule hő), a másik pedig a feszültségveszteség. Önmagában ez nem okozna komolyabb problémát, ha az adott hálózatrészen csak egy 4
fogyasztó lenne, azonban a valóságban több van, amelyek külön-külön hozzák létre a feszültségkülönbséget. A szabvány szerint viszont a névleges feszültséget a csatlakozási pontban kell biztosítani az energiaszolgáltatónak a fogyasztó felé, így annak biztosítási körülményei nem egyeznek meg a vezeték különböző pontjain. Néhány fontosabb fogalom a szabvány szerint: Névleges feszültség: az a feszültség, amellyel egy hálózat jellemezve van, és amire az egyes üzemi jellemzők vonatkoznak Csatlakozási pont: a fogyasztó villamos berendezésének csatlakozási pontja a közcélú hálózatra Energiaszolgáltató: az a fél, aki a villamos energiát szolgáltatja egy közcélú hálózaton keresztül Fogyasztó: az a fél, aki a villamos energiát vásárolja az energiaszolgáltatótól A fogyasztók kisfeszültségen körzetekre vannak osztva, a körzeteket pedig egy-egy közép/kisfeszültségű transzformátor látja el. A transzformátorok kisfeszültségű kapcsain olyan feszültséget kell tartani, hogy a végponti fogyasztók részére is a szabványos feszültséget tudják biztosítani. Ebből következik, hogy az a fogyasztó, amelyik a transzformátorhoz közel van, tehát a vezeték elején csatlakozik a hálózatra, annak a feszültségcsökkenés nem okoz gondot. A probléma a vezeték végénél jelentkezik, ugyanis az oda csatlakozó fogyasztók esetében a vezetéken eső feszültséget is figyelembe kell venni, ugyanis ennyivel kevesebb feszültség jelenik meg a csatlakozási pontjukon. 𝑈𝑐𝑠𝑎𝑡𝑙𝑎𝑘𝑜𝑧á𝑠 = 𝑈𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑧𝑜𝑟𝑚á𝑡𝑜𝑟 − 𝐼𝑓𝑜𝑔𝑦𝑎𝑠𝑧𝑡ó ∗ 𝑅𝑣𝑒𝑧𝑒𝑡é𝑘
(1)
Ez akár olyan mértékű is lehet, hogy nem lehet a szabvány által előírt értékeken belül tartani a feszültségértéket. Ezek a tulajdonságok normál, üzemszerű körülmények között jelentkeznek, azonban bármilyen hiba vagy nem üzemszerű állapotok esetén is előfordul feszültségváltozás. Ezek mértéke már komolyabb, és nagyobb figyelmet igényelnek, ugyanis kialakulásukkor nem tarthatók a szabványban előírt értékek. A szabvány szerint a tápláló feszültség nagysága meghatározott, „a névleges értéke a négyvezetékes hálózatban – három fázis és a nulla – 230 V bármely fázis és a nulla vezető között. 5
Ezzel azonos a háromvezetékes hálózat, ahol bármelyik két fázis között kell biztosítani a 400 V (Un) névleges feszültséget.” [1] Mivel a fogyasztók nem folyamatosan, hanem pillanatszerűen terhelik a hálózatot, ezeknek a névleges értékeknek is vannak hibatartományuk. A korábbi szabvány alapján „normál körülmények között a tápfeszültség 10 perces átlagos effektív értékei 95%-ának bármely egyhetes időszakban az Un ± 10%-os tartományban kell lennie.” [2] A Magyar Energetikai és Közmű egyeztetési Hivatal (MEKH) ezt a szabályozást túl lazának tartotta és a tűrési sávot szűkítette az Un +8,5% / Un -7,5% sávra. Már a korábbi hibasáv tartásával is akadtak problémák, a szűkített sáv pedig még nagyobb nehézséget okoz az energiaszolgáltatók számára.
2.1. Feszültségingadozás, flicker A feszültségváltozás megkülönböztethető időtartam szerint is. Ez alapján beszélhetünk gyors- és lassú feszültségváltozásról. Feszültségváltozás: a feszültség effektív értékének egyszeri változása két egymást követő szint között Feszültségingadozás: a feszültségváltozások sorozata A gyors feszültségingadozás előfordulását maguk a fogyasztók idézik elő. Ezeknek okozói a be/ki kapcsoláskor előforduló tranziens vagy átmeneti jelenségek és a folyamatos terhelésbeli változások. A szabály magába foglalja, hogy „normál körülmények között a gyors feszültségváltozás általában nem haladja meg a névleges feszültség 5%-át, de bizonyos körülmények között a változás naponta néhányszor, rövid időre Un 10%-át is elérheti.” [3] A gyors ingadozás vizuális hatással is járhat, ami akár zavaró is lehet. Ez a jelenség a hétköznapok során könnyen észrevehető például egy izzón. Ilyenkor villogásról, vagy más néven flickerről beszélünk. Flicker: időben ingadozó fényességű, fényinger által létrehozott látásérzetingadozás hatása A következő ábrán láthatóak a feszültségváltozások mértékei és elnevezésük. Jelölve van rajta a feszültség letörés, a túlfeszültség és a feszültség hiányának az intervalluma.
6
1. ábra: A feszültségváltozások mértékei [4]
2.2. Feszültségcsökkenés Ha a feszültségszint a névleges érték alsó vagy felső hibasávját meghaladja, akkor előbbi esetén feszültségletörésről, míg utóbbi esetén túlfeszültségről beszélünk. „A névleges feszültség 90%-ánál kisebb feszültséget eredményező feszültségváltozást tápfeszültség-letörésnek kell tekinteni.” [5] A gyakorlatban ez a letörés rövid idejű, az esetek háromnegyedében pár másodperctől 1 percig tart a jelenség. Fontos, hogy a letörés egy meghatározott időtartamon belül megszűnik, ellenkező esetben tartós feszültségkimaradásról beszélhetünk. A tápfeszültség kimaradása esetén a csatlakozási ponton a feszültség kisebb, mint a névleges feszültség 10%-a. Ez esetben a fogyasztó nincs ellátva energiával valamilyen hiba miatt. Ilyenkor a kimaradás ideje széles sávban mozoghat, attól függően, hogy milyen típusú, vagy mennyire ismert a hiba forrása. Ha a kimaradás rövidebb, mint 3 perc, akkor rövid idejű zavartatásról, míg ha több mint 3 perc, akkor üzemzavarról beszélhetünk. A rendszeres hálózati karbantartások miatt beszélhetünk ütemezett kimaradásról is, amelyről az érintett fogyasztókat előzetesen értesíti az energiaszolgáltató. Jóval gyakrabban fordulnak elő a véletlenszerű kimaradások, amelyek fő okozói a zárlatok. Tekintettel arra, hogy ezek bármikor, akár 7
hosszabb időtartamig is jelentkezhetnek a hálózaton, nagyon nehéz kivédeni őket. A rövid idejű kimaradáshoz sorolhatók az olyan tranziens (átmeneti) be/ki kapcsolások, amelynek következtében a feszültség földpotenciál közelire esik, majd a jelenség egy adott időtartamon belül megszűnik. Ennek legjobb példája egy villám becsapása a hálózat valamely részébe, vagy egy magasabb feszültségszintű hálózaton bekövetkezett zárlat hatása. A hosszú idejű feszültségkimaradás általában komoly hibára vagy zárlatra utal, ilyenkor pedig nem mindig lehetséges a hiba automatikus elhárítása, így akár még emberi beavatkozásra is szükség lehet. A feszültségkimaradás okai között sok esetben szerepel az időjárás, megrongálva az energiaszállításban fontos szerepet játszó távvezetéket. Ilyen okok lehetnek a tervezési mértéket meghaladó szélterhelés, zúzmara, jegesedés, villámcsapás illetve farádőlés.
2.3. Feszültségnövekedés A feszültségcsökkenéssel ellentétes jelenség a feszültség növekedése, vagyis a túlfeszültség. Túlfeszültségről, vagyis a feszültség növekedéséről akkor beszélhetünk, ha a feszültség 10%-kal meghaladja a névleges feszültség értékét. A hálózaton, hiba esetén a feszültségcsökkenés jelensége tapasztalható adott fázisokon, azonban ez egy háromfázisú, négyvezetékes rendszerben más következményekkel is járhat. Attól függően, hogy az előbb említett rendszer csillagpontja földelt-e vagy sem, kialakulhat túlfeszültség, ugyanis aszimmetrikus terhelés esetén, ha a hálózati kialakítás csillagkapcsolású, a szimmetrikus fázisfeszültségek nagysága változik. Mivel a fogyasztók sosem szimmetrikusak, így erre a tulajdonságra figyelni kell. Például valamely fázison kialakult zárlat következtében a másik két fázis nagysága megemelkedhet a névleges fázisfeszültségnél nagyobb értékre is. Tekintettel arra, hogy sem a feszültségcsökkenés sem a túlfeszültség nem megfelelő a fogyasztók energiaellátása szempontjából, azok kialakulását és fennállását a lehető legrövidebb időtartamra kell szabályozni. A túlfeszültség következtében a legtöbb elektronikus eszközben megtalálható érzékeny alkatrészek, áramkörök átüthetnek, és ennek következtében tönkre is mehetnek.
8
2.4. Frekvencia A váltakozó feszültség minőségének a leírására szolgáló mennyiség a frekvencia is. Frekvencia: két maximum érték között eltelt idő reciproka, vagy adott időegység (1 másodperc) alatt mérhető maximum értékek száma A szabvány megadja a hálózati frekvencia nagyságát, ami normál körülmények között egy adott hibasávon belül mozoghat a névleges frekvencia körül, ami 50 Hz. Attól függően, hogy egy adott kisebb hálózat hogyan csatlakozik egy nagyobb, főhálózathoz, kétféle hibatűrést különböztet meg a szabvány. „Abban az esetben, amikor a két rendszer szinkronizált kapcsolatban van, akkor az adott év 99,5%-ában a frekvenciának 50 Hz ±1% tartományban kell tartózkodnia, míg a szolgáltatás idejének 100%-ában a frekvenciának 50 Hz +4% / 50 Hz -6% tartományon belül kell maradnia. Ha a két rendszer nem szinkronkapcsolattal csatlakozik egymáshoz, akkor már viszonylag nagyobb a szabvány tűrése, ilyenkor a hét 95%-ában a frekvenciának 50 Hz ±2%-os sávban, a szolgáltatás idejének 100%-ában pedig 50 Hz ±15%-os sávon belül kell tartani a hálózati frekvenciát.” [6] A villamos energiát főleg generátorok termelik, amelyek nem mindig állandó szögsebességgel forognak, így forgási frekvenciájuk sem állandó. Az energiatermelés fajtájától függően, az adott meghajtó közeg okozza az egyenetlen forgási szögsebességet, és így közvetve a hálózati váltakozó feszültség frekvenciájának kismértékű változását, ami szabályozással a megfelelő tartományon belül tartható. A hálózatra csatlakozó fogyasztók is okoznak frekvenciabeli változást. Az erőművek által a hálózatra termelt- és a fogyasztók által elfogyasztott villamos energia különbsége is lehet befolyásoló tényező, ugyanis akármilyen kismértékű eltérés befolyásolja a hálózat frekvenciáját. Állandó fogyasztás mellett növekvő erőműi termelés esetén az az állapot jelentkezik, hogy növekszik az egész hálózatrendszer többletenergiája. Ennek eredményeként az energiát előállító szinkrongépek forgási energiája,
így fordulatszáma
is
emelkedni
fog.
Ellenkező
esetben,
amikor
termeléscsökkenés jelentkezik azonos fogyasztási igény mellett, akkor a hiányzó energia a generátorok forgási energiájából kerül elvételre, tehát azok fordulatszáma csökkenni fog.
9
2.5. Harmonikus tartalom A hálózaton a névleges frekvencia mellett a periodikus mennyiségek és a nem lineáris áramköri elemek miatt megjelennek a névleges frekvencia többszörösei, a felharmonikusok. Ez a hatás a feszültség frekvenciájában is jelentkezik, ami az ugyanolyan frekvenciájú áramösszetevővel együtt veszteséget okoz. Rosszabb esetben a fogyasztói oldalon csatlakoztatott eszközökben, védelmekben ez a felharmonikus feszültség kárt, működési zavart is okozhat. A hálózati feszültség nem szinuszos jellegű, hanem kissé torzított. A csatlakozási ponton lévő közel szinuszos feszültség felbontható egy alap harmonikus feszültség és annak egész számú többszörös felharmonikusainak összegzésével. A felharmonikus tartalom nagyságára szokás a teljes harmonikus torzítási tényezőt (THD) használni, amely négyzetgyök alatt összegzi az alap harmonikus feszültség kivételével az összes felharmonikus feszültségérték négyzetét, majd a kapott értéket elosztja az alap harmonikus értékével. A gyakorlatban a végtelen összeg miatt ez a tartomány csökkenthető, tapasztalatok alapján a 40. harmonikus (2000 Hz) feszültségértéke fölött már elhanyagolhatók az értékek. A harmonikus torzítási tényező számítható az áramerősség értékekből is, azonban gyakoribb a feszültség értékéből történő számítás a szolgáltató szempontjából, bár az áram felharmonikus tartalom a kompenzálhatóságot befolyásolhatja károsan. A fogyasztó oldalán inkább az áram felharmonikusainak számítása jelentősebb.
𝑇𝐻𝐷𝑈 = 𝑇𝐻𝐷𝐼 =
2 √∑40 𝑖=2(𝑈𝑖 )
𝑈1 2 √∑40 𝑖=2(𝐼𝑖 )
𝐼1
< 0,08
(2)
< 0,08
(3)
A szabvány előírja, hogy a teljes harmonikus torzítási tényező nem lehet nagyobb 8%-nál. Az adott rendszámú felharmonikusok megengedett értékei a névleges feszültséghez viszonyítva.
10
Páratlan harmonikusok
Páros harmonikusok
Rendszám (i)
Relatív feszültség
Rendszám (i)
Relatív feszültség
3
5%
2
2%
5
6%
4
1%
7
5%
6
0,5%
9
1,5%
8
0,5%
11
3,5%
10
0,5%
13
3%
12
0,5%
15
0,5%
14
0,5%
17
2%
16
0,5%
19
1,5%
18
0,5%
21
0,5%
20
0,5%
23
1,5%
22
0,5%
25
0,5%
24
0,5%
1. táblázat: Megengedett felharmonikus tartalom a rendszámok függvényében [7] A 25. harmonikus feszültség feletti értékek már olyan kicsik, hogy nem mindig észrevehetőek, habár a 40. harmonikus értékig figyelembe vesszük őket a harmonikus torzítás számításánál. Így ezek nem szerepelnek a táblázatban, megjelenésük során a névleges feszültség 0,5%-át sem érik el. Megfigyelhető, hogy a páros harmonikusok esetén az előfordulási nagyság jóval kisebb, és hamarabb le is csökken, mint a páratlan harmonikusok esetében. Itt főleg a harmadik, az ötödik és a hetedik harmonikus jelenik meg nagyobb relatív értékkel. Azonban nem csak az egész számú többszörös frekvenciák jelennek meg, hanem közbülső értékek is jelentkezhetnek a hálózaton. A manapság megjelenő frekvenciaváltók segítségével lehetőség nyílik a fogyasztói oldalon lévő motorok hatékonyabb üzemelésére. Nem mellesleg, így a kívánt frekvencia is beállítható a működés során. Valószínűleg e frekvenciaváltók szerepe a motorok fordulatszámának vezérlésében a jövőben még nagyobb szerepet fog kapni, ugyanis egyre
fontosabb
a
minél
hatékonyabb
és
tudatosabb,
kevésbé
pazarló
energiafelhasználás. A technológia fejlődése következtében a vezetéken ma már nem csak energiát lehet továbbítani, hanem különböző jeleket is. Ezek széles frekvenciatartományban jelenhetnek meg a hálózaton az alapfrekvenciára ráillesztve. A 11
hálózaton információhordozás céljából lehetőség van vezérlőjeleket kibocsátó eszközök használatára. Általában jóval nagyobb frekvencián működnek, mint az 50 Hz-es névleges érték, abból az okból, hogy a hálózati zavarást elkerüljék. Ilyen eszközöket használnak például a távoli védelmeknél, védelmek szinkronizálásakor, smart mérők adatait továbbító PLC kommunikációnál vagy a hőtárolós fogyasztók, illetve a közvilágítás vezérlésekor (HFKV, azaz hangfrekvenciás központi vezérlés). A vezérlő jel nem egész számú többszöröse az alapfrekvenciának, például az ÉMÁSZ esetében 183 ⅓ Hz.
12
3. Garantált szolgáltatások előírásai a szolgáltatás minőséggel kapcsolatban A megfelelő- és minőségi energiaszolgáltatás biztosítása céljából a szabványok létrehozása
elengedhetetlenné
vált,
s
a
szabványban
foglaltakat
az
energiaszolgáltatóknak be kell tartaniuk. Tekintettel arra, hogy a folyamatos energiaellátás nem tartható, időnként kisebb-nagyobb idejű zavarok keletkeznek a hálózaton. Ennek eredményeként, erre az időtartamra a hálózatra csatlakozó fogyasztók szolgáltatás nélkül maradnak. Míg a szabványok a villamos mennyiségek minőségét-, addig a garantált szolgáltatások (GSZ) a szolgáltatás minőségét írják elő. Ezeket a feltételeket ugyanúgy be kell tartani, mint a szabványokat, hiszen a minőségi energiaellátás részeihez tartoznak. A fogyasztók érdekeit védendő szervezet MEKH – korábbiakban a Magyar Energia Hivatal – célja, hogy az energiaszolgáltatók által nyújtott villamos energia a fogyasztók felé megfelelő és folyamatos legyen, hiszen a fogyasztók érdeke a megszakításmentes energiaellátás. Természetesen a folyamatos energiaszolgáltatásnál
is
tudomásul
kell
vennünk,
hogy
szünetmentes
energiaszolgáltatás nincs. A hivatal folyamatosan ellenőrzi az adott engedélyeseket az energiaszolgáltatás folyamán, és az előírt paraméterek be nem tartása esetén kötbér megfizetésére kötelezi őket. Az évek során folyamatosan változott a szabályozói környezet, így a szabályozás pontjai is változtak. A szabályzat egyes pontjai a minimális minőségi követelményeket fogalmazzák meg a fogyasztóknál, a szolgáltatás nem teljesítése esetén fizetendő kötbért határozzák meg és a szolgáltatási eljárás folyamatáról szólnak.
3.1. Üzemfolytonossági előírások GSZ 1: A minimális minőségi követelmények első pontjában a villamosenergiaellátás kimaradása esetén érvényes hibaelhárítás folyamata jelenik meg. A fogyasztói bejelentéseket rögzítik, a visszakereshetőség érdekében. Abban az esetben, ha egy fogyasztó bejelenti az ellátás hiányát, akkor az energiaszolgáltató köteles meghatározott időn belül elkezdeni a hiba elhárítását. Az elhárítást szakemberek végzik, viszont abban az esetben, ha a hiba nem a szolgáltató berendezésén keletkezik, s a fogyasztót tájékoztatják erről, akkor nem e pont szerint, hanem az egyéb szolgáltatási előírások alapján járnak el. Attól függően, hogy milyen lakosságú településről érkezik a 13
bejelentés, 3 csoportot különböztetünk meg. Az 50.000 főnél nagyobb településeken, munkanapokon 4 órán belül, hétvégén és ünnepnapokon 6 órán belül; az 5.000 és 50.000 lakosú településeken, munkanapokon 6 órán belül, hétvégén és ünnepnapokon 8 órán belül; az 5.000 főnél kevesebb lélekszámú településeken munkanapokon 8 órán belül, hétvégén és ünnepnapokon 12 órán belül köteles megkezdeni a hiba kijavítását a hálózati engedélyes. Ezek az adatok a települések belterületére vonatkoznak, külterületeken 12 órán belül kell a hibaelhárítást megkezdeni. Ha a bejelentés ideje 20 óra után történik, akkor a hibaelhárítás megkezdése másnap 7 és 10 óra között történik, attól függően, hogy belterületen/külterületen jelentkezik a hiba. A fent említett idők betartásának hiánya miatt az energiaszolgáltató kötbért köteles fizetni, ez 2005-től automatikusan történik, míg előtte felhasználói igényre történt a kifizetés. GSZ 2: Egyidejűleg több fogyasztót érintő hiba elhárításának folyamatát írja le. Kisfeszültségen a hiba elhárítása akkor történik meg, amikor a fogyasztók a hiba megszűnése után újból képesek energiát vételezni a hálózat felől. Tekintettel arra, hogy a hiba több fogyasztót érint, a bejelentést tevő fogyasztók pontos adatait, bejelentési címeit és idejét rögzítik. Ha bejelentés után megállapítható, hogy a hiba a szolgáltató berendezésében keletkezik (szakaszhiba), akkor a kiérkező szakemberek megpróbálják elhárítani a hibát. Bizonyítottan szándékos rongálás esetén a szolgáltató nem köteles kötbért fizetni, ha a javítás időtartama 12 óránál tovább tart. Egyéb esetben a kötbér fizetése határidőkésés miatt fogyasztói igényre vagy automatikusan történik. Ha a hiba típusa egyszeres, tehát egy darab hálózati elem hibásodik meg, akkor a hiba megszüntetése a bejelentés után 12 órán belül, ha többszörös, akkor pedig a bejelentés után 18 órán belül köteles a hálózati engedélyes a javítást elvégezni. Többszörös hiba alatt több hálózati elem meghibásodását értjük.
3.2. Fogyasztói megkeresés, értesítés GSZ 3: A fogyasztó villamos energia vételezése esetén a hálózati engedélyes felé történő
igényre,
szolgáltatásbeli
változásra
adandó
tájékoztatásról
szól.
Az
igénybejelentést írásos formában kell a szolgáltató felé benyújtani, és abban fel kell tüntetni a változtatás okát. A leggyakoribb okok között található a vételezett teljesítmény növelése, ritkábban előfordul még a fázisszám változtatása, 1 fázisról 3 fázisúra, vagy éppen fordítva. Ha a létesítése hálózati beavatkozást nem igényel, akkor
14
8 napon belül, míg hálózati beavatkozást igénylő esetben 30 napon belül ad választ a folyamat állapotáról az energiaszolgáltató. A beavatkozást nem igénylő esetben nem szükséges a meglévő hálózati kialakítást megváltoztatni, míg más esetben szükség lehet a meglévő hálózat esetleges átalakítására. A megadott időtartamon túli válaszadás esetén a hálózati engedélyes fogyasztói bejelentésre vagy automatikusan gondoskodik a kötbér megfizetéséről. GSZ 4: A fogyasztási hely újonnan való bekapcsolását vagy bővítését tárgyalja. Az új fogyasztási helyet felhasználói igénybejelentés esetén a villamosenergia-szolgáltató a szerződéskötés és egyéb papírmunkák valamint a hálózatra kapcsolás műszaki paramétereinek teljesülését követő 8 munkanapon belül köteles bekapcsolni a hálózatra. Ha megtörtént a csatlakozási pont kialakítása és felülvizsgálata, valamint a kötelező szabályok betartása is megvalósult a megadott időkereteken belül, akkor a szolgáltatónak nem kell kötbért fizetnie, ellenkező esetben a kötbér fizetése 2005-től automatikus, ezt megelőzően fogyasztói igény esetén volt csak kötelezve az energiaszolgáltató. A megadott időkeret kezdő dátuma a szolgáltatás megrendelése, záró dátuma
a
szolgáltatás
igénybevétele.
Ugyanezen
feltételek
érvényesek
teljesítménynövelés esetén is, annyi különbséggel, hogy ekkor már a hálózati csatlakozás biztosított, így azt nem kell kiépíteni. GSZ 5: Az energiaszolgáltató és egy adott fogyasztó között egyeztetett időpontokat foglalja magában. A megkeresés történhet telefonon vagy személyesen is. A fogyasztó által kezdeményezett találkozó esetén a fogyasztó kérdéseket, észrevételeket tehet fel az energiaszolgáltató képviselője felé. Az előre megbeszélt, elfogadott időpontban és helyen történik a találkozó. A találkozó idejét 4 órás intervallumban kell meghatározni. A találkozó meghiúsulása esetén, ha a szolgáltató képviselője nem jelent meg a megbeszélt időben, akkor a vállalat kötbér fizetésére kötelezett. Ilyen esetben a fizetés kiegyenlítése automatikus a szolgáltató részéről, ha ez nem történne meg, a fogyasztó bejelentése alapján kell a kötbért megfizetni. Ellenkező esetben, ha a fogyasztó nem jelenik meg, akkor az áramszolgáltatónak is joga van díjtételt felszámítani az elmaradt találkozó miatt. GSZ 6: Az írásbeli megkeresésre való válaszadás található benne. A fogyasztók az energiaellátással kapcsolatos kérdéseket vagy kéréseket tehetik fel a szolgáltató felé levélben (akár elektronikusan), vagy személyesen. Ez lehet a szolgáltatás minőségével, mennyiségével kapcsolatos kérdés, de ide tartozik még a fizetés módjával kapcsolatos változtatási igény is. Az éves elszámolás alapján az áramszolgáltató havonta egy átlagos 15
mennyiséget számol el a fogyasztók felé, de ha ez az érték a fogyasztás növekedése miatt kevésnek bizonyul, úgy a fogyasztó kérheti a részszámla megemelését. Hasonlóan kérhető a csökkentés is. Ugyanígy lehet a kérdés tárgya a fizetés módjának a változtatása is. A kézhezvételtől számított 15 napon belül köteles az energiaszolgáltató erre választ adni. A kézhezvétel alatt a beérkezés időpontját értjük. Ebben az esetben is a határidőn túli válaszadás illetve intézkedés esetén a szolgáltató automatikusan fizet kötbért, azonban ha ez nem történne meg, akkor fogyasztói bejelentés esetén köteles az adott összeg kifizetésére. GSZ 7: A tervezett üzemszünet esetén kötelező fogyasztói kiértesítést határozza meg. A kiértesítést közzé kell tenni írásban, levélben az érintett fogyasztók felé, ha ez nem megoldható, akkor személyesen vagy telefonon. Az értesítést az üzemszünet időtartama szerint 4 vagy 8 nappal korábban kell az érintett fogyasztók felé eljuttatni. A 4 óránál rövidebb ideig tartó szolgáltatás kimaradás esetén 4 nappal, míg a 4 óránál hosszabb ideig tartó kimaradás esetén 8 nappal előre köteles szólni az áramszolgáltató. Ha a megszabott időtartamot nem sikerül tartani, akkor az áramszolgáltatónak kötbért kell fizetnie a kimaradó energiaszolgáltatásért. A kötbér fizetése automatikusan vagy igénybejelentésre történik. Ha a kiértesítési időt túllépi a szolgáltató minimum 30 perccel, akkor a túllépés üzemzavarként jelenik meg.
3.3. Feszültség panasz GSZ 8: A feszültséggel kapcsolatos panaszok kivizsgálásáról szól. A feszültséghiba a csatlakozási ponton lévő feszültségeltérésből ered a normál értékhez képest, a feszültség teljes kimaradása esetén a GSZ 1 illetve GSZ 2 szolgáltatási pont szerint kell eljárni. A fogyasztó által bejelentett panasz esetén az energiaszolgáltató 10 munkanapon belül köteles felvenni vele a kapcsolatot. Ha a pontosabb kivizsgáláshoz helyszíni mérés is szükséges, akkor egy előre egyeztetett időpontban megbeszélésre kerül a mérés folyamata. Ezt követően 5 munkanapon belül a mérés elkezdődik, majd a kapott eredményeket kiértékelve 15 munkanapon belül az áramszolgáltató tájékoztatást ad a fogyasztó felé a vizsgálat eredményéről. Az időn túli tájékoztatás és kivizsgálás esetén ebben a pontban is fennáll a kötbérfizetés kötelezettsége a fogyasztó felé, ami 2005-től automatikusan történik. Amennyiben a fogyasztó feszültség panasza jogos, úgy egyszeri automatikus kötbér kifizetésére kerül sor. A jogos feszültség panaszt a szolgáltató
16
köteles egy év alatt megszüntetni. ellenkező esetben az újabb évben újabb kötbér kifizetésére kerül sor. GSZ 9: A feszültség nagyságát garantálja a csatlakozási ponton. Ennek az értéknek a névleges feszültség +8,5%/-7,5% tartományában kell lennie egy adott nap 10 perces időszakának 95%-ában (9,5 percig) normál üzemállapot esetén. 1 hetes mérés esetén a feszültség hibatűrési sávja +10%/-15% bármely 10 perces időtartamra vonatkozóan. Feszültségnövekedés esetén a feszültség értéke nem lehet a névleges érték 1,15szörösénél nagyobb a mérés bármely 1 perces időtartamára vonatkoztatva. Az esetleges hiba esetén, a tartományon kívüli tartós eredmény előfordulásakor elég nagy időintervallum áll a panasz megszüntetésére, ugyanis a szolgáltatónak 1 teljes éve van a feszültség rendellenesség kijavítására. Ha az előbbi feltételek valamelyike nem teljesül, a szolgáltató köteles évi egy alkalommal a fogyasztó felé kötbért fizetni. A kifizetés automatikus vagy fogyasztói kérésre történik. Az energiaszolgáltatás paraméterei szerződésben vannak rögzítve, az éven túl tartó hiba pedig nem megengedett bármilyen szerződés esetén sem, így emiatt akár a fogyasztó kérheti a szolgáltatás visszamondását, vagy a tarifa mérséklését.
3.4. Villamos energia elszámolása, szolgáltatói intézkedés GSZ 10: A számlázással kapcsolatos. Abban az esetben, ha szolgáltató tévesen nagyobb értékű számlát bocsát ki a fogyasztó felé, akkor a szolgáltatónak a visszajelzéstől számított 8 munkanapon belül kötelezettsége van a túlfizetett részt visszafizetni. Ez fogyasztói kérésre történik, a megkeresés történhet levélben vagy személyesen is. A kifizetés típusa változó, megvalósulhat elektronikus úton vagy postán keresztül is. A kötbér kifizetése 2005-ig fogyasztói igényre, míg 2005 után automatikusan történik meg a szolgáltató által. GSZ 11: Az energiafelhasználást mérő fogyasztásmérő pontosságát foglalja magában. A fogyasztónak joga van a fogyasztásmérő hitelességét ellenőriztetni. A kérést követő 15 munkanapon belül az energiaszolgáltató a mérőt megvizsgáltatja, és amennyiben hibásnak találja, úgy a vizsgálat utáni 8 munkanapon belül leszereli, és egy új mérőt helyez a régi helyére. A csere során a szolgáltató műszaki szakembere a műveletet csak a fogyasztó jelenléte esetén végezheti el, így amennyiben ő nem tartózkodik otthon a szakember kiérkezésekor, az áramszolgáltatónak joga van az
17
elmaradt csere miatt kiszállási költséget felszámolni. Ellenkező esetben az energiaszolgáltatónak kell kötbért fizetni a fogyasztó felé, ami a megszabott időtartamok be nem tartása miatt következik be, folyamata igénybejelentés esetén vagy automatikusan történik. GSZ 12: A fizetés hiánya miatti kikapcsolás esetére ad tájékoztatást. Amennyiben a fogyasztó a fizetési határidőig nem teljesíti tartozását, úgy a szolgáltató törvényben meghatározott idő után megszünteti az áramszolgáltatást az adott csatlakozási pontnál. A tartozás és egyéb kamatok megfizetése után, amennyiben a fogyasztó még érvényes szerződéssel rendelkezik, úgy a szolgáltató a fizetés utáni munkanapon visszakapcsolja a fogyasztót a hálózatra. Visszakapcsolás során ritkán fordul elő, hogy a szolgáltató nem tudja időben elvégezni a folyamatot. Ebben az esetben kötbért kell fizetnie a fogyasztó felé, amelynek folyamata fogyasztói igénybejelentésre vagy automatikusan történik. GSZ 13: A jogtalan kikapcsolás esetéről szól. Érvényes szerződés esetén ilyenkor a szolgáltató jogsértést követ el. Ebben az esetben a hálózati szolgáltató a fogyasztó felé kötbér fizetésére kötelezett, ami 2005-től automatikusan történik a fogyasztó felé. Az előbb felsorolt 13 Garantált Szolgáltatási pontok közül az első, a negyedik, a nyolcadik, a tizedik és a tizenharmadik pont esetén fogyasztói igénybejelentés után történik a kötbér kifizetése, azonban ez a mód 2005. január 1-jétől a Garantált Szolgáltatásokkal együtt változott meg automatikus kifizetésre. A második, a harmadik, az ötödik, a hatodik, a hetedik, a kilencedik, a tizenegyedik, és a tizenkettedik pontokban pedig a tartozás kiegyenlítésére két lehetőség is adódik, ami történhet fogyasztói bejelentésre vagy automatikusan. A fogyasztói bejelentés formája lehet személyes- vagy telefonos megkeresés, de ide tartozik még a hivatalos postai- vagy elektronikus levél. A szolgáltató felől esedékes kötbér rendezése a fogyasztó felől érkező bejelentés után számított 30 napon belül történik meg, míg az automatikus módszerrel megvalósuló fizetés esetén a hiba észrevételét követő 30 nap áll a szolgáltató rendelkezésére. Fontos megjegyezni, hogy a hiba bejelentése vagy észrevétele során – történjék az automatikusan vagy külső személy által – az energiaszolgáltatónak lehetősége van két
csoport közül
választani
abból
a
megfontolásból, hogy melyik esetre köteles a kötbért megfizetnie. A két csoportot az automatikus fizetés és a fogyasztói igénybejelentés alkotja. A második csoport esetén ugyanis a fogyasztónak joga van arra, hogy a szolgáltató által fizetendő automatikus kötbéren felül további követelésekkel éljen az áramszolgáltató felé. Így a szolgáltatónak 18
nem áll érdekében, hogy a fogyasztói igénybejelentésre kerüljön sor egy adott hiba esetén, mert ekkor nagyobb összeget kell folyósítani a bejelentő felé. A folyósítás egy összegben történik, és annak formájára több lehetőség is adott: történhet postán keresztül, elektronikus utalással vagy a fogyasztó időben következő számlájának jóváírásával. Olyan eset is előfordulhat, hogy a fogyasztónak tartozása van a szolgáltató felé, ebben az esetben a tartozás és a kötelezettség különbségét számolja el az áramszolgáltató, és ennek függvényében változik a kötbér fizetésének összege. A fizetett kötbér nagysága olyan esetekben, amikor valamely hiba megszüntetése miatt ténylegesen ki kell menni egy adott címre, eltérő mértékben kerül számlázásra, ugyanis ilyenkor kiszállási költségek is felmerülnek. A fizetett összeg nagysága táblázatos alakban is szemléltethető (2. táblázat). A szolgáltatást használó fogyasztók közül a lakossági fogyasztók arányaiban nagyobb számot képviselnek, de rajtuk kívül még meg kell említeni a nagyobb energiamennyiséget igénylő egyéb fogyasztókat is.
Automatikus eset az 1-4. és a 6-12. pont esetén Fogyasztói bejelentéskor az 1-4. és a 6-12. pont esetén
Lakossági fogyasztó
Egyéb fogyasztó
2.000 Ft
6.000 Ft
5.000 Ft
10.000 Ft
Automatikus eset az 5. és
minimum 4.000 Ft vagy a
13. pont esetén
helyszíni megjelenés díja
Fogyasztói bejelentéskor az
minimum 10.000 Ft vagy a
5. és 13. pont esetén
helyszíni megjelenés díja
minimum 12.000 Ft vagy a helyszíni megjelenés díja minimum 20.000 Ft vagy a helyszíni megjelenés díja
2. táblázat: A fizetendő kötbér nagysága [8] A táblázatból látható, hogy a fogyasztói bejelentés esetén a fizetendő összeg mindegyik Garantált Szolgáltatási pontban magasabb, mintha a kötbér automatikusan lenne fizetve. Az egyéb fogyasztók esetén a fizetendő összeg a kisfeszültségű hibákra került feltüntetésre. Megjegyzendő, hogy a kötbér fizetésére vannak mentesülések is, ezekben az esetekben – úgynevezett havária esetek – a szolgáltatónak nem kell az
19
esetleges hibákért fizetni, ide tartozik például a rendkívüli időjárási körülmény és a szándékos rongálás is.
20
4. Feszültség szabályozás a KÖF és a KIF hálózaton A villamos energia továbbítása az erőművektől az országrészek elosztó központjai felé az alaphálózaton történik. Az alaphálózati alállomásokhoz csatlakozik a főelosztó hálózat, amely a megfelelő energiaszolgáltatásért felel az egész országban. A főelosztó hálózatok az alaphálózati alállomásoktól a főelosztóhálózati táppontokig szállítják az energiát. Ezek a táppontok a 132 kV/KÖF transzformátorokon keresztül látják el a középfeszültségű
elosztóhálózatokat,
majd
ezen
keresztül
a
KÖF/KIF
transzformátorokat. A kisebb szállítási veszteség miatt kell a nagyobb feszültséget alkalmazni a főelosztó hálózaton, ha nagy távolságra kell elszállítani a megtermelt energiát. Ennek a következtében jelentek meg a feszültség fel- illetve letranszformáló eszközök, a transzformátorok. A feszültség transzformálása több lépcsőben történik a fel- illetve a letranszformálás során. A főelosztó hálózat 132 kV-os primer feszültségszintjére csatlakoznak a 132 kV/középfeszültségű transzformátorok, amelyek leggyakrabban 11, 22 és 36 kV-os szekunder oldali feszültségértéket állítanak elő. Adott hálózatra kapcsolt fogyasztónál mérhető feszültség függ a terhelőáram nagyságától, és fázishelyzetétől. A terhelés változásával tehát a fogyasztói feszültség szükségszerűen változik. A feszültség természetesen függ a táppont távolságától is. A villamosenergia-ellátás egyik minőségi követelménye, hogy a terhelésváltozás hatására bekövetkező fogyasztói feszültségingadozás a megengedhető határon belül maradjon. Ez azt eredményezi, hogy vagy a nagyfeszültségű oldalon, vagy a középfeszültségű oldalon folyamatosan szabályozni kellene a pillanatnyi értékeket. A szabályozás lehetőségére kétféle megoldás adódik. A lehetőségek közül választhatunk úgy, hogy a középfeszültségű oldalra szabályozunk, mégpedig úgy, hogy annak feszültségértéke állandó legyen, függetlenül attól, hogy a terhelés pillanatnyilag milyen nagyságú. Az ilyen kialakítás során fennállhat az az eset, hogy a nagy terhelés miatt túlzott feszültségcsökkenés következik be. Tapasztalhatjuk viszont ennek az ellentettjét, amikor is kis terhelés esetén viszonylagos feszültségnövekedés jelentkezik. A másik szabályzási típus során figyelembe vesszük a terhelés okozta feszültségváltozást a középfeszültségű oldalon, ami azt eredményezi, hogy a transzformátor középfeszültségű oldalán megjelenő feszültségérték nagysága folyamatosan változni fog. Ez a kialakítás előnyösebb, ugyanis ilyenkor a kívánt feszültségérték alakítható ki a középfeszültségű oldalon. A kétféle típus alkalmazását az adott hálózat kialakítása határozza meg, amelynek függvényében választható a terheléstől függő- illetve független szabályozás. 21
2. ábra: Terheléstől független illetve függő szabályozás [9] Az ábrán látható szabályozás az a) esetben terheléstől független, ilyenkor a szekunder oldali kapocsfeszültséget (Uk) egy adott U0 referenciafeszültséghez képest szabályozza az automatika. Amennyiben a terheléscsökkenés következtében a kapocsfeszültség értéke elérné a satírozott hibasáv felső szintjét, úgy a szabályozó automatika csökkentené az Uk kapocsfeszültséget mindaddig, amíg az ismét a hibasávon belülre nem kerülne. Ellenkező esetben, terhelésnövekedés esetén a kapocsfeszültség csökkenése jelentkezne, ilyenkor felszabályozás történik a hibasáv alsó értékének elérésekor. A b) esetben terheléstől függő szabályozás valósul meg, a referencia feszültség a terhelő áram függvényében lineárisan növekszik. Ebben az esetben is, ha a kapocsfeszültség az U0 referenciafeszültség hibasávján kívülre kerül a terhelés csökkenése illetve növekedése miatt, akkor a szabályozó automatika végzi el a szekunder oldali kapocsfeszültség csökkentését vagy a növelését. A két szabályozás csak annyiban tér el egymástól, hogy a második típusnál a terhelés nagyságát is érzékelni kell. A folyamatos szabályozás egyik megoldása a transzformátorok áttételének változtatása valós időben. Erre a problémára alakultak ki a több kivezetésű vagy csapolású transzformátorok, amelyek szekunder oldali menetszáma több helyen van megcsapolva és kivezetve. A kivezetések értékei a névleges menetszámhoz képest százalékosan vannak megadva, általában ±3%, ±5%, ±10% és ±15% nagysággal lehet a menetszám-áttételt változtatni, amivel közvetve a feszültségáttétel is változik a névleges 22
értékhez képest. Ezekre a kivezetési pontokra csatlakozik a középfeszültségű vezeték. A 132 kV/KÖF transzformátorokon a feszültség szabályozása automatikusan terhelés alatt több fokozatban történik. A szabályozást folyamata lehet automatikus, vagy manuális. Az első típust az ATSZ, vagyis az automatikus transzformátor-szabályozó képviseli, míg a másikat a lentebb található fokozatkapcsoló. A 3.a és 3.b ábrán egy lehetséges szabályozó típus jelenik meg. A képen láthatók a menetszám átkapcsolást végző érintkezők. Az OILTAP® M fokozatkapcsoló az olajtranszformátorok áttételi viszonyának terhelés közbeni beállítására szolgál. Felhasználási
területe:
hálózati
és
ipari
felhasználású
transzformátorok.
A
fokozatkapcsoló terhelés-átkapcsoló egységből és választóhengerből áll, egyoszlopos kivitelben.
3.a ábra: A fokozatkapcsoló felső része [10] 3.b ábra: A fokozatkapcsoló alsó része [10] A középfeszültségű elosztóhálózaton történik a regionális energiaelosztás. A kisfeszültségű lakossági fogyasztók egy KÖF/KIF transzformátoron keresztül csatlakoznak ezekre a vezetékekre. A fent említett hibaforrás ebben az esetben is fennáll,
azonban
itt
a
kisebb
feszültségszint
miatt
a
hirtelen
nagyigényű
terhelésnövekedés nagyobb mértékű feszültségváltozást okoz a kisfeszültségű oldalon, és a feszültségminőségi paraméterek betarthatatlanságát okozzák. A KÖF/KIF transzformátorok feszültség szabályozása az úgynevezett fix csapolásokkal történik, általában ± 3%, illetve ± 5% értékben, egy középállás körül. A 23
csapolás a transzformátor feszültségmentes állapotában a transzformátor edény fedelén lévő csapolás kapcsolóval történhet. Ez azt eredményezi, hogy az adott transzformátor az átkapcsolás ideje alatt kiesik a hálózatból. Ilyen kialakítást mutat az alábbi kép.
4. ábra: A transzformátoron található csapolás kapcsoló [11] Középfeszültségről kisfeszültségre történő transzformálás (22 vagy 11 kV/0,4 kV) során az adott körzet terhelésállapotai, a KÖF hálózat feszültségprofilja alapján kell a szabályozást megoldani. Ennek oka, hogy a KÖF/KIF transzformátor feszültség áttétel változtatását a fentebb említett kapcsolási mechanizmus miatt nem lehet automatikusan terhelés alatt elvégezni. Így közvetve kell a megfelelő feszültséget előállítani, ami azt jelenti, hogy a NAF/KÖF transzformálás során a középfeszültségű oldalra már eleve úgy
kell
szabályozni,
hogy
a
további
KÖF/KIF
transzformálást
követően
kisfeszültségen a megfelelő érték jelenjen meg. A szabályozás során a fogyasztói oldalon lévő feszültségértéknek alsó- és felső határt szab az MSZ EN 50160 szabvány, amelyre a szabályozási folyamat során tekintettel kell lenni. A folyamatos terhelésváltozás és a szabvány betartása eredményeként 2 terhelési állapotot 24
különböztethetünk meg. Alacsony terhelés esetén a szabályozás során figyelni kell arra, hogy a kisfeszültségű vezeték elején a feszültség értéke ne legyen túl magas. Nagy terhelés esetén azonban ennek épp ellentettje jelentkezik, ebben az esetben arra kell figyelemmel lenni, hogy a vezeték végén a feszültségérték ne legyen túl alacsony. A két állapotot egy esetté összevonva több következtetést vonhatunk le. Alacsony terhelés esetén a transzformátorhoz közeli fogyasztónál a feszültség értéke magasabb lehet a szabvány értékénél, így azt a szabályozás során csökkenteni kell. Azonban növekvő terhelési viszonyok mellett már a csökkentett feszültség következtében a vezeték végén lévő fogyasztónál így még alacsonyabb érték jelentkezne, ami már kilógna a tűrési tartományból és a szabvány által meghatározott értékek be nem tartását eredményezné. Nagy terhelés esetén a vezeték végi fogyasztók feszültségszintje a szabvány szerinti alsó érték alá eshet, ilyenkor a transzformátor szekunder feszültségét növelni kell. Ez azonban azt is jelenti, hogy a növelés következtében a vezeték elején lévő fogyasztóknál túlzott feszültségérték jelenik meg. Így az előbb említett feltételek szűk mozgásteret adnak a változtatás nagyságára. A cél tehát a lehetőségekhez képest a legoptimálisabb feszültség kiválasztása. Azonban ezt nehezíti az a tény, hogy a fogyasztók terhelése időben nem állandó, így a változtatást akkor javasolt elvégezni, amikor a terhelés középértéke jelentkezik.
25
5. Feszültség panaszok kivizsgálása és lehetséges beavatkozások jogos feszültség panaszok esetén A kialakult feszültségszintek következtében és az ezekre tervezett hálózati eszközök miatt a fogyasztók felé elengedhetetlen a közel fix értékű – ami azonban szűk sávon belül változhat – feszültég szolgáltatása. Már a Garantált Szolgáltatások pontjai között is megtalálható ez a hibatípus (feszültség panasz), amelyet az energiaszolgáltatóknak be kell tartaniuk. A fogyasztó, az általa érzékelt feszültség rendellenesség esetén értesíti a szolgáltatót a hiba fennállásáról, máskülönben a szolgáltató nem értesül a kialakult helyzetről. Fontos, hogy feszültség panasznak csak az olyan feszültségbeli problémát nevezhetjük, ami tartósan fennáll a szolgáltatás időtartama alatt. Következésképpen a rövid idejű feszültségváltozások nem tartoznak ebbe a kategóriába, csak a huzamosabb ideig fennálló alacsony- illetve magas feszültség. A bejelentett panasz esetén az áramszolgáltató 10 munkanapon belül felveszi a hibát bejelentő fogyasztóval a kapcsolatot. Ha pontosabb kivizsgálásra is szükség van és helyszíni mérés is indokolt, akkor egy előre egyeztetett időpontban – legkésőbb 5 munkanapon belül kerül sor a mérésre. A mérés időtartama legalább 8 nap. A hiba megállapítására alkalmas eszköz egy adatrögzítő eszköz, aminek neve, a következő fejezetben részletesebben kifejtett regiszter. A regiszter felhelyezése arra a hálózatrészre történik, amelyikre a fogyasztó csatlakozik. Ilyenkor célszerű három darab regiszter felhelyezése: egy a KÖF/KIF transzformátorhoz, egy a fogyasztóhoz és egy a hálózat végpontjához. Majd a kapott eredményeket kiértékelve 15 munkanapon belül az energiaszolgáltató tájékoztatást ad a fogyasztó felé a vizsgálat eredményéről. A kiértékelés után meghatározható a bejelentés jogossága, illetve a feszültséghiba iránya, ami alapján az adott fogyasztói helyre a feszültség csökkentését/emelését el lehet végezni. Amennyiben valóban nem megfelelő a szolgáltatott feszültség nagysága, úgy kezdetben javasolt az adott hálózaton lévő kötések megfelelőségének ellenőrzése. Könnyen előfordulhat, hogy az idők múlásával és az időjárási körülményektől ezek a kötések meglazulhatnak, így az összekötött elemek ellenállása megnő, ami a feszültség csökkenésében jelentkezik. Ha a feszültségcsökkenés ennek hatására sem múlik el, akkor célszerű a meglévő körzeteket átrendezni. Az átrendezés természetesen csak az adott fogyasztó körzetére értendő. Más esetben, ha ez nem oldaná meg a problémát, akkor az adott fogyasztót egy másik körzethez lehet átcsatlakoztatni abban az esetben, ha ez kivitelezhető. Ha ez sem hoz eredményt, akkor az adott áramkör keresztmetszetén lehet változtatást végrehajtani. 26
Azonban a vezetékek cseréje, már jelentős költségekkel járhat. Ilyenkor ugyanis fordított arányosság jelenik meg a vezeték keresztmetszete és feszültségesése tekintetében. 𝑙
∆𝑈 = 𝐼 ∗ 𝑅 = 𝐼 ∗ 𝜌 ∗ 𝐴
(4)
A fenti egyenlet mutatja meg az összefüggést, amelyben a ∆U a vezetéken eső feszültséget, az I a vezetéken folyó áram erősségét, a ρ a vezeték fajlagos ellenállását, az l a vezeték hosszát, míg az A a vezeték keresztmetszetét jelöli. Lehetséges hibaforrások között szerepel a transzformátortól való nagy távolság, ami a vezetéken átfolyó áramerősség miatt viszonylag nagy feszültségesést okoz, így a fogyasztó a csatlakozási ponton alacsony feszültséget érzékel. Ilyenkor növelve a keresztmetszetet, a vezeték ellenállása csökken, ami a feszültségesés mértékét csökkenti, így az adott csatlakozási ponton feszültségemelkedés jelenik meg. Ezzel épp ellentétesen előfordulhat magas feszültségérték is, azonban erre nem lehet olyan könnyen megoldást találni, különösen akkor, hogyha az adott fogyasztó a transzformátor közelében helyezkedik el. A közelség miatt, ha a vezeték keresztmetszetének a csökkentése mellett döntünk, az a vezeték ellenállását növeli, így közvetve a hőveszteségét is emeli, ráadásul olyan feszültségcsökkenést okozhat, hogy a vezeték végén lévő fogyasztóknál a szabványban előírt minimum érték alá csökkentheti a feszültség nagyságát. Ha a vezeték keresztmetszetének változatása nem hoz eredményt, akkor célszerű az adott fogyasztói ponthoz egy új vezetéket létesíteni, ez esetben a hálózat felől érkező feszültségváltozások nem fogják érzékenyen érinteni az adott fogyasztót, így a hiba akár meg is szüntethető. Ez az eset gyakran a transzformátortól távol eső fogyasztókra igaz, nem pedig egy adott sugaras vezeték elején vagy közepén csatlakozó fogyasztókra, amelyek esetén az ilyen megoldás nehezen alkalmazható. Látszik, hogy milyen nehézségeket kell megoldani egyirányú táplálás esetén, erre tevődnek rá a kétirányú táplálást okozó kiserőművek működése során okozott kellemetlenségek. Míg a korábban említett feszültségváltozás huzamosabb ideig áll fenn, addig a kiserőművek – napelem, szélturbina – által keltett feszültségemelkedés időszakosan jelentkezik, az adott energiaforrás – nap, szél – energiatermelő képességével arányosan. Abban az esetben viszont, ha ezek az energiatermelők kellően kisméretűek a hálózathoz képest, akkor az általuk okozott változások hatását ki lehet küszöbölni, például vezetékcserével, 27
vagy körzetátrendezéssel. Nagyobb erőműveknél és tekintve az időszakos jelleget, az ilyen hatások ellen a fentebb említett megoldási módszerekkel nem lehet megfelelően védekezni. A fentieken túl a KÖF/KIF transzformátor cseréje, újítása is a hiba megszüntetését segítheti elő. Egy nagyobb teljesítményű transzformátor segítségével akár kisebb feszültségváltozás is elérhető, elkerülve ezzel a fogyasztói pontokon mérhető alacsony- illetve magas feszültséget és a fogyasztói panasz bejelentését, azonban
egy transzformátor
cseréjének
magas
anyagi
vonzatai
vannak.
A
transzformátor cseréjével párhuzamosan a meglévő hálózat fejlesztése is szóba kerülhet, azonban ebben az esetben komoly költségek merülhetnek fel, és lehetséges, hogy nem is térülnek meg az évek során. Ez a lehetőség csak végső esetben alkalmazandó, vagy abban az esetben, ha egy adott körzetről több, feszültséggel kapcsolatos hibabejelentés érkezik. A hálózatfejlesztés során az adott hálózat javítását, korszerűsítését értjük.
28
6. Feszültség monitoring rendszer üzemeltetése és a mérési tapasztalatok A villamosenergia-ellátás során a hálózaton létrejövő zavarok és hibák rontják a szolgáltatás minőségét. A fellépő hibák nagy részét a villamos védelmek elhárítják, azonban az adott hibákról nem tudunk semmit. Ahhoz, hogy könnyebben és gyorsabban megakadályozhatók legyenek az ilyenfajta hibák kialakulása, célszerűnek tűnik valamilyen megfigyelő rendszer felállítása a közép- és kisfeszültségű hálózatokon, tekintettel arra, hogy ezeken a feszültségszinteken történik a rendellenes működések többsége. A Magyar Szabványügyi Testület (MSZT) már korábban bevezette a feszültség minőségével kapcsolatos szabályokat, később a Magyar Energia Hivatal (MEH) jelentette meg a garantált szolgáltatásokhoz tartozó előírásokat. Ennek következtében, hogy az adott szabványokat betartják-e a szolgáltatók, egy feszültség figyelő, vagy más néven monitoring rendszer felállítása mellett döntött a Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal (MEKH, korábban MEH). A rendszer kiépítésével kapcsolatban a szolgáltatás minőségének a javulása várható, ugyanakkor megelőzhetők a fogyasztóknál keletkező feszültségpanaszok, esetleges kialakulásuk után gyorsabban megszüntethetők, még mielőtt a fogyasztók érzékelnék azokat. A nagyfeszültségű hálózatok esetén a hálózati kialakítás – amely hurkolt típusú – lehetőséget ad arra, hogy a rajta keletkezett zavarokat minimálisra lehessen csökkenteni. Tekintve, hogy erre csak középfeszültségű vezetékek csatlakoznak, így kevés fogyasztót érintenek
a
hálózaton
létrejövő
problémák.
Abban
az
esetben,
ha
mégis
bekövetkeznének valamilyen zárlatok, úgy azokat a hálózati védelmek rögzítik, és az eredményeket kiértékelik. Középfeszültségen a hálózati kép sugaras szerkezetet vesz fel. Ennek eredményeképp egy, a vezetéken vagy gyűjtősínen kialakult üzemzavar az adott vezetékszakasz teljes hosszában jelenik meg. A középfeszültségű hálózaton kétféle módon juthat el az energia a 11 és 22 kV-os feszültségszinteken a fogyasztókhoz. A kábelen, amely leggyakrabban 11 kV-on üzemel, a legüzembiztosabb az átvitel, tekintettel a kábel zártságára. A veszteség is alacsony, ugyanis a kábelen belül tetszőlegesen választható a vezeték keresztmetszete. A másik típus esetén, a 22 kV-os szabadvezetéken már jóval gyakrabban fordulnak elő üzemzavarok, ugyanis a szabadvezeték ki van téve a környezeti hatásoknak. A fázisvezetők nem szigeteltek, ellentétben a kábeles kivitellel, így könnyebben érintkezhetnek egymással, vagy földpotenciálon lévő ponttal (pl. farádőlés), rosszabb esetben le is szakadhatnak. 29
Tekintettel, hogy a középfeszültségű hálózatra csatlakoznak a nagyszámú kisfeszültségű fogyasztók, egy esetleges hiba esetén nagyszámú fogyasztót érint a jelenség. A kisfeszültségű hálózat esetén is a kábeles megoldás jelent nagyobb ellátási biztonságot. Hasonlóan a középfeszültségű hálózathoz, a kisfeszültségű hálózat is sugaras kialakítású, azonban itt egy adott transzformátorig terjed egy-egy körzet ellátottsága. Egy adott középfeszültségű hálózatra több KÖF/KIF transzformátor csatlakozik, így a kisfeszültségű vezetékszakaszon keletkező hibák kisebb számú fogyasztót érintenek, mint ha a zavar a középfeszültségen keletkezne. Ezeknek a tényeknek az ismeretében a MEKH a nagyfeszültség kivételével mind közép- és mind kisfeszültségen javasolta ennek a rendszernek a felállítását. Tapasztalatok alapján nem elégséges csak az egyik feszültségszintre kiépíteni a rendszert, ennek oka az, hogy a transzformátoron keresztül megjelennek a kisfeszültségű üzemzavarok a középfeszültségű oldalon és ez igaz ellenkező esetben is. A többi nagy energiaszolgáltatóval egyetemben az ÉMÁSZ esetében kisfeszültségen már megtörtént a feszültség monitoring rendszer létrehozása, ami 2012 óta működik is, azonban középfeszültségen még nem kezdődött meg a rendszer kiépítése. A működés során a kapott eredményeket kiértékelik az áramszolgáltatók, amelyeket évenként el kell küldeniük az energetikai hivatalnak. A MEKH által javasolt mérőeszközök száma kisfeszültségen a vonalak számának 1%-a. Középfeszültségre vonatkozóan az alállomások darabszámának és a középfeszültségre csatlakozó fogyasztók 1%-ának összegeként van meghatározva a mérőeszköz szám. Az ajánlás minden nagyfeszültségre csatlakozó középfeszültségű alállomáshoz gyűjtősín szakaszonként 1 mérőeszközt javasol. Ezek a javasolt értékek néhány száz műszert jelentenek hálózati engedélyesként. Viszonyításképpen a mérőeszközök száma a felsorolás sorrendjében például az ÉMÁSZ esetén 350, 20 és 150 darabszámot jelentenek. A középfeszültségre telepítendő mérőeszközök esetén nem feltétlenül szükséges azok áthelyezése, tekintettel a középfeszültségű fogyasztók relatíve kis számának, és a kevesebb számú alállomások következtében. Kisfeszültségen a vonalak nagyobb száma és osztottsága miatt javasolt a mérőeszközök adott időtartamonként való áthelyezése. Így ellenőrizhető a hálózatra csatlakozó széles fogyasztói csoport, valamint az, hogy számukra megfelelő energiaszolgáltatás történik-e vagy sem. A hálózat jellemzőinek mérésére szolgálnak a Vertesz mérőműszerek, amelyek a hálózati paraméterek széles skáláját képesek mérni és rögzíteni. A kültéri hálózatra is kihelyezhető eszközök a regiszterek. Kisfeszültségen a regisztereket az oszlopokra vagy a transzformátor után található elosztószekrénybe szerelik, ahol felcsatlakoztatásra kerül 30
csiptetővel a 4 vezeték és a 3 áramhurok, amennyiben a regiszter áram mérésére is képes. A pontos kihelyezési helyüket az áramszolgáltató központjában határozzák meg véletlenszerűen úgy, hogy a rendelkezésre álló regisztereket arányosan osztják szét a szolgáltatói területen. Mivel egy regiszter nem egy évig mér (minimálisan 8 nap), így a mérés végeztével tovább helyezhetők a következő mérőhelyre. Általában úgy célszerű őket felhelyezni a kisfeszültségű hálózatrészen, hogy a hálózat képétől függően legyen egy darab a transzformátor közelében is és a hálózat végén is. Az alábbi ábra feszültség mérésre alkalmas eszközöket mutat, amelyen látható a regiszterek azonosítószáma is.
5. ábra: Feszültséget mérő regiszterek [12] A regisztereknek két típusa van, lehetnek VHR 22 és VHR 23 típusúak is. A kettő közti különbség a mért értékek között van. A VHR 22-es regiszter csak feszültséget rögzít, míg a VHR 23-as már áramot is mér a lakatfogója segítségével. Kisfeszültségen a mért értékek kiolvasása GPRS mobil kommunikációval zajlik, aminek több hátrányai is megmutatkozik. A mérés időtartama 8 nap, ezután történik meg a regisztrált adatok kiolvasása, ami viszont időigényes feladat a kiolvasandó adatok nagy száma miatt. A kiolvasás a mobil kommunikáció miatt lassú, és mivel ezek a regiszterek működésük szempontjából úgy viselkednek, mint egy telefon, így térerő hiányában távolról nem is lehet az adatokat kiolvasni. Tekintettel, hogy az ország területén hegyes vidékek is
31
találhatók (Mátra, Bükk, Bakony stb.), így ezeken a helyeken korlátozottan használhatók az eszközök. Másik fő probléma a telefonos hálózat pillanatnyi terheltsége. Nagy leterheltség mellett ugyanis az eszköz képes elveszteni teljesen a kommunikációt a központtal vagy más esetben ugyan a kapcsolat megmarad, de az adatátviteli sebesség jelentősen lecsökken. A gyakorlatom során mindkét esetre volt példa, és emiatt jelentősen megnőtt az adatok kiolvasási ideje. Az esetleges mérésközi hibák, megszakadások nem jelennek meg rögtön az eszközön, hanem csak a mérés végén vehetők észre. Ez elkerülhető lenne, ha már a mérés folyamán kijelezhetővé válna a hiba, így a hiba miatti leállást követő felesleges időtartam megspórolható, és ez idő alatt más helyen is elkezdhető lenne egy újabb adatrögzítés. Említésre méltó, hogy a mérés ideje alatt az adott eszközt nem lehet áthelyezni, a folyamatos használat miatt elkerülhetetlen az esetleges javítások végzése. Emiatt a műszereket adott időközönként hitelesíteni kell. Középfeszültségen a mérés során több adatot is egyidejűleg mérnek, amelyek között megtalálható az adott terhelés megállapítása, az adott hálózat feszültségértékei, és azok időbeli változásai, amelyek a hirtelen terhelésváltozásoktól, úgymint a be/ki kapcsolási jelenségektől függnek. Ide tartoznak még a nem üzemszerű körülmények okozói, a fázisok között létrejövő zárlatok vagy a földzárlatok, a feszültségletörések és a túlfeszültségek. A hibás vezetékek számát és fázisait a kapott adatok egyértelműen meghatározzák. A zárlati áram nagyságából és az adott hálózat kialakításából és paramétereiből kiindulva még a zárlat helye is behatárolható adott pontossággal. A középfeszültségű transzformátorok folyamatos áttétel szabályozásának helyessége is visszaellenőrizhető a kapott értékek alapján, így ellenőrizhető az adott szabályozó egység, és kiszűrhetők a nem megfelelően működő eszközök is. A zárlatok elhárításában fontos szerepet játszó védelmek és automatikák időbeli működését is visszanézhetjük a kapott adatok grafikonjain, a védelmek működésére jellemző késleltetési- és kikapcsolási idő nagysága, valamint az automatika jogos kapcsolása is ellenőrizhető. A szabványban rögzített torzítási tényező segítségével kiszűrhető az esetlegesen nem megfelelő feszültségalak szolgáltatása a fogyasztók felé. Az így kapott mérések adatai nagyban segítik az áramszolgáltatókat a szolgáltatott energia minőségének növelése és optimalizálása tekintetében. Az adatokból készített diagramok alapján a jövőben bekövetkező hasonló üzemzavarok gyorsabban lereagálhatók, csökkentve az okozott károk nagyságát.
32
7. Feszültség letörések minősítése (ITIC görbe) A technológia fejlődésével elkerülhetetlenné vált a fogyasztói berendezések folyamatos fejlesztése, finomítása. Ennek köszönhetően újabb alkatrészek jelentek meg a villamos energiát használó eszközökben, amelyeket egyre inkább kifinomultabb elektronikai alkatrészekből építettek fel. A 21. század fordulóján már az ilyen alkatrészekkel ellátott eszközök kerültek túlsúlyba, mondhatni teljesen egyeduralkodóvá váltak, szinte alig található olyan fogyasztó, amelybe nem találhatók meg. Azonban ezzel együtt az elektronikai alkatrészek legfőbb hátránya is megjelent az elterjedésük során, ugyanis ezek az eszközök eléggé érzékenyek a villamos zavarokra. A fogyasztók más-más mértékben tartalmaznak ilyen elektronikai alkatrészeket, így eltérő módon viselkednek egy adott nagyságú, hirtelen bekövetkezésű feszültségzavarra. Ezeket a viselkedési módokat több részre, csoportra lehet osztani. Kis számban vannak megtalálhatóak azok az eszközök, amelyek szinte teljes mértékben érzéketlenek ezekre a feszültségingadozásokra. Növekvő számot képviselnek azok a berendezések, amelyek ugyan érzékenyek a zavarokra, de nem hibásodnak meg tőlük, és a zavar elmúlása után hibátlanul működnek tovább. Szintén ide tartozik az a csoport, amelyik ugyanúgy érzékeny a pillanatnyi változásokra, azonban annak hatására a berendezés ideiglenesen hibásodik meg, leáll, de ez egy személyi újraindítással feloldható és a készülék nem szenved maradandó károsodást. Az utolsó csoport tartalmazza a zavar miatt bekövetkező legrosszabb esetet, aminek a következtében a készülék annyira megrongálódik, hogy teljesen használhatatlan állapotba kerül, tönkremegy, azonban szerencsés esetben, ha csak pár alkatrész hibásodott meg, akkor azok cseréje után ismét működőképes lehet a villamos berendezés. Azért, hogy a zavarra való érzékenységet meg lehessen határozni, szükséges ismerni magának a zavarnak a lefolyását. Ehhez egy adott időközönként – lehetőleg a periódusidőnél (20 ms) jóval rövidebb időnként – szükséges az adott jelet mintavételezni. A mintavételezés kiértékelését célszerű egy periódus alatt egynél többször elvégezni. A váltakozó feszültség és áramerősség nagysága annak szinusz jellege miatt folyamatosan változik. Ezzel az értékkel számolni nem lehetséges, ezért a könnyebb számolás érdekében alkalmazható az effektív érték, aminek a segítségével a mért érték nagysága jobban szemléltethető. Mivel egy periódus két részből áll (pozitív és negatív), ezért célszerű 10 ms-ként számítani az effektív értékeket 20 ms-es időtartamra. Az effektív érték számítását az alábbi képlet határozza meg: 33
1
𝑇
𝑈𝑒𝑓𝑓 = √𝑇 ∫0 𝑈(𝑡)2 𝑑𝑡
(5)
Normál üzemállapot esetén az effektív feszültségérték 230 V, azonban ez feszültségletörés esetén jóval kisebb értéket ad. A feszültségletörések minősítéséhez szükséges az előbb említett effektív érték és a feszültség letörésének az időtartama is. Gyakran megfigyelhető, hogy a használat során, a feszültségértéket a névleges feszültséghez viszonyítva adják meg, ilyenkor százalékos formában találkozhatunk vele. A letörés ideje is fontos, ugyanis minél rövidebb idejű, annál kevésbé érzékeny rá az adott technológiai eszköz. E két paraméter segítségével meghatározhatók olyan intervallumok, amelyeken belül a kialakuló feszültségletörés okozta hatások elkülöníthetők. Három tartomány különböztethető meg ebben az esetben: nem működő, de hibamentes tartomány normál működési tartomány tiltott, biztos meghibásodással járó tartomány A pontos hatások meghatározásához többféle megközelítés is megtalálható a szakirodalomban, ezek egyike az ITIC görbe. A görbén leolvashatók a fent említett tartományok. A pontos értékeket az ITIC (Information Technology Industry Council) határozta meg, amiről a nevét kapta. A következő ábra függőleges tengelyén található a feszültség névleges értékhez viszonyított nagysága, a vízszintes tengely pedig a változás időtartamát mutatja. A piros vonal pedig a mért eszközök érzékenységi görbéjét jeleníti meg, amihez viszonyítva határozták meg az ITIC görbét. A jobb felső vastag vonallal határolt rész a biztos meghibásodással járó tartomány. A jobb alsó vastag vonal alatti rész a meghibásodás mentes tartomány. A két vonal között található a normál működési intervallum, amire célszerű törekedni. Az ábra jobb oldalán található a normál körülmények között jelentkezhető feszültségérték, ami a névleges feszültség 90 és 110%-ánál van bejelölve, azonban ez a sáv szigorítva lett, így az új meghatározott érték a névleges feszültség 92,5 és 108,5%-a. Ez, a 230 V-os kisfeszültségű hálózatra nézve 212,75 V és 249,55 V közötti tartományt határoz meg.
34
6. ábra: ITIC görbe [13]
35
8. Napelemek hatása a kisfeszültségű hálózat üzemére A
tudatosabb
és
természetbarátabb
energiafelhasználás
következtében
az
energiatermelés fokozatosan, de egyre nagyobb hányadban valósul meg megújuló forrásokból. Ezek a megújuló források származhatnak a Nap energiájából, a szél vagy a víz erejéből. Előbbi az egész ország területén rendelkezésre áll és csak kis mértékben függ a területi adottságoktól. Hazánk területén a kedvezőtlen széljárás következtében nem találunk mindenhol megfelelő helyet, ahol gazdaságosan lehetne működtetni folyamatosan szélgenerátorokat. Azokon a helyeken, ahol viszont a körülmények már megfelelőek, ott már megépítésre kerültek ezek a szélerőművek. A víz energiája sem elhanyagolható, de ezen a területen is ugyanaz a helyzet, mint szélerőműveknél. Az előbb említett energiatermelő rendszerek nagy mennyiségben állítanak elő energiát, azonban azt nem a kisfeszültségű hálózatra termelik, hanem a közép- és nagyfeszültségű hálózatra csatlakoznak. Az utóbbi években megnőtt a kisebb méretű energiatermelő egységek, az úgynevezett háztartási mérető kiserőművek szerepe (HMKE). Az ilyen kiserőműnek nevezhető az olyan villamosenergia-termelő berendezés, amely kisfeszültségű elosztóhálózathoz, illetve kisfeszültségű magán- vagy összekötő vezetékhálózathoz csatlakozik. Továbbá az erőmű névleges teljesítménye kisebb, mint a felhasználó részére rendelkezésre álló teljesítmény. Nagy teljesítményű fogyasztók esetén a rendelkezésre álló teljesítmény miatt a HMKE felső teljesítményértéke korlátozva van, – azért, hogy ne jelenjem meg túlzott visszatáplálás – amely korlátozás mértéke az efféle erőműtípusnál maximum 50 kVA. Egy háromfázisú inverter maximális teljesítménye 50 kW, míg jelenleg az egyfázisú inverterek esetén 5 kW maximális teljesítmény engedhető meg. A megújuló energiák használata kisfeszültségen kezdetben a több erőforrással rendelkező nagyobb fogyasztóknál jelent meg. Itt is azokat az energiaforrásokat használták ki a fogyasztók, amelyek leginkább rendelkezésre álltak. Ez rendszerint a napenergia volt, aminek a megújuló energiatermelésen belüli aránya kisfeszültségen manapság is meghatározó – 95% fölötti – szerepet tölt be, a többi energiaforrás kevesebb, mint 5%-ot tesz ki a termelésben. A legnagyobb számban azonban a kisfeszültségre csatlakozó lakossági fogyasztók vannak. A háztartások számára is hasonló az eloszlás az energiatermelés terén, mint a nagyobb, ipari fogyasztóknál. Tehát kisfeszültségen is a napelemek felhasználása a mérvadó, ugyanis annak az elhelyezése és felszerelése a legkevésbé körülményes illetve
36
helyigényes. A technika folyamatos fejlődésének és a tömeggyártás következtében a napelemek hatásfokának növekedése és az előállítás költségének csökkenése tapasztalható. Ennek hatásaként egyre több fogyasztó fog élni az erre irányuló beruházásokkal, ami miatt a kisfeszültségű betáplálási pontok száma növekedni fog. Jelenleg ez még nagy számban nem valósult meg, azonban kialakulóban van egy exponenciálisan növekvő trend a beépített darabszám és teljesítmény terén. A grafikonból megfigyelhető az adott évben telepített háztartási méretű kiserőműi napelemek száma és összesített névleges teljesítménye. Az egyéb kategóriába sorolhatók azok a háztartási méretű kiserőművek, amelyek a szélenergiát, a vízenergiát, a biogázt és a földgázt használják energiatermelésre.
10000 db 9000 db 8000 db 7000 db 6000 db Egyéb
5000 db
Napelem
4000 db 3000 db 2000 db 1000 db 0 db 2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
7.a ábra: A telepített HKME kiserőművek száma [14]
37
80 MW 70 MW 60 MW 50 MW Egyéb
40 MW
Napelem 30 MW 20 MW 10 MW 0 MW 2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
7.b ábra: A telepített HMKE kiserőművek összteljesítménye [14] A napelemek beépített teljesítményének a nagysága jelenleg elenyésző az országos termeléshez képest, azonban figyelemmel kell kísérni a változás folyamatát. Az energiatermelő rendszerek eloszlására jelenleg nem jellemző a nagyszámú, kis területre korlátozódó beépítettség. Azonban ez a helyzet változhat a későbbiekben, ugyanis ha kellően alacsony lesz a beruházás költsége a napelemes rendszernek, akkor egy adott hálózatrészen az arra csatlakozó fogyasztók többsége „lavinaszerűen” dönthet a beruházás mellett. Már egy darab napelem is befolyással van a hálózatra, de az egyre nagyobb számban csatlakozó napelemek az adott hálózatrész villamos paramétereit nagymértékben ronthatják. Ennek kiküszöbölését segíti elő a fentebb említett teljesítménykorlát, ugyanis így korlátozható a kétirányú betáplálás következtében jelentkező negatív hatás az adott hálózatrészen. Ahhoz, hogy egy napelem a közcélú hálózatra energiát tudjon táplálni, egy inverternek szükséges az áram irányát megfordítani. Az inverter egy olyan feszültség átalakító eszköz, amely a napelem által előállított egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé alakítja át. Az impulzus szélesség modulált inverter a leggyakoribb típus, amely a bekapcsolási idő nagyságával alakítja ki a hálózati frekvenciájú szinusz jelet. A fordított áramirány segítségével érhető el, hogy ne a napelem felé, hanem a napelem felől áramoljon az energia a hálózat felé. Mivel a visszatápláló vezeték mérhető 38
ellenállással rendelkezik, amin ha áram folyik keresztül, akkor feszültségesés jelenik meg, így az inverternek nagyobb feszültséget kell előállítania. A nagyobb feszültség következtében az adott csatlakozási- illetve leágazási pont környékén található fogyasztóknál feszültségemelkedés lép fel a betáplált energia miatt. Alacsony mértékű energiamennyiség betáplálása esetén kis körzetben érzékelhető a feszültségnövelő hatás, nagyobb teljesítmény esetén természetesen ez a hatás távolabbra jut el. Ha az inverter által okozott feszültségemelkedés mértéke túlzott, akkor a középfeszültségre csatlakozó transzformátoroknál beavatkozásra van szükség, ami hagyományos transzformátorokkal nem oldható meg. Fontos megjegyezni, hogy a NAF/KÖF transzformátorok szabályozása nem pillanatszerű, hanem adott időközönként valósul meg, így a pillanatszerű feszültség ingadozásokra – amely az inverter pillanatnyi beterhelésétől függ – nem érzékenyek. Így alakulhat ki az az eset, hogy egy transzformátor oldali leszabályozás
és
egy
napsugárzás-mentes
időpont
együttesen
viszonylagos
feszültségcsökkenést okoz. Ennek a kiküszöbölésére hálózati csatlakozáskor feltételként van meghatározva, hogy a naperőmű által előidézett feszültségváltozás mértéke ne legyen ±3%-nál nagyobb. Így elkerülhető a NAF/KÖF transzformátorok túl gyakori szabályozása. A hálózati visszahatásokra nagy jelentőséggel bír az inverter fázisszáma. Kivitel és csatlakozás szempontjából megkülönböztetünk egy- illetve háromfázisú invertereket, amelyeknél nem mindegy, hogy hány darab fázisra történik a visszatáplálás. Az egyszerűbb eset a háromfázisú berendezés esetén jelentkezik, ugyanis ilyenkor a napelem úgy viselkedik, mint egy nagyobb erőmű. Ennek köszönhetően a betáplálás mind a három fázison közel azonos áramerősséggel történik, így mindegyik fázisvezetőn ugyanakkora feszültségemelkedés jelenik meg. A hálózati aszimmetria, vagyis a fázisvezetők feszültségeinek nagysága és szöge, ebben az esetben nem változik nagymértékben. Fontos megjegyezni, hogy a háromfázisú inverterek csak olyan fogyasztókhoz köthetők be, amelyek mind a három fázison vételezik az energiát az áramszolgáltatótól. Az egy fázison vételező fogyasztók esetén az egyfázisú inverter által okozott
feszültségemelkedés
nem
hasonlítható
össze
a
háromfázisúéval.
A
kisfeszültségre csatlakozó más-más áramfelvételű fogyasztók alap esetben is létrehoznak aszimmetriát, amit a szolgáltatók úgy próbálnak ellensúlyozni, hogy a három fázisra a fogyasztókat terhelés szempontjából egyenletesen csatlakoztatják. Erre az aszimmetriára adódik hozzá a napelem egyfázisú visszatermelése, ami még nagyobb mértékű feszültségbeli egyenetlenséget eredményez. Összességében a háromfázisú inverterek paraméterei jobbak, mint az egyfázisú berendezéseké. A fent említett 39
problémák csak a hálózatra csatlakozó napelemekre vonatkoznak. Előfordulnak azonban kisebb teljesítményigényű fogyasztók, amelyek a hálózattól távolabb helyezkednek el, és így nem megoldott a közcélú hálózatra való csatlakozásuk. Erre az esetre jelentek meg a szigetüzemű háztartási méretű kiserőművek. Működésük során nincsenek teljesítmény szerint lekorlátozva, ugyanis nem rendelkeznek kapcsolattal az elosztóhálózat felé. Mivel a napelem egyenfeszültséget állít elő, míg az inverter nemlineáris ellenállásokat tartalmaz, így elkerülhetetlen a nem tiszta szinuszos feszültség és áram előállítása az egyenfeszültségből. Az inverterek harmonikus torzítása szintén szabványban rögzített, amelynek értékei nagy hasonlóságot mutat az MSZ EN 50160:2001 szabvánnyal. Páratlan harmonikusok
Páros harmonikusok
Rendszám (i)
Relatív feszültség
Rendszám (i)
Relatív feszültség
3
5%
2
2%
5
6%
4
1%
7
5%
6
0,5%
9
1,5%
8
0,5%
11
3,5%
10≤i≤50
0,25*10/i+0,25%
13
3%
15
0,4%
17≤i≤49 és hárommal nem
2,27*(17/i)-0,27%
osztható 21≤i≤45 és hárommal
0,2%
osztható 3. táblázat: Az inverterek megengedett harmonikus tartalma [15] A fenti táblázat a megengedett harmonikus tartalmat tartalmazza. A szabvány szerint az áramerősség harmonikus tartalma nem lehet 5%-nál nagyobb. A használt impulzus szélesség modulált inverterek a váltakozó feszültséget kapcsoló üzemben működő 40
tranzisztorokkal állítják elő nagyságrendekkel nagyobb frekvencián, mint az 50 Hz-es alapfrekvencia. Ennek következtében a hálózati frekvencia egész számú többszörösei helyett megjelennek úgynevezett közbülső frekvenciájú áramösszetevők. Az elosztó hálózatot
nem
csak
energiaátvitelre,
hanem
vezérlésre
is
használják
az
áramszolgáltatók. Ez a hangfrekvenciás vezérlő jel a hálózati szinusz jelre van ráillesztve. Ennek a jelnek a megzavarása nem szerencsés. A motoros fogyasztók esetén nem jelentkezik probléma az egész számú felharmonikus tartalom miatt, azonban az inverter által keltett nem egész számú felharmonikusok miatt meg kell vizsgálni az olyan eseteket, amikor az inverter pontosan a vezérlő jel frekvenciáján táplálna vissza a hálózatra. Ez nem várt vezérlési zavarokat eredményezhet. A legfőbb probléma viszont a napelemek szabályozhatóságának hiánya. A termelőképességük ugyanis csak a napelemek megvilágításától függ. A megvilágítást pedig a Nap beesési szöge és az aktuális felhőfedettség határozza meg. Derült nyári idő esetén közel maximális teljesítményen üzemel a napelem, viszont ugyanabban az időben borult idő esetén ez, akár a maximális teljesítmény ötödére is visszaeshet. A helyzet télen a legrosszabb, ilyenkor további teljesítménycsökkenés lép fel. Míg a nagyobb energiatermelő erőművek esetén időben viszonylag kismértékű a betáplált energia nagyságának változása, egy közepesen felhős napon a napelem hirtelen, nagyobb mértékű termelésbeli változást is produkálhat. Tekintettel, hogy a napelemek energiatermelő egységek, így azokat védelemmel kell ellátni az olyan esetekre, amelyek nem üzemszerű körülményeket okoznak a hálózaton. Az invertereknek tehát olyan védelmeket kell tartalmazniuk, amelyek feszültség csökkenés/növekedés, frekvencia csökkenés/növekedés, zárlat és túlterhelés esetén meghatározott időn belül a hálózatra kapcsolt berendezést leválasztja.
41
9. További beavatkozási lehetőségek a kisfeszültségű hálózatok feszültség tartására Korábban láthattuk, hogy a napelemek – főleg az egyfázisúak – működésük során nagy hatással vannak a hálózati szimmetria megváltoztatására. Ennek kiküszöbölésére érdemes lenne valahogy a napelemek szabályzását megoldani úgy, hogy azok ne terheljék túl a hálózatot. Ezekre a szabályozásokra többféle megoldás is létezik, amelyek közül az adott körülmények határozzák meg, hogy melyik lesz a legoptimálisabb. Tekintettel arra, hogy a megtermelt energiát el kell fogyasztani, ugyanis nem tárolható a hálózaton, így az energiafogyasztást a termeléshez kellene igazítani. Azonban ez nem valósítható meg több okból is, így az áramszolgáltatók különböző fogyasztói berendezéseket, amelyeknek működési időpontja bármilyen intervallumra eshet, olyan időszakokban kapcsolnak be, amikor alacsony a hálózat terheltsége. Ennek példájára a napelemeknél is bevezethető lenne egy ilyenfajta vezérlés például rádiófrekvenciás alapon. Így amikor a napelemek termelése megindul, és elér egy bizonyos szintet, amikor már a hálózati paraméterek a nem megfelelő tartományba kerülnének, akkor egyes napelemeket le lehetne szabályozni. Valószínűleg ott kell a szabályzást elvégezni, ahol egy adott hálózatrészen nagyobb a beépített napelemek teljesítménye. Ennek a szabályozásnak a fogyasztói oldalról az a nem kívánatos része, hogy ő szeretné a termelését maximalizálni, ezért őt negatívan érintené az esetleges szabályozás. Egy másik megoldás lehet a napelem által előállított feszültség és áram vektorok egymáshoz képest történő eltolása. Az inverterek hatásfoka majdnem eléri a 100%-ot, így a megtermelt egyenáramú energiát az inverter a belső szabályozó mechanizmusa segítségével teljes mértékben hatásos váltakozó energiává alakítja át. Az inverter tulajdonosának a legfőbb szempont a hálózatra visszajuttatott energia maximalizálása. A megtermelt hatásos energia mellett az inverter meddő energia vételezésével képes a feszültségemelkedés mérséklésére, mint ahogy azt a szimuláció során tapasztaltam. Ellenkező esetben, amikor az inverter meddő energiát jutatott a hálózatra, akkor a feszültségemelő hatás még jobban jelentkezett. Harmadik esetben a KÖF/KIF transzformátorok menetszámának feszültség alatti átkapcsolása, menetszám változtatása jelenthetne megoldást, ha nem hozna megoldást az inverterek meddőztetése. Megvalósítás esetén terhelés alatt a transzformátorok menetszám áttételének
változtatásával
kiküszöbölhető
lenne
a
napelemek
által
okozott
feszültségemelés hatása. 42
Erre mutat példát a SIEMENS által kifejlesztett transzformátor, amely szekunder oldalon ± 1,7% mértékű feszültség szabályozásra alkalmas. A szabályozást elektronika végzi feszültség alatt folyamatosan. A szabályozáshoz a vezérlő jelet a hálózat különböző pontjain elhelyezett smart mérők feszültség paraméterei szolgáltatják. Ez a megoldás abban az esetben jelenthetne megoldást, ha a nagyszámú HMKE egyenletesen oszlana el a transzformátor körzet KIF hálózatán. Inhomogén eloszlás esetén ellentétes vezérlőparaméterek jönnek a hálózat különböző pontjairól, amely a szabályozást lehetetlené tenné. Legvégső esetként az szolgálna, hogy csak a megtermelt energia egy része kerüljön vissza a hálózatra, így szabályozva a feszültség minőségi paraméterek romlását. Amikor a napelem termelése túlzott, akkor a fogyasztónál elhelyezett energiatároló berendezések feltöltésére lehetne fordítani a felesleges energiamennyiséget. Másik megoldásként szolgál a megtermelt egyenáramú energia azonnali felhasználása még az invertálás előtt vagy az invertálás után, de még a hálózati visszatáplálást megelőzően. Ennek azonban anyagi hátrányai is vannak, ugyanis egy megfelelő töltöttséget raktározni képes akkumulátor telep bekerülési költsége nagyon magas, amihez hozzáadódnak az üzemelési költségek is. Az akkumulátorok elhasználódása is gondot okoz, ugyanis élettartamuk véges, cseréjük pedig költséges.
43
10. Szimuláció napelemek feszültségminőségre gyakorolt hatásának vizsgálata A szimulációt a Miskolc északi részén található egyik kertvárosi hálózatrészen végeztem el. Ezt a hálózatrészt egy földkábeles betáplálású 21149-es számú transzformátor látja el, amely az Estike utca és az Árok utca találkozásában fekszik. Ez a transzformátor 5 darab áramkört lát el, amelyből az egyik a közvilágítás. A transzformátor ellátási körzetének kialakítását az 1. melléklet tartalmazza. A szimulációt a NEPLAN program segítségével végeztem el. A szimuláció során a fogyasztók leképzése többféle módon történt: a kisebb, lakossági fogyasztók 700 W teljesítménnyel, a nagyobb, szerződött fogyasztók a lekötött teljesítményük 25%-ával, míg a napelemek névleges teljesítményük 90%-ával lettek figyelembe véve. A NEPLAN
rugalmasságát
mutatja,
hogy
a
fogyasztók
teljesítményét
és
a
teljesítménytényezőjét is szabadon lehet változtatni. A program, számítása során végig háromfázisú fogyasztókkal számolt, a szimuláció elején található kezdőképernyőn megjelentek a szimulált fogyasztók és napelemek adatai, ami a 2. mellékleten látható. Legelőször az adott hálózatot elemeztem ki feszültségesésre a meglévő napelemek betáplálásával. A kielemzett hálózat a végponti feszültségértékkel és a napelemekkel a 3. mellékleten található, azonban ekkor még a 2 szimulált napelem nem volt a hálózatra csatlakoztatva, ellentétben a 2 telepített napelemmel, amelyek működtek. Mivel a hálózatra (sárga áramkör) 2 kis teljesítményű napelem csatlakozik, így ezek nem okoznak túlzott feszültségemelkedést, amit a 3. mellékleten látható értékek is igazolnak. A zöld színű hálózatrészen nagyobb teljesítményű szerződött fogyasztók vannak. A szimuláció során ez az ág tudta leginkább „elfogyasztani” a napelemek által megtermelt energiát, viszont itt volt leginkább tapasztalható a túlzott feszültségesés a hálózat végpontján. Azon az ágon, amelyen az 5 A-es napelem található (1. napelem, 3,6 kW), olyan kismértékű a terhelés, hogy a napelem termelése nélkül a feszültségesés mértéke kevesebb, mint 0,1%. Bekapcsolt állapotban a napelem közel 0,3%-kal növeli meg a hálózati feszültséget, amely szinte elhanyagolhatónak mondható. Ez látható a 8. ábra grafikonján.
44
8. ábra: Az 1. napelem ki- illetve bekapcsolt állapotban [16] Azon az áramkörön, amelyen a 11 A-es napelem található (2. napelem, 7,47 kW), a napelem kikapcsolt állapotában a nagyobb terhelés miatt több mint 1%-os feszültségcsökkenés figyelhető meg a végponton. A napelem bekapcsolása után ez az érték lecsökken kevesebb, mint 0,5%-ra. A csatlakozópontok függvényében látható a feszültség változása a 9. ábrán.
9. ábra: A 2. napelem ki- illetve bekapcsolt állapotban [16] 45
Ezen a hálózaton a valós körülmények is igazolják, hogy a hálózatra csatlakoztatott 2 napelem nem okoz a feszültség nagyságában problémát. Abban az esetben okozna túlzott feszültségemelkedést, ha a napelem kikapcsolt állapotához képest a bekapcsolt állapotban 3%-nál nagyobb feszültségnövekedés jelentkezne. Ez a tény a két napelem esetén nem áll fenn, tehát a jelenlegi hálózat kialakítása megfelelő. Továbbá vizsgáltam egy olyan szimulált napelemet, amelynek csatlakozási pontját úgy határoztam meg, hogy a lehető legnagyobb feszültségesésű pontra csatlakozzon. A 3. mellékleten látható ennek az 1. szimulált napelemnek az elhelyezkedése. Fokozatosan növelve a napelem betáplálási teljesítményét, a hálózat végén a feszültség csak 30 kW betáplálás elérésekor haladta meg a névleges 100%-os feszültségszintet. Ez a magas érték annak köszönhető, hogy a napelem közelében lévő fogyasztók ezt a megtermelt energiát elfogyasztják, és így a transzformátorra nem történik rátáplálás. A betáplálási teljesítmény fokozatos emelése és a létrehozott feszültségnövekedés nagysága látható a 10. ábrán.
10. ábra: Az 1. szimulált napelem ki- illetve bekapcsolt állapotokban [16] Ennél a napelemnél feszültséghatárérték-sértés nem történt (108,5%*Un), de a csatlakozási ponton a feszültség 7%-kal lett nagyobb a termelésmentes állapothoz képest, ami jóval magasabb a megengedett 3%-nál. A szimuláció során a 3%-os feszültségemelkedési határt 14 kW erőműi kapacitás esetén értem el, ami azt jelenti, 46
hogy arra az adott hálózatra ekkora teljesítményű háromfázisú napelem csatlakozhatna. A 2. szimulált napelem ugyanezen az áramkörön került elhelyezésre, egy, a transzformátorhoz közeli csomópontban. A kezdeti 10 illetve 25 kW-os napelem teljesítmény nem okozott érdemi változást a feszültség értékében, így az 50 kW-os maximális teljesítménynél jelenítettem meg a feszültségprofilt. A feszültség növekedését a 11. ábra mutatja.
11. ábra: A 2. szimulált napelem ki- illetve bekapcsolt állapotban [16] Jól látható a grafikonon, hogy a transzformátor közelében elhelyezett napelem szinte az egész hálózatrészen emeli a feszültséget. Nagy terhelésű áramkör elejére egy nagyobb napelem gond nélkül csatlakozhat, ugyanis a megtermelt energiát a napelem és a végpont között található fogyasztók elhasználják. Ebben az esetben nem jelentkezett feszültség változási illetve feszültség emelkedési probléma sem, ami akár a nagyobb erőmű telepítését is lehetővé tenné, azonban ennek a HMKE kifejezés határt szab. Más
feszültségcsökkentő
megoldásként
jelentkezik
a
napelemek
meddő
szabályozása. Ugyanis a napelem feszültségemelő hatása nem ugyanolyan mértékben érvényesül akkor, ha meddő energiát fogyaszt, illetve ha meddő energiát táplál vissza a hálózatra.
47
Az első szimulált napelemnél végeztem meddőkompenzálást az inverterre. Ebben az esetben 14 kW teljesítmény táplálható a hálózatba úgy, hogy közben meddő teljesítményáramlás nincs. A kapott értékeket a következő táblázat foglalja magában.
P 0 kW -14 kW -14 kW -14 kW -14 kW -14 kW -14 kW -15 kW -16 kW -16 kW
Q 0 kVAr 0 kVAr -1 kVAr 1 kVAr 2 kVAr 3 kVAr 4 kVAr 4 kVAr 4 kVAr 4,5 kVAr
cos(φ) 0,000 1,000 0,997 0,997 0,990 0,978 0,962 0,966 0,970 0,963
U [%] 93,93% 96,94% 97,03% 96,84% 96,75% 96,65% 96,56% 96,76% 96,97% 96,92%
∆U [%] 0,00% 3,01% 3,10% 2,91% 2,82% 2,72% 2,63% 2,83% 3,04% 2,99%
4. táblázat: A napelemek meddő szabályzása során tapasztalt feszültség emelkedés mértéke [16] A táblázatban szereplő értékek előjele abban az esetben pozitív, ha a hálózatból történik a vételezés, illetve akkor negatív, ha a hálózatba történik a visszatáplálás. Látható,
hogy
kismértékű
meddő
teljesítmény
visszatáplálásakor
már
feszültségemelkedés lép fel. Ezért célszerű, hogy a napelemek meddő teljesítményt fogyasszanak, ugyanis ebben az esetben csökkenthető a feszültség emelkedés nagysága. A kisfeszültségen használt 0,96-os teljesítménytényező esetén, ha meddő energiát vételez a hálózatból, akkor a napelem a korábbi 14 kW helyett 16 kW teljesítménnyel üzemelhet. Összességében a szimuláció során a következőket tapasztaltam. A napelemek beépíthető teljesítménye nagyban függ attól a hálózattól, amelyre csatlakozni fog. Ez alatt a hálózat fogyasztóinak számát illetve a fogyasztók által igényelt teljesítmény nagyságát értjük. Fontos még megjegyezni, hogy hány fázisú a napelem invertere, ugyanis ez határozza meg, hogy mekkora aszimmetriát fog okozni az adott hálózatrészen. Az 1 fázisú inverter nagyobb aszimmetriát képes létrehozni a 3 fázisú inverterekhez képest. Megoldás lehet még az inverterek teljesítménytényezőjének a változtatása, igaz ez csak kisebb mértékben segíti a feszültség emelkedés csökkentését. A fent említett állítások mérlegelésével a különböző napelemek hálózatra csatlakozása leegyszerűsödhet. 48
11. Összefoglaló A kiválasztott téma alapján bemutattam az első fejezetben az energiaszolgáltatás során a szolgáltató által betartandó szabványokat. Az évek során ezeket szigorították, ami a szolgáltatókat még nehezebb helyzetbe hozta. Megismerhettük a fontosabb fogalmakat az áramszolgáltatás területén, és a fontosabb feszültségi szinteket, illetve azok csoportjait. Szerepet kapott a dolgozatban a hálózati jel nagysága, frekvenciája, periodikussága, és a hálózaton lévő eszközök okozta torzítás, illetve annak maximális előfordulhatóságai. A második fejezet a szolgáltató és a fogyasztó viszonyait tükrözte, bemutattam a hálózati engedélyes által betartandó szolgáltatások pontjait és az esetleges mulasztásokat. Továbbá, a be nem tartott esetek során megjelenő pénzügyi kötelezettségek nagyságáról is szó esett. Ide tartozott még a hibaelhárítás menete, az új fogyasztó bekötése, az információcsere szolgáltató és fogyasztó között és az energia elszámolása, mérése. A harmadik fejezet a különböző feszültségű hálózatokon elvégzendő feszültség szabályozásról tett említést. Megjelentek a feszültség áttételt megvalósító transzformátorok, majd a folyamatos működés során jelentkező változások kiküszöbölésére láthattunk megoldásokat. A nagyfeszültségű/középfeszültségű és középfeszültségű/kisfeszültségű transzformátor áttétel változtatására jelent meg egy-egy lehetőség a fejezet tárgyalása során. A negyedik fejezetben a fogyasztók által bejelentett rendellenességek javítására ismertettem lehetséges megoldásokat, amelyek lehetnek kis hatókörűek, de akár egy nagyobb területű hálózatfejlesztés szükségességét is okozhatják, ha tömeges hibáról van szó. Az ötödik fejezet a hálózat folyamatos felügyeletét tartalmazta, az így kinyert mérési adatokat pedig a szolgáltatók a fejlesztésekhez, és a jövőbeli hibák gyorsabb megszüntetéséhez hasznosíthatják. Azonban a mérések nem csak ezekre használhatóak fel, hanem az adott hálózat működése, terhelése is kinyerhető az adatokból, aminek segítségével fellelhető a lokális többlettermelés vagy többletterhelés, illetve a kiépített hálózat terhelési eloszlása. Az egyre kifinomultabb elektronikával rendelkező villamos berendezések elterjedése miatt célszerűvé vált a berendezések hálózatra való érzékenységét is vizsgálni. Az energiaszolgáltatás során a feszültség nagysága időben nem állandó. Ennek hatására jelentek meg a különféle feszültség-idő görbék és tartományok, amelyek segítségével megállapítható egy adott berendezés érzékenysége a hálózati zavarra. Az Európai Uniós elvárás és a Nemzeti Energia stratégia hatására a jövőben növekedni fog a
49
kisfeszültségre csatlakozó háztartási méretű kiserőművek száma. E mellett szó esett a jövőbeli
számukról
és
a
hálózatra
gyakorolt
feszültségtorzító
hatásukról.
Megismerkedhettünk a napelemek fogyasztói szemszögből megjelenő pozitív és negatív tulajdonságaival is. Továbbá, ismertettem a napelemek szabályozását illetve az el nem fogyasztott, többletként megtermelt energia elraktározását az akkumulátorokban. Az így elraktározott energia későbbi felhasználásáról is tettem elmítést. Dolgozatom végén egy adott hálózatrészen vizsgáltam a napelemek feszültségre gyakorolt hatását, illetve azt, hogy a megjelenő káros hatásokat milyen módon lehet kiküszöbölni. A hálózaton, a már meglévő napelemek mellé újabb, szimulált napelemek is kerültek, ezzel a módszerrel próbáltam meg előrejelezni a jövőben telepítendő napelemek hatásait. Ez a hatás azonban erősen függ a kisfeszültségű hálózatrész és a napelemek termelőképességeinek a paramétereitől.
50
12. Summary Based on the chosen topic, in the first chapter I presented the regulations concerning energy supply that are observed by the suppliers. During the years these were tightened, which caused the providers to end up in a more difficult position. We could learn the most important terms in electricity power supply, the major voltage levels and their groups. Included in my thesis, you can find information about the network signal’s amplitude, frequency, periodicity as well as the distortion and its maximum appearances caused by the devices found on the given network. The second chapter showed the relation between supplier and consumer. The service’s points which are observed by the network licensee, the magnitude of the financial obligations associated with the possible malpractices and some cases that are subject to violation were also discussed. It also included the process of solving fault services, the registration of new consumers, the exchange of information between supplier and consumer as well as energy accounting and measurement. The third chapter mentioned voltage regulations in terms of different voltage networks. Then I mentioned the transformers that make voltage transmission possible, and we saw solutions for eliminating changes that may occur during the continuous operation. During the description, a possibility appeared too, to deal with the voltage transmission of high voltage/medium voltage and medium voltage/low voltage transformers. In the fourth chapter we saw examples of solving disorders reported by consumers that could be small-scoped, but could also call for need in network development in a greater area if it results in a massive error. The fifth chapter included the round-the-clock monitoring of the network and how the suppliers can utilize the retrieved new data in order to eliminate future errors faster. However, the measurements can’t only be used for such things, but you can also extract data concerning the function and rate of charging of the given network. The local surplus of production or load and the load distribution of the established network can also be tracked down by such methods. Due to the spread of electrical devices with more sophisticated technology built in them, it became advisable to examine the sensitivity of these devices towards the network. During the energy supply the voltage level is not constant in time. As a result, a variety of voltage-time curves and provinces emerged which are used to determine the sensitivity of a given device to any network disruption. Based on the concepts of the European Union and National Energy, we can also expect that the
51
number of household-scaled small plants which are connected to low voltage networks is going to increase in the future. In addition, their number in the future and their impact on the network distortion were also discussed. From a consumer’s perspective, we also got to know the positives and negatives of solar panels. In addition, the regulation of solar panels and the unused, surplus energy which is being stored in batteries and is subject to subsequent use were touched upon as well. At the end of my thesis I examined the voltage impact of solar panels on a given network and how we could eliminate any possible harmful effect. Beside the already existing solar panels, newer and simulated solar panels were located on the network and in this way I tried to predict the impacts of installing solar panels in the future. However, this effect strongly depends on the parameters of the low voltage part of the network and the generating capabilities of the given solar panel.
52
13. Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani a szakdolgozat írásában tervezésvezetőmnek, Dr. Tóth Ferencnek, illetve konzulensemnek, Orlay Imrének, akik a dolgozatom készítése alatt folyamatosan segítették, felügyelték a munkámat. Emellett köszönöm még Barbir Norbertnek a szimuláció sikeres elkészítésében való segítséget.
53
14. Irodalomjegyzék, források 1: Magyar Szabványügyi Testület - MSZ EN 50160:2001, 2001. május 2: Magyar Energia Hivatal - Ászok elosztói határozat, garantált szolgáltatás, 2004. február 3: http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0048_VIVEM265/apas04.html, 2012 4: http://www.reinhausen.com/XparoDownload.ashx?raid=690, 1999 5: Orlay Imre - KÖF feszültség monitoring rendszerfejlesztés, 2012.08.08. 6: Orlay Imre - Feszültség minőség monitoring rendszer, 2010.04.28. 7: http://www.techconnect.biz/Power-Disturbances--ITIC-Curve--Conditioning, 2015 8: Magyar Elektrotechnikai Egyesület - A hazai hálózatra a közeljövőben várhatóan nagy számban csatlakozó háztartási kiserőművek által okozott problémák vizsgálata, 2008. július [1]: Magyar Szabványügyi Testület - MSZ EN 50160:2001; 9. oldal [2]: Magyar Szabványügyi Testület - MSZ EN 50160:2001; 10. oldal [3]: Magyar Szabványügyi Testület - MSZ EN 50160:2001; 10. oldal [4]: 1. ábra: https://vet.bme.hu/sites/default/files/tamop/vivem178/Images/013.png, 2015.05.19. [5]: Magyar Szabványügyi Testület - MSZ EN 50160:2001; 10. oldal [6]: Magyar Szabványügyi Testület - MSZ EN 50160:2001; 9. oldal [7]: 1. táblázat: Magyar Szabványügyi Testület - MSZ EN 50160:2001; 12. oldal [8]: 2. táblázat: Magyar Energia Hivatal - Ászok elosztói határozat, garantált szolgáltatás; 11. oldal [9]: 2. ábra: http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0048_VIVEM265/Images/image078. png, 2015.05.19. [10]: 3.a és 3.b ábra: http://www.reinhausen.com/Portaldata/1/Resources/tc/products/oltc/oiltap_m/Vacutap_ VM.jpg, 2015.05.18. [11]: 4. ábra: ÉMÁSZ oktatófilm: Villamos hálózati mérések kisfeszültségen, 2015.06.19. 54
[12]: 5. ábra: ÉMÁSZ kazincbarcikai alállomásán lévő regiszterek, 2015.11.18. [13]: 6. ábra: http://www.techconnect.biz/File/Image/m/517/463/cee81d17-cd1a-4841b30e-d636aa1e07ee, 2015.10.30. [14]: 7.a és 7.b ábra: http://mekh.hu/download/0/01/00000/a_haztartasi_meretu_kiseromuvek_adatai_20082014.pdf, 2015.10.31. [15]: 3. táblázat: Magyar Elektrotechnikai Egyesület - A hazai hálózatra a közeljövőben várhatóan nagy számban csatlakozó háztartási kiserőművek által okozott problémák vizsgálata; 18. oldal [16]: 4. táblázat, 8., 9., 10., 11. ábra: NEPLAN szimuláció eredménye, 2015.11.17.
55
15. Mellékletek
1. melléklet: A transzformátor ellátási körzete kiemelt színnel
56
2. melléklet: A szimulált fogyasztók és napelemek listája
57
3. melléklet: A transzformátor áramkörei és a végponti feszültségértékek
58
