Antud artikkel käsitleb elektrivarustuse kvaliteedi erinevaid aspekte. Elektrivarustuse kvaliteedi aspekte saab liigitada kahte ossa, milleks on tehnilised aspektid ning korralduslikud aspektid. Tehnilised aspektid saab omakorda jagada toitepinge kvaliteeti hõlmavateks ning toitepinge pidevust kirjeldavateks. Antud artikkel käisitleb neist aspektidest tähtsamaid.
Üldist
Esmaoluliseks on toitepinge kättesaadavus, ehk elektrienergia kättesaadavus tarbijale. Planeerimata (avariilise iseloomuga) toitekatkestused põhjustavad suuri rahalisi kahjusid, eriti haavatavad on teatud tööstusvaldkonnad, kus elektrikatkestus võib tähendada suure koguse toodangu kasutuskõlbamtuks muutumist.
Samuti on oluline, et toitepinge vastaks võimalikult täpselt süsteemis kasutusel olevale ideaalsele toitepingele. Elektri kvaliteedistandardeid käsitleb Eesti Standardikeskuse Standard EVS-EN 50160:20101. Kvaliteedinõuetele mittevastav toitepinge võib kahjustada tarbijate seadmeid ning põhjustada liigseid kadusid. Kõrvalekaldeid elektrivõrgu normaalparameetritest võib esineda erinevaid, näiteks sageduse muutus, pinge väärtuse langemine või toitepinge katkemine. Samuti on erinevatel kõrvalekalletel erinevad põhjused, mis muuhulgas võivad olla seotud elektrivõrku lülitatud pooljuhtseadmetega, mis moonutavad toitepinge siinuselist kuju või elektrijaamade avariiliste väljalülitamistega, mis võivad mõjutada sageduse väärtust või pinget.
Korralduslikud aspektid hõlmavad elektriteenustega seonduvat teeninduse kvaliteeti, elektriohutust, tarbija informeeritust ning muid sarnaseid tegureid.
Ideaalne toitepinge
Ideaalne toitepinge on pinge, mis oma omadustelt on ideaalilähedane. Toitepinge ideaalsed parameetrid on sätestatud standardiga. Toitepinge kvaliteedinäitajatega on võimalik anda hinnang reaalse toitepinge erinevusele ideaalsest.
Toitepinge kvaliteedinäitajad
Elektri kvaliteeti saab hinnata võrreldes reaalse pinge parameetreid ideaalse pingega. Pinge moonutusi reaalsest on võimalik kategoriseerida vastavalt olemusele ning tekkepäritolule. Erinevate pingemoonutuste piirväärtusi käsitleb Eesti Vabariigi standard EVS-EN 50160.
Toitepinge sagedus
Eesti kuulub ühte sageduse sünkroonalasse koos Loode-Venemaa elektrisüsteemiga ning Läti, Leedu ja Valgevene elektrisüsteemidega. Nimetatud süsteem on väga suur ning Eestis toimuvad elektri tarbimise ning tootmise hälbed süsteemi sagedust märkimisväärselt ei mõjuta. Sageduse reguleerimine toimub peamisel Loode-Venemaa elektrisüsteemis asuvate elektrijaamade abil.
Kuna Eesti asub sünkroontöös suure elektrisüsteemiga, on siin võrgusageduse hälbed väga väikesed ning võrgusagedus väga lähedal 50 Hz tasemele. Joonisel 1 võib vaadelda võrgusageduse mõõtmisi ühes tarbija liitumispunktis ühe nädala jooksul.
|
Joonis 1. Toitepinge sagedus Eesti elektrisüsteemis ühe nädala vältel14 |
|
|
Toitepinge tase ja aeglased pingemuutused
Toitepinge tase ning selle vastavus normile oleneb tarbija liitumispunktist ning elektrivõrgu iseloomust selles piirkonnas. Vastavalt teostatud mõõtmistele erinevates madalpinge (230 V nimipinge)liitumispunktides on Eestis pinge taseme kvaliteet küllalt varieeruv. Antud mõõtmiste jooksul oli mõõtepunktide pingetaseme miinimumväärtused vahemikus 201..238 V ja maksimaalväärtused vahemikus 220..260 V. Sellest lähtub, et pingenivoo tase võib sõltuvalt piirkonnast olla väga erinev2.
Mõõtmistulemusi pingenivoo kohta ühes liitumispunktis ühe nädala jooksul võib jälgida joonisel 2.
|
Joonis 2. Toitepinge 10 minuti intervalli keskmised väärtused ning miinimum- ja maksimumpinged.15 |
|
|
Pinge asümmeetria
Pinge asümeetria on mitmefaasilise võrgu seisund, mille puhul faasipingete efektiivväärtused või faasidevahelised nihkenurgad pole võrdsed. Pinge asümmeetria võib tuleneda koormuse ebaühtlasest jaotumisest faaside vahel või riketest. Pinge assümmeetria tekitab häiringuid eelkõige kolmefaasiliste elektritarvitite töös, näiteks suure võimsusega elektrimootorid.
Kiired pingemuutused
Kiire pingemuutus ehk teisisõnu ka pingetõus kirjeldab pinge efektiivväärtuse kiiret üksikmuutust kahe määratud, kuid normimata katkematu kestusega järjestikuse taseme vahel. Pingemuutuste suurus normaaltingimustel ei ületa 5%, kuid teatud tingimustel võib mõnel korral päevas olla ka lühiajaliselt kuni 10%. 3,4
Kiired pingemuutused on järjestikuste pingemuutuste kogum5. Pinge kõikumist hinnatakse pinge muutumise ulatusega. Madalpingel jäävad pinge muutused enamasti 5% piiresse nimipinge väärtusest. Kui toitepinge on väiksem kui 90 % nimipinge väärtusest, loetakse sündmust pingelohuks. Pingelohu kestvus võib olla alates 10 millisekundist kuni minutini. Kui pinge väätus langeb alla 1 % pinge nimiväärtusest, loetakse olukorda toitekatkestuseks. 6
Pingelohkude põhjus võib olla seotud elektrisüsteemi rikkega, kuid võib olla põhjustatud ka tarbimisest. Suurelt jaolt on pingelohud tingitud suure võimsusega asünkroonmootorite käivitamisest või lühistest. Värelus võib olla põhjustatud suure võimsusega elektritarbijate töötamisest, levinud väreluse põhjustajateks on näiteks elektrikaarahjud. 7
Kiirete pingemuutustega seonduv elektrikvaliteedi probleem on värelus. 8
Liigpinged
Liigpinged jagunevad oma olemuselt kaheks: pikaajalised, ehk võrgusageduslikud liigpinged ning lühiajalised ehk transientliigpinged.
Võrgusageduslikud liigpinged võivad esineda näiteks ühefaasilise maalühise puhul tervetes faasides, trafo astmelüliti rikkel või reaktiivvõimsuse ülekompenseerimisel.
Transientliigpinged on liigpinged, mis on väga kiiresti sumbuvad. Transientliikpinged võivad oma maksimaalse väärtuse saavutada mõne mikrosekundi jooksul ning sumbuda 100 mikrosekundi jooksul ning nende amplituudväärtus võib olla ka üle kahe korra suurem kui võrgu nimipinge. Levinud transientliigpinge tekitajaks elektrivõrgus on äike. Pikema kestusega transientliigpingeid võivad tekitada ka kondensaatorpatareide ning kaablite lülitamisest põhjustatud siirdeprotsessid.
Harmoonikud
Ettekujutus harmoonikutest kui sellistest põhineb Fourier' teisendusel, mille kohaselt igasugust perioodilist funktsiooni on võimalik kujutada reana, mis koosneb erineva sagedusega siinuseliselt muutuvatest komponentidest, milledel on iseloomulik amplituud, sagedus ja faasinurk. Põhikomponendi sagedus elektrivarustuses on 50 Hz. Elektrilist suuruste käsitlemisel nimetatakse vaadelvadavid komponente põhi- ja kõrgemateks harmoonikuteks. Kasutusel on mõisted paaritud, paaris- ja vaheharmoonikud (siinuslaine sagedused on vastavalt paaritu ja paarisarv täiskordsed põhiharmooniku sagedusega ning siinuslaine, mille sagedus ei ole põhiharmooniku täisarv kordne). 9
Kõrgemate harmoonikute pingeid hinnatakse 10:
- üksikult, amplituudi Uh ja põhiharmooniku U1 suhtega;
- Ühiselt, harmoonmoonutusteguriga THD (Total Harmonc Distortion factor).
Harmoonikute taseme hindamiseks kasutatakse ühe nädalase mõõtevahemiku 10-minutilisi pinge efektiivväärtuse keskväärtusi. 11
Varustuskindlus
Varustuskindluse all mõistetakse tarbija võimet tarbida igal ajahetkel elektrienergiat. Elektrienergia tarbimine võib olla piiratud erinevatel põhjustel, nagu elektriliinide tööst välja langemine, ebapiisav elektrienergia tootmine tarbimise katmiseks või muud ootamatud olukorrad. Varustuskindluse hindamiseks kasutatakse arvulisi kriteeriume, näiteks SAIDI, CAIDI ja SAIFI.
Eestis ei esine enamasti kogu elektrivõrku hõlmavaid rikkeid ning enamus katkestusi on tulenevad rasketest ilmastikutingimustest tingitud elektriliinide välja langemisest. Seetõttu on SAIDI näitaja erinev vastavalt elektrivõrgu iseloomule. Suuremates linnades, kus jaotusvõrk on enamuses kaabellliinides, mis on töökindlamad, kui õhuliinid, on SAIDI näitaja märkimisväärselt väiksem kui maapiirkondades, kus jaotusvõrk koosneb peamiselt õhuliinidest.
Eesti keskmisi varustuskindluse näitajaid jaotusvõrgus võib jälgida joonisel 5.
|
Joonis 5. Eesti jaotusvõrkude talitluskindluse võtmenäitajad18,19,20 |
Korralduslikud aspektid
Elektrivarustuse kvaliteedi korralduslike aspektidena peetakse silmas eelkõige märksõnu teeninduskvaliteet ning elektriohutust ja keskkonnamõjusid. Teeninduskvaliteeti iseloomustavad järgnevalt toodud märksõnad:12
- reguleerivad seadused;
- standardid ja juhendid;
- lepingud ja tariifid;
- klienditeenindus;
- tarbija informeeritus.
Elektrivarustuse teeninduskvaliteet hõlmab eelkõige suhteid elektrienergia müüja ja ostja vahel ning tarbija informeeritust. Informeeritus on tänu veebikeskkonna kujunemisele tunduvalt paranenud, kuid ka siin leidub arenguruumi. Tarbijal on kasulik teada, millised investeeringud puudutavad tema võrgupiirkonda, missugune on toitepinge kvaliteet tema liitumispunktis jne. Tänase seisuga on tarbijal võimalik tellida tagasiulatuvalt aktiiv- ja reaktiivvõimsuse tunnipõhised koormusgraafikud, toitepinge kvaliteedi osas selline võimalus praegu puudub. Elektriarvestite ja veebikeskkonna tarkvara arenedes tekib ilmselt lähitulevikus võimalus tarbijal jooksvalt andmeid saada nii tarbitava võimsuse kui ka pingekvaliteedi parameetrite kohta. Selleks sobivad elektriarvestid (multifunktsionaalsed kaugloetavad arvestid) on juba praegu olemas. 13
Elektrikvaliteedi mõjud
Elektri kvaliteedi või varustuskindluse madal tase võib tekitada majanduslikult ulatuslikke kahjusid. Teatud tööstusettevõtted kannavad väga suuri kahjusid toodangu kahjustumise tõttu juba lühiajaliste katkestuste korral. Ka kodutarbijaid mõjutavad katkestused, kuid nende puhul pole majanduslikud mõjud nii suured.
Väga oluline on võrgusageduse hoidmine nominaaltaseme lähedal. Võrgusageduse langemisel teatud tasemele on vajalik tarbijate eraldamine elektrivõrgust, et piirata elektritarbimist.
Samas on madalad kvaliteedinäitajad kahjulikud kõigile tarbijatele. Tugevate harmooniliste moonutustega toitepinge tekitab elektrit tarvitavates seadmetes ülekoormuseid ning liigseid kadusid. Faaside ebasümmeetria tekitab häiringuid kolmefaasiliste elektritarvitite, nagu elektrimootorid, töös.
Täiendavat lugemist
|
Aasta |
Kategooria |
Pealkiri |
|---|---|---|
|
2013 |
Uuring |
Elektrivõrgu tänane olukord. Võimalikud arengustsenaariumid. |
|
2013 |
Uuring |
|
|
2012 |
Aruanne |
|
|
2013 |
Aruanne |
|
|
2014 |
Aruanne |
|
|
2015 |
Aruanne |
|
|
2011 |
Aruanne |
|
|
2012 |
Aruanne |
|
|
2013 |
Aruanne |
|
|
2012 |
Aruanne |
|
|
2013 |
Aruanne |
|
|
2013 |
Aruanne |
|
|
- |
Arengukava |
|
|
- |
Arengukava |
|
|
2010 |
Tegevuskava |
|
|
- |
Kokkuvõte |
|
|
2014 |
Uuring |
|
|
2014 |
Raport |
|
|
2014 |
Raport |
|
|
2014 |
Raport |
|
|
2014 |
Ettekanne |
Euroopa energiapoliitika valikud. Kas Euroopal on üldse valikut |
|
2014 |
Ettekanne |
Eesti uus energiapoliitika. Konkurentsivõimeline taastuvenergia Eestis |
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Ettekanne |
|
|
2014 |
Aruanne |
Elektrilevi OÜ investeeringute vajalikkuse ja efektiivsuse hindamine |
|
2014 |
Aruanne |
|
|
2014 |
Aruanne |
|
|
2015 |
Uuring |
|
Joonis 3. 0,4 kV liitumispunktis mõõdetud pingelohkude sügavus ja kestus ning võrdlus ITIC soovitatava taluvusjoonega.16 |
|
|
|
Joonis 4. 0,4 kV liitumispunktis mõõdetud pingemuhkude väärtus ja kestus17 |
|
|
Viited
- Eesti Standardikeskus. Standard EVS-EN 50160:2010. (03.10.2014).↩︎
- Vinnal, Toomas. Toitepinge kvaliteet Eesti 0,4 kV madalpingevõrkudes ja tarbijapaigaldiste liitumispunktides.↩︎
- Eesti Elektroenergeetika Selts. Estlinki katsetused ja kiired pingemuutused. (10.03.2015).↩︎
- Elering AS. Elektrienergia kvaliteet Elering AS 110 kV võrgus. (10.03.2015).↩︎
- Meldorf, Mati; Tammoja, Heiki; Treufeldt, Ülo; Kilter, Jako. Jaotusvõrgud. TTÜ Kirjastus. 2007↩︎
- Vinnal, T. Toitepinge kvaliteet Eesti 0,4 kV madalpingevõrkudes ja tarbijapaigaldiste liitumispunktides. (11.03.2015).↩︎
- Konkurentsiamet. Aruanne elektri- ja gaasiturust Eestis 2011.↩︎
- Konkurentsiamet. Aruanne elektri- ja gaasiturust Eestis 2012.↩︎
- Konkurentsiamet. Aruanne elektri- ja gaasiturust Eestis 2013.↩︎