Ensto Phase Balancer - raport z instalacji

Symetryzacja prądów czy regulacja napięcia?
Jak ustabilizować sieć niskiego napięcia?

Analizy większości problemów dotyczących stabilności sieci niskiego napięcia wykazują istnienie znacznych asymetrii prądowo-napięciowych, które nasilają się zarówno w chwilach wysokiej generacji, jak i poborów. Wysokie nasycenie źródeł odnawialnych w głębi sieci niskich napięć pokazało skalę niedoinwestowania i niedostosowania infrastruktury do rosnących potrzeb energetycznych.

Dane Agencji Rynku Energii (stan na koniec roku 2017) potwierdzają fakt, że blisko połowa sieci napowietrznych nn na wsi wykonana jest z przewodów o przekrojach poniżej 35mm² i długościach obwodów dłuższych niż 500-1000m. Na podstawie tych danych można określić zakres średnich impedancji pętli zwarciowych ww. obwodów na od 0,8Ω do 1,6Ω, co wskazuje również na kolejne wyzwania np. związane z zapewnieniem odpowiedniej ochrony przeciwporażeniowej w najdłuższych obwodach. Należy zauważyć, że większość problemów w analizowanych sieciach niskich napięć dotyczy problemów stabilności napięciowej (asymetrii), a nie przeciążenia linii.

Asymetria napięciowa obserwowana w naszych sieciach jest objawem nierównomiernych obciążeń fazowych i generacji prosumenckiej, czyli asymetrii prądowej. Znalezienie rozwiązania redukującego to zjawisko pozwoli ustabilizować również napięcia w sieci nn

Studium przypadku

Transformator symetryzujący Ensto Phase Balancer typ PB50A-3P-200ADV, zainstalowany został równolegle w głębi sieci zasilającej, w której klienci końcowi raportowali problemy związane z jakością energii (jednofazowe przekroczenia 253V oraz migotanie światła). Obwód sieci niskiego napięcia wykonany był z 800m przewodu 4x50mm² i 200m 4x35mm², a pomiar impedancji pętli zwarcia wykazał około 1,5 Ω. Dodatkowo na końcu obwodu znajdują się klienci z jedno, jak i trójfazową instalacją fotowoltaiczną.

Analizator jakości energii zainstalowany w miejscu występowania problemów wykazał niezgodności z normą PN-EN 50160:2010 w zakresie:

• współczynnika migotania światła,
• wysokiego udziału składowych harmonicznych napięcia,
• icznych zapadów i wahań poziomu napięcia.

Po analizie występujących problemów, transformator symetryzujący został zainstalowany w pobliżu końca obwodu – tam gdzie asymetria prądowo-napięciowa jest największa. Po instalacji urządzenia wykonano kontrolne pomiary przez okres kilku tygodni, gdzie dokonywano okresowych wyłączeń transformatora symetryzującego w celu potwierdzenia wpływu symetryzacji obciążeń na poprawę asymetrii napięciowej i jakości energii.

Na powyższym wykresie widać, że w przypadku załączonego urządzenia, przez transformator płynie prąd symetryzacji rzędu 20-40A, o tyle zmniejszone zostają straty (prąd asymetrii) w przewodzie neutralnym, a w efekcie różnica w napięciach fazowych została zmniejszona do 5-12V. W chwili kontrolowanego odłączenia urządzenia, gdy cały prąd asymetrii płynie w przewodzie PEN do transformatora zasilającego, a różnica w napięciach fazowych wzrosła od 20 do blisko 60V. Dodatkowo, transformator symetryzujący znacząco zredukował składowe harmoniczne.

W celu dokładniejszego zobrazowania korzystnego wpływu symetryzacji na poprawę współczynnika THD oraz poszczególnych składowych harmonicznych dokonano procentowej oceny redukcji ww. parametrów.

Z powyższego wykresu wyraźnie widać, że współczynnik THD został zredukowany o blisko 46%, a składowe zerowe 3,9,15, których wartości sumują się w przewodzie neutralnym redukowane są o ponad 80-90%. Dzięki temu znacząco poprawiła się jakość dostarczanej energii elektrycznej. Zastosowanie transformatora symetryzującego Ensto Phase Balancer typ PB50A-3P-200ADV umożliwiło spełnienie wymogów normy PN-EN 50160:2010 bez kosztownej i długotrwałej inwestycji w przebudowę sieci (budowy nowego transformatora SN/nn, skrócenia ciągów liniowych i zwiększenia przekroju przewodów zasilających).

Dodatkową obserwacją jest poprawa parametrów ochrony przeciwporażeniowej w miejscu instalacji Ensto Phase Balancera. Dzieje się tak za sprawą równoległego połączenia uzwojenia symetryzatora z uzwojeniem transformatora rozdzielczego SN/nn i przewodami lub kablami obwodu do miejsca przyłączenia. Pomiary wykonane po instalacji urządzenia potwierdziły skuteczność działania symetryzatora w zakresie poprawy ochrony przez porażeniem prądem elektrycznym. Impedancja pętli zwarciowej została zredukowana z 1,5 Ω do 0,8 Ω co wpłynęło na zwiększenie prądu zwarciowego z blisko 155A do 287A.

Pomiary wykonane w tej lokalizacji i ponad 40 innych miejscach instalacji transformatora symetryzującego, potwierdzają kluczowy wpływ symetryzacji obciążeń w rozległych sieciach niskich napięć na zwiększenie stabilności napięciowej i poprawę jakości dystrybuowanej energii.