‍

Pregled najbitnijih standarda

‍

Postoji nekoliko ključnih standarda koji se bave kvalitetom električne energije. Ovi standardi definišu parametre i metode merenja kako bi se osigurao visok kvalitet električne energije.

1. IEC 61000 serija: Ova serija standarda, koju je razvila Međunarodna elektrotehnička komisija (International Electrotechnical Commission IEC), pokriva različite aspekte elektromagnetne kompatibilnosti (EMC). Standardi iz ove serije definišu granice i metode merenja za elektromagnetne smetnje i otpornost uređaja na takve smetnje.
2. IEEE 519: Ovaj standard, koji je razvila Institucija inženjera elektrotehnike i elektronike (Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE), fokusira se na ograničavanje harmonika u električnim mrežama.
3. EN 50160: Evropski standard koji definiše karakteristike napona isporučenog potrošačima u javnim distributivnim mrežama. Ovaj standard pokriva niskonaponske mreže, srednjenaponske mreži i visokonaponske mreže. EN 50160 je važan jer postavlja jasne kriterijume za kvalitet napona koji distributivne mreže treba da isporuče potrošačima. Ovi kriterijumi pomažu u osiguravanju stabilnog i pouzdanog napajanja, smanjujući rizik od kvarova i oštećenja opreme. Takođe, pomaže u harmonizaciji standarda kvaliteta napona širom Evrope, što olakšava međunarodnu trgovinu i saradnju.

‍

‍

‍

Najvažniji problemi i rešenja kvaliteta električne energije

‍

1. Naponske Fluktuacije:
   • Opis: Naponske fluktuacije su promene u naponskom nivou koje se dešavaju u kratkim vremenskim intervalima. Ove promene mogu biti uzrokovane različitim faktorima, kao što su promene u opterećenju, problemi u mreži ili prirodni uzroci poput udara groma.
   • Uticaj: Naponske fluktuacije se često manifestuju kao treperenje svetla (flikeri), što može biti iritantno za korisnike i može smanjiti produktivnost u radnom okruženju i izazvati zamor očiju. Takođe, mogu smanjiti efikasnost električnih uređaja, povećavajući potrošnju energije i smanjujući životni vek opreme.
2. Harmonici i interharmonici:
   • Opis: Harmonici i interharmonici su frekvencije koje se pojavljuju u električnoj mreži zbog nelinearnih opterećenja. Harmonici su višestruki umnožak osnovne frekvencije sistema. Na primer, ako je osnovna frekvencija 50 Hz, harmonici će biti na frekvencijama od 100 Hz (2. harmonik), 150 Hz (3. harmonik), itd. Interharmonici, s druge strane, su frekvencije koje nisu višestruki umnožak osnovne frekvencije. Na primer, interharmonici mogu biti na frekvencijama kao što su 75 Hz ili 125 Hz. Oba tipa harmonika se generišu zbog nelinearnih opterećenja i uređaja koji rade na različitim frekvencijama. Glavni izvori uključuju frekventne regulatore (VFDs), inverterske sisteme, energetske elektronske uređaje, zavarivačke aparate, indukcione grejače, elektrolučne peći... Ovi uređaji generišu struje koje nisu sinusoidalne, što dovodi do pojave harmonika i interharmonika.
   • Uticaj: Harmonici i interharmonici mogu izazvati različite probleme u električnim sistemima. Mogu izazvati pregrevanje transformatora i motora, povećanje gubitaka energije i smanjenje efikasnosti sistema. Takođe, mogu izazvati vibracije i buku u motorima i transformatorima, što može smanjiti efikasnost i povećati troškove održavanja. Prisustvo harmonika i interharmonika može izazvati rezonanciju u mreži, što može dovesti do oštećenja opreme, smetnji u radu komunikacionih sistema i elektronskih uređaja, kao i smanjenja kvaliteta napajanja. Sve ovo može negativno uticati na rad osetljive opreme i smanjiti životni vek uređaja.
3. Supraharmonici
   • Opis: Supraharmonici su harmonici čije se frekvencije nalaze u opsegu od 2 kHz do 150 kHz. Ove frekvencije nastaju zbog nelinearnih opterećenja i uređaja koji generišu struje sa komponentama viših frekvencija. Uređaji kao što su frekventni regulatori, inverteri, energetski elektronski uređaji, elektronski balasti za osvetljenje, punjači za električna vozila i UPS sistemi često su izvori supraharmonika zbog svoje modulacije i operacije.
   • Uticaj: Supraharmonici mogu izazvati različite probleme u električnim sistemima. Mogu izazvati termalni stres, pregrevanje kablova i opreme, što smanjuje njihov životni vek i povećava troškove održavanja. Prisustvo supraharmonika može povećati gubitke energije i smanjiti efikasnost sistema, što dovodi do većih operativnih troškova. Takođe, mogu izazvati smetnje u radu komunikacionih sistema, elektronskih uređaja i senzora, što može biti posebno problematično u industrijskim postrojenjima i komercijalnim objektima. Supraharmonici mogu izazvati elektromagnetne smetnje (EMI), što može uticati na rad drugih elektronskih uređaja u blizini i neispravno funkcionisanje zaštitnih uređaja, kao što su prekidači, osigurači i uređaji za diferencijalnu zaštitu što može dovesti do neadekvatne zaštite sistema.
4. Kratkotrajni Prekidi:
   • Opis: Kratkotrajni prekidi su privremeni gubici napona koji traju od nekoliko milisekundi do 3min. Ovi prekidi mogu biti uzrokovani različitim faktorima, kao što su kvarovi na mreži, kratki spojevi, udari groma ili uključivanje i isključivanje velikih opterećenja. Kratkotrajni prekidi su često nepredvidivi i mogu se pojaviti iznenada, što ih čini izazovnim za upravljanje.
   • Uticaj: Kratkotrajni prekidi mogu imati značajan negativan uticaj na električne sisteme i uređaje. Mogu izazvati resetovanje ili kvar osetljive opreme, kao što su računari, industrijski kontrolni sistemi i medicinski uređaji. U industrijskim postrojenjima kratkotrajni prekidi mogu izazvati probleme u radu motora i drugih ključnih komponenti, što može dovesti do zastoja u proizvodnji i povećanja troškova održavanja. Takođe, kratkotrajni prekidi mogu smanjiti životni vek opreme i povećati rizik od kvarova, što može povećati troškove popravke i zamene.
5. Privremeni Padovi Napona (Voltage Sags):
   • Opis: Privremeni padovi napona su privremena smanjenja napona ispod 90% nominalne vrednosti, obično traju od pola periode do jednog minuta. Ovi padovi mogu biti uzrokovani različitim faktorima, kao što su uključivanje velikih opterećenja, kratki spojevi, kvarovi na mreži ili prirodni uzroci poput udara groma. Padovi napona se često javljaju u industrijskim i komercijalnim okruženjima gde su prisutna velika opterećenja koja se često uključuju i isključuju.
   • Uticaj: Privremeni padovi napona mogu imati značajan negativan uticaj na električne sisteme i uređaje. Mogu izazvati kvarove, smanjenje svetlosnog intenziteta i probleme u radu elektronskih uređaja. Motori mogu prestati da rade ili raditi sa smanjenom efikasnošću, što može dovesti do pregrevanja i oštećenja. Osvetljenje može treperiti ili se smanjiti, što može biti iritantno za korisnike i smanjiti produktivnost u radnom okruženju. Elektronski uređaji, posebno oni osetljivi na promene napona, mogu se isključiti, resetovati ili raditi nepravilno, što može dovesti do gubitka podataka i smanjenja produktivnosti. Česti padovi napona mogu povećati troškove održavanja i popravki zbog oštećenja opreme, a stalni padovi napona mogu smanjiti životni vek električne opreme, što dovodi do češćih zamena i većih troškova.
6. Privremeni Prenaponi (Voltage Swell):
   • Opis: Privremeni prenaponi su kratkotrajna povećanja napona iznad 110% nominalne vrednosti, obično traju od pola periode do jednog minuta. Ovi prenaponi mogu biti uzrokovani različitim faktorima, kao što su naglo smanjenje opterećenja, kvarovi na mreži. Privremeni prenaponi se često javljaju u industrijskim i komercijalnim okruženjima gde su prisutna velika opterećenja koja se često uključuju i isključuju.
   • Uticaj: Privremeni prenaponi mogu imati značajan negativan uticaj na električne sisteme i uređaje. Mogu izazvati pregrevanje i oštećenje elektronske opreme, smanjenje životnog veka uređaja, i povećanje troškova održavanja. Elektronski uređaji, posebno oni osetljivi na promene napona, mogu se isključiti, resetovati ili raditi nepravilno, što može dovesti do gubitka podataka i smanjenja produktivnosti. Takođe, privremeni prenaponi mogu izazvati kvarove u radu motora i drugih električnih uređaja, što može dovesti do prekida u proizvodnim procesima i povećanja operativnih troškova.
7. Prenaponski Impulsi (Tranzijenti):
   • Opis: Prenaponski impulsi, poznati i kao tranzijenti, su kratkotrajni ali visoki naponski impulsi koji se javljaju zbog različitih uzroka kao što su udari groma, sklopne operacije ili kvarovi u mreži. Ovi impulsi traju samo nekoliko mikrosekundi do nekoliko milisekundi, ali mogu dostići veoma visoke naponske vrednosti. Tranzijenti se često javljaju u industrijskim i komercijalnim okruženjima gde su prisutni veliki prekidači i opterećenja.
   • Uticaj: Visoki naponski impulsi mogu probiti izolaciju kablova i drugih komponenti. U slučaju probijanja izolacije, može doći do kratkih spojeva koji uzrokuju kvarove na opremi i povećavaju rizik od požara. Oštećena izolacija takođe može dovesti do gubitka efikasnosti sistema i povećanja troškova održavanja. Kondenzatori su posebno osetljivi na naponske skokove. Prenaponski impulsi mogu izazvati pregrevanje i oštećenje kondenzatora, što može dovesti do njihovog otkaza ili čak eksplozije. Oštećeni kondenzatori mogu izazvati nestabilnost u električnim sistemima i povećati rizik od kvarova drugih komponenti. Tranzijenti mogu izazvati trajna oštećenja na poluprovodničkim komponentama, kao što su tranzistori i diodi. Ove komponente su ključne za rad mnogih elektronskih uređaja, a njihova degradacija može dovesti do nepravilnog rada ili potpunog kvara uređaja. Degradacija poluprovodničkih komponenti može smanjiti efikasnost sistema i povećati troškove održavanja i zamene.
8. Nesimetrija Napona:
   • Opis: Nesimetrija napona se odnosi na nejednaku raspodelu napona između faza u trofaznim sistemima. Ova pojava može biti uzrokovana različitim faktorima, kao što su nejednako opterećenje faza, kvarovi u mreži ili neispravna oprema. Nesimetrija napona može se manifestovati kao razlika u naponskim vrednostima između faza, što može dovesti do problema u radu trofaznih uređaja.
   • Uticaj: Nesimetrija napona može izazvati pregrevanje motora zbog neravnomernog opterećenja faza. Kada su faze neravnomerno opterećene, struja kroz svaku fazu može biti različita, što dovodi do povećanih gubitaka u namotajima motora. Ovi gubici se manifestuju kao toplota, što može dovesti do pregrevanja motora. Takođe, nesimetričan napon može izazvati neravnomernu magnetizaciju jezgra motora što dodatno povećava gubitke i generiše dodatnu toplotu. Nesimetrija napona može izazvati vibracije i buku u motorima zbog neravnomernog opterećenja faza. Kada su faze neravnomerno opterećene, motor može raditi sa neravnomernim momentom što izaziva mehaničke vibracije. Ove vibracije mogu biti prenesene na strukturu motora i okolne komponente, što može izazvati dodatne mehaničke gubitke i povećati nivo buke. Vibracije mogu takođe dovesti do mehaničkog habanja delova motora, što može smanjiti njegov životni vek i povećati troškove održavanja. Nesimetrija napona može izazvati probleme u radu transformatora zbog neravnomernog opterećenja faza. Transformatori su dizajnirani da rade sa simetričnim naponom, a nesimetričan napon može izazvati neravnomernu raspodelu struja u namotajima, što može dovesti do pregrevanja i smanjenja efikasnosti. Takođe, nesimetrija napona može izazvati dodatne gubitke u jezgru transformatora, što može smanjiti njegovu efikasnost i povećati operativne troškove.

‍

Problemi sa kvalitetom električne energije mogu se rešavati različitim uređajima i metodama. U nastavku su opisani neki od najvažnijih uređaja i njihovih karakteristika:

‍

‍

‍

STATCOM (Static Synchronous Compensator)

‍

Opis: STATCOM je napredni uređaj za kompenzaciju reaktivne snage koji koristi tehnologiju poluprovodnika za brzo i efikasno regulisanje napona u električnoj mreži. On može injektirati ili apsorbovati reaktivnu snagu ili struju potrebnog talasnog oblika čime se održava stabilan nivo napona i poboljšava kvalitet električne energije. STATCOM funkcioniše kao varijabilni izvor reaktivne snage. Kada je napon u mreži nizak, STATCOM ubrizgava reaktivnu snagu u mrežu, a kada je napon visok, apsorbuje reaktivnu snagu. Ovo se postiže korišćenjem naprednih poluprovodničkih uređaja kao što su IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ili GTO (Gate Turn-Off Thyristor).

Pozitivni efekti Statcom-a na kvalitet električne energije:

• Smanjenje flikera
• Stabilizacija napona
• Smanjenje harmonika
• Kompenzacija reaktivne snage
• Regulisanje asimetrije

‍

‍

‍

SVC (Static Var Compensator)

‍

Opis: SVC (Static Var Compensator) je uređaj za kompenzaciju reaktivne snage koji koristi kombinaciju tiristora i pasivnih komponenti kao što su kondenzatori i reaktori za regulisanje napona u električnoj mreži. SVC je dizajniran da injektira ili apsorbuje reaktivnu snagu, čime se održava stabilan nivo napona i poboljšava kvalitet električne energije. SVC funkcioniše tako što koristi tiristore za kontrolu struje kroz kondenzatore i reaktore. Tiristori se brzo uključuju i isključuju, omogućavajući preciznu kontrolu reaktivne snage. Kombinacija kondenzatora i reaktora omogućava SVC-u da ubrizgava ili apsorbuje reaktivnu snagu po potrebi. Napredni kontrolni sistemi omogućavaju SVC-u da prati naponske fluktuacije i brzo reaguje na promene u opterećenju, održavajući stabilan nivo napona.

Pozitivni efekti na kvalitet električne energije:

• Smanjenje flikera
• Stabilizacija napona
• Kompenzacija reaktivne snage

‍

‍

‍

DVR (Dynamic Voltage Restorer)

‍

Opis: DVR (Dynamic Voltage Restorer) je uređaj koji se koristi za zaštitu električnih sistema od kratkotrajnih padova napona (voltage sags) i prenapona (voltage swells). DVR je dizajniran da brzo reaguje na promene u naponskom nivou, čime se osigurava stabilan napon i poboljšava kvalitet električne energije. DVR funkcioniše tako što detektuje padove ili prenapone u mreži i brzo reaguje ubrizgavanjem ili apsorbovanjem energije kako bi održao stabilan nivo napona. Kada dođe do pada napona, DVR ubrizgava energiju iz svojih internih skladišta (kao što su baterije ili kondenzatori) u mrežu kako bi kompenzovao pad. Kada dođe do prenapona, DVR apsorbuje višak energije kako bi smanjio napon na prihvatljiv nivo.

Pozitivni efekti na kvalitet električne energije:

• Smanjenje varijacija napona
• Poboljšanje stabilnosti mreže

‍

‍

‍

Aktivni filteri

‍

Opis: Aktivni filteri su uređaji dizajnirani za aktivno smanjenje harmonika u električnoj mreži. Za razliku od pasivnih filtera koji koriste pasivne komponente kao što su kondenzatori i reaktori, aktivni filteri koriste napredne tehnologije i elektronske komponente za dinamičko prilagođavanje i filtriranje neželjenih harmonika. Aktivni filteri funkcionišu tako što detektuju harmonike u mreži i generišu kompenzacioni signal koji je suprotan po fazi i jednak po amplitudi neželjenih harmonika. Ovaj kompenzacioni signal se injektira u mrežu, čime se poništavaju harmonici i poboljšava kvalitet električne energije. Aktivni filteri koriste napredne elektronske komponente kao što su IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) za brzo i precizno generisanje kompenzacionih signala.

Pozitivni efekti na kvalitet električne energije:

• Smanjenje viših harmonika i THD napona i struja

‍

‍

‍

Pasivni filteri

‍

Opis: Pasivni filteri su uređaji dizajnirani za smanjenje harmonika u električnoj mreži koristeći pasivne komponente kao što su kondenzatori, reaktori i otpornici. Za razliku od aktivnih filtera, pasivni filteri ne koriste elektronske komponente za dinamičko prilagođavanje, već su podešeni na specifične frekvencije harmonika koje treba eliminisati. Pasivni filteri funkcionišu tako što koriste kombinaciju kondenzatora, reaktora i otpornika za filtriranje neželjenih harmonika iz mreže. Oni su podešeni na specifične frekvencije harmonika koje treba eliminisati. Kada harmonici prolaze kroz pasivni filter, oni se apsorbuju ili poništavaju, čime se smanjuje njihov nivo u mreži.

Pozitivni efekti na kvalitet električne energije:

• Smanjenje harmonika

‍

‍

‍

UPS (Uninterruptible Power Supply)

‍

Opis: UPS (Uninterruptible Power Supply) je uređaj koji pruža rezervno napajanje i stabilizaciju napona u slučaju prekida ili fluktuacija u napajanju. UPS uređaji su ključni za osiguravanje kontinuiteta rada kritičnih sistema, kao što su računari, serveri i medicinska oprema. UPS uređaji funkcionišu tako što kontinuirano prate naponski nivo u mreži. Kada detektuju prekid napajanja ili značajnu fluktuaciju napona, automatski prebacuju napajanje na interne baterije, osiguravajući neprekidan rad priključenih uređaja. Kada se napajanje stabilizuje, UPS se vraća na mrežno napajanje i puni baterije za buduće potrebe.

Pozitivni efekti na kvalitet električne energije:

• Osiguranje kontinuiteta rada (zaštita od prekida napajanja)
• Stabilizacija napona
• Zaštita od prenapona

‍

‍

‍

Odvodnici prenapona

‍

Opis: Odvodnici prenapona su uređaji dizajnirani za zaštitu električnih sistema od prenaponskih impulsa. Oni brzo reaguju na prenapon, preusmeravajući višak energije na zemlju i time štiteći električne uređaje i sisteme od oštećenja. Odvodnici prenapona funkcionišu tako što kada napon pređe određeni prag, odvodnik prenapona se aktivira i stvara put niskog otpora za višak energije, čime se sprečava da prenapon dođe do osetljivih uređaja. Nakon što prenapon prođe, odvodnik se vraća u svoje normalno stanje, spreman za sledeći udar.

Pozitivni efekti na kvalitet električne energije:

• Zaštita od prenaponskih impulsa (Tranzijenti)