Napięcie nie utrzymuje się w wymaganych granicach - jak bez rozbudowy infrastruktury zapewnić parametry zgodne z normą EN 50160

Spis treści

1. Dlaczego napięcie na końcu linii nn potrafi spaść do 190 V?
2. Jak instalacje PV wpływają na wzrost napięcia w sieci nn?
3. Co mówi norma EN 50160 i kiedy OSD jest odpowiedzialne za niedonapięcie?
4. Regulacja napięcia w samej linii nn - na czym polega alternatywa wobec rozbudowy?
5. LVRSys - system regulacji napięcia sieci nn A-Eberle dostępny w ofercie ASTAT
6. Kiedy warto sięgnąć po system LVRSys - i jak to sprawdzić?

Dlaczego napięcie na końcu linii nn potrafi spaść do 190 V?

Mechanizm jest dobrze znany: im dłuższa linia nn i im większy przepływ prądu, tym większy spadek napięcia na impedancji przewodów. W praktyce oznacza to, że napięcie poprawne przy stacji transformatorowej może być wyraźnie zaniżone u odbiorcy zlokalizowanego na końcu odcinka. Problem nasila się przy wysokim obciążeniu, nierównomiernym obciążeniu faz oraz w układach, które historycznie projektowano dla innych profili zużycia niż obecne.

Takie przypadki najczęściej występują w sieciach wiejskich, na obrzeżach terenów przemysłowych, w starszej zabudowie oraz tam, gdzie sieć rozwijała się etapami. Transformator SN/nn pozostaje w tej sytuacji daleko od najbardziej wrażliwego punktu sieci, a ustawienia dobrane dla warunków średnich nie odpowiadają chwilowym obciążeniom na końcówkach linii. Skutkiem jest chroniczne niedonapięcie, które wraca zwłaszcza w określonych porach doby lub sezonach.

Dziś dochodzi do tego jeszcze drugi kierunek problemu. Rozwój mikroinstalacji PV i innych źródeł rozproszonych sprawia, że ta sama linia może raz cierpieć na niedonapięcie przy wysokim poborze, a innym razem na wzrost napięcia przy przewadze generacji.

Dla odbiorcy końcowego konsekwencje są wymierne. Pojawiają się zakłócenia pracy napędów i zasilaczy, skrócenie żywotności części urządzeń, wyłączenia zabezpieczeń, zgłoszenia reklamacyjne i spory o dotrzymanie parametrów jakościowych. Dla OSD lub zakładu przemysłowego z rozległą siecią wewnętrzną oznacza to rosnącą presję na szybkie wdrożenie rozwiązania. Problem będzie narastał wraz z elektryfikacją ogrzewania, rozwojem ładowania pojazdów elektrycznych i dalszym wzrostem niestabilnych przepływów w sieci nn.

Jak instalacje PV wpływają na wzrost napięcia w sieci nn?

Wraz z szybkim przyrostem mikroinstalacji fotowoltaicznych w sieciach niskiego napięcia coraz częściej obserwowany jest problem odwrotny do klasycznego niedonapięcia - nadmierny wzrost napięcia w godzinach wysokiej generacji. Gdy lokalna produkcja energii z PV przewyższa chwilowe zużycie, kierunek przepływu mocy w części obwodu ulega odwróceniu, a napięcie w punktach położonych bliżej źródeł zaczyna rosnąć.

W praktyce szczególnie wrażliwe są długie obwody o dużej impedancji, sieci wiejskie oraz odgałęzienia z dużą liczbą prosumentów przyłączonych do tej samej fazy lub tego samego odcinka linii. W takich warunkach nawet poprawne ustawienie napięcia po stronie transformatora nie gwarantuje utrzymania parametrów u wszystkich odbiorców, ponieważ lokalna generacja PV może okresowo wypychać napięcie w górę - niekiedy aż do poziomów granicznych z punktu widzenia EN 50160.

To właśnie dlatego problem jakości napięcia w sieci nn nie może być dziś analizowany wyłącznie przez pryzmat spadków napięcia. Ten sam obwód może rano i wieczorem doświadczać niedonapięcia związanego z obciążeniem, a w środku dnia - wzrostu napięcia wywołanego pracą instalacji PV. Z punktu widzenia operatora oznacza to potrzebę bardziej elastycznej, lokalnej regulacji, zdolnej reagować na zmienne warunki pracy sieci, a nie tylko na jeden dominujący scenariusz.

Co mówi norma EN 50160 i kiedy OSD jest odpowiedzialne za niedonapięcie?

W sieci niskiego napięcia punktem odniesienia pozostaje norma EN 50160. W praktyce dla napięcia fazowego 230 V oznacza ona zakres 230 V ±10%, czyli 207-253 V, przez 95% 10-minutowych wartości skutecznych w dowolnym tygodniu. Jeżeli napięcie na końcu obwodu regularnie spada poniżej 207 V, pojawia się problem nie tylko eksploatacyjny, ale także jakościowy względem wymagań stawianych publicznej sieci dystrybucyjnej. Ta sama granica ma znaczenie również od górnej strony: w obwodach z dużym nasyceniem instalacjami PV przekroczenia 253 V stają się równie istotnym sygnałem niespełnienia wymaganych parametrów jakości napięcia.

Tradycyjne podniesienie zaczepu transformatora bywa skuteczne tylko częściowo. Taka operacja ma ograniczony zakres, wpływa na większy fragment sieci niż ten z faktycznym problemem i nie rozwiązuje sytuacji, w której na jednym końcu obwodu występuje niedonapięcie, a bliżej stacji istnieje ryzyko wejścia w górną granicę dopuszczalnego zakresu. Dodatkowo klasyczne przełączanie zaczepów w wielu układach oznacza działanie ręczne i ingerencję eksploatacyjną, a nie automatyczną korektę zależną od bieżących warunków. W praktyce rozwój instalacji PV jeszcze bardziej ogranicza skuteczność takiego podejścia, ponieważ podniesienie napięcia „na sztywno” może poprawić warunki w godzinach szczytowego poboru, ale równocześnie zwiększyć ryzyko zbyt wysokiego napięcia w południe, kiedy lokalna generacja jest największa.

Pozostałe opcje są znane, ale kosztowne. Budowa nowej linii, dołożenie dodatkowej stacji, wymiana transformatora lub gruntowne wzmocnienie sieci poprawiają sytuację, lecz wymagają budżetu, projektów, uzgodnień, robót terenowych i czasu. Z perspektywy operatora lub zakładu przemysłowego problem często nie polega na braku mocy zwarciowej czy mocy przyłączeniowej jako takiej, lecz na niemożności utrzymania właściwego napięcia w konkretnym miejscu sieci. Właśnie w takim scenariuszu sens zyskuje lokalna regulacja napięcia w sieci nn. Jest to szczególnie ważne tam, gdzie obok klasycznych spadków napięcia pojawia się również wzrost napięcia powodowany przez źródła PV i gdzie potrzebna jest regulacja działająca dwukierunkowo, adekwatnie do zmiennego charakteru przepływów mocy.

Regulacja napięcia w samej linii nn - na czym polega alternatywa wobec rozbudowy?

System LVRSys może być stosowany zarówno dla problemów obciążeniowych, jak i dla gałęzi sieci z wieloma generatorami fotowoltaicznymi. To oznacza, że regulacja napięcia w sieci nn musi coraz częściej reagować na warunki dynamiczne, a nie wyłącznie na statycznie zdefiniowany poziom zaczepu transformatora.

Alternatywa polega na tym, aby nie korygować parametrów całej sieci „od źródła”, lecz stabilizować napięcie dokładnie tam, gdzie pojawia się problem. W praktyce oznacza to zastosowanie urządzenia instalowanego w linii nn albo bezpośrednio w lokalnej sieci, które działa analogicznie do efektu transformatora z podobciążeniowym przełącznikiem zaczepów, ale robi to lokalnie i na poziomie odcinka niskiego napięcia.

Taka koncepcja ma kilka zalet operacyjnych. Po pierwsze, korekta odbywa się bez konieczności przebudowy całego obwodu. Po drugie, zakres regulacji można dobrać do rzeczywistego problemu. W przypadku LVRSys mowa o regulacji od ±6% do ±20%, przy obsłudze sieci 1-fazowych i 3-fazowych, w przedziale mocy od 22 do 630 kVA oraz dla napięć 230-400 V. To pozwala objąć zarówno mniejsze odgałęzienia problemowe, jak i większe fragmenty sieci lokalnej.

Po trzecie, urządzenie nie wnosi wysokiej ceny eksploatacyjnej. Deklarowana sprawność systemu wynosi 99,4%-99,8%. Z praktycznego punktu widzenia oznacza to, że lokalna korekcja napięcia może być uzasadniona również tam, gdzie liczą się straty energii i całkowity koszt użytkowania, a nie tylko rozwiązanie samego problemu jakościowego.

Istotna jest też warstwa sterowania i nadzoru. LVRSys może komunikować się przez Modbus TCP/IP, co ułatwia włączenie regulatora do istniejących systemów SCADA lub nadzoru stacji. Z punktu widzenia służb technicznych ważne jest nie tylko utrzymanie napięcia, ale także możliwość obserwacji stanu pracy, zmiany parametrów i oceny efektu regulacji bez wyjazdu w teren przy każdej korekcie.

Znaczenie ma również forma wykonania. Modułowa konstrukcja, wykonanie wnętrzowe IP00 i zewnętrzne IP66 oraz zastosowanie jedno- i trójfazowe pozwalają dopasować sposób montażu do istniejącej infrastruktury. Ułatwia to wdrożenie w szafach sieciowych i punktach, w których nie ma miejsca ani uzasadnienia dla pełnej przebudowy układu zasilania. Dzięki temu regulacja napięcia w sieci nn może zostać potraktowana jako precyzyjny środek zaradczy, a nie inwestycja o skali całego obiektu lub obwodu.

LVRSys - system regulacji napięcia sieci nn A-Eberle dostępny w ofercie ASTAT

System LVRSys firmy A-Eberle jest przeznaczony do regulacji i stabilizacji napięcia sieci nn. System jest pozycjonowany jako rozwiązanie dla przypadków, w których moc dostarczana do sieci jest wystarczająca, ale trudność sprawia utrzymanie właściwego poziomu napięcia w danym obszarze lub odcinku linii. To dokładnie ten scenariusz, w którym klasyczna rozbudowa infrastruktury bywa nieproporcjonalna do skali problemu. Dotyczy to zarówno obwodów z chronicznym niedonapięciem, jak i tych, w których wysoka koncentracja instalacji PV prowadzi do okresowego wzrostu napięcia i wyłączania falowników.

Kluczowe parametry LVRSys:

System umożliwia także podgląd i zmianę parametrów z poziomu panelu oraz integrację z systemami nadzoru. Dla OSD lub służb utrzymania ruchu oznacza to prostsze wpisanie urządzenia w istniejące procedury eksploatacyjne. Zamiast traktować stabilizację napięcia jako jednorazową korektę, można prowadzić ją jako proces monitorowany, powiązany z rzeczywistym profilem pracy obwodu.

Kiedy warto sięgnąć po system LVRSys - i jak to sprawdzić?

Jeżeli problem dotyczy konkretnego odcinka sieci nn, a klasyczne metody usuwania spadków napięcia oznaczają kosztowną, czasochłonną i organizacyjnie trudną rozbudowę infrastruktury, lokalna regulacja napięcia w sieci nn może być rozwiązaniem najbardziej uzasadnionym - zarówno technicznie, jak i ekonomicznie. W takich przypadkach system LVRSys pozwala skutecznie korygować poziom napięcia bez konieczności przebudowy całej sieci, ograniczając zakres inwestycji do miejsca rzeczywistego występowania problemu. Analogicznie warto rozważyć takie rozwiązanie również wtedy, gdy pomiary wskazują na powtarzalny wzrost napięcia związany z pracą instalacji PV i wynikające z tego ryzyko przekroczenia dopuszczalnych wartości.

LVRSys nie tylko stabilizuje parametry zasilania, ale również dostarcza wartościowych danych pomiarowych, które pomagają ocenić jakość energii, skalę odchyleń napięciowych oraz skuteczność samej regulacji. Dzięki temu operator lub użytkownik sieci może podejmować decyzje w oparciu o rzeczywiste warunki pracy, a nie wyłącznie założenia projektowe.

ASTAT specjalizuje się w nowoczesnych technologiach dla elektroenergetyki, automatyki i poprawy jakości zasilania. Wspieramy w doborze odpowiedniego rozwiązania a nasi specjaliści pomagają ocenić zasadność zastosowania systemu LVRSys, dobrać właściwą konfigurację urządzenia oraz dopasować rozwiązanie do warunków pracy konkretnej sieci.

Aby uzyskać więcej informacji lub skonsultować dobór urządzenia dla konkretnej aplikacji, skontaktuj się z zespołem ASTAT.