Mikrogeneracja w obiektach budowlanych - wpływ przyłączenia jednostki wytwórczej na warunki zasilania odbiorców w sieci niskiego napięcia

fot. sxc.hu

Przyłączanie jednostek wytwórczych do istniejącej infrastruktury elektroenergetycznej jest zagadnieniem ciągle aktualnym [3-6]. W świetle nowych uregulowań formalnoprawnych, które mają ułatwić rozwój mikrogeneracji w sieci, preferujących wykorzystanie energii słońca, temat ten cieszy się bardzo dużym zainteresowaniem. Stosowanie dopłat dla wytwórców energii elektrycznej ze źródeł energii odnawialnej skłania do instalowania jednostek wytwórczych i wprowadzania do sieci energii przetworzonej np. z elektrowni wiatrowej lub fotowoltaicznej.

Przy mikrogeneracji jedną z istotnych kwestii jest zagadnienie ma­gazynowania energii elektrycznej. Najlepiej tego uniknąć, ponieważ obecnie jest ono bardzo kłopotliwe. W takim przypadku należy mieć możliwość wprowadzenia do sieci ewentualnej nadwyżki wytwo­rzonej energii elektrycznej. Zatem naturalne staje się pytanie: jak to wpłynie na warunki zasilania innych użytkowników instalacji?

W artykule opisano i analizo­wano przykład przyłączenia jed­nostki wytwórczej do istniejącej instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym, np. domku jedno­rodzinnym. Analizowano wpływ przyłączenia jednostki wytwór­czej o mocy od kilku do kilkuna­stu kilowatów na napięcia w linii niskiego napięcia a także zmianę mocy czynnej odbiorów oraz stra­ty mocy czynnej.

Opis modelowego układu 

Na rys. 1 przedstawiono sche­mat poglądowy modelowanej li­nii elektroenergetycznej niskiego napięcia. Linia wyprowadzona jest ze stacji transformatorowej SN/hN, w której zabudowany jest transformator o danych zna­mionowych: S_N = 63 kVA, U_N = 15,75/0,42 kV, u_k = 4,5%, ΔP0= 150 W, ΔP_obc. = 1,2 kW,Yzn5. Moc zwarciowa na szynach 15 kV stacji transformatorowej wynosi S_k"=308 kVA. Elektroenergetyczna linia niskiego napięcia została wy­konana jako napowietrzna przewodami aluminiowymi o polu przekroju poprzecznego 25 mm² (dłu­gości poszczególnych odcinków linii podano na rys. 1). Instalację wewnętrzną odbioru nr 6 modelowano z uwzględnieniem podziału fazowego obwodów elektrycznych (z uwzględnieniem przewodów instalacyjnych YDY 2,5 mm² dla obwodów gniazd wtyczkowych oraz YDY 1,5 mm² dla obwodów oświetleniowych). Do fezy LI przyłączone są dwa odbiorniki: telewizor (520 W) oraz żelazko (2,4 kW). Do fazy L2 przyłączone są następujące odbiorniki: pral­ka (230 V, 10 A, cos

Rys. 1. Schemat poglądowy  modelowanej linii elektroenergetycznej niskiego napięcia

Poszczególne odbiory od 1 do 5 oraz 7 i 8 modelowane są jako niesymetryczny trójfazowy odbiornik rezystancyjno-indukcyjny o niezmiennych wartościach rezystancji i indukcyjności, wynikają­cych z następujących danych: odbiór nr 1 - moc trójfazowa 3,0 kW, cosę = 0,85, odbiór nr 2 - moc trójfazowa 3,0 kW, cosę = 0,80, od­biór nr 3 - moc trójfazowa 4,0 kW, cosę = 0,88, odbiór nr 4 - moc trójfazowa 1,5 kW, cosę=0,78, odbiór nr 5 -moc trójfazowa 2,5 kW, cosę=0,85, odbiór nr 7 - moc trójfazowa 4,6 kW, cosę=0,83, odbiór nr 8 - moc trójfazowa 3,0 kW, cosę = 0,88.

Jednostka wytwórcza została przyłączona do instalacji elektrycznej w obiekcie budowlanym, oznaczonym jako odbiór 6. Zakłada się, że nie ma potrzeby przebudowy istniejącej instalacji elektrycznej, a jedy­nie w rozdzielnicy nN można dokonać zmiany konfiguracji połączeń, wynikających z instalacji przekształtników energoelektronicznych jako elementów wykonawczych w systemie sterowania rozpływem energii elektrycznej. Ten aspekt mikrogeneracji w istniejących instalacjach elektrycznych nN nie będzie tutaj szczegółowo rozważany. Jednostka wytwórcza jest przyłączona do instalacji elektrycznej obiektu budowlanego przez przekształtnik energoelektroniczny, który dopasowuje przetwornik energii (z założenia pracujący z maksymalną sprawnością przetwarzania energii) do warunków technicznych instalacji. Przyjęto, że przekształtnik działa tak, aby w fezie LI faza początkowa prądu jednostki wytwórczej względem fezy początkowej napięcia tej fezy w instalacji była zgodna z założoną wartością cosę generacji. W pozo­stałych fezach prądy jednostki wytwórczej mają tę samą wartość am­plitudy jak w fezie LI oraz sąprzesunięte o kąt 120° względem siebie, tworząc symetryczny układ trójfazowy źródła prądu.