Качество электроэнергии требуется выражать количественными показателями для оценки питающей сети. Провайдеры обязаны поддерживать соответствие ГОСТам таких характеристик, как колебание напряжения и частоты. В зависимости от подключенных потребителей значения основных показателей меняются, что может при значительных их отклонениях приводить к выходу из строя бытовых приборов.

Что влияет на характеристики питающей сети?

Качество электроэнергии зависит от огромного числа факторов, изменяющих показатели сверх установленных нормативами пределов. Так, напряжение может оказаться завышенным из-за аварии на подстанции. Заниженные значения появляются в вечернее время суток или в летний сезон, когда люди возвращаются домой и включают телевизоры, электрические плиты, сплит-системы.

Качество электроэнергии согласно ГОСТам может незначительно колебаться. В очень плохих питающих сетях потребителям приходится пользоваться стабилизаторами напряжения. Контроль над характеристиками возложен на Роспотребнадзор, куда можно обращаться при возникающих несоответствиях.

Качество электроэнергии может зависеть от следующих факторов:

• Суточных колебаний, связанных с неравномерным подключением потребителями либо с влиянием приливов и отливов на морских станциях.
• Изменениями воздушной среды: влажности, образование льда на питающих проводах.
• Изменением ветра, когда питание вырабатывают ветровики.
• Качеством проводки, со временем она изнашивается.

Зачем нужны основные характеристики питающей сети?

Количественная величина и погрешности отклонения параметров устанавливаются согласно ГОСТ. Качество электроэнергии прописано в документе 32144-2013. Потребовалось узаконить эти показатели из-за риска возгорания приборов потребителя, а также нарушения функционирования электроприборов чувствительных к перепадам напряжения установок. Последние устройства распространены в медицинских учреждениях, научных центрах, на военных объектах.

Электроэнергии обновлены в 2013 году в связи с развитием рынка сбыта энергии и появлением новых электронных устройств. Рассматривать электричество в рамках его поставки следует как продукцию, соответствующую определённым критериям. При отклонении установленных характеристик к провайдерам может применяться административная ответственность. Если же по вине колебаний входящего напряжения пострадали или могло пострадать люди, то может возникнуть уже уголовная ответственность.

Что происходит с потребителями при отклонении нормальных режимов питания?

Параметры качества электроэнергии влияют на длительность работы подключаемых устройств, часто это становится критично на производствах. Падает производительность линий, увеличивается Так на валу двигателей снижается вращающий момент при падении значений показателей питающей сети. Укорачивается срок службы ламп освещения, световой поток ламп становится меньше либо мерцает, что сказывается на выпускаемой продукции в теплицах. Существенное влияние оказывается на процессы других биохимических реакций.

Согласно законам физики снижение напряжения при неизменной нагрузке на валу двигателя приводит к стремительному росту тока. Это, в свою очередь, приводит к сбоям в работе защитных выключателей. В результате плавится изоляция, в лучшем случае горят в худшем безвозвратно портятся обмотки двигателей, элементы электроники. При аналогичных обстоятельствах электросчетчик начинает вращаться с большей скоростью. Хозяин помещения терпит убытки.

Критерии оценки питающей сети

Что же содержит ГОСТ? Качество электроэнергии определяется характеристиками трёхфазных сетей и распространенных в быту цепей частотой 50 Гц:

• Установившееся значение отклонения напряжения определяет величину характеристики, при которой потребители могут функционировать без сбоя. Устанавливается нижний нормальный предел от 220 В это 209 В и верхний равен 231 В.
• Размах изменения входного напряжения представляет собой разность величин действующей и амплитудной. Замеры производят за цикл перепада параметра.
• Доза фликера подразделяется на кратковременную в пределах 10 минут и длительную, определяемую 2 часами. Обозначает степень восприимчивости человеческого глаза к мерцанию света, причиной которого стало колебание питающей сети.
• Импульсное напряжение описывается временем восстановления, имеющего разную величину в зависимости от причины возникновения скачка.
• Коэффициенты для оценки качества питающей сети: по искажению синусоидальности, значения временного перенапряжения, гармонических составляющих, несимметричности по обратной и нулевой последовательностях.
• Интервал провала напряжения определяется периодом восстановления параметра, установленного согласно ГОСТ.
• Отклонение питающей частоты приводит к повреждениям электрических частей и проводников.

Фиксируемое отклонение входной величины

Показатели качества электроэнергии стараются сделать соответствующими установленным номиналам, прописанным в законодательных актах. Внимание уделяется погрешностям, возникающим при замерах U и f. Если имеются погрешности, то можно обращаться в надзорные органы, чтобы привлечь к ответственности поставщика электричества.

Общие требования к качеству электроэнергии включают параметр отклонения питающего напряжения, который подразделяют на две группы:

• Нормальный режим, когда отклонение составляет ±5 %.
• Предел допустимого режима установлен для колебаний ±10 %. Это составит для сети 220 В минимальный порог 198 В и максимальный 242 В.

Восстановление напряжения должно происходить во временной интервал не более двух минут.

Размах изменения питающей сети

Нормы качества электроэнергии содержат надзор за таким параметром, как колебание составляющих напряжения. Он устанавливает разницу между верхним порогом амплитуды и нижним. Учитывая, что допуски отклонения параметра от установленного укладываются в предел ±5 %, то размах предельный режим не может превышать ±10 %. Питающая сеть 220 В не может колебаться более или менее 22 В, а 380 В работает нормально в границах ±38 В.

Результирующий размах колебаний напряжения рассчитывается по следующему выражению ΔU = U max −U min , в нормативах результаты указываются в % согласно расчетам ΔU = ((U max −U min)/U nominal)*100%.

Неустойчивость входного значения

Система качества электроэнергии включает замеры дозы фликера. Этот показатель фиксирует специальный прибор — фликерметр, который снимает амплитудно-частотную характеристику. Полученные результаты сравнивают с кривой чувствительности зрительного органа.

ГОСТом установлены допустимые пределы изменения дозы фликера:

• Кратковременные колебания показатель не должен быть выше 1,38.
• Длительные изменения должны укладываться в значение параметра 1,0.

Если речь идет о верхнем пределе показателя цепи ламп накаливания, то требуется, чтобы результат попал в следующие границы:

• Кратковременные колебания — показатель установлен равным 1,0.
• Продолжительные изменения параметра — 0,74.

Ощутимые перепады

Измерения качества электроэнергии предусматривают замеры такой составляющей, как импульсы питающего напряжения. Он объясняется резкими спадами и подъемами электричества в пределах выбранного интервала. Причинами такого явления может быть одновременная коммутация большого числа потребителей, влияние электромагнитных помех из-за грозы.

Установлены периоды восстановления напряжения, не влияющие на работу потребителей:

• Причины перепадов — это гроза и другие природные электромагнитные помехи. Период восстановления равен не более 15 мкс.
• Если импульсы появились из-за неравномерной коммутации потребителей, то период намного больше и равен 15 мс.

Наибольшее число аварий на подстанциях происходит по причине удара молнии в установку. Сразу страдает изоляция проводников. Величина перенапряжения может достигать сотен киловольт. Для этого предусмотрены защитные приспособления, но иногда они не выдерживают, и наблюдается остаточный потенциал. В эти моменты неисправность не возникает благодаря прочности изоляции.

Продолжительность спада входной величины

Измеренный параметр описывают как провал напряжения, укладывающийся в границы ±0,1U nominal за интервал в несколько десятков миллисекунд. Для сети 220 В изменение показателя допускается до 22 В, если 380 В, то не более 38 В. Глубина спада рассчитывается согласно выражению: ΔU n =(U nominal −U min)/U nominal .

Продолжительность спадла рассчитывается согласно выражению: Δt n =t k −t n , здесь t k — это период, когда напряжение уже восстановилось, а t n — точка начала отсчета, момент когда произошло падение напряжения.

Контроль качества электроэнергии обязывает учитывать частоту появления провалов, определяемую по формуле: Fn=(m(ΔU n ,Δt n)/M)*100%. Здесь:

• m(ΔU n ,Δt n) определяется как количество спадов в установленное время при глубине ΔU n и продолжительности Δt n .
• М - общий счет спадов в течение выбранного периода.

Зачем нужна величина спада

Параметр продолжительность спада входной величины требуется для оценки надежности подводящей энергии в количественном выражении. На этот показатель может влиять периодичность аварий на подстанции из-за халатности персонала, молний. Результатом исследования провалов становятся прогнозы по степени отказа в рассматриваемой сети.

Статистика позволяет делать приближенные выводы о стабильности подачи Провайдеру электричества предоставляются рекомендуемые данные для проведения профилактических мероприятий на установках.

Отклонение частоты

Соблюдение частоты в определенных границах относится к необходимому требованию потребителя. При снижении показателя на 1 %, потери составляют более 2 %. Это выражается в экономических затратах, снижение производительности предприятий. Для обычного человека это приводит к повышенным суммам в квитанциях по оплате за электричество.

Скорость вращения асинхронного двигателя напрямую зависит от частоты питающей сети. Нагревающие ТЭНы имеют меньшую производительность при снижении параметра меньше 50 ГЦ. При завышенных значениях может происходить повреждение потребителей либо других механизмов, не рассчитанных на высокий момент вращения.

Отклонение частоты может повлиять на работу электроники. Так на экране телевизора возникают помехи при изменении показателя на ±0,1Гц. Кроме визуальных дефектов, возрастает риск вывода из строя микроэлементов. Методом борьбы с отклонениями качества электроэнергии выступает введение резервных питающих узлов, позволяющих в автоматическом режиме восстанавливать напряжение в установленные промежутки времени.

Коэффициенты

Для нормальной работы питающей сети введен контроль следующих коэффициентов:

• Несинусоидальности кривой напряжения. Искажение синусоиды происходит за счет мощных потребителей: ТЭНов, конвекционных печей, сварочных аппаратов. При отклонениях этого параметра снижается срок службы обмоток двигателей, нарушается работа релейной автоматики, выходят из строя приводные системы на тиристорном управлении.
• Временного перенапряжения является количественной оценкой импульсного изменения входной величины.
• N-ой гармоники является характеристикой синусоидальности получаемой на входе характеристики напряжения. Расчетные значения получают из табличных данных для каждой гармоники.
• Несимметрия входной величины по обратной или нулевой последовательности важно учитывать для исключения случаев неравномерного распределения фаз. Такие условия возникают чаще при обрыве питающей сети, подключенной по схеме звезды или треугольника.

Виды защиты от непредсказуемых изменений в питающей сети

Повышение качества электроэнергии нужно проводить в определенные законом сроки. Но защиту своего оборудования потребитель вправе выстраивать применением следующих средств:

• Стабилизаторы питания гарантируют поддержание входной величины в указанных границах. Достигается качественная энергия даже при отклонениях входной величины более чем на 35 %.
• Источники предназначены для поддержания работоспособности потребителя в течение установленного промежутка времени. Питание приборов происходит за счет накопленной энергии в собственной батарее. При отключении электричества, бесперебойники способны поддерживать работоспособность аппаратуры целого офиса в течение нескольких часов.
• Приборы защиты от скачков напряжения работают по принципу реле. После превышения входной величины установленного предела происходит размыкание цепи.

Все виды защиты приходится комбинировать для обеспечения полной уверенности в том, что дорогостоящая техника останется целой во время аварии на подстанции.

Согласно ГОСТ 23875-88 под качеством электрической энергии понимается степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям.

Под параметром понимается величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии (например, напряжение, частоту, форму кривой напряжения и др.).

Разность между текущим значением параметра электрической энергии и его номинальным или базовым значениями называется отклонением параметра электрической энергии. В качестве базового значения параметра могут быть приняты среднее рабочее, расчетное, предельное или обусловленное договором на электроснабжение.

Установившееся отклонение напряжения (частоты) - это отклонение напряжения (частоты) в установившемся режиме работы системы электроснабжения.

Отклонение напряжения оценивается в процентах

Колебания напряжения – серия единичных изменений напряжения во времени. Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения и дозой фликера.

Размахом колебания напряжения называют величину, равную разности между наибольшим и наименьшим значениями напряжения за определенный интервал времени в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения

Фликер - субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети.

Доза фликера – мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени.

Под перенапряжением в системе электроснабжения понимается превышение напряжения над наибольшим рабочим напряжением, установленным для данного электрооборудования . Под временным перенапряжением понимается повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1U H OM , продолжительностью более 10 мc, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях

и коротких замыканиях .

Импульс напряжения – резкое изменение напряжения в точке электрической сети с последующим восстановлением до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд.

Провал напряжения означает внезапное значительное снижение напряжения (ниже 0,9U НОМ) в системе электроснабжения с последующим его восстановлением через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд.

Согласно ГОСТ 13109-97 нормально допускаемые и предельно допускаемые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно +5 % и +10 % от номинального напряжения электрической сети.

Пределы допускаемых размахов напряжений зависят от частоты повторения колебаний напряжений за минуту и для колебаний напряжений, имеющих форму меандра, изменяются от долей процента до 10 % от номинального.

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения отклонения частоты равны соответственно +0,2 и +0,4 Гц.

Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала напряжения. Предельно допускаемое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжения до 20 кВ включительно равно 30 с.

Рис. 3.1 иллюстрирует некоторые из приведенных определений.

Искажение формы кривой переменного напряжения (тока)  отличие формы кривой переменного напряжения (тока) от требуемой.

Коэффициент формы кривой переменного напряжения (тока)  величина, равная отношению действующего значения периодического напряжения (тока) к его среднему значению (за полпериода).

Для синусоиды
.

Коэффициент амплитуды кривой переменного напряжения (тока) - величина, равная отношению максимального по модулю за период значения напряжения (тока) к действующему значению периодического напряжения (тока). (Для синусоиды
).

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения (тока) - один из основных показателей качества электроэнергии, равный отношению действующего значения суммы высших гармонических составляющих к действующему значению основной составляющей переменного напряжения (тока):

% ,

где n - порядковый номер гармонической составляющей напряжения. Вторым показателем несинусоидальности является коэффициент n -й гармонической составляющей напряжения:

, %.

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения составляют соответственно в точках присоединения к электрическим сетям:

с U НОМ = 0,38 кВ  8 и 12 %, с U НОМ = 6 -20 кВ  5 и 8 %, с U НОМ = 35 кВ  4 и 6 %, с U НОМ = 110 - 330 кВ 2 и 3 %. .

Для характеристики несимметрии напряжений служат коэффициенты несимметрии по обратной и нулевой последовательностям.

Коэффициент несимметрии по обратной последовательности дается для междуфазных напряжений, геометрическая сумма которых всегда равна нулю. Он равен отношению, %,

, % ,

где U 2 , U 1 - составляющие обратной и прямой последовательностей при разложении по методу симметричных составляющих системы междуфазных напряжений.

Коэффициент несимметрии по нулевой последовательности определяется в виде

, % .

Он равен процентному отношению составляющих нулевой и прямой последовательностей при разложении по методу симметричных составляющих системы фазных напряжений. Причем известно, что соотношение U 1 и U 1 Ф для связанных систем фазных и междуфазных напряжений имеет простой вид:

U 1 =
U 1 Ф .

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны соответственно 2 и 4 %.

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения коэффициента несимметрии по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны соответственно 2 и 4 %.

Составляющие прямой и нулевой последовательностей могут быть введены с помощью линейного преобразования на основе матричного уравнения:

,

где
,

;
; а 3 = 1;

а 4 = а ; 1+ а + а 2 = 0.

Здесь
и
условное обозначение столбцовых векторов фазных напряжений и напряжений, входящих в симметричные системы нулевой, прямой и обратной последовательностей, т. е.

= =
.

Это означает, что системы фазных величин могут быть составлены из систем нулевой (,,), прямой как совпадающей с основным порядком чередования фаз (, а 2 , а ) и обратной последовательностей (, а , а 2 ).

В качестве основного принято чередование фаз, показанное на рис. 3.2. Стрелка указывает, что следом за достижением положительного максимума напряжения в фазе А должен наступать положительный максимум в фазе В, а затем уже в фазе С. Порядок расположения фазных напряжений в столбцовом векторе фазных напряжений отвечает основному порядку чередования фаз.

2.1. Показатели качества электроэнергии и их нормирование

Продолжительное время развитие энергетики нашей страны сопровождалось недооценкой, а часто и игнорированием проблем качества электрической энергии, которое привело к массовому возбуждению электромагнитной совместимости электрических сетей, потребителей и энергосистем. Электромагнитная совместимость определяется как способность электротехнического устройства удовлетворительно функционировать в электромагнитном окружении, к которому принадлежат также другие устройства. Качество электрической энергии из года в год ухудшается, тогда как требования относительно ее улучшения возрастают. Сейчас сложилось трудное положение, когда много технологических процессов, например, биотехнологии, автоматические линии, вычислительная, вакуумная, микропроцессорная техника, телемеханика, электроизмерительные системы и т.д. при существующему качеству электрической энергии уже надежно (без нарушений) работать не могут.

Ведь настало время когда электрическую энергию (ЕЕ) необходимо рассматривать как товар, который при любой системе хозяйничанье характеризуется определенными (специфическими) показателями, перечень и значения которых определяют его потребительское качество.

Качеством электроэнергии (КЕ) есть соответствующая совокупность ее параметров, которые описывают особенности процесса передачи ЕЕ для ее использования в нормальных условиях эксплуатации, определяют непрерывность электроснабжения (отсутствие продолжительных или кратковременных перерывов электроснабжения) и характеризуют напряжение питания (величину, несимметрию, частоту, форму волны). До этого определения нужно добавить еще два замечания.

Во-первых: КЕ в целом выражается степенем удовлетворительности потребителя условиями электроснабжения, которое важно с практической точки зрения.

Во-вторых: КЕ зависит не только от условий электроснабжения, но и от особенностей электрооборудования, которое применяется (его критичности к электромагнитным препятствиям (ЕМП), а также возможности их генерирование) и практики эксплуатации. Последним замечанием определяется тот факт, что ответственность за КЕ должны нести не только поставляющие организации, но и потребители электроэнергии и производители электрооборудования.

Международная электротехническая комиссия (МЕК) разрабатывает и утверждает нормы КЕ трех типов: определяющие, которые содержат описание электромагнитного среды, терминологию, указания по ограничению равной генерирование ЕМП и по измерению и тестированию средств для определения показателей качества электроэнергии (ПКЕ), рекомендации по изготовлению электрооборудования; нормы общие, в которых приводятся допустимые уровне ЕМП, что генерируются или их допустимые уровне в электрических сетях бытового или промышленного назначения; нормы детальные (предметные), которые содержат требования к отдельным изделиям и пристроил с точки зрения КЕ.

Главной организацией в Европе, которая занимается координацией работ относительно стандартизации в электротехнике, электронике и сопредельных областях знаний есть МЕК. Нужно назвать еще и такие международные организации, как Комитет по большим электрическим системам и Союз производителей и дистрибьюторов ЕЕ. Влиятельной региональной организацией, которая занимается нормализацией в области КЕ для стран Евросоюза (ЕС), есть CENELEC. Существует еще ряд международных профессиональных организаций и национальных комитетов, которые разрабатывают национальные стандарты на КЕ, как правило, на основе норм МЕК. Принятие норм происходит, главным образом, методом экспертных оценок, путем голосования.

Нормирование значений ПКЕ относится к главным вопросам проблемы КЕ. Систему ПКЕ образовывают количественные характеристики медленных (отклонение) и быстрых (колебание) изменений действующего значения напряжения, его формы и симметрии в трехфазной системе, а также изменений частоты. Персонал энергетических служб предприятий не может влиять на уровень частоты в сети. Исключение составляют случаи питания от автономных источников, которые на практике встречаются сравнительно редко. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только вопросы, которые относятся к КЕ по напряжению.

Принципы нормирования ПКЕ по напряжению базируются на технико-экономических предпосылках и состоят в следующем:

ПКЕ по напряжению имеют энергетическое значение, то есть характеризуют мощность (энергию) искажение кривой напряжения, степень негативного действия этой энергии на электрооборудование, а эффективность технологических процессов сравнивается со значениями указанных искажений ПКЕ;

Предельно допустимые значения ПКЕ избираются из технико-экономических соображений;

ПКЕ нормируются с заданной достоверностью на протяжении определенного интервала времени для получения конкретных значений, которые допускают сопоставление.

Система ПКЕ, что базируется на этих предпосылках, может применяться начиная с проектных работ. Она позволяет осуществить массовое метрологическое обеспечение контроля КЕ с помощью относительно простых и недорогих приборов, а также реализовать меры и технические средства нормализации КЕ.

В Украине с 1 января 2000 года введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97 “Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения”. Стандарт устанавливает показатели и нормы КЕ в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения сменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в узлах, к которым присоединяются электрические сети, которые находятся в собственности разных потребителей ЕЕ, или приемники ЕЕ (в узлах общего присоединения). При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей систем электроснабжения общего назначения и электрических сетей потребителей ЕЕ (приемников ЕЕ).

Нормы, установленные указанным стандартом, являются обязательными во всех режимах работы систем электроснабжения общего назначения, кроме режимов, которые обусловлены следующим:

Исключительными погодными условиями и стихийными бедствиями (ураган, наводнение, землетрясение и т.п.);

Не предвиденными ситуациями, которые вызваны действиями стороны, которые не является енергопоставляющей организацией и потребителем ЕЕ (пожар, взрыв, военные действию и т.п.);

Условиями, которые регламентированы государственными органами управления, а также связанными с ликвидацией последствий, вызванных исключительными погодными условиями и непредвиденными обстоятельствами.

Нормы, установленные этим стандартом, подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей ЕЕ и в договора на пользование ЕЕ между електропоставщиками и потребителями. Согласно ГОСТ 13109-97 показателями КЕ есть:

Устойчивое отклонение напряжения dU у;

Размах изменения напряжения dUt;

Доза фликера Pt;

Коэффициент искажения синусоидности кривой напряжения KU;

Коэффициент n-ой гармоничной составляющей напряжения KU (n) ;

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K 2U ;

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K 0U ;

Отклонение частоты (f;

Продолжительность провала напряжения Dtn;

Импульсное напряжение U імп;

Коэффициент временного перенапряжения K пepU .

Следует отметить, что рассматриваются два вида норм на КЕ – нормально допустимые и предельно допустимые. Оценка соответствия ПКЕ указанным нормам проводится на протяжении расчетного периода, который равняется 24 ч.

Большинство явлений, которые наблюдаются в электрических сетях и ухудшают качество электрической энергии, происходят в связи с особенностями общей работы електроприемников и электрической сети, их электромагнитной совместимости. Семь ПКЕ в основном обусловленные потерями (падением) напряжения на участке электрической сети, от которой питаются потребители.

Потери напряжения на участке электрической сети определяется по выражению:

Указанные здесь активный (R) и реактивный (X) сопротивление участки сети полагают постоянными, а активная (P) и реактивная (Q) мощности, которые передаются по участку сети, сменными. Характер этих изменений, к тому же, может быть разным, что и побуждает разные определения потерь напряжения:

При медленному изменению нагрузки согласно его графику – отклонение напряжения ;

При резко сменном характере нагрузки – колебание напряжения ;

При несимметричном распределении нагрузки по фазам электрической сети – несимметрия напряжения в трехфазной системе ;

При нелинейной нагрузке – несинусоидной формы кривой нагрузки .

От тех явлений на которые потребитель электрической энергии влиять не может, ему остается только защищать свое оборудование специальными средствами, например, устройствами быстродействующей защиты или устройствами гарантированного питания.

Ответственность за поддержания напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, полагается на энергоснабжающую организацию.

Отклонение напряжения (ВН) – несоответствие фактического напряжения в устойчивом режиме работы системы электроснабжения ее номинальному значению. Характеризуется указанное отклонение показателем устойчивого ВН dU у.

Отклонение напряжения в той или другой точке сети происходит, как уже отмечалось, под влиянием медленного изменения нагрузки согласно его графику.

ГОСТ 13109 – 97 устанавливает допустимые значения постоянного отклонения напряжения на зажимах електроприйомника. А границы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны определяться с учетом падения напряжения от указанной точки к электроприемника и указываться в договоре энергоснабжения.

Колебания напряжения (КН) – отклонение напряжения, которые происходят в интервале от полупериода до нескольких секунд.

Источниками колебаний напряжения есть мощные електроприемники с импульсным, резкоизменяющимся характером потребления активной и реактивной энергии: дуговые и индукционные печи; аппараты електросварок; электродвигатели в пусковых режимах, и т.п. КН характеризуется следующими показателями:

Размахом изменения напряжения dUt;

Дозой фликера Pt.

Фликер – это субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, которые вызваны колебаниями напряжения в электрической сети, которая питает эти источники.

Доза фликера – мера восприимчивости человека к действию фликера за установленный промежуток времени. Время восприятия фликера - минимальный отрезок времени для субъективного восприятия человеком фликера, вызванного колебаниями напряжения определенной формы.

Кратковременную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, который не превышает 10мин. Продолжительную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, который равняется 2 ч.

Несинусоедальность напряжения – искажение синусоидальной формы кривой напряжения.

Електроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети создает на них падение напряжения, отличное от синусоидального. Это и является причиной искривления синусоидной формы кривой напряжения.

Рис 2.1. Несинусоидальность напряжения

Синусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

Коэффициентом искривления синусоидальности кривой напряжения К U ;

Коэффициентом n-ой гармоничной составляющей напряжения К U (n) .

Несимметрия напряжений - несимметрия трехфазной системы напряжения .

Несимметрия напряжений происходит только в трехфазной сети под влиянием неравномерного распределения нагрузок по ее фазам. В качестве достоверного источника виновного в несимметрии напряжений ГОСТ 13109 – 97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.

Источниками несимметрии напряжений есть: дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции сменного тока, машины електросавривания, однофазные электротермические установки и другие однофазные, двухфазные и несимметричные трехфазные потребители электроэнергии, в частности быту.

Так суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85…90% несимметричного нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (К 0U) одного 9 -ты поверхностного дома может составлять 20 %, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может превысить допустимые 2 %.

Рис 2.2. Несимметрия напряжений

Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:

Коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности К 2U ;

Коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности К 0U .

Отклонение частоты - отклонение фактической частоты сменного напряжения (f фак) от номинального значения (f ном) в постоянном режиме работы системы электроснабжения.

Отклонение частоты напряжения сменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты (f.

Провал напряжения - внезапное и значительное снижения напряжения (меньше 90%U ном) продолжительностью от нескольких периодов до нескольких десятков секунд с дальнейшим восстановлением напряжения.

Причинами провалов напряжения есть срабатывания средств защиты автоматики при отключении грозовых перенапряжений, токов короткого замыкания (КЗ), а также при ошибочных срабатываниях защиты или в результате ошибочных действий оперативного персонала.

ГОСТ13109-97 не нормирует провал напряжения, он ограничивает его продолжительность 30-ма секундами. Правда, провалов напряжений, продолжительностью 30 секунд, практически не бывает - напряжение не восстанавливается.

Провал напряжения характеризуется показателем продолжительности провала напряжения Dtn . .

Импульс напряжения - резкое повышение напряжения продолжительностью меньше 10 миллисекунд.

Импульсные перенапряжения возникают при грозовых явлениях и при коммутациях оборудования (трансформаторы, двигатели, конденсаторы, кабели), в частности при отключении токов КЗ. Величина импульса перенапряжения зависит от многих условий, но всегда значительная и может достигать многих сотен тысяч вольт.

ГОСТ13109-97 приводит справочные значения импульсного перенапряжения при коммутациях для разных типов сетей.

Рис.2.3. Импульс напряжения

Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения U імп.

Временное перенапряжение - внезапное и значительное повышения напряжения (больше 110 % U ном) продолжительностью больше 10 миллисикунд.

Временные перенапряжения возникают при коммутациях оборудования (коммутационные, кратковременные) и при коротких замыканиях на землю (продолжительные).

Коммутационные перенапряжения возникают при разгрузке длинных линий электропередач высокого напряжения. Продолжительные перенапряжения возникают в сетях с компенсированной нейтралью, четырехпроводных сетях при обрыве нейтрального провода, и в сетях с изолированной нейтралью при однофазному КЗ на землю (в сетях 6-10-35 кВ в таком режиме разрешается продолжительная работа). В этих случаях, напряжение невредимых фаз относительная земли (фазное напряжение) может вырастить к величины межфазного (линейного) напряжения.

Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения К пер.U.

Нормы приведенных ПКЕ предоставлены в таблицы 2.1. Если изменение ВН и отклонение частоты имеет случайный характер, то требования ГОСТ 13109-97 распространяются на те из них, которые на протяжении расчетного периода имеют интегральную достоверность не меньше 95%.

Таблица 2.1. – Нормы показателей КЕ и возможные причины их снижение

Условное обозначение	Показатель КЕ, единица измерения	Нормы КЕ ГОСТ 13109-97		Болееимоверная причина
		нормально допустимые	предельно допустимые
Отклонение напряжения
δuy	Устойчивое ВН, %	±5	±10
Колебание напряжения
δut	Размах изменения напряжения, %	-	кривые 1.2 на рис. 2.1
	Доза фликера, видн. од.: кратковременная продолжительная
Синусоидальность напряжения
Кu	Коэффициент искривления синусоидальности напряжения, %	по таблице 2.1.2	по таблице 2.1.2
Кu(n)	Коэффициент n – ой гармоничной составляющей напряжения, %	по таблице 2.1.3	по таблице 2.1.3
Несимметрия напряжений в трехфазной системе
К 2 u	Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, %	2	4
К 0 u	Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, %	2	4
Другие
Df	Отклонение частоты, Гц	±0,2	±0,4
Dtn	Продолжительность провала напряжения (U ном £20кВ)	-	-

• Назад
• Вперёд

Случайные новости

1.Структуры распределения энергоресурсов

1.1 Система водоснабжения

Это комплекс сооружений и оборудования, предназначенных для:

Отбор, Очищение и обработки воды, которая поступает из источников;

Хранение запасов воды;

Подачи и распределения ее между потребителя.

Промышленные предприятия потребляют много воды для

технологический целей и в энергетический установках. Вода потребляется также для хозяйственно-бытовых, противопожарных и других нужд.

Система водоснабжения должна обеспечить получение воды из естественных источников, ее Очищение и передачу к месту потребления. Для Выполнение этих задач служат:

Водозаборные сооружения,

Водоподъемные сооружения (насосные станции),

Сооружения для улучшения качества воды,

Водоводы и водопроводные сети,

Башни и резервуары.

Все виды водопотребления делят на: хозяйственно-питьевые нужды; производственные Цели и пожаротушения. Привычно устанавливают один водопровод на хозяйственно-питьевые нужды. Промышленные предприятия могут иметь собственные водозаборы.

Водозаборы Различают:

1. По виду источника - речные, пидруслов, из каналов, водохронительные, морские и Озерный.

2. По назначению - хозяйственно-питьевые и промыслу.

4. По производительности - малые (меньше 1куб.г. / с), средние

(1-6 куб.г. / с) большой производительности (больше 6 куб.г. / с).

5. По местоположение - Береговые и русловые.

6. По компоновке основных элементов - одно здание, сооружение.

7. По конструктивным особенностям водоприемника - трубчатые, бетонные и т.д.

Насосная станция - это комплекс оборудования и аппаратуры, которая обеспечивает:

Подачу заданного количества воды в необходима направления и при определенной давка;

Необходимые переключения в схеме подачи;

Регулирование подачи воды;

Автоматическую работу оборудования и управление им;

Контроль за работой элементов системы и отдельных технологический параметров.

Сети водоснабжения - совокупности живящих водоводов, по которым вода подается от насосных станций в районы ее потребления, а распределительных линий, по которым вода поступает к отдельными потребителя. На водопроводных линия используются задвижки, затворы и т.д.

Транспортировки воды от источника к очистительных сооружений привычно идет по двум водоводам. Как правило на предприятиях и в городах проектируют кольцевую водопроводную сеть. Участки водопроводной сети в зависимости от них назначение можно разделить на магистральные и распределительные. Магистральные - участки предназначены для транспортировки воды по территории населенного пункта. Распределительные участки - получают воду из магистральных линий и подают ее к потребителя через центральные пункты или домовые вводы.

В схеме подготовки воды наиболее употребляемая схема включает: предыдущее хлорирование; механическое Очищение на грубых решетке и ситах, КОТОРОЕ оборачиваются; коагуляция и известкования с дальнейшем отстаиванием; фильтрование, вторичной хлорирование и амонизацию. Водоочистительный комплекс располагается вблизи от источника водоснабжения. Начальная вода забирается насосами 1-го подъема и передается в систему очистительных сооружений. Движение воды по очистительным сооружениям привычно самотечное. Очищенная на комплексе вода подается в резервуар чистой воды, откуда насосами 2-го и 3-го подъема подается в распределительную сеть водопровода.

Водоснабжение промышленных предприятий имеет ряд особенностей. Основная с них - использованная вода может использоваться повторно. Поэтому на предприятиях применяют прямоточную, последовательную или оборотную систему водоснабжения.

Прямоточное водоснабжение - подача воды к потребителя и сбрасывания воды в водохранилище после ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Если вода загрязненная она должна пройти Очищение. Используется если источник достаточно могущественный и не отдаленное, а предприятие находится над уровнем источника НЕ высоко (15-20м).

Последовательное водоснабжение - вода использован в одном цехе, применятся повторно в другом. Меньшая количеством воды, КОТОРОЕ подается от источника.

Оборотное водоснабжение. Вода нагрета в производстве, охлаждается и подается для тех же целей. Если вода загрязняется то она очищается. Потери воды в такой системе составляют 3-5%. Свежая вода подается привычно в бассейн с охлаждаемой водой.

В системе водоснабжения на насосных станциях потребляется много электроэнергии при работе электродвигателя насосов. При этом одна из проблем - Обеспечение дросселирования насосов для регулирование давки в водопроводной сети. В Данное время применяется частотно-регулированный повод двигателей для плавного регулирование подачи воды насосом.

Перечень измеренных в системе водоснабжения параметров:

Токовые нагрузки для электродвигателя крупных насосных агрегатов;

Температура холодное и горячей воды, которая поступает на насосные станции оборотного водоснабжения;

Давка воды в основных живящих водоводах;

Давка воды на отдельных водоводах, КОТОРОЕ отходят от насосное;

Давка воды в трубопроводах В отдельных точках сети для контроля состояния сети;

Затрата воды на введения к потребителю;

Затрата воды на отводных водоводах насосных станций;

Затрата свежий воды на насосных станциях оборотного водоснабжения;

Уровень воды в водонапорных башнях и резервуарах;

Уровень солей в воде в системе оборотного водоснабжения;

Концентрация Раскрыть кислорода, летающий фенольных, родонистих соединений, смол и масел в забираемый из Водохранилища воде и в стоках.

Раздел №14-2. Качество электрической энергии

Виновники ухудшения качества электрической энергии

Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения качества электрической энергии приведены в таблице 1:

Таблица 1. Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения качества электрической энергии.

Свойства электрической	Показатель КЭ				Наиболее вероятные
					виновники ухудшения КЭ
					Энергоснабжающая
Отклонение напряжения	Установившееся отклонение напряже-
	ния δU y				организация
					Потребитель с
Колебания напряжения	Размах изменения напряжения δU t
	Доза фликера P t				переменной нагрузкой
					Потребитель с
Несинусоидальность	Коэффициен	искажения
	соидальности кривой		напря-жения K v		нелинейной нагрузкой
	Коэффициент n-ой гармонической
	составляющей напряжения K U(i)
					Потребитель с несиммет-
Несимметрия	Коэффициент		несимметрии
трехфазной системы	напряжений			обратной	ричной нагрузкой
напряжений	последовательности K 2U Коэффициент
	несимметрии напряжений по нулевой
	последовательности K 0U
					Энергоснабжающая
Отклонение частоты	Отклонение частоты ∆f
					организация
					Энергоснабжающая
Провал напряжения	Длительность провала напряжения ∆t п
					организация
					Энергоснабжающая
Импульс напряжения	Импульсноенапряжение U имп
					организация
					Энергоснабжающая
Временное	Коэффициент временного
перенапряже-ние	перенапряженияK перU				организация

От электрических сетей систем электроснабжения общего назначения питаются электроприемники различного назначения, рассмотрим промышленные электроприемники.

Наиболее характерными типами электроприемников, широко применяющимися на предприятиях различных отраслей промышленности, являются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находят электротермические установки, а также

вентильные преобразователи, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. Постоянный ток на промышленных предприятиях применяется для питания двигателей постоянного тока, для электролиза, в гальванических процессах, при некоторых видах сварки и т. д.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения, для нужд городского освещения и т.д. Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью P ном , световым потоком

F ном , световой отдачей η ном (равной отношению излучаемого лампой светового потока к ее мощности) и средним номинальным сроком службы T ном .Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводах ламп накаливания. Изменения напряжения приводят к соответствующим изменениям светового потока и освещенности, что, в конечном итоге, оказывает влияние на производительность труда и утомляемость человека.

Вентильные преобразователи в силу специфики их регулирования являются потребителями реактивной мощности (коэффициент мощности вентильных преобразователей прокатных станов колеблется от 0,3 до 0,8), что вызывает значительные отклонения напряжения в питающей сети. Обычно имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового управления. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически увеличивается, а при понижении напряжения уменьшается. Повышение напряжения на 1 % приводит к увеличению потребления реактивной мощности преобразователем примерно на 1-1,4 %, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. Высшие гармоники напряжения и тока неблагоприятно влияют на электрооборудование, системы автоматики, релейную защиту, телемеханику и связь. Появляются дополнительные потери в электрических машинах, трасформаторах и сетях, затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов, сокращается срок службы изоляции электрических машин. Коэффициент несинусоидальности

при работе тиристорных преобразователей прокатных станов может достигать значения более 30 % на стороне 10 кВ питающего их напряжения, на симметрию напряжения в силу симметричности их нагрузок вентильные преобразователи не влияют.

Электросварочные установки могут являться причиной нарушения нормальных условий работы для других электропотербителей. В частности, сварочные агрегаты, мощность которых в настоящее время достигает 1500 кВт в единице, вызывают значительно большие колебания напряжения в электрических сетях, чем, например, пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, эти колебания напряжения происходят длительно и с широким диапазоном частот, в том числе и в самом неприятном для установок электрического освещения диапазоне (порядка 10 Гц). Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 для контактной. Сварочные трансформаторы и аппараты малой мощности подключаются к сети 380/220 В, более мощные - к сети 6 – 10 кВ.

Электротермические установки в зависимости от метода нагрева делятся на группы: дуговые печи, печи сопротивления прямого и косвенного действия, электронные плавильные печи, вакуумные, шлакового переплава, индукционные печи. Данная группа электропотребителей также оказывает неблагоприятное влияние на питающую сеть, например, дуговые печи, которые могут иметь мощность до 10 МВт, в настоящее время сооружаются как однофазные. Это приводит к нарушению симметрии токов и напряжений. Кроме того они приводят к несинусоидальности токов, а, следовательно, и напряжений.

Основными потребителями электроэнергии в промышленных прдприятиях являются асинхронные электродвигатели. Отклонение напряжения от допустимых норм влияет на частоту их варщения, на потери активной и реактивной можности (снижение напряжения на 19 %

номинального вызывает увеличение потерь активной мощности на 3 %; повышение напряжения на 1 % приводит к росту потребления реактивной мощности на 3 %). Качественно отличается действие несимметричного режима по сравнению с симметричным. Особое значение имеет напряжение обратной последовательности. Сопротивление обратной последовательности электродвигателей примерно равно сопротивлению заторможенного двигателя и, следовательно, в 5÷8 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора (особенно массивных частей ротора), что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Так, срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4%, сокращается в 2 раза.

Способы и средства улучшения качества электрической энергии

Соответствие ПКЭ требованиям ГОСТ достигается схемными решениями или применением специальных технических средств. Выбор данных средств производится на основании технико-экономического обоснования, при этом задача сводится не к минимизации ущерба, а к выполнению требований ГОСТ.

Для улучшения всех ПКЭ целесообразно подключение электроприёмников с усложнёнными режимами работы к точкам ЭЭС с наибольшими значениям мощности КЗ. При выборе схемы электроснабжения предприятия учитывают ограничение токов КЗ до оптимального уровня с учётом задачи повышения ПКЭ.

Для снижения влияния на «спокойную» нагрузку вентильных электроприёмников и резкопеременной нагрузки, подключение таких приёмников выполняют на отдельные секции шинопроводы подстанций с трансформаторами с расщеплённой обмоткой или со сдвоенными реакторами.

Возможности улучшения каждого ПКЭ.

1. Способы снижения размахов колебаний частоты:

1.1 увеличение мощности КЗ в точке присоединения приёмников с резкопеременной и «спокойной» нагрузок;

1.2 питание резкопеременной и «спокойной» нагрузок через отдельные ветви расщеплённых обмоток трансформаторов.

2. Мероприятия для поддержания уровней напряжений в допустимых пределах:

2.1. Рациональное построение СЭС путём применения повышенного напряжения для линий питающих предприятие; использование глубоких вводов; оптимальная загрузка трансформаторов; обоснованное применение токопроводов в распределительных сетях.

2.2. Использование перемычек на напряжение до 1 кВ между цеховыми

2.3 Снижение внутреннего сопротивления СЭС предприятия включением на параллельную работу трансформаторов ГПП, если токи КЗ не превышают допустимых значений для коммутационнозащитной аппаратуру.

2.4 Регулирование напряжения генераторов собственных источников питания.

2.5 Использование регулировочных возможностей синхронных двигателей с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

2.6 Установка автотрансформаторов и устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) у силовых двухобмоточных трансформаторов.

2.7 Применение компенсирующих устройств.

3. Снижение колебания напряжения достигается путём использования:

3.1 сдвоенных реакторов мощность резкопеременной нагрузки, которую можно подключить к одной ветви реактора, определяют

по выражению	S р.н =			δU t			Где д U t	− колебания напряжения
			u к.з.		50x в
			S н.т.		U н 2

на шинах, подключённых к одной ветви реактора при работе резкопеременной нагрузки, подключённой к другой ветви; u к.з. −

напряжение короткого замыкания трансформатора, к которому подключён сдвоенный реактор; S н.т. − номинальная мощность трансформатора; x в − сопротивление ветви реактора; U н −

номинальное напряжение сети.

3.2 трансформаторов с расщеплённой обмоткой максимальную мощность резкопеременной нагрузки, подключённой к одной обмотке, определяют по формуле S р.н = 0,8 S н.т. δ U t .

3.3 установка быстродействующих статических компенсирующих устройств.

4. Способы борьбы с высшими гармониками:

4.1 Увеличение числа фаз выпрямителя.

4.2 Установка фильтров или фильтрокомпенсирующих устройств.

5. Методы борьбы с несимметрией (не требующие применения специальных устройств):

5.1 Равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам.

5.2 Подключение несимметричных нагрузок на участки сети с большей мощностью К.З или увеличение мощности КЗ.

5.3 Выделение несимметричных нагрузок на отдельные трансформаторы.

5.4 Использование специальных приёмов для устранения несимметрии: 5.4.1 Замена трансформаторов со схемой соединения обмоток Y - Y 0

на трансформаторы со схемой соединения ∆ - Y 0 (в сетях до

1 кВ). При этом токи нулевой последовательности, кратные трём, замыкаясь в первичной обмотке, уравновешивают систему, и сопротивление нулевой последовательности резко

уменьшается.

5.4.2 Т.к. сети 6-10 кВ выполняются обычно с изолированной нейтралью, то снижение несимметричных составляющих достигается применением конденсаторных батарей (используемых для поперечной компенсации), включаемых в несимметричный или неполный треугольник. При этом распределение суммарной мощности БК между фазами сети выполняют таким образом, чтобы создаваемый ток обратной последовательности был близок по значению току обратной последовательности нагрузки.

5.4.3 Эффективным средством является использование нерегулируемых устройств, например, устройства симметрирования однофазной нагрузки, построенного на основе схемы Штейнметца.

В случае если Z н = R н , то

		симметрирование
наступает				выполнении
Q L = Q C =				где R н
активная				мощность
Схема симметрирования
нагрузки.
однофазной нагрузки
			R н + j ωL ,
Штейнметца				нагрузке
параллельно
подключают БК, которая на
				показана
пунктиром.