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

Случайные новости

1.1.1 Методика перешихтовок с одного железорудного материала на другого

1. Рассчитывается количество железа, которая внесена железорудными материалами к и после перешихтовки.

2. Рассчитывается количество материалов при условиях сохранения количества железа, которое вносится на тоне чугуна.

3. Если известные изменения Sio 2 и Cao в шихте, то рассчитываются изменения выхода шлаков, затраты известняка и кокса.

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

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.

В текстовой части проекта электроснабжения необходимо давать описание электроприемников с указанием требуемой для них категории электроснабжения и описанием мероприятий по обеспечению данной категории.

Требования к надежности электроснабжения.

Все потребители электрической энергии делятся на 3 категории надежности электроснабжения в соответствии с гл. 1.2 ПУЭ.

Первая категория - в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. (см. также первая особая категория).

Данные категории электроснабжения определены в нормативных документах касаемо каждого отдельного вида оборудования или объекта (здания, сооружения, механизма). Техническими условиями, выданными сетевой организацией определяется категория электроснабжения, которую обеспечивает сетевая организация, со своей стороны. На основании локальных нормативных документов, в которых определена категория надежности конкретного вида электроприемника проводится сравнение. Если категория электроснабжения по ТУ ниже, чем требуется в нормативных документах, то необходимо предусмотреть мероприятия по обеспечению требуемой категории установкой дополнительных источников электрической энергии - аккумуляторных батарей, дизельных генераторов.

В связи с заменой ГОСТ 13109-97 на ГОСТ 32144-2013. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения и введением ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (МЭК 60364-5-52:2009) Электроустановки низковольтные. Выбор и монтаж электрооборудования. изменились првычние для проектировщиков требования к потерям напряжения в электрических сетях, а так же к расчету потери напряжения.

Приведем пример пункта из Пояснительной записки:

Приборы пожарно-охранной сигнализации, система оповещения о пожаре, противопожарные устройства, ВЗУ, аварийное освещение отнесены к I категории. Обеспечивается устройством АВР, ИБП

Для обеспечения второй категории надежности на площадке карантинник используется однотрансформаторная подстанция с вводом в здание двух кабелей от ТП и ДГУ.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. В связи с этим в светильники аварийного освещения применяются с блоками аварийного питания. Так же блоки аварийного питания встраиваются в щиты управления микроклиматом и приборов ОПС и системы оповещения о пожаре.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Научно-исследовательская работа

по теме: «Качество электроэнергии»

Выполнила ст.гр. ________________________ дата подпись Проверил ________________________ дата подпись

Донецк, 2011

Данная работа содержит: 27 стр., 7 рис., 1 табл., 6 ист. Объектом исследовательской работы является: качество электроэнергии в системах электроснабжения Украины. Цель работы: ознакомится с факторами, влияющими на качество электроэнергии, способами его регулирования; выяснить, как осуществляется автоматическое регулирование качества электроэнергии; определить, как качество электроэнергии отразится на ее стоимости. В работе исследованы системы электроснабжения и электропотребления различного исполнения, выявлены основные проблемы этих систем, которые могут привести к снижению качества электроэнергии. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, НЕСИММЕТРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА.

1. Показатели качества электроэнергии…………………………………………4 1.1 Отклонение напряжения…………………………………………………6 1.2 Колебания напряжения………………………………………………….8 1.2.1 Влияние колебаний напряжения на работу электрооборудования………………………………………………………...8 1.2.2 Мероприятия по снижению колебаний напряжения…………….9 1.3 Несимметрия напряжений………………………………………………10 1.3.1 Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования………………………………………………………11 1.3.2 Мероприятия по снижению несимметрии напряжений…………12 1.4 Несинусоидальность напряжения……………………………………..12 1.4.1 Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования……………………………………………………….13 1.4.2 Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения..14 1.5 Отклонение частоты…………………………………………………….15 1.6 Временное перенапряжение……………………………………………15 1.7 Импульсное перенапряжение……………………………………........16 2. Автоматизированное управление качеством электроэнергии…………..16 2.1 Основные требования к моделям электрических систем, содержащим распределенные смешанные источники искажения напряжения…………..17 2.2 Методика определения фактического влияния потребителя на КЭ...19 3. Расчеты за электроэнергию в зависимости от ее качества……………….22 Литература……………………………………………………………………...26

1 ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Электроприборы и оборудование предназначены для работы в определённой электромагнитной среде. Электромагнитной средой принято считать систему электроснабжения и присоединенные к ней электрические аппараты и оборудование, связанные индуктивно и создающие в той или иной мере помехи, отрицательно влияющие на работу друг друга. При возможности нормальной работы оборудования в существующей электромагнитной среде, говорят об электромагнитной совместимости технических средств. Единые требования к электромагнитной среде закрепляют стандартами, что позволяет создавать оборудование и гарантировать его работоспособность в условиях соответствующих этим требованиям. Стандарты устанавливают допустимые уровни помех в электрической сети, которые характеризуют качество электроэнергии и называются показателями качества электроэнергии (ПКЭ). С эволюционным изменением техники изменяются и требования к электромагнитной обстановке, естественно в сторону ужесточения. Так наш стандарт на качество электроэнергии, ГОСТ 13109 от 1967 года, с развитием полупроводниковой техники был пересмотрен в 1987 году, а с развитием микропроцессорной техники пересмотрен в 1997 году. Показатели качества электрической энергии, методы их оценки и нормы определяет Межгосударственный стандарт: «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» ГОСТ 13109-97. Таблица 1.1 – Нормирование показателей качества электроэнергии

	Наименование ПКЭ	Наиболее вероятная причина
Отклонение напряжения
	установившееся отклонение напряжения	график нагрузки потребителя
Колебания напряжения
	размах изменения напряжения	потребитель с резкопеременной нагрузкой
	доза фликера
Несимметрия напряжений в трёхфазной системе
	коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности	потребитель с несимметричной нагрузкой
	коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности
Несинусоидальность формы кривой напряжения
	коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения	потребитель с нелинейной нагрузкой
	коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения
	отклонение частоты	особенности работы сети, климатические условия или природные явления
	длительность провала напряжения
	импульсное напряжение
	коэффициент временного перенапряжения

Большинство явлений, происходящих в электрических сетях и ухудшающих качество электрической энергии, происходят в связи с особенностями совместной работы электроприёмников и электрической сети. Семь ПКЭ в основном обусловлены потерями (падением) напряжения на участке электрической сети, от которой питаются соседние потребители. Потери напряжения на участке электрической сети (k) определяются выражением: ΔU k = (P k ·R k + Q k ·X k) / U ном Здесь активное (R) и реактивное (X) сопротивление k-го участка сети, практически постоянны, а активная (P) и реактивная (Q) мощность, протекающие по k-му участкусети - переменны, и характер этих изменений влияет на формирование электромагнитных помех:

При медленном изменении нагрузки в соответствии с её графиком - отклонение напряжения;При резкопеременном характере нагрузки - колебания напряжения;При несимметричном распределении нагрузки по фазам электрической сети -несимметрия напряжений в трёхфазной системе;При нелинейной нагрузке - несинусоидальность формы кривой напряжения.

В отношении этих явлений потребители электрической энергии имеют возможность тем или иным образом влиять на её качество. Всё прочее, ухудшающее качество электрической энергии, зависит от особенностей работы сети, климатических условий или природных явлений. Поэтому, возможности влиять на это потребитель электрической энергии не имеет, он может только защищать своё оборудование специальными средствами, например, устройствами быстродействующих защит или устройствами гарантированного питания (UPS). 1.1 Отклонение напряжения. Отклонение напряжения - отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения. Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием изменения нагрузки в соответствии с её графиком.

Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:

Технологические установки:

При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства.При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий.При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.

Освещение:

Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·U ном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза.При величине напряжения 0,9·U ном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %.При величине напряжения менее 0,9·U ном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·U ном просто не загораются.

Электропривод:

При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться.

При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на напряжении 0,9·U ном срок службы двигателя снижается вдвое.При повышении напряжения на 1 % потребляемая двигателем реактивная мощность увеличивается на 3...7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.

Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет:
- 10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро - ~ 11 %);
-30 % освещение и прочее;
- 60 % асинхронные электродвигатели. Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно δUy нор = ± 5 % и δUy пред = ± 10 % номинального напряжения сети. Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения. ΔU = (P·R + Q·X) / U ЦП (ТП) Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается:

Выбором сечения проводников линий электропередач (≡ R) по условиям потерь напряжения.Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X). Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0.Компенсацией реактивной мощности (Q) для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.

Кроме снижения потерь напряжения, компенсация реактивной мощности является эффективным мероприятием энергосбережения , обеспечивающим снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.

Регулирование напряженияU:

В центре питания регулирование напряжения (U ЦП) осуществляется с помощью трансформаторов, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки - регулирование под нагрузкой (РПН). Такими устройствами оснащены ~ 10 % трансформаторов. Диапазон регулирования ± 16 % с дискретностью 1,78 %.Напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях (U ТП) с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации - переключение без возбуждения (ПБВ), т.е. с отключением от сети. Диапазон регулирования ± 5 % с дискретностью 2,5 %.

Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, возлагается на энергоснабжающую организацию.

Действительно, первый (R) и второй (X) способы выбираются при проектировании сети и не могут изменяться в дальнейшем. Третий (Q) и пятый (U ТП) способы хороши для регулирования при сезонном изменении нагрузки сети, но руководить режимами работы компенсирующего оборудования потребителей, необходимо централизовано, в зависимости от режима работы всей сети, то есть энергоснабжающей организации. Четвёртый способ - регулирование напряжения в центре питания (U ЦП), позволяет энергоснабжающей организации перативно регулировать напряжение в соответствии с графиком нагрузки сети. ГОСТ 13109-97 устанавливает допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмника. А пределы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны рассчитываться с учетом падения напряжения от этой точки до электроприёмника и указываться в договоре энергоснабжения. 1.2 Колебания напряжения Колебания напряжения - быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд. Колебания напряжения происходят под воздействием быстро изменяющейся нагрузки сети. Источниками колебаний напряжения являются мощные электроприёмники с импульсным, резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощности: дуговые и индукционные печи; электросварочные машины; электродвигатели при пуске.

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.