Отклонения напряжения

Качество электроэнергии

Общие положения

Повышению качества электроэнергии уделяют большое внимание, так как качество электроэнергии может существенно влиять на расход электроэнергии, надежность систем электроснабжения (СЭС), технологический процесс производства.

Электроэнергия, как особый вид продукции, обладает определёнными показателями, позволяющими судить о её пригодности в различных производственных процессах.

Совокупности показателей свойств электроэнергии, численно характеризующих напряжение в СЭС по частоте, действующему значению, форме кривой, симметрии и импульсным помехам, и определяющих воздействие на элементы сети, называют качеством электрической энергии.

Перечень показателей качества электрической энергии (ПКЭ), их нормативные значения, критерии оценки и методы измерений установлены ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». ГОСТ является межгосударственным стандартом, действующим в рамках СНГ. В международной практике ПКЭ оцениваются с позиций электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств. Под ЭМС понимают способность электрооборудования, аппаратов и приборов нормально функционировать в данной электромагнитной среде, не подвергаясь воздействию электромагнитных помех и не внося таковых в среду.

Выделяют следующие вопросы при решении задачи повышения качества электроэнергии:

- экономические вопросы включают в себя методы расчета убытков от некачественной электроэнергии в системах промышленного электроснабжения;

- математические аспекты представляют собой обоснование тех или иных методов расчёта показателей качества электроэнергии;

- технические аспекты включают в себя разработку технических средств и мероприятий, улучшающих качество электроэнергии, а также организацию системы контроля и управления качеством.

Номенклатура ПКЭ, установленная ГОСТ 13109-97, включает следующие показатели:

- установившееся отклонение напряжения , %;

- размах изменения напряжения , %;

- доза фликера , отн. ед.;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения , %;

- коэффициент -ой гармонической составляющей напряжения , %;

- коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности , %;

- коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности , %;

- отклонение частоты , Гц;

- длительность провала напряжения , с;

- коэффициент временного перенапряжения , отн. ед.;

- импульсное напряжение , кВ.

ПКЭ разделяют на нормируемые и ненормируемые. К нормируемым относятся: , , , , , , , , . К не нормируемым ПКЭ относятся , . Провалы напряжения нормируются только по длительности, по глубине не нормируются.

На нормируемые ПКЭ установлены нормально и предельно допустимые значения. Для дозы фликера, размахов изменения напряжения и длительности провалов напряжения установлены только предельно допустимые значения.

Для и нормально и предельные значения установлены в зависимости от номинального напряжения сети: 0,38; 6-20; 35; 110-330 кВ.

Кроме того, ГОСТ 13109-97 установлена номенклатура вспомогательных параметров электрической энергии, которые используются при определении значений некоторых ПКЭ. Вспомогательные параметры не нормируются. К ним относятся:

- для оценки колебаний напряжения − частота повторений изменений напряжения и интервал между изменениями напряжения ;

- для оценки провалов напряжения − глубина провала напряжения и частость появления провалов напряжения ;

- для оценки импульсов напряжения − длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды ;

- для оценки перенапряжений − длительность временного перенапряжения.

Такие ПКЭ, как , , , , , , , , применяют для характеристики стационарных процессов в СЭС, а такие, как провалы напряжения, временные перенапряжения, импульсы, − для характеристик кратковременных процессов, возникающих в сети в результате коммутаций, атмосферных перенапряжений.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 показателями качества у приёмников электроэнергии приняты следующие:

- При питании от электрических сетей однофазного тока: отклонение частоты; отклонение напряжения; размах колебании частоты; размах изменения напряжения; коэффициент несинусоидальности напряжения.

- При питании от электрических сетей трёхфазного тока: отклонение частоты; отклонение напряжения; размах колебании частоты; размах изменения напряжения; коэффициент несинусоидальности напряжения; коэффициент несимметрии напряжении; коэффициент неуравновешенности напряжений.

- При питании от электрических сетей постоянного тока: отклонение напряжения; размах изменения напряжения; коэффициент пульсации напряжения.

Значения показателей качества электроэнергии должны находиться в допустимых пределах с интегральной вероятностью 0,95 за установленный период времени.

Для анализа качества электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий предусматривают их контроль со следующей периодичностью измерений:

1. при контроле отклонений напряжения:

а) для предприятий с пятидневной рабочей неделей и узлов энергосистем − не менее одних рабочих и одних нерабочих суток;

б) для предприятий с непрерывным производством − не менее одних суток;

в) во всех остальных случаях − не менее двух рабочих и одних нерабочих суток.

2. при контроле коэффициента несинусоидальности напряжения, размаха изменения напряжения, размаха колебаний частоты:

а) в электрических сетях с электродуговыми и сталеплавильными печами − в течение 30мин в период наибольших нагрузок (период расплавки металла);

б) в электрических сетях с установками электродуговой и контактной сварки − в течение 30мин;

в) в электрических сетях с обжимными прокатными станами − в течение 10-12 циклов прокатки;

г) в электрических сетях жилых и общественных здании − в течение 1 ч в период возникновения наибольших колебаний напряжения;

д) во всех остальных случаях − в течение одних суток.

3. при контроле коэффициента несимметрии напряжений:

а) в сетях с однофазными электропечами, работающими в «спокойном» режиме (печи сопротивления, электрошлакового переплава и др.) − в течение 1 ч в период наибольших нагрузок;

б) в сетях с однофазными нагрузками, работающими в резкопеременном режиме (электродуговые сталеплавильные печи, тяговые нагрузки, электродуговая и контактная электросварка и т.д.) − в течение 1ч в период наибольших нагрузок;

в) во всех остальных случаях − в течение одних суток.

4. при контроле коэффициента неуравновешенности напряжений − в течение одних суток.

5. при контроле коэффициента пульсации выпрямленного напряжения − в течение 30 мин.

6. контроль за отклонением частоты должен быть постоянным.

Качество электроэнергии можно улучшить средствами питающей сети или применением соответствующего дополнительного оборудования на основе имеющегося опыта проектных и эксплуатационных организаций.

Часть решений, в основном обусловленных техническими требованиями, является общей и должна приниматься на основе имеющихся указаний. В других случаях учитывают специфику конкретных условий (наличие крупных ударных нагрузок может считаться особенностью предприятий).

Отклонения напряжения

Одним из важнейших показателей качества электроэнергии является действующее значение напряжения − фазного или линейного в зависимости от схемы включения потребителей. Отклонения напряжения вызывают наибольший ущерб. Основными причинами отклонений напряжения в СЭС промышленных предприятий являются изменения режимов работы электроприёмников, изменения режимов питающей энергосистемы.

В пределах одной ступени трансформации значение напряжения сети изменяется в относительно небольших пределах, поэтому с целью упрощения расчётов и достижения большей наглядности на практике пользуются понятием отклонения напряжения.

Под отклонением напряжения ( ) понимают разность между фактическим (действительным) значением напряжения ( ) и его номинальным значением ( ) для данной сети:

. (9.1)

Если выражается в процентах от , а и − в вольтах (киловольтах), то:

. (9.2)

Вычисляют значения усреднённого напряжения как результат N наблюдений основной частоты или основной частоты и прямой последовательности за интервал времени 1 мин:

. (9.3)

Число наблюдений за 1 мин должно быть не менее 18.

В России согласно ГОСТ 13109-97 в условиях нормальной работы приёмников электроэнергии отклонение напряжения от номинального значения допускаются в следующих пределах:

а) на зажимах электродвигателей и аппаратов для их пуска и управления;

б) на зажимах приборов рабочего освещения, установленных в производственных помещениях и общественных зданиях, где требуется значительное зрительное напряжение, а также в прожекторных установках наружного освещения;

в) на зажимах остальных приёмников электроэнергии, в том числе приёмников электроэнергии животноводческих комплексов и птицефабрик, допускают отклонения напряжения в пределах 5 % номинального;

г) в электрических сетях сельскохозяйственных районов, кроме животноводческих комплексов и птицефабрик, и в сетях, питающихся от шин тяговых подстанций электрифицированного транспорта, при наличии специальных технико-экономических обоснований с разрешения Министерства энергетики и электрификации допускаются другие значения отклонений напряжения.

В послеаварийных режимах допускается дополнительное понижение напряжения на 5 %.