Показатели качества электроэнергии

Качество электроэнергии: основные показатели, мероприятия по улучшению показателей качества электроэнергии

Показатели качества электроэнергии

Качество электроэнергии характеризуется показателя­ми, определяющими степень соответствия напряжения к частоты в сети их нормированным значениям, Обычно предполагается, что работа всех электроприемников (ЭП) и аппаратов наиболее целесообразна с технической и экономической точек зрения при номинальных параметрах (/ноя, Uном. /ном). На первых этапах проблема качества электроэнергии состояла в поддержании уровней напря­жения и частоты сети, близких к номинальным. В послед­ние годы появилось большое количество нетрадиционных электроприемников (прокатные станы, дуговые сталепла­вильные печи, выпрямительные установки, электрифицированный транспорт, электролиз) с резкопеременными на­грузками либо неравномерностью их распределения по фазам и наличием несинусоидальных токов и напряжений. Эти новые виды ЭП привели к нарушениям качества элек­троэнергии.

В настоящее время действует ГОСТ 54149, устанав­ливающий требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются приемники или потребители электрической энергии.

Показатели качества электрической энергии (ПКЭ) подразделяют на две группы: основные ПКЭ и дополни­тельные ПКЭ. Основные ПКЭ определяют свойства элек­трической энергии, характеризующие ее качество.

К основным ПКЭ, для которых установлены допустимые значения, относят: отклонение напряжения, размах изме­нения напряжения, дозу колебаний напряжения, коэффи­циент несинусоидальности кривой напряжения, коэффици­ент v-й гармонической составляющей, коэффициент обрат­ной последовательности напряжений, коэффициент нулевой последовательности напряжений, отклонение частоты. До­полнительные ПКЭ представляют собой формы записи основых ПКЭ, используемые в других нормативно-техниче­ских документах.

Отклонение частоты одинаково для всей энергосистемы, так как значение частоты в данный момент определяется частотой вращения генераторов. В нормальных установив­шихся режимах все генераторы имеют синхронную часто­ту. Поэтому отклонение частоты — это общесистемный показатель качества электроэнергии. Напряжения в различ­ных точках сети имеют разные значения. Поэтому показатели качества напряжения локальные, т. е. имеют разные значения в различных точках электрической сети.

В реальных режимах электрических сетей напряжения всегда отличаются от номинальных. Эту разницу характе­ризуют ряд ПКЭ: отклонение напряжения, размах измене­ния напряжения, доза колебания напряжения и др.

Отклонение напряжения — это разность между действи­тельным значением напряжения U и его номинальным зна­чением для сети U_ном.

Если U и U_ном выражаются в вольтах или киловольтах, то отклонение напряжения в тех же единицах равно

V = U – U_ном

Отклонение напряжения в процентах номинального:

Размах изменения напряжения — это разность между амплитудными или действующими значениями напряже­ния до и после одиночного изменения напряжения.

Размах изменения напряжения, %, вычисляют по фор­муле:

где U_i и U_i-1 — значения следующих друг за другом экст­ремумов (или экстремума и горизонтального участка) оги­бающей амплитудных значений напряжения, В, кВ.

Если друг за другом следуют наибольшее и наименьшее значе­ния Umax и Umm* то размах изменения напряжения, %, равен

Нормы на допустимые размахи изменения напряжения оп­ределены только на входах осветительных установок. Для остальных приемников электроэнергии размахи изменения напряжения не нормируются.

Коэффициент обратной последовательности напряже­ний — это показатель качества, определяющий несиммет­рию напряжений, %:

где U₂₍₁₎ — действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, В, кВ.

Аналогично определяется коэффициент нулевой после­довательности напряжений при трехфазной четырехпроводной системы. Коэффициент кои определяется тем же выра­жением, что и k_2U только вместо U₂₍₁₎ используется дейст­вующее значение нулевой последовательности основной частоты U₀₍₁₎.

Коэффициент несинусоидальности кривой напряжений:

где U_ν — действующее значение ν-й гармонической состав­ляющей напряжения, В, кВ; ν — порядок гармонической составляющей напряжения; N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения.

При определении кнс и допускается не учитывать гармо­нические составляющие порядка ν > 40 и (или) составля­ющие, значения которых меньше 0,3 %.

Влияние низкого качества электроэнергии на работу сетей и электрооборудовании проявляется в увеличении по­терь электроэнергии; сокращении сроков службы оборудо­вания; технологическом ущербе, состоящем в снижении производительности (недоотпуск продукции), ухудшении качества, а иногда и браке.

Потери мощности в сети и в электрооборудовании изменяются в зависимости от значения напряжения. Напри­мер, нагрузочные потери, т.е. потери в продольной части схем замещения линий и трансформаторов, пропорциональ­ны квадрату тока и обратно пропорциональны квадрату напряжения. Потери холостого хода пропорци­ональны квадрату напряжения. Из сказанного следует, что регулирование напряжения изменяет потери мощности и электроэнергии.

Искажение симметрии и синусоидальности доков и на­пряжений приводит к дополнительным потерям мощности в линиях, трансформаторах, вращающихся машинах и ба­тареях конденсаторов. Поэтому мероприятия по повыше­нию качества электроэнергии приводят к уменьшению по­терь мощности и электроэнергии.

Влияние качества электроэнергии на сроки службы электрооборудования проявляется в основном в превыше­нии температуры проводников и изоляции над допусти­мыми значениями, что приводит к их ускоренному старе­нию. Особенно сильно влияют положительные откло­нения напряжения на уменьшение срока службы ламп накаливания. Высшие гармоники часто приводят к выходу из строя БК, особенно при возникновении резонанса.

Технологический ущерб определяется видом технологи­ческого процесса и выпускаемой продукции. Обычно тех­нологический ущерб проявляется в снижении количества или качества выпускаемой продукции, в браке продукции и даже в нарушении технологических процессов. Снижение количества и качества продукции оценивается с помощью так называемых экономических характеристик, определяю­щих зависимость изменения общей стоимости продукции от уровня подводимого напряжения. Экономические характе­ристики экспериментально получают для каждого вида предприятия. Для разных видов предприятий они различны. Некоторые технологические процессы, например выращива­ние кристаллов в особых условиях, стекольное производст­во, особенно чувствительны к качеству напряжения.

Нарушение технологических процессов происходит из-за неправильной работы систем автоматики. Системы ав­томатического управления содержат много электронных элементов, чувствительных к качеству электроэнергии.

Основным показателем качества электроэнергии, опре­деляющим технологический ущерб и потери электроэнергии в промышленных и городских сетях, является отклонение напряжения. Экономический ущерб из-за низкого качества напряжения для ряда производств имеет существенное значение. Понижение напряжения приводит к резкому сни­жению светоотдачи ламп, нестабильность напряжения в городских сетях приводит к массовому использованию стабилизаторов напряжения.

Показатели качества электроэнергии можно записать в порядке уменьшения их влияния на потери мощности и срок службы оборудования, а также на снижение коли­чества и качества продукции следующим образом:

1) отклонение напряжения и частоты;

2) несимметрия напряжения и тока

3) несинусоидальность кривых напряжений и токов;

4) размах изменения напряжения.

В порядке сни­жения степени влияния на нарушение технологических процессов указанные показатели качества можно записать в последовательности 3, 4, 2, 1.