Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  
  

 

Статьи для электриков / Электроснабжение

Показатели качества электроэнергии в электрических сетях

 

Показатели качества электроэнергии в электрических сетяхВ соответствии с ГОСТ 13109-87 различают основные и дополнительные показатели качества электроэнергии.

К основным показателям качества электроэнергии, определяющим свойства электрической энергии, которые характеризуют ее качество, относятся:

1) отклонение напряжения (δU, %);

2) размах изменения напряжения (δUt, %);

3) доза колебаний напряжений (ψ, %);

4) коэффициент несинусоидальности кривой напряжения (kнсU, %);

5) коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка (kU(n), %);

6) коэффициент обратной последовательности напряжений (k2U, %);

7) коэффициент нулевой последовательности напряжений (k0U, %);

8) длительность провала напряжения (Δtпр, с);

9) импульсное напряжение (Uимп, В, кВ);

10) отклонение частоты (Δf, Гц).

Дополнительные показатели качества электроэнергии, представляющие собой формы записи основных показателей качества электроэнергии и используемые в других нормативно-технических документах:

1) коэффициент амплитудной модуляции напряжений (kмод);

2) коэффициент небаланса междуфазных напряжений (kнеб.м);

3) коэффициент небаланса фазных напряжений (kнеб.ф).

Отметим допустимые значения названных показателей качества электроэнергии, выражения для их определения и области применения. В течение 95% времени суток (22,8 ч) показатели качества электроэнергии не должны выходить за пределы нормально допустимых значений, а в течение всего времени, включая поелсаварийные режимы, они должны находиться в пределах максимально допустимых значений.

Контроль качества электроэнергии в характерных точках электрических сетей осуществляется персоналом предприятия электрических сетей. При этом длительность измерения показателя качества электроэнергии должна составлять не менее суток.

Отклонения напряжения

Отклонение напряжения это один из самых важных показателей качества электроэнергии. Отклонение напряжения находится по формуле

δUt = ((U(t) - Un)/Un) х 100%

где U(t) - действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты, или просто действующее значение напряжения (при коэффициенте несиннусоидальности, меньшем или равном 5%), в момент времени t, кВ; Un - номинальное напряжение, кВ.

Величина Ut = 1/3 (UAB(1) + UBC(1) + UAC(1)), где UAB(1),UBC(1), UAC(1)- действующие значения междуфазных напряжений основной частоты.

Из-за изменения нагрузок во времени, изменения уровня напряжений и других факторов изменяется величина падения напряжения в элементах сети и, следовательно, уровень напряжения Ut. В результате оказывается, что в различных точках сети в один и тот же момент времени, а в одной точке - в разные моменты, отклонения напряжения различны.

Нормальная работа электроприемников вестях напряжением до 1 кВ обеспечивается при условии, что отклонения напряжения на их входе равны ±5% (нормальное значение) и ±10% (максимальное значение). В сетях напряжением 6 - 20 кВ устанавливается максимальное отклонение напряжения ±10%.

Мощность, потребляемая лампами накаливания, прямо пропорциональна подведенному напряжению в степени 1,58, световая отдача ламп - в степени 2,0, световой поток - в степени 3,61, срок службы ламп - в степени - 13.57. Работа люминесцентных ламп от отклонения напряжений зависит меньше. Так срок их службы изменяется на 4% при отклонении напряжения на 1%.

Снижение освещенности рабочих мест происходит при уменьшении напряжения, что приводит к снижению производительности труда работающих и ухудшению их зрения. При больших снижениях напряжения люминесцентные лампы не загораются или мигают, что приводит к сокращению срока их службы. При повышении напряжения срок службы ламп накаливания резко снижается.

От уровня напряжения зависит скорость вращения асинхронных электродвигателей и, следовательно, их производительность, а также потребляемая реактивная мощность. Последнее отражается на величине потерь напряжения и мощности на участках сети.

Снижение напряжения приводит к увеличению длительности технологического процесса в электротермических и электролизных установках, а также к невозможности устойчивого приема в коммунальных сетях телевизионных передач. В последнем случае применяются так называемые стабилизаторы напряжения, которые сами потребляют значительную реактивную мощность и у которых имеются потери мощности в стали. На их изготовление расходуется дефицитная трансформаторная сталь.

Для обеспечения требуемого напряжения на шинах низкого напряжения всех ТП рименяют так называемое встречное регулирование напряжения в центре питания. Здесь в режиме максимальных нагрузок поддерживается максимально допустимое напряжение на шинах ЦП, а в режиме минимальных нагрузок - минимальное напряжение.

При этом должно применяться и так называемое местное регулирование напряжения в каждом трансформаторном пункте путем установки переключателя ответвлений распределительных трансформаторов в соответствующее положение. В сочетании с централизованным (в ЦП) и указанным местным регулированием напряжения применяются регулируемые и нерегулируемые конденсаторные установки, также относящиеся к средствам местного регулирования напряжения.

Размах изменения напряжения

Размах изменения напряжения представляет собой разность между амплитудными или действующими значениями напряжения до и после одиночного изменения напряжения и определяется по формуле

δUt = ((Ui - Ui+1)/√2Uн) х 100%

где Uiи Ui+1- значения следующих друг за другом экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения.

К размахам изменения напряжения относят одиночные изменения напряжения любой формы с частотой повторения от двух раз в минуту (1/30 Гц) до одного раза в час, имеющие среднюю скорость изменения напряжения более 0,1% в секунду (для ламп накаливания) и 0,2% в секунду для остальных приемников.

Быстрые изменения напряжения вызываются ударным режимом работы двигателей металлургических прокатных станов тяговых установок железных дорог, луговых сталеплавильных печей, сварочной аппаратуры, а также частыми пусками мощных короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, когда их пусковая реактивная мощность составляет несколько процентов мощности короткого замыкания.

Число изменений напряжения в единицу времени, т. е. частота изменения напряжения, находится по формуле F = m/T, где m - число изменений напряжения за время Т, Т - общее время наблюдения размахов напряжения.

Основные требования, предъявляемые к колебаниям напряжения, обусловливаются соображениями защиты зрения человека. Установлено, что наибольшая чувствительность глаза к мерцанию света находится в области частоты, равной 8,7 Гц. Поэтому для ламп накаливания, обеспечивающих рабочее освещение при значительных зрительных напряжениях, размах напряжения допускается не более 0,3%, для ламп накачивания в быту - 0,4%, для люминесцентных ламп и других электроприемников - 0,6.

Допускаемые размахи колебаний приведены на рис. 1.

Допустимые размахи колебаний напряжения

Рис. 1. Допустимые размахи колебаний напряжения: 1 - рабочее освещение лампами накаливания при большом зрительной напряжении, 2 - бытовые лампы накаливания, 3 - люминесцентные лампы

Область I соответствует работе насосов и бытовых приборов, II - кранов, подъемников, III - дуговых печей, ручной контактной сварке, IV - работе поршневых компрессоров и автоматической контактной сварке.

Для снижения размаха изменения напряжения в осветительной сети применяют раздельное питание приемников осветительной сети и силовой нагрузки от разных силовых трансформаторов, продольную емкостную компенсацию питающей сети, а также синхронные электродвигатели и искусственные источники реактивной мощности (реакторы или конденсаторные батареи, ток которых формируется с помощью управляемых вентилей для получения требуемой реактивной мощности).

Доза колебаний напряжения

Доза колебаний напряжения идентична размаху изменения напряжения и в действующих электрических сетях вводится по мере их оснащения соответствующими приборами. При использовании показателя "доза колебаний напряжения" оценка допустимости размаха изменения напряжения может не производиться, так как рассматриваемые показатели взаимозаменяемы.

Доза колебаний напряжения также представляет собой интегральную характеристику колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся за установленный период времени раздражение из-за миганий света в диапазоне частот от 0,5 до 0,25 Гц.

Допустимое максимальное значение дозы колебаний напряжения (ψ, (%)2) в электрической сети, к которой присоединяются осветительные установки, не должно превосходить: 0,018 - с лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение; 0,034 - с лампами накаливания во всех других помещениях; 0,079 - с люминесцентными лампами.

Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения

При работе в сет мощных выпрямительных и преобразовательных установок, а также дуговых печей и установок для сварки, т. е. нелинейных элементов, происходит искажение кривых тока и напряжения. Несинусоидальные кривые тока и напряжения представляют собой гармонические колебания, имеющие различные частоты (промышленная частота - это низшая гармоника, все остальные по отношению к ней - высшие гармоники).

Высшие гармоники в системе электроснабжения вызывают дополнительные потери энергии, сокращают срок службы косинусных конденсаторных батарей, электродвигателей и трансформаторов, приводят к трудностям при наладке релейной защиты и сигнализации, а также эксплуатации электроприводов с тиристорным управлением и т. д.

Содержание высших гармоник в электрической сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности кривой напряжения kнсU который определяется по выражению

где N - порядок последней из учитываемых гармонических составляющих, Un - действующее значение n-й (n = 2, ... N) гармонической составляющей напряжения, кВ.

Нормальные и максимальные допустимые значения kнсU не должны соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1 кВ - 5 и 10%, в электрической сети 6 - 20 кВ - 4 и 8%, в электрической сети 35 кВ - 3 и 6%, в электрической сети 110 кВ и выше 2 и 4%.

Для снижения высших гармоник применяются силовые фильтры, представляющие собой последовательное соединение индуктивного и емкостного сопротивлений, настроенных в резонанс на определенную гармонику. С целью исключения гармоник низших частот применяют преобразовательные установки с большим числом фаз.

Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка

Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения нечетного (четного) порядка представляет собой отношение действующего значения n-й гармонической составляющей напряжения к действующему значению напряжения основной частоты, т. е. kU(n) = (Un/Uн) х 100%

По значению коэффициента kU(n) определяется спектр n-х гармонических составляющих, на подавление которых должны быть рассчитаны соответствующие силовые фильтры.

Нормальные и максимальные допустимые значения не должны соответственно превышать: в электрической сети напряжением до 1 кВ - 3 и 6%, в электрической сети 6 - 20 кВ 2,5 и 5%, в электрической сети 35 кВ - 2 и 4 %, в электрической сети 110 кВ и выше 1 и 2 %.

Несимметрия напряжений

Несимметрия напряжений возникает из-за нагрузки однофазных электроприемников. Так как распределительные сети напряжением выше 1 кВ работают с изолированной или компенсированной нейтралью, то несиммегрия напряжений обусловлена появлением напряжения обратной последовательности. Несимметрия проявляется в виде неравенства линейных и фазных напряжений и характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжений:

k2U = (U2(1)/Uн) х 100%,

где U2(1) - действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, кВ. Значение величины U2(1) можно получить измерением трех напряжений основной частоты, т. е. UА(1), UB(1), UC(1). Тогда

где yА, yB и yC - проводимости фаз А, B и C приемника.

В сетях напряжением выше 1 кВ несимметрия напряжений проявляется в основном из-за однофазных электротермических установок (дуговых печей косвенного действия, печей сопротивления, индукционных канальных печей, установок электрошлакового переплава и др.

Наличие напряжения обратной последовательности приводит к дополнительному нагреву обмоток возбуждении синхронных генераторов и увеличению их вибрации, к дополнительному нагреву электродвигателей и резкому сокращению срока службы их изоляции, снижению реактивной мощности, генерируемой силовыми конденсаторами, дополнительному нагреву линий и трансформаторов? увеличению количества ложных срабатываний релейной защиты и т д.

На зажимах симметричного элсктроприемника нормально допустимый коэффициент несимметрии равен 2%, а максимально допустимый - 4%.

Влияние несимметрии значительно уменьшается при питании однофазных электроприемников от отдельных трансформаторов, а также при применении управляемых и неуправляемых симметрирующих устройств, компенсирующих эквивалентный ток обратной последовательности, потребляемый однофазными нагрузками.

В четырехпроводных сетях напряжением до 1 кВ несимметрия, обусловленная однофазными приемниками, подключенными к фазным напряжениям, сопровождается прохождением тока в нулевом проводе и, следовательно, появлением напряжения нулевой последовательности.

Коэффициент нулевой последовательности напряжений k0U = (U0(1)/Uн.ф.) х 100%,

где U0(1) -действующее значение напряжения нулевой последовательности основной частоты, кВ; Uн.ф. - номинальное значение фазного напряжения, кВ.

Величина U0(1) определяется измерением трех фазных напряжений основной частоты, т. е.

где уA, уB, уC, yO - проводимости фаз А, В, С приемника и проводимость нулевого провода; UA(1), UB(1), UC(1)- действующие значения фазных напряжений.

Допустимое значение U0(1) ограничивается требованиями, предъявляемыми к отклонению напряжения, которые удовлетворяются коэффициентом нулевой последовательности, равным 2% в качестве нормального уровня и 4% максимального уровня.

Снижение значения может быть достигнуто рациональным распределением однофазной нагрузки между фазами, а также увеличением сечения нулевого провода до сечения фазных проводов и применением трансформаторов в распределительной сети с группой соединения "звезда - зигзаг".

Провал напряжения и интенсивность провалов напряжения

Провал напряжения - это внезапное значительное понижение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от нескольких периодов до нескольких десятков секунд.

Длительность провала напряжения Δtпр - интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжениядо первоначального или близкого к нему уровня (рис. 2), т.е. Δtпр = tвос - tнач.

Длительность и глубина провала напряжения

Рис. 2. Длительность и глубина провала напряжения

Значение Δtпр составляет от нескольких периодов до нескольких десятков секунд. Провал напряжения характеризуется интенсивностью и глубиной провала δUпр, представляющей собой разность между номинальным значением напряжения и минимальным действующим значением напряжения Umin в течение провала напряжения, и выражается в процентах номинального значения напряжения или в абсолютных единицах.

Величина δUпр определяется следующим образом:

δUпр = ((Uн - Umin)/Uн) х 100% или δUпр = Uн - Umin

Интенсивность провалов напряжения m* представляет собой частоту появления в сети провалов напряжения определенной глубины и длительности, т. е. m* = (m(δUпр, Δtпр)/M) х 100%, где m(δUпр, Δtпр) - число провалов напряжения глубиной δUпр и длительностью Δtпр за время Т; М - суммарное число провалов напряжения за время Т.

К провалам напряжения, возникающим в большинстве случаев при коротких замыканиях в сети, чувствительны некоторые виды элекгропрнемников (ЭВМ, силовая электроника), поэтому в проектах электроснабжения таких приемников должны предусматриваться меры по снижению длительности, интенсивности и глубины провалов напряжения. Допустимые значения длительности провалов напряжения ГОСТ не указывает.

Импульсное напряжение

Импульсное напряжение - это резкое изменение напряжения, за которым следует восстановление напряжения до обычного уровня за промежуток времени от нескольких микросекунд до 10 миллисекунд. Оно представляет собой максимальное мгновенное значение напряжения импульса Uимп (рис. 3).

Импульсное напряжение

Рис. 3. Импульсное напряжение

Импульсное напряжение характеризуется амплитудой импульса U'имп, представляющей собой разность между импульсом напряжения и мгновенным значением напряжения основной частоты, соответствующим моменту начала импульса. Длительность импульса tимп - интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до обычного уровня. Может быть вычислена длительность импульса tимп0,5 по уровню 0,5 его амплитуды (см. рис. 3).

Импульсное напряжение определяется в относительных единицах по формуле ΔUимп = Uимп/(√2Uн)

К импульсам напряжения чувствительны также такие электроприемники, как ЭВМ, силовая электроника и др. Импульсные напряжения появляются вследствие коммутаций в электрической сети. Меры по снижению импульсных напряжений должны предусматриваться при разработке конкретных проектов электроснабжения. Допустимые значения импульсных напряжений ГОСТ не указывает.

Отклонения частоты

Изменения частоты обусловлены изменениями суммарной нагрузки и характеристиками регуляторов частоты вращения турбин. Большие отклонения частоты возникают в результате медленного регулярного изменения нагрузки при недостаточном резерве активной мощности.

Частота напряжения в отличие от других явлений, ухудшающих качество электроэнергии, является общесистемным параметром: все генераторы, присоединенные к одной системе, генерируют электроэнергию на напряжении одинаковой частоты — 50 Гц.

Согласно первому закону Кирхгофа всегда существует строгий баланс между выработкой и генерацией мощности. Поэтому любое изменение мощности нагрузки вызывает изменение частоты, что приводит к изменению выработки активной мощности генераторов, для чего блоки "турбина - генератор" оборудуют устройствами, позволяющими регулировать поступление энергоносителя в турбину в зависимости от изменений частоты в электрической системе.

При определенном росте нагрузки оказывается, что мощность блоков "турбина - генератор" исчерпана. Если нагрузка продолжает увеличиваться, баланс устанавливается при пониженной частоте — возникает отклонение частоты. В этом случае говорят о дефиците активной мощности для поддержания номинальной частоты.

Отклонение частоты Δf от номинального значения fн определяется по формуле Δf = f - fн, где f - текущее значение частоты в системе.

Изменения частоты, превышающие 0,2 Гц, существенно влияют на технико-экономические показатели работы электроприемников, поэтому нормально допустимое значение отклонения частоты равно ±0,2 Гц, а максимально допустимое значение отклонений частоты составляет ± 0,4 Гц. В послеаварийных режимах допускается отклонение частота от +0,5 Гц до - 1 Гц в течение не более 90 ч в год.

Отклонение частоты от номинальной приводит к увеличению потерь энергии в сети, а также к снижению производительности технологического оборудования.

Коэффициент амплитудной модуляции напряжения и коэффициент небаланса междуфазных и фазных напряжений

Коэффициент амплитудной модуляции напряжения характеризует колебания напряжения и равен отношению полуразности наибольшей и наименьшей амплитуд модулированного напряжения, взятых за определенный интервал времени, к номинальному или базовому значению напряжения, т. е.

kмод = (Uнб - Uнм)/(2√2Uн),

где Uнб и Uнм - соответственно наибольшая и наименьшая амплитуды модулированного напряжения.

Коэффициент небаланса междуфазных напряженийkнеб.мф характеризует несимметрию междуфазных напряжений и равен отношению размаха небаланса междуфазных напряжений к номинальному значению напряжения:

kнеб.мф = ((Uнб - Uнм)/Uн) х 100%

где Uнб и Uнм - наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений.

Коэффициент небаланса фазных напряжений kнеб.ф характеризует несимметрию фазных напряжений и равен отношению размаха небаланса фазных напряжений к номинальному значению фазного напряжения:

kнеб.ф = ((Uнб.ф - Uнм.ф)/Uн.ф) х 100%,

где Uнб и Uнм - наибольшее и наименьшее действующие значения из трех фазных напряжений, Uн.ф - номинальное значение фазного напряжения.

Читайте также: Мероприятия и технические средства повышения качества электрической энергии

Поделитесь с друзьями:

Статьи близкие по теме:

  • Влияние изменения частоты на работу электрических систем
  • О критериях оценки качества электротехнической продукции
  • Стабилизаторы фаз как средство улучшения качества электроэнергии
  • Влияние качества электроэнергии на работу электродвигателей
  • Как уменьшить несинусоидальность напряжения
  • Влияние колебаний, провалов и несимметрии напряжения на работу электрооборудования
  • Как устроена электрическая сеть
  • Школа для электрика в Facebook:

    Основы электротехники | Основы электроники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Электрические машины | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электричсекое освещение | Электромонтажные работы | Эксплуатация электрооборудования
    Алфавитный указатель: