Показатели качества электроэнергии и их нормирование

Качество электроэнергии оценивается по технико-экономическим показателям, которые учитывают технологический (порча и ухудше­ние качества продукции, расстройство технологического процесса, снижение производительности труда и производительности механиз­мов) и электромагнитный (увеличение потерь электроэнергии, по­вреждение электрооборудования, нарушение работы автоматики, телемеханики, связи) ущерб, причиняемый народному хозяйству.

Систему показателей качества электроэнергии образуют количе­ственные характеристики медленных (отклонения) и быстрых (ко­лебания) изменений частоты и действующего значения напряжения, его формы и симметрии в трехфазной системе. Качество электроэнер­гии нормируется ГОСТ 13109-87. Стандарт не устанавливает нормы качества электроэнергии у ее приемников в аварийных режимах и в случае присоединения приемников к сетям не общего назначения (контактная сеть, сеть передвижных или стационарных маломощных установок до 1000 кВт и др.).

Показатели качества электроэнергии (ПКЭ) разделяются на основ­ные: отклонение напряжения, размах изменения напряжения, доза колебаний напряжения, коэффициент несинусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-й гармонической составляющей, коэф­фициент обратной последовательности напряжений, коэффициент ну­левой последовательности напряжений, длительность провала на­пряжения, импульсное напряжение, отклонение частоты — и дополни­тельные: коэффициент амплитудной модуляции, коэффициент небалан­са фазных и междуфазных напряжений. Для определения допустимых значений ПКЭ используют вспомогательные параметры: частоту измене­ний напряжения, интервал между изменениями напряжения, глубину провала напряжения, интенсивность провалов напряжения, длительность импульса по уровню половины его амплитуды.

В нормальном режиме работы электрической сети значения ПКЭ не должны выходить за пределы нормальных значений, указанных на рис. 10.1 (допускается отклонение до максимальных значений не более 1 ч за каждые сутки), в по еле аварийном режиме ПКЭ не должны пре­вышать максимальных значений, приведенных в табл. 10.1.

На поддержание нормальной частоты в питающей сети персонал электрики, как правило, не может влиять, хотя частота влияет на про­изводительность электропривода [см. (2.1), (2.2)].

Отклонение частоты - разность между действительным и номиналь-

ным значениями частоты:

Колебания частоты возникают при резкопеременных нагрузках мощ­ных прокатных станов, дуговых плавильных печей, сварочных устано­вок и отрицательно влияют как на генераторы и турбины электриче­ских станций, так и на работающие двигатели переменного тока: при­водят к нарушению устойчивости, недопустимым механическим воз­действиям на редукторы и роторы электрических машин (скручивание валов). При проектировании систем электроснабжения с мощными резкопеременными активными нагрузками нужно проводить прове­рочные расчеты колебаний частоты и предусматривать мероприятия по их уменьшению.

В послеаварийных режимах ра­боты электрической сети допуска­ется отклонение частоты от плюс 0,5 до минус 1 Гц общей про­должительностью не более 90 ч в год.

Отклонение напряжения - разность между действительным и номи­нальным значениями напряжения:

Действительное значение напряжения U в электрических сетях одно­фазного тока определяют как действующее значение напряжения ос­новной частоты U₍₁₎ без учета гармонических составляющих, в сетях трехфазного тока — как действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты U_{l (1)}.

Колебания напряжения оцениваются:

размахом изменения напряжения (рис. 10.2), % — отношением раз­ности между следующими друг за другом экстремумами (или экстре­мума и горизонтального участка) U_i и U_i+1 огибающей амплитудных значений напряжения к номинальному значению напряжения

дозой колебания напряжения, (%)²,

где q_f — коэффициент приведения действительных размахов изменений напряжений к эквивалентным; q — интервал времени усреднения, рав-

ный 10 мин; S(f, t) — частотный спектр процесса изменения напряжения в момент времени t.

Дозу колебания напряжения при периодических или близких к периодическим изменениях напряжения можно определять по выраже­нию

где d U_f — действующие значения разложения составляющих в ряд Фурье изменений напряжения с размахом d U_f в соответствии с (10.3).

Колебания напряжения дополнительно оцениваются вспомогательны­ми параметрами:

а) частотой изменения напряжения, с ^–1, мин^-1, ч^-1,

где т — число изменений напряжения за время измерения Т;

б) интервалом времени между изменениями напряжения

где t_i+1, t_i — начальные моменты следующих друг за другом изменений напряжения, с, мин, ч, в соответствии с рис. 10.2; в) глубиной провала напряжения (рис. 10.3), %,

где U_min — минимальное действующее значение напряжения в течение провала напряжения, В, кВ;

г) интенсивностью провалов напряжения, %,

где m(dU_n, Dt_п) — число провалов глубины dU_п и длительности Dt_п за рассматриваемый интервал времени Т; М — суммарное число прова­лов напряжения за рассматриваемый интервал времени Т;

д) длительностью импульса напряжения по уровню половины его амплитуды, мкс, мс,

где t_н, t_к — моменты времени, соответствующие пересечению кривой импульса напряжения горизонтальной линией, проведенной на полови­не амплитуды импульса, мкс, мс (рис. 10.4).

Допустимые значения колебаний напряжения определяются по кри­вым на рис. 10.1 в зависимости от частоты их повторения или интервала между последующими изменениями; кривая получена эксперименталь­ным путем исследования реакции человека на периодические мигания осветительных установок. Степень раздражения органов зрения челове­ка зависит от значений и частоты миганий светильника. Наиболее непри­ятный психологический эффект, утомление зрения и организма челове­ка вызывает мигание света с частотой 3—10 Гц, поэтому допустимые колебания напряжения в этом диапазоне минимальны: не более 0,5% в СНГ, 0,2—0,3% во Франции, США, Японии. Отклонения и колебания напряжения вызывают ухудшение работы электроприемников.

Несимметрия напряжений трехфазной сети характеризуется коэф­фициентом обратной последовательности напряжений К _2и, которая представляет собой отношение действующего значения напряжения ¹ обратной последовательности основной частоты U ₂₍₁₎, определяемого разложением на симметричные составляющие системы линейных напря­жений, к номинальному значению междуфазного напряжения U_ном,%:

Неуравновешенность напряжения характеризуется коэффициентом нулевой последовательности напряжений U_ои трехфазной четырехпро-водной системы, определяемым отношением действующего значения

напряжения нулевой последовательности основной частоты U_о(1) номинальному фазному напряжению U _ном.ф, %:

Несимметрия напряжения питающей сети обусловлена ростом чис­ла и единичной мощности потребителей электроэнергии, симметрич­ное трехфазное исполнение которых или невозможно, или нецелесо­образно по техникоэкономическим соображениям, например, индук­ционные и дуговые электрические печи, тяговые нагрузки железных дорог переменного тока, электросварочные агрегаты, освещение.

Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом несинусоидальности кривой напряжения k_{hc u}, определяемым отноше­нием действующего значения гармонических составляющих напряжения от n-й до последней гармоники порядка N к номинальному значению междуфазного напряжения u_hom, %'.

и коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения К_и(п), определяемым отклонением действующего значения n-й гармонической составляющей напряжения U_(n), к номинальному значению междуфаз­ного напряжения U_ном, %:

Стандарт позволяет не учитывать гармонические составляющие по­рядка 40 или те, значения которых менее 0,3%.

На различных ступенях напряжения в ряде стран, как и в СНГ, неси­нусоидальность напряжения нормируется тем строже, чем выше напря­жение. Например, в Швеции для сети 0,25—0,43 кВ допустимые значе­ния К _НС приняты 4%, для 3,3-24 кВ - 3%, более 84 кВ - 1%.

ГОСТ 13109-87 указывает на необходимость установления на грани­це раздела балансовой принадлежности электрических сетей требуе­мых значений всех показателей качества электроэнергии. Эти значения должны определяться по согласованию между договаривающимися сторонами, при подключении нового промышленного потребителя контроль ПКЭ проводят до присоединения и после него.

Периодичность контроля показателей качества электроэнергии осуществляется в зависимости от самого показателя и от потребителя (электроприемника). Во всяком случае длительность измерения ПКЭ должна быть не менее 1 сут.