1. Отклонение и колебание частоты происходят, в основном, вследствие перегрузок генераторов на электростанции, которые возникают в случае устойчивых коротких замыканий; аварийного отключения параллельно работающих генераторов в часы максимумов нагрузки потребителей, особенно в зимнее время.

2. Отклонения напряжения происходят из-за неправильного выбора элементов сети, нерационального регулирования напряжения путем переключения отпаек у трансформатора, ограниченной мощности источника питания под действием ударных нагрузок.

3. Колебания напряжения в сети обусловлены мощной ударной нагрузкой, сварочными агрегатами, неправильным выбором параметров элементов системы электроснабжения.

4. Несинусоидальность напряжения в сети обусловлена вентильными преобразователями, сварочными выпрямителями, дугоплавильными печами и другой аналогичной нагрузкой. При этом происходит искажение синусоидальной формы тока и напряжения в сети. Значения уровня гармоник в токе и напряжении зависят от величины нагрузки и достигают максимального значения для напряжения при X.X. нагрузки, когда Хн →∞, а для тока - при к.з., когда Хн →0. В промежутке между этими двумя граничными условиями ток Vй гармоники можно определить как:

где ϒ- угол коммутации вентиля.

Следовательно, на значение Кнс влияют режим работы нагрузки, параметры сети и величина нагрузки.

5. Различают длительную и кратковременную несимметрию напряжений. Длительная несимметрия возникает при наличии в сети осветительной нагрузки, однофазных сварочных установок, плавильных печей и т.п. Кратковременная несимметрия обычно связана с аварийными процессами в электрических сетях, такими как к.з., обрывы проводов, замыкания на землю.

6. Неуравновешенность напряжений возникает при увеличении сопротивления цепи нулевого провода в системе с глухозаземленной нейтралью или в системе с изолированной нейтралью при несимметричной нагрузке.

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ, ПОКАЗАТЕЛИ И НАИБОЛЕЕ ВЕРОЯТНЫЕ ВИНОВНИКИ УХУДШЕНИЯ качества электрической энергии

1 (приложение А ГОСТ).

Свойства электроэнергии	Показатель КЭ	Наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ
Отклонение напряжения	Установившееся отклонение напряжения δUy	Энергоснабжающая организация
Колебания напряжения	а) Размах изменения напряжения δUt б) Доза фликера Pt	Потребитель с переменной нагрузкой
Несинусоидальность напряжения	а) Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения КU б) Коэффициент n -ой гармонической составляющей напряжения КU(n)	Потребитель с нелинейной нагрузкой
Несимметрия трехфазной системы напряжений	а) Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K 2U б) Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K 0U	Потребитель с несимметричной нагрузкой
Отклонение частоты	Отклонение частоты Δf	Энергоснабжающая организация
Провал напряжения	Длительность провала напряжения Δt п	Энергоснабжающая организация
Импульс напряжения	Импульсное напряжение U имп	Энергоснабжающая организация
Временное перенапряжение	Коэффициент временного перенапряжения K перU	Энергоснабжающая организация

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК.

1. Установившееся отклонение напряжения

Установившееся отклонение напряжения: нормально допустимые δUy (%) ±5 предельно допустимые δUy (%) ±10

Отклонение напряжения от номинальных значений происходит из-за суточных, сезонных и технологических изменений электрической нагрузки потребителя, а именно: изменения мощности компенсирующих устройств; регулирования напряжения генераторами электростанций и на подстанциях энергосистем; изменения схемы и параметров электрических сетей.

недонапряжение - ухудшение пуска, увеличение токов электродвигателей, что влечёт нагрев обмоток, нарушение изоляции и снижение срока службы двигателя;

Перегрузка регулируемых выпрямителей, преобразователей и стабилизаторов;

перенапряжение - перерасход электроэнергии, повышение реактивной мощности двигателей, выпрямителей с фазовым регулированием, пробой регулируемых выпрямителей, преобразователей и стабилизаторов.

Причинами несоответствий по установившемуся отклонению напряжения могут быть:

– неверно выбранный коэффициент трансформации трансформатора 6–10/0,4 кВ или не

проведенное своевременно сезонное переключение отпаек этих трансформаторов;

– значительная несимметрия фазных нагрузок в сетях 0,4 кВ;

– значительные потери напряжения в распределительной сети, превышающие предельные значения;

– отсутствие трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) в центре питания (ЦП);

– отсутствие автоматического регулятора напряжения (АРН) в ЦП или его неиспользование;

– некорректная работа АРН или неправильно выбранный закон регулирования напряжения в ЦП;

– разнородность нагрузок распределительных линий 6–10 кВ и несовместимость требований

потребителей всей распределительной сети на шинах ЦП;

– неверно заданные уставки регулирующих устройств на генераторах, повышающих

трансформаторах и автотрансформаторах связи, отсутствие или недостаточное использование

специальных устройств в межсистемных линиях и питающих сетях энергосистем, регулирующих

реактивную мощность (синхронных компенсаторов, батарей статических компенсаторов и

шунтирующих реакторов);

– превышение потребителем разрешенной ему мощности или нарушение договорных

условий с ЭСО по использованию специальных средств, регулирующих реактивную мощность

(батарей статических конденсаторов, синхронных двигателей);

– пониженная пропускная способность питающих сетей и др..

2. Колебания напряжения.

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:

- размахом изменения напряжения;

- дозой фликера.

Предельно допустимое значение суммы отклонения напряжения и размаха напряжения в электрических сетях 0,38 кВ равно ± 10% от номинального напряжения.

Доза фликера - это мера восприимчивости человека к воздействию колебаний светового потока, вызванных колебаниями напряжения в сети за определенный промежуток времени.

ГОСТом устанавливаются две характеристики дозы фликера: кратковременная (время наблюдения 10 мин.) и длительная (2 час.).

Колебания напряжения вызываются резким изменением нагрузки на рассматриваемом участке электрической сети, например, включением асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока, технологическими установками с быстропеременным режимом работы, сопровождающимися толчками активной и реактивной мощности (приводы реверсивных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи, сварочные аппараты и т. д.). Распространение колебаний напряжения в сторону системы электроснабжения происходит с затуханием колебаний по амплитуде. Причём, коэффициент затухания тем больше, чем мощнее система электроснабжения.

Компенсация осуществляется путем применения быстродействующих источников реактивной мощности, способных компенсировать изменения реактивной мощности. Для снижения влияния резкопеременой нагрузки на чувствительные электроприемники применяют способ разделения, при котором резкопеременную и чувствительную к колебаниям напряжения нагрузки присоединяют к разным трансформаторам.

К числу электроприемников, чрезвычайно чувствительных к колебаниям напряжения, относятся осветительные приборы, особенно лампы накаливания и электронная техника. Колебания напряжения вызывают мигание ламп накаливания (фликер-эффект), что порождает неприятный психологический эффект у человека, утомление зрения, снижение производительности, травматизм. При значительных колебаниях напряжения могут быть нарушены условия нормальной работы электродвигателей, возможно отпадание контактов магнитных пускателей с соответствующим отключением работающих двигателей, колебания фазы напряжения вызывают вибрацию электродвигателей.

3. Несинусоидальность напряжения

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициентом n -ой гармонической составляющей напряжения.

Главной причиной искажений является использовании нелинейных электроприемников, таких как: вентильные преобразователи, электродуговые и сталеплавильные печи, установки дуговой и контактной сварки, преобразователи частоты, индукционные печи, ряд электронных технических средств (телевизоры, компьютеры), газоразрядные лампы и другие. Электронные приемники и газоразрядные лампы при работе создают невысокий уровень искажений, но так как таких электроприемников много, их общее влияние велико. В процессе работы эти устройства потребляют энергию основной частоты, которая расходуется не только на совершение полезной работы и покрытие потерь, но еще и на образование потока высших гармонических, который «выбрасывается» во внешнюю сеть.
Влияние:

рост потерь в электрических машинах, вибрации, нарушение работы автоматики защиты, увеличение погрешностей измерительной аппаратуры;

фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач - учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю, пробиваются конденсаторы.

Способы снижения несинусоидальности напряжения можно разделить на три группы:

Схемные решения: выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, группирование вентильных преобразователей по схеме умножения фаз, подключение нелинейной нагрузки к системе с большей мощностью короткого замыкания (Sкз);

Применение оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник, например «ненасыщающихся» трансформаторов и многофазных вентильных преобразователей;

Использование фильтровых устройств: параллельных узкополосных резонансных фильтров, фильтрокомпенсирующих и фильтросимметрирующих устройств (ФКУ и ФСУ).

4. Несимметрия напряжений

Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

К источникам несимметрии напряжений и токов относят следующие:

Нетранспонированные линии электропередачи и неравномерно присоединенные однофазные бытовые нагрузки, создающие систематическую несимметрию напряжений;

Разновременно включающиеся по фазам бытовые нагрузки и др., создающие случайную несимметрию напряжений.

Потребители электрической энергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям. К таким установкам относятся индукционные и дуговые электрические печи, электросварочные агрегаты, специальные однофазные нагрузки, осветительные установки и т. д.

Влияние: дополнительный нагрев электродвигателей, увеличение суммарных потерь, перегрев нулевых проводников, возможность пожара, увеличение сопротивлений заземляющих устройств, увеличение пульсаций выпрямленных напряжений, нарушение управления тиристорных преобразователей, некачественная компенсация реакт. мощности конденсаторными установками.

Несимметричные режимы напряжений в электрических сетях имеют место также в аварийных ситуациях при обрыве фазы, рабочего нуля или несимметричных коротких замыканиях.

В отличие от прямой последовательности, в обратной – обратное чередование (АСВ) фаз; соответственно, при превышении допустимого значения эта составляющая будет препятствовать вращению двигателей в заданную сторону, снижая его КПД. К обратной последовательности относятся гармоники с номерами 3n+2, где n изменяется от 0 до 12 (для прибора). При длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U=2-4%, срок службы электрической машины снижается на 10-15%, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.

В нулевой последовательности чередование фаз отсутствует, все фазы имеют одинаковую начальную фазу. При превышении допустимого значения эта составляющая создаст повышенный ток в нулевом проводе. К нулевой последовательности относятся гармоники с номерами, кратными 3.

5. Отклонение частоты.

нормально допустимое отклонение частоты Δf (Гц) ±0,2 предельно допустимые отклонение частоты Δf (Гц) ±0,4

Отклонения частоты разность между действительным и номинальным значениями частоты:

снижение производительности электроприводов, снижение сроков службы электрических машин, искажения телевизионного изображения.

6. Провал напряжения.

Характеристикой провала напряжения является его длительность и глубина провала.

Предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях до 20 кВ включительно равно 30 сек.

Провал напряжения - внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9 U ном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд.

Длительность провала напряжения - интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.

Причина - электромагнитные переходные процессы при коротких замыканиях, коммутации электрооборудования, обрыв нулевого провода.

отключение оборудования при провалах, выход из строя при ухудшающихся условиях работы.

7. Импульсное напряжение.

Импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких миллисекунд;

Амплитуда импульса - максимальное мгновенное значение импульса напряжения;

Длительность импульса - интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.

Величина искажения напряжения при этом характеризуется показателем импульсного напряжения в вольтах, киловольтах и длительностью фронта импульса не более 5 мс. Величина импульсного напряжения стандартом не нормируется, но по статистике для грозовых и коммутационных импульсов величина напряжения при их длительности 0,5 амплитуды (мкс) может достигать: в сети 0,38 кВ - 4,5 кВ; в сети 6 кВ - 27 кВ; в сети 35 кВ - 148 кВ.

8. Временное перенапряжение.

Временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1U ном продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях.

Коэффициент временного перенапряжения - величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных: значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети.

Электрическая энергия является одним из самых распространенных товаров в процессах купли-продажи. При этом электрическая энергия отличается особыми свойствами:

Совпадением во времени процессов производства, передачи, распределения и потребления;

Зависимостью характеристик качества электрической энергии не только от процессов производства, передачи и распределения, но и от процессов потребления.

То есть, электроэнергия – это один из немногих товаров, качество которого может напрямую зависеть и от потребителя. Тем не менее, на электроэнергию как товар распространяются соответствующие требования Гражданского кодекса РФ, ФЗ «О защите прав потребителей» и др. Нормы качества электрической энергии определяются межгосударственным стандартом , руководящими документами , хотя ряд свойств электрической энергии может напрямую создавать угрозы безопасности жизни, здоровья, людей (табл. 4.1). Поэтому целесообразно нормы качества электроэнергии регламентировать специальным техническим регламентом на уровне федерального закона.

Таблица 4.1.

Ущерб потребителя при нарушении нормативов качества электроэнергии

Свойства электроэнергии	Вид ущерба
Отклонение частоты	Недовыпуск и брак продукции
Отклонение напряжения	Недовыпуск и брак продукции, сокращение срока службы электрооборудования, дополнительные потери мощности и энергии
Провал напряжения	Сбой работы электронного оборудования, брак продукции, угроза безопасности жизни человека
Импульс напряжения	Выход из строя оборудования, угроза безопасности жизни, здоровья человека
Временное перенапряжение	Выход из строя оборудования
Несимметрия трехфазной системы напряжения в 4-х проводной сети – в 3-х проводной сети	Дополнительные потери мощности и энергии, невозможность использования оборудования. Дополнительные потери мощности и энергии, сокращение срока службы и выход из строя оборудования
Несинусоидальность напряжения	Дополнительные потери мощности и энергии, сокращение срока службы электрооборудования, сбой работы и выход из строя оборудования
Колебания напряжения	Неблагоприятное воздействие на зрение человека, сбой работы и выход из строя оборудования

Есть и другие причины повышения уровня статуса норм по качеству электроэнергии. Некоторые из них:

Нормы качества электроэнергии являются обязательными для исполнения во всех режимах работы систем электроснабжения общего назначения за исключением режимов, обусловленных форс-мажорными обстоятельствами.

Нормы ГОСТ 13109-97 подлежат включению в технические условия (ТУ) на присоединение и в договорах энергоснабжения.

Требования к качеству электроэнергии в ТУ и договорах энергоснабжения для потребителей, являющихся источником ухудшения качества электроэнергии, могут быть более жесткими, чем нормы ГОСТ 13109-97.

Нормы качества электроэнергии должны применяться при проектировании и эксплуатации электрических сетей, установлении уровней помехоустойчивости и помехоэмиссии технических средств.

Нормы качества электроэнергии, установленные ГОСТ 13109-97, являются обязательными для систем электроснабжения потребителей электроэнергии, если для этих систем отсутствуют отраслевые нормативные документы.

4.2. Влияние качества электроэнергии на работу потребителей, затраты энергии и ресурсов

На практике наблюдаются отклонения параметров электрической энергии, подаваемой потребителям, от требуемых стандартизированных значений. Эти отклонения негативно влияют на работу потребителей, приводят к непроизводительным потерям энергии и материальных ресурсов. Причинами ухудшения качества электроэнергии могут являться:

короткие замыкания в распределительной сети;

аварии в электрической сети;

неравномерность распределения нагрузки у потребителя по отдельным фазам;

срабатывание средств защиты и автоматики;

электромагнитные и сетевые возмущения (переходные процессы), связанные с включением, отключением и работой мощных потребителей электроэнергии и др.

Показатели качества электрической энергии связаны с изменением напряжения, а также с условиями обеспечения нагрузок в трехфазной сети и должны соответствовать требованиям ГОСТ 13109-97 (2002) .

Рассмотрим влияние некоторых показателей качества на работу потребителей.

Отклонение напряжения от номинального значения. Отклонения напряжения от номинального значения происходят вследствие суточных, сезонных и технологических изменений электрической нагрузки потребителей, изменения мощности компенсирующих устройств, регулирования напряжения на выводах генераторов электростанций и трансформаторов на подстанциях энергосистем, а также изменения схем и параметров электрических сетей.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 (2002) устанавливаются нормально и предельно допустимые отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии, которые составляют ±5 и ±10 % номинального значения напряжения.

В первую очередь на потребителях отражается установившееся отклонение напряжения. При понижении напряжения по отношению к его номинальному значению происходит уменьшение светового потока от ламп накаливания, снижается освещенность в помещении, на рабочих местах. Так, понижение напряжения на 10 % приводит к уменьшению освещенности рабочей поверхности в среднем на 40 %, что вызывает снижение производительности труда, повышенную утомляемость персонала. Повышение напряжения для ламп накаливания также на 10 % приводит к сокращению их срока службы и вызывает избыточное освещение рабочих поверхностей, что неблагоприятно сказывается на восприятии информации с мониторов и цифровых приборов. Газоразрядные люминесцентные лампы при указанном диапазоне изменения напряжения не столь существенно изменяют светоотдачу, но увеличение напряжения на 10-15 % приводит к резкому снижению их срока службы, а понижение напряжения на 20 % вызывает отказы зажигания ламп.

Отклонение напряжения от номинального значения приводит к изменению технических показателей электропривода. Снижение напряжения на входе асинхронных двигателей способствует изменению таких механических характеристик, как электромагнитный момент, частота вращения (скольжение). При этом уменьшается производительность механизма, а при понижении напряжения до уровня, когда механический момент на валу двигателя превышает электромагнитный, запуск двигателя становится невозможным. Установлено, что при понижении напряжения на 15 % номинального значения электромагнитный момент асинхронного двигателя снижается до 72 %, а при провалах напряжения двигатель вообще может остановиться. При понижении напряжения на входе электродвигателя при той же потребляемой мощности увеличивается потребляемый ток и происходит дополнительный нагрев обмоток двигателя, что приводит к сокращению срока его службы. При работе двигателя на напряжении 0,9 номинального значения срок его службы сокращается практически вдвое.

Повышение напряжения на входе электродвигателя вызывает увеличение потребления реактивной мощности. В среднем на каждый процент повышения напряжения потребление реактивной мощности увеличивается на 3 % для двигателей мощностью 20-100 кВт и на 5-7 % для двигателей меньшей мощности.

Использование электрической энергии в электротермических установках с отклонениями напряжения изменяет технологический процесс и себестоимость производимой продукции. Выделение теплоты в электротермических системах пропорционально приложенному напряжению во второй степени, поэтому при отклонении напряжения даже на 5 % производительность может измениться на 10-20 %.

Работа электролизных установок при пониженном напряжении связана со снижением их производительности, дополнительным расходом электродных систем, повышением удельного расхода электроэнергии и себестоимости продукции, получаемой в процессе электролиза.

Понижение напряжения на 5 % номинального значения приводит, например, к снижению выпуска продукции при производстве хлора и каустической соды на 8 %. Повышение напряжения более 1,05U ном вызывает недопустимый перегрев ванн электролизера.

Колебания напряжения. Колебания напряжения происходят вследствие резкого переменного изменения нагрузки на участке электрической сети, например, из-за включения асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока, технологических установок с быстропеременным режимом работы, сопровождающимся скачками активной и реактивной мощностей, таких как привод реверсивных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи, сварочные аппараты и т.п.

Колебания напряжения часто отражаются на источниках света. Человеческий глаз начинает воспринимать колебания светового потока, вызванные колебаниями напряжения. Колебания напряжения сети отрицательно сказываются на зрительном восприятии объектов, графической и текстовой информации. От пределов изменения напряжения и частоты колебаний в этом случае зависит возникновение фликкер-эффектов (мерцание света), что связано с ухудшением условий труда, понижением его производительности и утомляемостью работников.

Колебания напряжения отрицательно сказываются на работе высокочастотных преобразователей, синхронных двигателей, на качестве работы индукционных нагревательных устройств. При изменении напряжения в сети может выпускаться бракованная продукция в текстильной и бумажной промышленности. Колебания частоты двигателей намоточных и протяжных устройств приводят к обрывам нитей и бумаги, к выпуску продукции разной толщины.

Колебания напряжения могут привести к неправильной работе защитных и автоматических управляющих систем. При изменении напряжения и его колебаниях свыше 15 % возможно отключение магнитных пускателей.

Отклонение частоты переменного напряжения сети от номинального значения. Одним из важнейших параметров электрической системы, обеспечивающей генерацию и потребление электроэнергии переменного тока, является стабильность частоты сети. Частота переменного напряжения в электрической системе определяется частотой вращения генераторов на электростанциях. В случае отсутствия баланса по выработке и потреблению электроэнергии генераторы начинают вращаться с другой частотой, что отражается на частоте сети. Таким образом, отклонение частоты сети является общесистемным показателем, характеризующим баланс мощности в системе. Для компенсации изменения частоты и напряжения в узлах сети система должна иметь резерв активной и реактивной мощностей, а также устройства регулирования, которые позволяют поддерживать отклонения режимных параметров в пределах нормированных значений. Отклонение частоты сети часто служит сигналом для увеличения выработки электроэнергии генерирующими станциями и для отключения части нагрузки во время перегрузок и при авариях с короткими замыканиями в системе. Нормализации частоты можно добиться в результате строгого соблюдения баланса генерируемой и потребляемой мощностей, исключением аварийных ситуаций и несанкционированных коммутаций на электрических станциях и подстанциях.

При изменении частоты меняется мощность металлорежущих станков, вентиляторов, центробежных насосов. Снижение частоты часто приводит к изменению производительности оборудования, а зачастую и к ухудшению качества выпускаемой продукции .

Несимметрия напряжений в трехфазной системе при неравномерном распределении нагрузки по фазам. Несимметрия напряжений обусловлена наличием мощных однофазных нагрузок, неравномерным распределением нагрузки между фазами, обрывом одного из фазных проводов.

Неодинаковые значения напряжения и тока в фазах обычно свидетельствуют о неравномерном распределении нагрузок у потребителя по отдельным фазам.

Несимметричные значения фазных напряжений приводят к тому, что в электрических сетях появляются дополнительные потери. При этом существенно сокращается срок службы асинхронных двигателей вследствие дополнительного теплового нагрева, при этом целесообразно выбирать двигатели большей номинальной мощности, чем требуемая.

Несимметрия фазных напряжений в электрических машинах переменного тока равнозначна появлению магнитных полей, векторы магнитной индукции которых вращаются в противоположном направлении с удвоенной синхронной частотой, что может нарушить технологические процессы.

При несимметрии напряжений сети, посредством которой питаются синхронные двигатели, могут дополнительно возникать опасные вибрации. При значительной несимметрии фазного напряжения вибрации могут оказаться столь существенными, что возникает опасность разрушения фундаментов, на которых устанавливаются двигатели, и нарушения сварных соединений.

Несимметрия фазных напряжений оказывает заметное влияние на работу силовых трансформаторов, вызывая сокращение срока их службы. Анализ работы трехфазных силовых трансформаторов показал, что при номинальной нагрузке и коэффициенте несимметрии токов, равном 10%, срок службы изоляции трансформаторов сокращается на 16 %.

Несинусоидальность кривой напряжения при нелинейной нагрузке. Несинусоидальность кривой напряжения равнозначна возникновению высших гармонических составляющих в питающем напряжении. Чаще всего появление высших гармоник связано с подключением оборудования с нелинейной зависимостью сопротивления нагрузки. К такому оборудованию можно отнести преобразовательные устройства (выпрямители, преобразователи, стабилизаторы), газоразрядные приборы (люминесцентные лампы), установки с прерыванием тока в технологическом процессе (электросварка, дуговые печи и др.).

Несинусоидальность кривой напряжения влияет на все группы потребителей. Это вызвано дополнительным нагревом элементов электроприемников от высших гармоник. Высшие гармоники вызывают дополнительные потери мощности в двигателях, трансформаторах, а также тепловые потери в изоляции, силовых кабелях и системах, в которых используются электрические конденсаторы, ухудшают условия работы батарей конденсаторов устройств компенсации реактивной мощности. При несинусоидальной кривой напряжения происходит ускоренное старение изоляции электрических машин, трансформаторов, конденсаторов и кабелей в результате необратимых физико-химических процессов, протекающих под воздействием высокочастотных полей, повышенного нагрева токоведущих частей сердечников и изоляции.

Таким образом, снижение качества электроэнергии приводит к ухудшению условий труда, уменьшению объемов производства, потерям ресурсов из-за ухудшения качества продукции и снижению срока службы оборудования, а также к дополнительным затратам электрической энергии.

Показатели качества электроэнергии могут быть определены с помощью специальных приборов. В результате анализа показаний этих приборов в ряде случаев можно определить и виновников ухудшения качества электроэнергии, которыми могут быть энергоснабжающая организация, потребители с переменной, нелинейной или несимметричной нагрузкой.

В настоящее время существуют устройства для улучшения качества электроэнергии. Уменьшить влияние высших гармоник на питающее напряжение удается с помощью специальных активных фильтров, которые подавляют высшие гармоники. Для равномерного распределения нагрузки применяют симметрирующие устройства, включающие в себя емкостные и индуктивные элементы.

4.3. Проверка качества работы энергоустановок

Как показано выше, от качества работы элементов энергоустановки и систем энергоснабжения зачастую зависит и состояние промышленного производства, и качество жизни населения. Качество энергоснабжения напрямую влияет на обеспечение эффективности, надежности и безопасности у энергопотребителей.

Задача энергоаудита качества – получить доказательства о фактических значениях выходных параметров (потребительских свойств) энергоустановки, энергоносителя, энергооборудования и проверить соответствие этих параметров обоснованным потребностям промышленных и бытовых потребителей, проектной и технической документации, установленным нормам и правилам, а также современному уровню технологического развития.

Основная информация о технических характеристиках электрооборудования содержится в их технических паспортах. Кроме того, стандарты предписывают производителям оборудования наносить на его поверхность номинальные параметры работы.

Рабочие характеристики оборудования, необходимые для потребителей, обычно можно почерпнуть из проектной и эксплуатационной документации на объект, в котором установлено данное оборудование.

Это же касается и систем энергоснабжения в целом, для которых должен существовать также и специализированный документ: схема энергоснабжения.

К сожалению, зачастую случается так, что найти необходимую документацию не удается, маркировка оборудования закрашена, а требования, на основе которых разрабатывался проект энергоустановки, не соответствует современным.

Качество энергоносителя фиксируется в договорах энергоснабжения и, как правило, должно подтверждаться сертификатом или гарантироваться поставщиком.

Однако то и другое у нас в стране находится пока еще в начальной стадии развития, а в договорной практике принято ограничиваться указанием только энергетических характеристик энергоносителя.

Поэтому на сегодняшний день одним из основных источников аудиторских доказательств по качественным характеристикам работы энергоустановок являются вахтенные журналы оперативного учета и контрольные измерения, выполненные самим аудитором.

Особенности энергоаудита качества рассмотрим на примере систем электроснабжения.

Качество электрической энергии, как известно,обуславливается ее пригодностью для обеспечения нормального функционирования технических средств (электрических, электронных, радиоэлектронных и других) потребителей электрической энергии.

Еще раз подчеркнем, что особенность электрической энергии, как продукции, в частности состоит в неразрывности и одновременности процессов производства и потребления, в результате чего искажающее влияние на качество энергии может быть оказано как электроприемниками потребителя, так и привнесено извне в виде конструктивной электромагнитной помехи, распространяемой по общей электрической сети. При этом источниками искажений качества электрической энергии могут быть как собственные электроприемники, так и электроприемники других потребителей, а также электротехническое оборудование электрических станций и сетей. В части терминов и определений параметров качества электрической энергии энергоаудитору следует руководствоваться ГОСТ 23875-88 .

Качество электрической энергии (КЭ) оказывает существенное влияние на надежность и экономичность работы электрооборудования. Ухудшение КЭ может привести к имущественному ущербу у потребителей (выход из строя электротехнического оборудования), нарушение работы устройств автоматики, телемеханики, связи, электронной техники, увеличение потерь электроэнергии, нерегламентируемым изменениям технологического процесса, снижению качества выпускаемой продукции, производительности труда и др. В отдельных случаях, КЭ может повлиять на безопасность жизни и здоровья людей.

Зачастую из-за неудовлетворительного КЭ оказываются бессмысленными капиталовложения в современные технологии и промышленное оборудование, требовательное к параметрам электроснабжения.

Во многом сложившиеся положение с КЭ в электрических сетях объясняется тем, что длительное время электроэнергетика России развивалась по экстенсивному пути. В первую очередь решались задачи обеспечения электроэнергией растущих потребностей промышленности, сельского и коммунально-бытового хозяйства страны, повышения надежности электроснабжения и др.

На этом этапе развития электроэнергетики обеспечение КЭ, поставляемой потребителям, не рассматривалось энергоснабжающими организациями как одна из основных задач во взаимоотношениях с ними.

В связи с этим, энергоснабжающие организации не уделяли должного внимания созданию системы управления КЭ, отпускаемой потребителям, в том числе созданию организационной структуры, разработке внутренних документов, организации системы контроля и анализа КЭ и др. Вопросы КЭ не затрагивались в договорах энергоснабжения и технических условиях на присоединение потребителей.

В настоящее время спрос на аудит КЭ постоянно повышается. Потребители электроэнергии, как юридические, так и физические лица, не желают мириться с положением, когда энергоснабжающие организации не обеспечивают качество поставляемой энергии.

В связи с этим, задачей энергетического аудита качества является не только установление степени соответствия параметров энергоносителя или энергооборудования установленным требованиям, но и выработка комплекса мероприятий, обеспечивающих стабильность поддержания требуемых показателей качества и их защиту от возможного искажения.

Квалифицированный аудит системы управления качеством электрической энергии позволит энергоснабжающим организациям улучшить качество поставляемой энергии, уменьшить убытки от претензий со стороны потребителей, повысить надежность электроснабжения и стабильность выручки.

Под системой качества энергоснабжающей организации понимают совокупность организационной структуры, методик, процессов и ресурсов энергоснабжающей организации, которая необходима для осуществления административного руководства обеспечением качества поставляемой электрической энергии.

Аудиторские проверки проводятся путем контроля производства электрической энергии и/или системы качества, а также экспертизы протоколов периодического или непрерывного контроля КЭ.

Контроль качества электрической энергии подразумевает оценку соответствия показателей установленным нормам и определение стороны виновной в ухудшении этих показателей.

Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения установлены для следующих показателей КЭ:

Отклонение частоты;

Установившиеся отклонение напряжения;

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения;

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Первые два показателя являются наиболее критичными для электропотребителей, поэтому с учетом только этих двух показателей установлена наиболее массовая процедура обязательной сертификации электрической энергии.

Определение показателей качества электрической энергии задача нетривиальная.

Большинство процессов в электрических сетях – быстротекущие, все нормируемые показатели качества электрической энергии не могут быть одномоментно измерены напрямую – их необходимо рассчитывать, а окончательное заключение можно дать только статистически обработанными результатами.

Поэтому для определения показателей КЭ необходимо выполнить большой объем измерений с высокой скоростью и одновременной математической и статистической обработкой значений этих параметров. Причем самый большой поток измерений необходим для определения несинусоидальности напряжения. Для определения всех гармоник до 40-ой включительно и в пределах допустимых погрешностей требуется выполнять измерения мгновенных значений трех междуфазных напряжений 256 раз за период (3·256·50=38400 в секунду). А для определения виновной стороны, одновременно измеряются мгновенные значения фазных токов и фазовый сдвиг между напряжением и током, только в этом случае возможно определить, с какой стороны и какой величины внесена та или иная помеха. Наиболее сложная математика задействована при оценке колебаний напряжения. ГОСТ 13109-97 нормирует эти явления для огибающей меандровой (прямоугольной) формы, а в сети колебания напряжения имеют случайный характер.

Здесь же необходимо указать на наиболее массовые причины, ухудшающие показатели КЭ:

Удаленность потребителя от центра питания;

Малое сечение проводов в высоковольтных внешних сетях, по которым поставляется электроэнергия потребителю;

Плохое качество электрических соединений во внутренней сети потребителя;

Превышение потребителями мощности электроприемников, согласованной с электроснабжающей организацией;

Самовольное подключение абонентов, не зарегистрированных в электроснабжающей организации;

Использование потребителями приемников электроэнергии с резкопеременной нагрузкой, импульсными блоками питания;

Переходные процессы в электрических сетях из-за коротких замыканий, ударов молний в элементы сети, действий систем релейной защиты и автоматики, коммутаций различного электрооборудования, обрывов нулевого провода в сетях 0,4 кВ;

Ошибочные действия персонала и ложные срабатывания средств защиты и автоматики;

Отсутствие или недостаточность централизованного регулирования напряжения, средств компенсации реактивной мощности.

При выражении мнения о способах повышения КЭ аудитору целесообразно рассмотреть эффективность следующих технических мероприятий:

1. проведение поэтапной реконструкции в самых удаленных участках распределительной электросети 6-10/0,4 кВ, где уровень напряжения недопустимо низок;

2. увеличение сечения линий электропередач;

3. присоединение к более мощной системе энергоснабжения;

4. организация работы по выявлению самовольно подключившихся к электросети абонентов;

5. периодическая перефазировка нагрузок;

6. питание мощных искажающих нагрузок от отдельной системы шин;

7. внедрение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии с контролем КЭ или автоматизированных систем управления КЭ;

8. выполнение сезонных переключений потребителей на трансформаторных подстанциях;

9. применение ЧРП или устройств плавного пуска электроприемников с большими пусковыми токами;

10.применение конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в распределительной сети;

Кроме того, важно выразить мнение по договорам энергоснабжения на предмет четкого распределения ответственности сторон за недопустимое отклонение показателей от установленных норм.

Примечание: Вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды и применимости, а также экономические аспекты обсуждаются в разделе 3.6.7

Не рассматривая неизбежные переходные процессы, приведенные на рис. 10.7, отметим, что длительное повышение или понижение питающей сети приводит к сокращению срока службы двигателей и источников питания. Понижение менее желательно из-за значительного роста тока потребления, нарушения и выхода из строя электроники и вычислительной техники. Отрицательное воздействие оказывает полное пропадание питающего напряжения. Кратковременные всплески и провалы вызываются переходными процессами в электрической системе, сопровождаясь высокочастотными помехами, приводящими к сбою электронной аппаратуры. Всплеск может привести к выходу из строя потребителя, если коммутационная и особенно защитная аппаратура не удовлетворяет требованиям по быстродействию и селективности.

Что влияет на качество электроснабжения

Негативное влияние на силовое электрооборудование и измерительные приборы оказывают длительные искажения кривой напряжения, особенно искажения напряжения, имеющие характер «зазубрин», вызванные коммутацией силовых тиристоров и диодов в мощных источниках искажения. Наиболее опасными являются искажения кривой жения через ноль. Эти искажения могут вызвать дополнительные коммутации диодов маломощных источников питания, ускорение старения конденсаторов, сбой компьютеров и принтеров и другой аппаратуры.

Проблема качества в отечественных электрических сетях очень специфична. Во всех промышленно развитых странах подключение мощных нелинейных нагрузок, искажающих форму кривых тока и электрической сети, допускается только при соблюдении требований по обеспечению качества электроэнергии и при наличии соответствующих корректирующих устройств. При этом суммарная мощность вновь вводимой нелинейной нагрузки не должна превышать 3…5% от мощности всей нагрузки энергокомпании. Иная картина наблюдается в нашей стране, где такие потребители подключаются достаточно хаотично.

Выдача технических условий на присоединение во многом формальна из-за отсутствия четких методик и массовых сертифицированных приборов, фиксирующих «кто виноват». При этом промышленностью практически не выпускались необходимые фильтрокомпенсирующие, симметрирующие, многофункциональные оптимизирующие устройства и др.

В результате электрические сети России оказались перенасыщенными искажающим оборудованием.

В отдельных регионах сформировались уникальные по своей мощности и степени искаженности кривых тока и комплексы электрических сетей энергосистем и распределительных сетей потребителей, что существенно обострило проблему электроснабжения потребителей качественной электроэнергией.

Для определения соответствия значений измеряемых показателей качества электроэнергии нормам стандарта, за исключением длительности провала напряжения, импульсного напряжения, коэффициента временного перенапряжения, устанавливается минимальный интервал времени измерений, равный 24 ч, соответствующий расчетному периоду. Общая продолжительность измерений ПКЭ должна быть выбрана с учетом обязательного включения характерных для измеряемых ПКЭ рабочих и выходных дней. Рекомендуемая общая продолжительность измерения составляет 7 сут. Сопоставление ПКЭ с нормами стандарта необходимо производить за каждые сутки общей продолжительности измерений отдельно для каждого ПКЭ. Кроме того, измерения ПКЭ следует проводить по требованию энергоснабжающей организации или потребителя, а также до и после подключения нового потребителя.

Методов повышения качества электроэнергии

Существуют три основные группы методов повышения качества электроэнергии :

1. рационализация электроснабжения, заключающаяся, в частности, в повышении мощности сети, в питании нелинейных потребителей повышенным напряжением;
2. улучшение структуры 1УР, например обеспечение номинальной загрузки двигателей, использование многофазных схем выпрямления, включение в состав потребителя корректирующих устройств;
3. использование устройств коррекции качества - регуляторов одного или нескольких показателей качества электроэнергии или связанных с ними параметров потребляемой мощности.

Экономически наиболее предпочтительной является третья группа, так как изменение структуры сети и потребителей ведет к значительным затратам.

Проектирование же новых сетей потребителей необходимо вести с учетом современных требований к качеству, ориентируясь на разработку регуляторов качества электроэнергии различных типов. Целенаправленное воздействие на изменение одного вида искажений вызывает косвенное воздействие на другие виды искажений. Например, компенсация колебаний напряжениявызывает снижение уровней гармоник и приводит к изменению отклонений напряжения.

Отклонения являются медленными и вызываются или изменением уровня в центре питания, или потерями в элементах сети (рис. 10.8). требования по отклонениям для последних электроприемников не выполняются изза значительных потерь в кабельной линии и на шинах питания. суммарные потери л /ц.п, %, определяют по выражению:

Анализируя эпюру (см. рис. 10.8), можно сделать вывод, что обеспечить требования по отклонениям можно за счет регулирования в центре питания (гпп, рп) и путем снижения потерь в элементах сети.

Регулирование реализуется с помощью изменения коэффициента трансформации питающего трансформатора. для этого трансформаторы оснащаются средствами регулирования под нагрузкой (рпн) или имеют возможность переключения отпаек регулировочных ответвлений без возбуждения (пбв), т. е. с отключением их от сети на время переключения ответвлений. трансформаторы с рпн позволяют регулировать в диапазоне от ±10 до ±15 % с дискретностью 1,25…2,50%. трансформаторы с пбв обычно имеют регулировочный диапазон ±5 %.

Снижение потерь в питающих линиях или кабелях может быть реализовано за счет снижения активного и (или) реактивного сопротивления. Снижение сопротивления достигается путем увеличения сечения проводов или применением устройств продольной компенсации (УПК).

Продольная емкостная компенсация параметров линии заключается в последовательном включении конденсаторов в рассечку линии, благодаря чему ее реактивное сопротивление уменьшается: Х’л= XL ХC< Хл.

Колебания в системе электроснабжения промышленного предприятия вызываются набросами реактивной мощности нагрузок. В отличие от отклонений колебания происходят значительно быстрее. Частоты повторения колебаний достигают 10… 15 Гц при скоростях набросов реактивной мощности до десятков и даже сотен мегавар в секунду. Размах колебаний напряжений

Из выражения (10.33) следует, что для снижения bU, необходимо уменьшить Хкз или набросы реактивной мощности нагрузки QH, для снижения которых должны применяться быстродействующие источники реактивной мощности, способные обеспечить скорости набросов реактивной мощности, соизмеримые с характером изменения нагрузки. При этом выполняется условие

Подключение ИРМ приводит к снижению амплитуд колебаний результирующей реактивной мощности, но увеличивает их эквивалентную частоту. При недостаточном быстродействии применение ИРМ может привести даже к ухудшению положения.

Для снижения влияния резкопеременной нагрузки на чувствительные электроприемники применяют способ разделения нагрузок, при котором наиболее часто применяют сдвоенные реакторы, трансформаторы трехобмоточные, с расщепленной обмоткой или питают нагрузки от различных трансформаторов. Эффект использования сдвоенного реактора основан на том, что коэффициент взаимоиндукции между обмотками сдвоенного реактора не равен нулю, а падение напряжения, уменьшающееся на 50…60 % за счет магнитной связи обмоток реактора, в каждой секции определяется по формулам:

где Км - коэффициент взаимоиндукции между обмотками секций реактора; XL - индуктивное сопротивление секции обмотки реактора.

Трансформаторы с расщепленной обмоткой позволяют подключать к одной ветви обмотки низшего резкопеременную нагрузку (источник искажений), а к другой - стабильную. Связь между изменениями в обмотках определяется по выражению

Снижение несимметрии напряжении достигается уменьшением сопротивления сети токам обратной и нулевой последовательностей и снижением значений самих токов. Учитывая, что сопротивления внешней сети (трансформаторов, кабелей, линий) одинаковы для прямой и обратной последовательностей, снизить эти сопротивления возможно лишь путем подключения несимметричной нагрузки к отдельному трансформатору.

Основным источником несимметрии являются однофазные нагрузки. При соотношении между мощностью короткого замыкания в узле сети SK 3 к мощности однофазной нагрузки больше 50 коэффициент обратной последовательности обычно не превышает 2 %, что соответствует требованиям ГОСТ.

Снизить несимметрию можно, увеличив SK3 на зажимах нагрузки. Это достигается, например, подключением мощных однофазных нагрузок через собственный трансформатор на шины 110 - 220 кВ. Снижение систематической несимметрии в сетях низкого осуществляется рациональным распределением однофазных нагрузок между фазами с таким расчетом, чтобы сопротивления этих нагрузок были примерно равны между собой. Если несимметрию не удается снизить с помощью схемных решений, то применяются специальные устройства.

В качестве таких симметрирующих устройств применяют несимметричное включение конденсаторных батарей (рис. 10.9, а) или специальные схемы симметрирования (рис. 10.9, б) однофазных нагрузок.

Если несимметрия меняется по вероятностному закону, тодля ее снижения применяются автоматические симметрирующие устройства, в схемах которых конденсаторы и реакторы набираются из нескольких небольших параллельных групп и подключаются в зависимости от изменения тока или обратной последовательности (недостаток - дополнительные потери в реакторах). Ряд устройств основан на базе применения трансформаторов, например трансформаторов с вращающимся магнитным полем, представляющим собой несимметричную нагрузку, или трансформаторов, позволяющих осуществить пофазное регулирование напряжения.

Как уменьшить несинусоидальность напряжения

Снижение несинусоидального достигается:

• схемными решениями: выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин; рассредоточение нагрузок по различным узлам питания с подключением параллельно им электродвигателей; группировка преобразователей по схеме умножения фаз; подключение нагрузки к системе с большей мощностью SK 3;
• использованием фильтровых устройств: включение параллельно нагрузке узкополосных резонансных фильтров; включение фильтрокомпенсирующих устройств; применение фильтросимметрирующих устройств; применение ИРМ, содержащих фильтрокомпенсирутощие устройства;
• применением специального оборудования, характеризующегося пониженным уровнем генерации высших гармоник: использование «ненасыщающихся» трансформаторов; применение многофазных преобразователей с улучшенными энергетическими показателями.

Развитие современной базы силовой электроники и методов высокочастотной модуляции привело к созданию устройств, улучшающих качество электроэнергии - активных фильтров, подразделяемых на последовательные и параллельные, на источники тока и напряжения. Это привело к получению четырех базовых схем (рис. 10.10).

В качестве накопителя энергии в преобразователе, служащем источником тока, используется индуктивность, а в преобразователе, служащем источником напряжения, используется емкость. Схема замещения силового резонансного фильтра приведена на рис. 10.11.

Сопротивление фильтра Z на частоте со равно При XL = Хс на частоте со наступает резонанс напряжений, означающий, что сопротивление фильтра для гармонической составляющей с частотой со равно 0.

При этом гармонические составляющие с частотой со будут поглощаться фильтром и не будут проникать в сеть. На этом явлении основан принцип построения резонансных фильтров.

В сетях с нелинейными нагрузками возникают, как правило, гармоники канонического ряда, порядковый номер которых v = 3, 5, 7,… Уровни гармоник с таким порядковым номером обычно убывают с увеличением частоты. Поэтому на практике применяют цепочки из параллельно включенных фильтров, настроенных на 3, 5, 7 и 11ю гармоники. Такие устройства называются узкополосными резонансными фильтрами. Если XL и Хс - сопротивление реактора и конденсаторной батареи на основной частоте, то, используя выражение (10.38), получаем

Фильтр, который помимо фильтрации гармоники будет генерировать реактивную мощность и компенсировать потери мощности в сети и напряжения, называется фильтрокомпенсирующим (ФКУ).

Если устройство помимо фильтрации высших гармоник выполняет функции симметрирования напряжения, то такое устройство называется филыросимметрирующим (ФСУ). Конструктивно ФСУ представляют собой несимметричный фильтр, включенный на линейное сети. Выбор линейных напряжений, на которые подключаются фильтрующие цепи ФСУ, а также соотношения мощностей конденсаторов*, включенных в фазы фильтра, определяются условиями симметрирования напряжения.

Таким образом, устройства типа ФКУ и ФСУ воздействуют одновременно на несколько показателей (несинусоидальность, несимметрия, отклонения напряжения). Такие устройства для повышения качества электрической энергии получили название многофункциональных оптимизирующих устройств (рис. 10.12). Целесообразность их разработки заключается в том, что резкопеременные нагрузки типа ДСП вызывают одновременное искажение по ряду показателей, что и потребовало комплексного решения проблемы.

К категории таких устройств относятся быстродействукшше статические источники реактивной мощности. По принципу регулирования реактивной мощности их можно подразделить на ИРМ прямой и косвенной компенсации. Такие устройства, обладая высоким быстродействием, позволяют снижать колебания напряжения. Пофазное регулирование и наличие фильтров обеспечивают симметрирование и снижение уровней высших гармоник.

При разработке стратегии повышения качества электроэнергии в электрических сетях и обеспечения условий электромагнитной совместимости следует учитывать, что для исправления положения необходимы значительные материальные ресурсы и достаточно продолжительный период времени. Разработка всего комплекса мероприятий требует технической и экономической оценки последствий пониженного качества, что затруднено в силу следующих обстоятельств:

• воздействие качества электроэнергии на качество и количество выпускаемой продукции, а также на сроки службы электроприемников носит интегральный характер; изменения большинства показателей качества во времени являются стохастическими в силу их за висимости от режимов работы большого числа электроприемников;
• последствия пониженного качества электроэнергии часто проявляются в окончательном продукте, на качественные и количественные характеристики которого воздействуют и другие факторы;
• отсутствие данных отчетного характера, позволяющих установить причинноследственные связи между реальными показателями качества, с одной стороны, и работой электрооборудования и качеством выпускаемой продукции - с другой;
• слабая оснащенность отечественных электрических сетей средствами измерения показателей качества электроэнергии.

Тем не менее для обеспечения требуемых ГОСТ 13109 - 97 показателей необходимо выполнение комплекса организационных и технических мероприятий, направленных на установление причин и источников нарушений и заключающихся в индивидуальном и централизованном подавлении помех с обеспечением повышенной помехозащищенности чувствительных к искажениям электроприемников.

В типовом договоре энергоснабжения детально прописаны обязательства поставщика. Одно из них касается показателей качества электроэнергии. Будет полезным узнать, что конкретно подразумевается под этим термином, о каких показателях идет речь, а также получить информацию о действующих нормативных документах. Эти сведения позволят грамотно составить претензию к поставщику, если качество электроэнергии не отвечает установленным требованиям стандарта ГОСТ.

Что такое качество электроэнергии?

Для каждого типа электрической сети установлены определенные характеристики (параметры качества). Соответствие между ними и действительными значениями определяет качество электрической энергии.

Изменения ПКЭ могут возникнуть вследствие потерь электроэнергии при передаче на расстояние, увеличением потребляемой нагрузки, электромагнитных явлений и т.д.

Для оценки качества электричества осуществляются замеры основных показателей КЭ. Подробно они расписаны в нормах ГОСТа 13109-97, а также в его новой редакции 13109 99, приведем выдержки с кратким описанием каждого показателя.

Основные показатели качества электроэнергии

Поскольку идеального соответствия номинальным параметрам добиться невозможно, в нормировании показателей предусмотрены отклонения. Они могут быть допустимыми и предельно допустимыми. Ниже перечислены основные показатели качества и указаны приемлемые нормы для каждого из них

Отклонение напряжения

Данный показатель определяется при помощи специального коэффициента, характеризующего установившиеся отклонения по отношению к номинальным. Для расчета используется следующая формула: δU уст = 100% * (U т — U н)/ Uн, где U т – текущий показатель, U н – номинальный. Измерения показателей качества производится на приемниках электроэнергии. Осцилограмма данного процесса представлена ниже.

Рис. 1. Установившееся отклонение и колебания напряжения

Такие отклонения качества характерны при существенных изменениях нагрузки или больших потерях в процессе передачи электроэнергии. Допустимыми считаются показатели при U уст не более 5,0%, предельно допустимые – 10,0%.

Колебания напряжения

Данный параметр характеризует временные отклонения амплитуды колебаний электротока. Осцилограмма процесса представлена на рисунке 1. Это составной параметр качества электроэнергии, поскольку для характеристики колебаний напряжения необходимо учитывать:

• размах изменений;
• дозу колебаний (частоту повторений) ;
• длительность отклонений.

Для первых двух пунктов необходимо дать небольшие пояснения.

Размах изменения напряжения.

Данный параметр качества электроэнергии описывается разностью между максимальными и минимальными отклонениями. Коэффициент размаха определяется следующей формулой: (U Pmax — U Pmin)/U ном, где U Pmax – максимальная величина размаха, U Pmin – минимальная, U ном – номинальное значение. Допустимое значение для коэффициента размаха – не более 10%.

Доза колебаний напряжения.

Данный критерий служит для описания частоты, с которой происходят отклонения. Следует учитывать, что если временной период между колебаниями меньше 30,0 миллисекунд, то их необходимо рассматривать как одно отклонение.

Для расчета используется следующее выражение: F повт = m/T , при этом m определяет количество изменений за определенный временной период измерений – Т, равный 10-ти минутам. Нормы этого показателя напрямую связаны с дозой фликера, она будет описана ниже.

Отклонение частоты

В системах общего назначения для этого параметра установлено значение 50,0 Гц. Нормы стандарта допускают увеличение или уменьшение частоты на 2,0% или 4,0% (допустимые и предельные показатели, соответственно). Превышение допустимых отклонений частоты приводит выходу из строя импульсных БП, сбоям в работе электрогенераторов.

Доза фликера

Данный параметр описывает влияние на человека, производимое мерцанием источников света по причине изменения амплитуды электротока. Измерения производятся при помощи специальных приборов, определяющих допустимое мерцание.

Коэффициент временного перенапряжения

Эта характеристика определяет насколько текущая амплитуда выше предельно допустимого порога. Такие отклонения характерны при КЗ или коммутационных процессах. Случайный характер отклонений не позволяет нормировать показатель, но собранная статистика используется при определении качества электроэнергии однофазной или трехфазной сети.

Провал напряжения

Под этим параметром подразумевается значительное снижение амплитуды (более 10,0% от номинального), с последующим восстановлением. Причиной провалов напряжения может быть КЗ, резкое увеличение нагрузки.

Характеристики для данного показателя качества электроэнергии описываются следующими составляющими:

• Глубина «проседания» напряжения, в некоторых случаях она может стремиться к нулю.
• Количеством отклонений за определенный промежуток времени.
• Продолжительностью.

Последнее требует пояснения.

Длительность провала напряжения.

По этому критерию можно судить как о качестве, так и надежности электроснабжения. «Проседание» с минимальной продолжительностью может не вызвать сбоев в работе электрических и электронных устройств. При длительности в несколько секунд, велика вероятность отключения оборудования с электрическими или электронными схемами управления. Помимо этого возрастает реактивная составляющая электродвигателей, что приводит к снижению коэффициента мощности.

В связи со случайной природой явления, его нормирование не предусмотрено.

Импульсное напряжение

Проявляется в виде краткосрочного (до 10-ти миллисекунд) увеличения амплитуды электроэнергии. Вызвать такой резкий скачок могут коммутационные процессы или грозовые разряды. Поскольку такие состояния сети носят случайный характер, нормирование импульсов не предусмотрено.

Для описания высокочастотных импульсов используются следующие характеристики:

• Параметр максимальной амплитуды. В сетях до 1-го кВ, при прямом попадании разряда молнии, амплитуда выброса может достигать 6-ти кВ.
• Длительность. Продолжительность высокоамплитудного (грозового) импульса, как правило, не превышает нескольких миллисекунд.

Несимметрия напряжений в трехфазной системе

К такому явному ухудшению качества электроэнергии может привести неправильно распределенная нагрузка между фазами одной цепи, КЗ на землю, обрыв нейтрали, подсоединение потребителя с несимметричной нагрузкой.

В связи с этим установлено требование, согласно которому разница нагрузки между фазами одной цепи не должна быть более 30,0% в пределах одного электрощита и 15,0% в начальной точке питающей линии.

Для определения показателей несимметрии используются коэффициенты нулевой и обратной последовательностей. Первый рассчитывается по формуле: К нп = 100% * U нп / U ном, второй: Коп = 100% * U оп / U ном, где U нп – амплитуда нулевой последовательности, U оп — обратной.

Согласно установленным нормам регулирования напряжения в сетях до 1-го кВ значение U нп и U оп должны быть не более 2% и 4% (допустимое и предельное значения).

Несинусоидальность формы кривой напряжения

Рис 5. Гармоника высокого порядка

Причина такого отклонения – подключение к сети потребителя с нелинейной ВАХ. Характерный пример – преобразователь на тиристорах.

Рис. 6. Гармоника третьего порядка

Для описания данного отклонения от качественных показателей используется коэффициент синусоидальных искажений, который определяется формулой Kи = ⎷ ∑U N 2 / U ном * 100%, где U – амплитуда гармоник.

Допустимые и предельно допустимые нормы, характеризующие качественную или некачественную электроэнергию для различных сетей, приведены в таблице ниже.

Как проверить и измерить качество электрической энергии?

Прежде, чем приступать к измерениям, определяющим качество электрсети, следует принять во внимание, что ПКЭ должны быть зафиксированы представителями поставщика электроэнергии. По результатам проверки составляется акт, на основании которого можно предъявлять претензию.

Для проверки всех характеристик электроэнергии на соответствие требованиям ГОСТ 53144-2013, ГОСТ Р 54149-2010 и другим нормативным документам, потребуется специальная измерительная техника. Но часть основных показателей можно измерить, используя обычный мультиметр или определить несоответствие по косвенным признакам.

Как самостоятельно выявить снижение качества электроэнергии?

Перечислим показатели, которые можно проверить, используя мультиметр в режиме измерения переменного напряжения:

1. Устоявшееся отклонение.
2. Перенапряжение (включая перекос фаз).
3. Провалы.

Второй и третий пункт довольно условны, длительность искажения может быть недостаточной для реакции прибора, а перепады напряжения будет сложно отличить от перенапряжений и провалов.

К косвенным методам определения качества электроэнергии относится анализ состояния сети по работе лампы с нитью накала. Слишком яркое свечение укажет на повышенное напряжение, тусклое – будет свидетельствовать о «проседании», мигание засвидетельствует перепады.

Нехарактерная работа электрооборудования также свидетельствует о недостаточном качестве электроэнергии. Например, компрессор холодильника постоянно функционирует, нестабильная работа электроники, самопроизвольное отключение бытовой техники, все это указывает на недостаточное напряжение в бытовой сети. Превышение напряжения вызовет срабатывание реле защиты, если оно было установлено.