Раздел №14-2. Качество электрической энергии

Виновники ухудшения качества электрической энергии

Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения качества электрической энергии приведены в таблице 1:

Таблица 1. Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения качества электрической энергии.

Свойства электрической	Показатель КЭ				Наиболее вероятные
					виновники ухудшения КЭ
					Энергоснабжающая
Отклонение напряжения	Установившееся отклонение напряже-
	ния δU y				организация
					Потребитель с
Колебания напряжения	Размах изменения напряжения δU t
	Доза фликера P t				переменной нагрузкой
					Потребитель с
Несинусоидальность	Коэффициен	искажения
	соидальности кривой		напря-жения K v		нелинейной нагрузкой
	Коэффициент n-ой гармонической
	составляющей напряжения K U(i)
					Потребитель с несиммет-
Несимметрия	Коэффициент		несимметрии
трехфазной системы	напряжений			обратной	ричной нагрузкой
напряжений	последовательности K 2U Коэффициент
	несимметрии напряжений по нулевой
	последовательности K 0U
					Энергоснабжающая
Отклонение частоты	Отклонение частоты ∆f
					организация
					Энергоснабжающая
Провал напряжения	Длительность провала напряжения ∆t п
					организация
					Энергоснабжающая
Импульс напряжения	Импульсноенапряжение U имп
					организация
					Энергоснабжающая
Временное	Коэффициент временного
перенапряже-ние	перенапряженияK перU				организация

От электрических сетей систем электроснабжения общего назначения питаются электроприемники различного назначения, рассмотрим промышленные электроприемники.

Наиболее характерными типами электроприемников, широко применяющимися на предприятиях различных отраслей промышленности, являются электродвигатели и установки электрического освещения. Значительное распространение находят электротермические установки, а также

вентильные преобразователи, служащие для преобразования переменного тока в постоянный. Постоянный ток на промышленных предприятиях применяется для питания двигателей постоянного тока, для электролиза, в гальванических процессах, при некоторых видах сварки и т. д.

Установки электрического освещения с лампами накаливания, люминесцентными, дуговыми, ртутными, натриевыми, ксеноновыми применяются на всех предприятиях для внутреннего и наружного освещения, для нужд городского освещения и т.д. Лампы накаливания характеризуются номинальными параметрами: потребляемой мощностью P ном , световым потоком

F ном , световой отдачей η ном (равной отношению излучаемого лампой светового потока к ее мощности) и средним номинальным сроком службы T ном .Эти показатели в значительной мере зависят от напряжения на выводах ламп накаливания. Изменения напряжения приводят к соответствующим изменениям светового потока и освещенности, что, в конечном итоге, оказывает влияние на производительность труда и утомляемость человека.

Вентильные преобразователи в силу специфики их регулирования являются потребителями реактивной мощности (коэффициент мощности вентильных преобразователей прокатных станов колеблется от 0,3 до 0,8), что вызывает значительные отклонения напряжения в питающей сети. Обычно имеют систему автоматического регулирования постоянного тока путем фазового управления. При повышении напряжения в сети угол регулирования автоматически увеличивается, а при понижении напряжения уменьшается. Повышение напряжения на 1 % приводит к увеличению потребления реактивной мощности преобразователем примерно на 1-1,4 %, что приводит к ухудшению коэффициента мощности. Высшие гармоники напряжения и тока неблагоприятно влияют на электрооборудование, системы автоматики, релейную защиту, телемеханику и связь. Появляются дополнительные потери в электрических машинах, трасформаторах и сетях, затрудняется компенсация реактивной мощности с помощью батарей конденсаторов, сокращается срок службы изоляции электрических машин. Коэффициент несинусоидальности

при работе тиристорных преобразователей прокатных станов может достигать значения более 30 % на стороне 10 кВ питающего их напряжения, на симметрию напряжения в силу симметричности их нагрузок вентильные преобразователи не влияют.

Электросварочные установки могут являться причиной нарушения нормальных условий работы для других электропотербителей. В частности, сварочные агрегаты, мощность которых в настоящее время достигает 1500 кВт в единице, вызывают значительно большие колебания напряжения в электрических сетях, чем, например, пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, эти колебания напряжения происходят длительно и с широким диапазоном частот, в том числе и в самом неприятном для установок электрического освещения диапазоне (порядка 10 Гц). Электросварочные установки переменного тока дуговой и контактной сварки представляют собой однофазную неравномерную и несинусоидальную нагрузку с низким коэффициентом мощности: 0,3 для дуговой сварки и 0,7 для контактной. Сварочные трансформаторы и аппараты малой мощности подключаются к сети 380/220 В, более мощные - к сети 6 – 10 кВ.

Электротермические установки в зависимости от метода нагрева делятся на группы: дуговые печи, печи сопротивления прямого и косвенного действия, электронные плавильные печи, вакуумные, шлакового переплава, индукционные печи. Данная группа электропотребителей также оказывает неблагоприятное влияние на питающую сеть, например, дуговые печи, которые могут иметь мощность до 10 МВт, в настоящее время сооружаются как однофазные. Это приводит к нарушению симметрии токов и напряжений. Кроме того они приводят к несинусоидальности токов, а, следовательно, и напряжений.

Основными потребителями электроэнергии в промышленных прдприятиях являются асинхронные электродвигатели. Отклонение напряжения от допустимых норм влияет на частоту их варщения, на потери активной и реактивной можности (снижение напряжения на 19 %

номинального вызывает увеличение потерь активной мощности на 3 %; повышение напряжения на 1 % приводит к росту потребления реактивной мощности на 3 %). Качественно отличается действие несимметричного режима по сравнению с симметричным. Особое значение имеет напряжение обратной последовательности. Сопротивление обратной последовательности электродвигателей примерно равно сопротивлению заторможенного двигателя и, следовательно, в 5÷8 раз меньше сопротивления прямой последовательности. Поэтому даже небольшая несимметрия напряжений вызывает значительные токи обратной последовательности. Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора (особенно массивных частей ротора), что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. Так, срок службы полностью загруженного асинхронного двигателя, работающего при несимметрии напряжения 4%, сокращается в 2 раза.

Способы и средства улучшения качества электрической энергии

Соответствие ПКЭ требованиям ГОСТ достигается схемными решениями или применением специальных технических средств. Выбор данных средств производится на основании технико-экономического обоснования, при этом задача сводится не к минимизации ущерба, а к выполнению требований ГОСТ.

Для улучшения всех ПКЭ целесообразно подключение электроприёмников с усложнёнными режимами работы к точкам ЭЭС с наибольшими значениям мощности КЗ. При выборе схемы электроснабжения предприятия учитывают ограничение токов КЗ до оптимального уровня с учётом задачи повышения ПКЭ.

Для снижения влияния на «спокойную» нагрузку вентильных электроприёмников и резкопеременной нагрузки, подключение таких приёмников выполняют на отдельные секции шинопроводы подстанций с трансформаторами с расщеплённой обмоткой или со сдвоенными реакторами.

Возможности улучшения каждого ПКЭ.

1. Способы снижения размахов колебаний частоты:

1.1 увеличение мощности КЗ в точке присоединения приёмников с резкопеременной и «спокойной» нагрузок;

1.2 питание резкопеременной и «спокойной» нагрузок через отдельные ветви расщеплённых обмоток трансформаторов.

2. Мероприятия для поддержания уровней напряжений в допустимых пределах:

2.1. Рациональное построение СЭС путём применения повышенного напряжения для линий питающих предприятие; использование глубоких вводов; оптимальная загрузка трансформаторов; обоснованное применение токопроводов в распределительных сетях.

2.2. Использование перемычек на напряжение до 1 кВ между цеховыми

2.3 Снижение внутреннего сопротивления СЭС предприятия включением на параллельную работу трансформаторов ГПП, если токи КЗ не превышают допустимых значений для коммутационнозащитной аппаратуру.

2.4 Регулирование напряжения генераторов собственных источников питания.

2.5 Использование регулировочных возможностей синхронных двигателей с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

2.6 Установка автотрансформаторов и устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) у силовых двухобмоточных трансформаторов.

2.7 Применение компенсирующих устройств.

3. Снижение колебания напряжения достигается путём использования:

3.1 сдвоенных реакторов мощность резкопеременной нагрузки, которую можно подключить к одной ветви реактора, определяют

по выражению	S р.н =			δU t			Где д U t	− колебания напряжения
			u к.з.		50x в
			S н.т.		U н 2

на шинах, подключённых к одной ветви реактора при работе резкопеременной нагрузки, подключённой к другой ветви; u к.з. −

напряжение короткого замыкания трансформатора, к которому подключён сдвоенный реактор; S н.т. − номинальная мощность трансформатора; x в − сопротивление ветви реактора; U н −

номинальное напряжение сети.

3.2 трансформаторов с расщеплённой обмоткой максимальную мощность резкопеременной нагрузки, подключённой к одной обмотке, определяют по формуле S р.н = 0,8 S н.т. δ U t .

3.3 установка быстродействующих статических компенсирующих устройств.

4. Способы борьбы с высшими гармониками:

4.1 Увеличение числа фаз выпрямителя.

4.2 Установка фильтров или фильтрокомпенсирующих устройств.

5. Методы борьбы с несимметрией (не требующие применения специальных устройств):

5.1 Равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам.

5.2 Подключение несимметричных нагрузок на участки сети с большей мощностью К.З или увеличение мощности КЗ.

5.3 Выделение несимметричных нагрузок на отдельные трансформаторы.

5.4 Использование специальных приёмов для устранения несимметрии: 5.4.1 Замена трансформаторов со схемой соединения обмоток Y - Y 0

на трансформаторы со схемой соединения ∆ - Y 0 (в сетях до

1 кВ). При этом токи нулевой последовательности, кратные трём, замыкаясь в первичной обмотке, уравновешивают систему, и сопротивление нулевой последовательности резко

уменьшается.

5.4.2 Т.к. сети 6-10 кВ выполняются обычно с изолированной нейтралью, то снижение несимметричных составляющих достигается применением конденсаторных батарей (используемых для поперечной компенсации), включаемых в несимметричный или неполный треугольник. При этом распределение суммарной мощности БК между фазами сети выполняют таким образом, чтобы создаваемый ток обратной последовательности был близок по значению току обратной последовательности нагрузки.

5.4.3 Эффективным средством является использование нерегулируемых устройств, например, устройства симметрирования однофазной нагрузки, построенного на основе схемы Штейнметца.

В случае если Z н = R н , то

		симметрирование
наступает				выполнении
Q L = Q C =				где R н
активная				мощность
Схема симметрирования
нагрузки.
однофазной нагрузки
			R н + j ωL ,
Штейнметца				нагрузке
параллельно
подключают БК, которая на
				показана
пунктиром.

В текстовой части проекта электроснабжения необходимо давать описание электроприемников с указанием требуемой для них категории электроснабжения и описанием мероприятий по обеспечению данной категории.

Требования к надежности электроснабжения.

Все потребители электрической энергии делятся на 3 категории надежности электроснабжения в соответствии с гл. 1.2 ПУЭ.

Первая категория - в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. (см. также первая особая категория).

Данные категории электроснабжения определены в нормативных документах касаемо каждого отдельного вида оборудования или объекта (здания, сооружения, механизма). Техническими условиями, выданными сетевой организацией определяется категория электроснабжения, которую обеспечивает сетевая организация, со своей стороны. На основании локальных нормативных документов, в которых определена категория надежности конкретного вида электроприемника проводится сравнение. Если категория электроснабжения по ТУ ниже, чем требуется в нормативных документах, то необходимо предусмотреть мероприятия по обеспечению требуемой категории установкой дополнительных источников электрической энергии - аккумуляторных батарей, дизельных генераторов.

В связи с заменой ГОСТ 13109-97 на ГОСТ 32144-2013. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения и введением ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (МЭК 60364-5-52:2009) Электроустановки низковольтные. Выбор и монтаж электрооборудования. изменились првычние для проектировщиков требования к потерям напряжения в электрических сетях, а так же к расчету потери напряжения.

Приведем пример пункта из Пояснительной записки:

Приборы пожарно-охранной сигнализации, система оповещения о пожаре, противопожарные устройства, ВЗУ, аварийное освещение отнесены к I категории. Обеспечивается устройством АВР, ИБП

Для обеспечения второй категории надежности на площадке карантинник используется однотрансформаторная подстанция с вводом в здание двух кабелей от ТП и ДГУ.

Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. В связи с этим в светильники аварийного освещения применяются с блоками аварийного питания. Так же блоки аварийного питания встраиваются в щиты управления микроклиматом и приборов ОПС и системы оповещения о пожаре.

Качество электроэнергии требуется выражать количественными показателями для оценки питающей сети. Провайдеры обязаны поддерживать соответствие ГОСТам таких характеристик, как колебание напряжения и частоты. В зависимости от подключенных потребителей значения основных показателей меняются, что может при значительных их отклонениях приводить к выходу из строя бытовых приборов.

Что влияет на характеристики питающей сети?

Качество электроэнергии зависит от огромного числа факторов, изменяющих показатели сверх установленных нормативами пределов. Так, напряжение может оказаться завышенным из-за аварии на подстанции. Заниженные значения появляются в вечернее время суток или в летний сезон, когда люди возвращаются домой и включают телевизоры, электрические плиты, сплит-системы.

Качество электроэнергии согласно ГОСТам может незначительно колебаться. В очень плохих питающих сетях потребителям приходится пользоваться стабилизаторами напряжения. Контроль над характеристиками возложен на Роспотребнадзор, куда можно обращаться при возникающих несоответствиях.

Качество электроэнергии может зависеть от следующих факторов:

• Суточных колебаний, связанных с неравномерным подключением потребителями либо с влиянием приливов и отливов на морских станциях.
• Изменениями воздушной среды: влажности, образование льда на питающих проводах.
• Изменением ветра, когда питание вырабатывают ветровики.
• Качеством проводки, со временем она изнашивается.

Зачем нужны основные характеристики питающей сети?

Количественная величина и погрешности отклонения параметров устанавливаются согласно ГОСТ. Качество электроэнергии прописано в документе 32144-2013. Потребовалось узаконить эти показатели из-за риска возгорания приборов потребителя, а также нарушения функционирования электроприборов чувствительных к перепадам напряжения установок. Последние устройства распространены в медицинских учреждениях, научных центрах, на военных объектах.

Электроэнергии обновлены в 2013 году в связи с развитием рынка сбыта энергии и появлением новых электронных устройств. Рассматривать электричество в рамках его поставки следует как продукцию, соответствующую определённым критериям. При отклонении установленных характеристик к провайдерам может применяться административная ответственность. Если же по вине колебаний входящего напряжения пострадали или могло пострадать люди, то может возникнуть уже уголовная ответственность.

Что происходит с потребителями при отклонении нормальных режимов питания?

Параметры качества электроэнергии влияют на длительность работы подключаемых устройств, часто это становится критично на производствах. Падает производительность линий, увеличивается Так на валу двигателей снижается вращающий момент при падении значений показателей питающей сети. Укорачивается срок службы ламп освещения, световой поток ламп становится меньше либо мерцает, что сказывается на выпускаемой продукции в теплицах. Существенное влияние оказывается на процессы других биохимических реакций.

Согласно законам физики снижение напряжения при неизменной нагрузке на валу двигателя приводит к стремительному росту тока. Это, в свою очередь, приводит к сбоям в работе защитных выключателей. В результате плавится изоляция, в лучшем случае горят в худшем безвозвратно портятся обмотки двигателей, элементы электроники. При аналогичных обстоятельствах электросчетчик начинает вращаться с большей скоростью. Хозяин помещения терпит убытки.

Критерии оценки питающей сети

Что же содержит ГОСТ? Качество электроэнергии определяется характеристиками трёхфазных сетей и распространенных в быту цепей частотой 50 Гц:

• Установившееся значение отклонения напряжения определяет величину характеристики, при которой потребители могут функционировать без сбоя. Устанавливается нижний нормальный предел от 220 В это 209 В и верхний равен 231 В.
• Размах изменения входного напряжения представляет собой разность величин действующей и амплитудной. Замеры производят за цикл перепада параметра.
• Доза фликера подразделяется на кратковременную в пределах 10 минут и длительную, определяемую 2 часами. Обозначает степень восприимчивости человеческого глаза к мерцанию света, причиной которого стало колебание питающей сети.
• Импульсное напряжение описывается временем восстановления, имеющего разную величину в зависимости от причины возникновения скачка.
• Коэффициенты для оценки качества питающей сети: по искажению синусоидальности, значения временного перенапряжения, гармонических составляющих, несимметричности по обратной и нулевой последовательностях.
• Интервал провала напряжения определяется периодом восстановления параметра, установленного согласно ГОСТ.
• Отклонение питающей частоты приводит к повреждениям электрических частей и проводников.

Фиксируемое отклонение входной величины

Показатели качества электроэнергии стараются сделать соответствующими установленным номиналам, прописанным в законодательных актах. Внимание уделяется погрешностям, возникающим при замерах U и f. Если имеются погрешности, то можно обращаться в надзорные органы, чтобы привлечь к ответственности поставщика электричества.

Общие требования к качеству электроэнергии включают параметр отклонения питающего напряжения, который подразделяют на две группы:

• Нормальный режим, когда отклонение составляет ±5 %.
• Предел допустимого режима установлен для колебаний ±10 %. Это составит для сети 220 В минимальный порог 198 В и максимальный 242 В.

Восстановление напряжения должно происходить во временной интервал не более двух минут.

Размах изменения питающей сети

Нормы качества электроэнергии содержат надзор за таким параметром, как колебание составляющих напряжения. Он устанавливает разницу между верхним порогом амплитуды и нижним. Учитывая, что допуски отклонения параметра от установленного укладываются в предел ±5 %, то размах предельный режим не может превышать ±10 %. Питающая сеть 220 В не может колебаться более или менее 22 В, а 380 В работает нормально в границах ±38 В.

Результирующий размах колебаний напряжения рассчитывается по следующему выражению ΔU = U max −U min , в нормативах результаты указываются в % согласно расчетам ΔU = ((U max −U min)/U nominal)*100%.

Неустойчивость входного значения

Система качества электроэнергии включает замеры дозы фликера. Этот показатель фиксирует специальный прибор — фликерметр, который снимает амплитудно-частотную характеристику. Полученные результаты сравнивают с кривой чувствительности зрительного органа.

ГОСТом установлены допустимые пределы изменения дозы фликера:

• Кратковременные колебания показатель не должен быть выше 1,38.
• Длительные изменения должны укладываться в значение параметра 1,0.

Если речь идет о верхнем пределе показателя цепи ламп накаливания, то требуется, чтобы результат попал в следующие границы:

• Кратковременные колебания — показатель установлен равным 1,0.
• Продолжительные изменения параметра — 0,74.

Ощутимые перепады

Измерения качества электроэнергии предусматривают замеры такой составляющей, как импульсы питающего напряжения. Он объясняется резкими спадами и подъемами электричества в пределах выбранного интервала. Причинами такого явления может быть одновременная коммутация большого числа потребителей, влияние электромагнитных помех из-за грозы.

Установлены периоды восстановления напряжения, не влияющие на работу потребителей:

• Причины перепадов — это гроза и другие природные электромагнитные помехи. Период восстановления равен не более 15 мкс.
• Если импульсы появились из-за неравномерной коммутации потребителей, то период намного больше и равен 15 мс.

Наибольшее число аварий на подстанциях происходит по причине удара молнии в установку. Сразу страдает изоляция проводников. Величина перенапряжения может достигать сотен киловольт. Для этого предусмотрены защитные приспособления, но иногда они не выдерживают, и наблюдается остаточный потенциал. В эти моменты неисправность не возникает благодаря прочности изоляции.

Продолжительность спада входной величины

Измеренный параметр описывают как провал напряжения, укладывающийся в границы ±0,1U nominal за интервал в несколько десятков миллисекунд. Для сети 220 В изменение показателя допускается до 22 В, если 380 В, то не более 38 В. Глубина спада рассчитывается согласно выражению: ΔU n =(U nominal −U min)/U nominal .

Продолжительность спадла рассчитывается согласно выражению: Δt n =t k −t n , здесь t k — это период, когда напряжение уже восстановилось, а t n — точка начала отсчета, момент когда произошло падение напряжения.

Контроль качества электроэнергии обязывает учитывать частоту появления провалов, определяемую по формуле: Fn=(m(ΔU n ,Δt n)/M)*100%. Здесь:

• m(ΔU n ,Δt n) определяется как количество спадов в установленное время при глубине ΔU n и продолжительности Δt n .
• М - общий счет спадов в течение выбранного периода.

Зачем нужна величина спада

Параметр продолжительность спада входной величины требуется для оценки надежности подводящей энергии в количественном выражении. На этот показатель может влиять периодичность аварий на подстанции из-за халатности персонала, молний. Результатом исследования провалов становятся прогнозы по степени отказа в рассматриваемой сети.

Статистика позволяет делать приближенные выводы о стабильности подачи Провайдеру электричества предоставляются рекомендуемые данные для проведения профилактических мероприятий на установках.

Отклонение частоты

Соблюдение частоты в определенных границах относится к необходимому требованию потребителя. При снижении показателя на 1 %, потери составляют более 2 %. Это выражается в экономических затратах, снижение производительности предприятий. Для обычного человека это приводит к повышенным суммам в квитанциях по оплате за электричество.

Скорость вращения асинхронного двигателя напрямую зависит от частоты питающей сети. Нагревающие ТЭНы имеют меньшую производительность при снижении параметра меньше 50 ГЦ. При завышенных значениях может происходить повреждение потребителей либо других механизмов, не рассчитанных на высокий момент вращения.

Отклонение частоты может повлиять на работу электроники. Так на экране телевизора возникают помехи при изменении показателя на ±0,1Гц. Кроме визуальных дефектов, возрастает риск вывода из строя микроэлементов. Методом борьбы с отклонениями качества электроэнергии выступает введение резервных питающих узлов, позволяющих в автоматическом режиме восстанавливать напряжение в установленные промежутки времени.

Коэффициенты

Для нормальной работы питающей сети введен контроль следующих коэффициентов:

• Несинусоидальности кривой напряжения. Искажение синусоиды происходит за счет мощных потребителей: ТЭНов, конвекционных печей, сварочных аппаратов. При отклонениях этого параметра снижается срок службы обмоток двигателей, нарушается работа релейной автоматики, выходят из строя приводные системы на тиристорном управлении.
• Временного перенапряжения является количественной оценкой импульсного изменения входной величины.
• N-ой гармоники является характеристикой синусоидальности получаемой на входе характеристики напряжения. Расчетные значения получают из табличных данных для каждой гармоники.
• Несимметрия входной величины по обратной или нулевой последовательности важно учитывать для исключения случаев неравномерного распределения фаз. Такие условия возникают чаще при обрыве питающей сети, подключенной по схеме звезды или треугольника.

Виды защиты от непредсказуемых изменений в питающей сети

Повышение качества электроэнергии нужно проводить в определенные законом сроки. Но защиту своего оборудования потребитель вправе выстраивать применением следующих средств:

• Стабилизаторы питания гарантируют поддержание входной величины в указанных границах. Достигается качественная энергия даже при отклонениях входной величины более чем на 35 %.
• Источники предназначены для поддержания работоспособности потребителя в течение установленного промежутка времени. Питание приборов происходит за счет накопленной энергии в собственной батарее. При отключении электричества, бесперебойники способны поддерживать работоспособность аппаратуры целого офиса в течение нескольких часов.
• Приборы защиты от скачков напряжения работают по принципу реле. После превышения входной величины установленного предела происходит размыкание цепи.

Все виды защиты приходится комбинировать для обеспечения полной уверенности в том, что дорогостоящая техника останется целой во время аварии на подстанции.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Научно-исследовательская работа

по теме: «Качество электроэнергии»

Выполнила ст.гр. ________________________ дата подпись Проверил ________________________ дата подпись

Донецк, 2011

Данная работа содержит: 27 стр., 7 рис., 1 табл., 6 ист. Объектом исследовательской работы является: качество электроэнергии в системах электроснабжения Украины. Цель работы: ознакомится с факторами, влияющими на качество электроэнергии, способами его регулирования; выяснить, как осуществляется автоматическое регулирование качества электроэнергии; определить, как качество электроэнергии отразится на ее стоимости. В работе исследованы системы электроснабжения и электропотребления различного исполнения, выявлены основные проблемы этих систем, которые могут привести к снижению качества электроэнергии. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, НЕСИММЕТРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА.

1. Показатели качества электроэнергии…………………………………………4 1.1 Отклонение напряжения…………………………………………………6 1.2 Колебания напряжения………………………………………………….8 1.2.1 Влияние колебаний напряжения на работу электрооборудования………………………………………………………...8 1.2.2 Мероприятия по снижению колебаний напряжения…………….9 1.3 Несимметрия напряжений………………………………………………10 1.3.1 Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования………………………………………………………11 1.3.2 Мероприятия по снижению несимметрии напряжений…………12 1.4 Несинусоидальность напряжения……………………………………..12 1.4.1 Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования……………………………………………………….13 1.4.2 Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения..14 1.5 Отклонение частоты…………………………………………………….15 1.6 Временное перенапряжение……………………………………………15 1.7 Импульсное перенапряжение……………………………………........16 2. Автоматизированное управление качеством электроэнергии…………..16 2.1 Основные требования к моделям электрических систем, содержащим распределенные смешанные источники искажения напряжения…………..17 2.2 Методика определения фактического влияния потребителя на КЭ...19 3. Расчеты за электроэнергию в зависимости от ее качества……………….22 Литература……………………………………………………………………...26

1 ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Электроприборы и оборудование предназначены для работы в определённой электромагнитной среде. Электромагнитной средой принято считать систему электроснабжения и присоединенные к ней электрические аппараты и оборудование, связанные индуктивно и создающие в той или иной мере помехи, отрицательно влияющие на работу друг друга. При возможности нормальной работы оборудования в существующей электромагнитной среде, говорят об электромагнитной совместимости технических средств. Единые требования к электромагнитной среде закрепляют стандартами, что позволяет создавать оборудование и гарантировать его работоспособность в условиях соответствующих этим требованиям. Стандарты устанавливают допустимые уровни помех в электрической сети, которые характеризуют качество электроэнергии и называются показателями качества электроэнергии (ПКЭ). С эволюционным изменением техники изменяются и требования к электромагнитной обстановке, естественно в сторону ужесточения. Так наш стандарт на качество электроэнергии, ГОСТ 13109 от 1967 года, с развитием полупроводниковой техники был пересмотрен в 1987 году, а с развитием микропроцессорной техники пересмотрен в 1997 году. Показатели качества электрической энергии, методы их оценки и нормы определяет Межгосударственный стандарт: «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» ГОСТ 13109-97. Таблица 1.1 – Нормирование показателей качества электроэнергии

	Наименование ПКЭ	Наиболее вероятная причина
Отклонение напряжения
	установившееся отклонение напряжения	график нагрузки потребителя
Колебания напряжения
	размах изменения напряжения	потребитель с резкопеременной нагрузкой
	доза фликера
Несимметрия напряжений в трёхфазной системе
	коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности	потребитель с несимметричной нагрузкой
	коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности
Несинусоидальность формы кривой напряжения
	коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения	потребитель с нелинейной нагрузкой
	коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения
	отклонение частоты	особенности работы сети, климатические условия или природные явления
	длительность провала напряжения
	импульсное напряжение
	коэффициент временного перенапряжения

Большинство явлений, происходящих в электрических сетях и ухудшающих качество электрической энергии, происходят в связи с особенностями совместной работы электроприёмников и электрической сети. Семь ПКЭ в основном обусловлены потерями (падением) напряжения на участке электрической сети, от которой питаются соседние потребители. Потери напряжения на участке электрической сети (k) определяются выражением: ΔU k = (P k ·R k + Q k ·X k) / U ном Здесь активное (R) и реактивное (X) сопротивление k-го участка сети, практически постоянны, а активная (P) и реактивная (Q) мощность, протекающие по k-му участкусети - переменны, и характер этих изменений влияет на формирование электромагнитных помех:

При медленном изменении нагрузки в соответствии с её графиком - отклонение напряжения;При резкопеременном характере нагрузки - колебания напряжения;При несимметричном распределении нагрузки по фазам электрической сети -несимметрия напряжений в трёхфазной системе;При нелинейной нагрузке - несинусоидальность формы кривой напряжения.

В отношении этих явлений потребители электрической энергии имеют возможность тем или иным образом влиять на её качество. Всё прочее, ухудшающее качество электрической энергии, зависит от особенностей работы сети, климатических условий или природных явлений. Поэтому, возможности влиять на это потребитель электрической энергии не имеет, он может только защищать своё оборудование специальными средствами, например, устройствами быстродействующих защит или устройствами гарантированного питания (UPS). 1.1 Отклонение напряжения. Отклонение напряжения - отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения. Отклонение напряжения в той или иной точке сети происходит под воздействием изменения нагрузки в соответствии с её графиком.

Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:

Технологические установки:

При снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства.При повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий.При значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса.

Освещение:

Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·U ном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза.При величине напряжения 0,9·U ном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %.При величине напряжения менее 0,9·U ном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·U ном просто не загораются.

Электропривод:

При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться.

При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на напряжении 0,9·U ном срок службы двигателя снижается вдвое.При повышении напряжения на 1 % потребляемая двигателем реактивная мощность увеличивается на 3...7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.

Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет:
- 10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро - ~ 11 %);
-30 % освещение и прочее;
- 60 % асинхронные электродвигатели. Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно δUy нор = ± 5 % и δUy пред = ± 10 % номинального напряжения сети. Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения. ΔU = (P·R + Q·X) / U ЦП (ТП) Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается:

Выбором сечения проводников линий электропередач (≡ R) по условиям потерь напряжения.Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X). Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0.Компенсацией реактивной мощности (Q) для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.

Кроме снижения потерь напряжения, компенсация реактивной мощности является эффективным мероприятием энергосбережения , обеспечивающим снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.

Регулирование напряженияU:

В центре питания регулирование напряжения (U ЦП) осуществляется с помощью трансформаторов, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки - регулирование под нагрузкой (РПН). Такими устройствами оснащены ~ 10 % трансформаторов. Диапазон регулирования ± 16 % с дискретностью 1,78 %.Напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях (U ТП) с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации - переключение без возбуждения (ПБВ), т.е. с отключением от сети. Диапазон регулирования ± 5 % с дискретностью 2,5 %.

Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, возлагается на энергоснабжающую организацию.

Действительно, первый (R) и второй (X) способы выбираются при проектировании сети и не могут изменяться в дальнейшем. Третий (Q) и пятый (U ТП) способы хороши для регулирования при сезонном изменении нагрузки сети, но руководить режимами работы компенсирующего оборудования потребителей, необходимо централизовано, в зависимости от режима работы всей сети, то есть энергоснабжающей организации. Четвёртый способ - регулирование напряжения в центре питания (U ЦП), позволяет энергоснабжающей организации перативно регулировать напряжение в соответствии с графиком нагрузки сети. ГОСТ 13109-97 устанавливает допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмника. А пределы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны рассчитываться с учетом падения напряжения от этой точки до электроприёмника и указываться в договоре энергоснабжения. 1.2 Колебания напряжения Колебания напряжения - быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд. Колебания напряжения происходят под воздействием быстро изменяющейся нагрузки сети. Источниками колебаний напряжения являются мощные электроприёмники с импульсным, резкопеременным характером потребления активной и реактивной мощности: дуговые и индукционные печи; электросварочные машины; электродвигатели при пуске.

Быстрее всего было бы позвонить в сети и выяснить, что конкретно им надо.
Лично я хз, что нужно сделать, но попробую предположить:

Вариант первый: существует ГОСТ 32144-2013(вступил в силу 01.07.2014) "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения" там Вы найдете нормы качества и допустимые отклонения и сам термин:
3.1.38 качество электрической энергии (КЭ): Степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ.
Собственно если вы провели все расчеты и у Вас нет потребителей ухудшающих качество электроэнергии, то в разделе "Обеспечить качество электроэнергии" просто укажите данные расчеты и отсутствие необходимости установки "устройств компенсации и регулирования реактивной мощности в электрических сетях".

Вариант второй: к постановлению (№861 от 27.12.2004) в приложении о том, что должны содержать ТУ: "Технические условия для присоединения к электрическим сетям (для физических лиц в целях технологического присоединения энергопринимающих устройств, максимальная мощность которых составляет до 15 кВт включительно (с учетом ранее присоединенных в данной точке присоединения энергопринимающих устройств) и которые используются для бытовых и иных нужд, не связанных с осуществлением предпринимательской деятельности) " есть пункт 10:
10. Сетевая организация осуществляет
(указываются требования к усилению существующей электрической сети в связи с присоединением
новых мощностей (строительство новых линий электропередачи, подстанций, увеличение сечения проводов и кабелей,
замена или увеличение мощности трансформаторов, расширение распределительных устройств, модернизация оборудования, реконструкция
объектов электросетевого хозяйства, установка устройств регулирования напряжения для обеспечения надежности и качества электрической энергии,
а также по договоренности Сторон иные обязанности по исполнению технических условий, предусмотренные пунктом 25_1 Правил технологического присоединения
энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям)

Можете в разделе в разделе "Обеспечить качество электроэнергии" указать что согласно постановления для потребителей до 15 кВт качество обеспечивает сетевая организация.

Вариант третий: Если договор между смежными сетевыми организациями, то:
(постановление правительства РФ №861 от 27.12.2004, III. Порядок заключения и исполнения договоров между сетевыми организациями) п 38. Договор между смежными сетевыми организациями должен содержать следующие существенные условия:

е) согласованные с субъектом оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике организационно-технические мероприятия по установке устройств компенсации и регулирования реактивной мощности в электрических сетях, являющихся объектами диспетчеризации соответствующего субъекта оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, в пределах территории субъекта Российской Федерации или иных определенных указанным субъектом территорий, которые направлены на обеспечение баланса потребления активной и реактивной мощности в границах балансовой принадлежности энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии (при условии соблюдения производителями и потребителями электрической энергии (мощности) требований к качеству электрической энергии по реактивной мощности) (подпункт дополнительно включен с 27 марта 2010 года постановлением Правительства Российской Федерации от 3 марта 2010 года N 117);

ж) обязанности сторон по соблюдению требуемых параметров надежности энергоснабжения и качества электрической энергии, режимов потребления электрической энергии, включая поддержание соотношения потребления активной и реактивной мощности на уровне, установленном законодательством Российской Федерации и требованиями субъекта оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, а также по соблюдению установленных субъектом оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике уровней компенсации и диапазонов регулирования реактивной мощности (подпункт дополнительно включен с 27 марта 2010 года постановлением Правительства Российской Федерации от 3 марта 2010 года N 117);

т.е. вы должны указать оборудование устанавливаемое для приведения качества электроэнергии в норму.

как то так, но не факт, что данная информация Вам поможет.

Hombre, Столкнулся с подобным вопросом по качеству э/э. Сетевая организация написала замечания на проект наружного электроснабжения что типа "... определить комплекс технических мероприятий по контролю качества э/э, исключающих отклонение их от норм. величин в соотв. с ГОСТ 32144-2013..."

Дак вот вопрос, как в проекте наружного и внутреннего электроснабжения можно этот комплекс мер определить? Как в проекте оценить параметры качества электроэнергии, чтобы решить нужны ли доп. устройства или нет?

Ладно по потерям напряжения посчитал, компенсировать реактивную мощность или нет тоже посчитал - как быть с остальными параметрами качества э/энергии (оценки их) в проекте электроснабжения?
Проект - производственная база, Рразр.по ТУ 100кВт. В моем случае делаю только на наружные сети от КТП сетевой организации до РП-0,4кВ произв. базы, т.е. внутрянки и внутриплощадочные сети не делаю

Я вообще в ПЗ прописываю, на всякий случай, что типа "планируемые электроприемники и электропотребители не ухудшают параметры качества э/э ниже норм установленных ГОСТ...." А вот сегодня получил вот такие замечания

Еще один вопрос- написали замечания по компенсации реакт. мощности и доведение tgf не более 0,1.

Я как понимаю, если разр. присоединяемая мощность по ТУ меньше 150кВт, то требований к cosf со стороны энергоснабж. организации не может быть и компенсацию реактивной мощности можно не делать (основание -Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22 февраля 2007 г. N 49)

Подскажите как лучше ответить

Если я в чем то не прав - поправьте пожалуйста