Что такое качество электроэнергии

Электрическая энергия характеризуется тремя показателями: частотой, напряжением и формой его кривой. Частота напряжения является характеристикой баланса активной мощности. Если активная мощность, которую вырабатывают источники, не менее требуемой приемниками электрической энергии, то частота напряжения в электроэнергетической системе равна 50 Гц. В случае недостатка активной мощности частота напряжения в системе уменьшается и наступает установившийся режим на пониженной частоте. Возможность установления режима объясняется тем, что асинхронные и синхронные электродвигатели, являющиеся основными приемниками в промышленности, уменьшают свою потребляемую мощность при снижении частоты.

Напряжение в системе является показателем баланса реактивной мощности. Если в системе существует нехватка реактивной мощности, то напряжение у потребителей становится ниже номинального. При избытке реактивной мощности напряжение у потребителей превышает номинальное значение.

Реактивную мощность условно считают генерируемой и потребляемой. Генерируемая реактивная мощность — реактивная мощность конденсаторов, перевозбужденных синхронных двигателей или перевозбужденных синхронных генераторов. Потребляемая реактивная мощность — реактивная мощность асинхронных электродвигателей или недовозбужденных синхронных машин.

Напряжение и форма его кривой в соответствии со стандартом на качество электрической энергии (ГОСТ 13109-97) характеризуется следующими показателями:

отклонение частоты ?f;

установившееся отклонение напряжения ?Uу;

колебания напряжения;

несинусоидальность напряжения;

несимметрия напряжения;

провалы напряжения;

перенапряжения.

Отклонением напряжения ?U называют разность между значениями напряжения U в данной точке системы электроснабжения в рассматриваемый момент времени и его номинальным значением, т. e.?U = U — Uном.

Термин «установившееся» означает, что измерение напряжения должно производиться в установившемся режиме работы системы, при отсутствии переключений и др. Продолжительность измерений должна составлять 1 мин.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения сети. На рис. 1 приведен график, иллюстрирующий смысл понятия «отклонение напряжения». Показан уровень амплитуды номинального напряжения ?2Uном).

Отклонения и колебания напряжений

Рис. 1. Отклонения и колебания напряжений

Там же показаны пониженное (с амплитудой 0,9?2Uном) и повышенное (с амплитудой 1,1?2Uном) напряжения. Отклонения напряжения в данном случае составляют -10%Uном и +10%Uном

Колебания напряжения с частотой не выше 10 Гц оказывают вредное влияние на зрение людей, особенно при выполнении работ, требующих значительного зрительного напряжения. Параметры, характеризующие колебания, специфичны и здесь не рассматриваются. Колебания напряжения появляются при переменной нагрузке у потребителя.

Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентами искажения синусоидальности и гармонических составляющих. На рис.2 приведена кривая напряжения, отличающаяся от синусоиды. Несинусоидальную кривую, как доказывается в математике, можно разложить в ряд Фурье. Ряд Фурье представляет собой сумму синусоидальных кривых и постоянную величину.

Обычно в установившемся режиме ряд содержит следующие величины:

Кривая несинусоидального напряжения

Рис. 2. Кривая несинусоидального напряжения

U(t) = Um1 sin(?1t + ?1) + Um3 sin(3?1t + ?3) +Um5sin(5?1t + ?5) + ...,

где Um1 — амплитуда синусоиды основной частоты f  ? 50Гц;

Um3 — амплитуда составляющей с частотой f3 = 3f 1 ?  150 Гц;

Um5 — амплитуда составляющей с частотой f = 5f1 ? 250 Гц;

?1, ?3, ?5, ... — начальные фазы.

На кривой (рис. 2) имеют место составляющие основной частоты и частоты 150 Гц. Последнюю называют третьей гармонической составляющей. Чаще всего третья гармоническая возникает из-за насыщения магнитопроводов силовых трансформаторов. Составляющие с частотами f > 50 Гц называют высшими гармоническими. Появление их в кривых напряжения и тока крайне нежелательно, т. к. они:

1) вызывают увеличение потерь мощности и энергии в системе электроснабжения;

2)    создают помехи для работы средств связи, автоматики, защиты и телемеханики;

3)    создают помехи бытовым приборам (телевидение, радио и др.).

Несимметрия напряжения оценивается по относительному содержанию обратной и нулевой последовательностей в фазном или линейном (междуфазном) напряжении. Несимметрия напряжения приводит к увеличению потерь в системе и увеличивает отклонения напряжения.

Отклонением частоты называют разность между действительным и номинальным (50 Гц) значением, т. е.

?f = f - 50, Гц.

Нормально допустимые значения ?f составляют ±0,2 Гц, а предельно допустимые ±0,4 Гц.

Провалом напряжения (рис. 3) называют внезапное снижение напряжения с последующим его восстановлением. Предельно допустимая длительность провала напряжения в городских электрических сетях равна 30 с.

Перенапряжение и провал напряжения

Рис. 3. Перенапряжение и провал напряжения

Для непрерывных производств предельно допустимая длительность провалов напряжения может быть меньше1 с.

Провал напряжения опасен для потребителей с непрерывным технологическим процессом. В системах электроснабжения городов к таким потребителям, в частности, относятся банки. Прекращение электропитания персональных компьютеров может привести к потере оперативной информации и значительному ущербу.

Импульс напряжения (рис. 4) и временное перенапряжение (рис. 3) характеризуют повышение напряжения выше номинального значения.

Импульс напряжения

Рис. 4. Импульс напряжения

Перенапряжения опасны для изоляции и могут привести к ее пробою и, как следствие, к КЗ.

В табл. 1 приведены наиболее вероятные виновники ухудшения качества электроэнергии.

В настоящее время при лицензировании основной деятельности электроснабжающих организаций требуется производить контроль показателей качества электроэнергии. Значения указанных показателей должны находиться в допустимых пределах. Для контроля указанных показателей используют специальные дорогостоящие микропроцессорные системы, что объясняет высокую стоимость работ по сертификации качества электроэнергии.

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

Свойства электрической энергии
Показатели КЭ
Наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ
Отклонение напряжения
Установившееся отклонение напряжения
Энергоснабжающая организация
Колебания напряжения
Размах изменения напряжения.
Доза фликера
Потребитель с переменной нагрузкой
Несинусоидапьность напряжения
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения.
Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения
Потребитель с нелинейной нагрузкой
Несимметрия трехфазной системы напряжения
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности. Коэффициент несимметрии< напряжений по нулевой последовательности
Потребитель с несимметричной нагрузкой
Отклонение частоты
Отклонение частоты
Энергоснабжающая организация
Провал напряжения
Длительность провала напряжения
Энергоснабжающая организация
Импульс напряжения
Импульсное напряжение
Энергоснабжающая организация
Временное перенапряжение
Коэффициент временного перенапряжения
Энергоснабжающая организация

 

Особое внимание уделяется сертификации качества электроэнергии, продаваемой гражданам. Эта сертификация заключается в контроле отклонений частоты и напряжения. Следует подчеркнуть, что частота напряжения не зависит от электрических сетей, а задается генераторами электростанций, т. е. не может лежать в поле ответственности электрических сетей. Недопустимые отклонения напряжения возникают в электрической сети чаще всего, если линии 0,4 кВ имеют чрезмерно большую длину и сильно загружены.



Приходько Валентин Иванович , Copyright © 2010 - 2018 г. E-mail: adm-site-val@rambler.ru , Украина .
Перепечатка материалов с обязательной ссылкой на авторство и сайт - ПРИВЕТСТВУЕТСЯ !.
Все материалы на сайте предоставлены исключительно в ознакомительных и образовательных целях,
администрация сайта не претендует на их авторство и не несёт ответственности за их содержание.