Что относится к показателям качества электрической энергии

Нормы качества электрической энергии: параметры, факторы повышения и снижения качества

Качество электроэнергии в электрической сети характеризуется показателями качества электроэнергии (ПКЭ). Перечень и нормативные (допустимые) значения ПКЭ установлены ГОСТ 13109—97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения», введенным с 01.01.99 взамен существовавшего ГОСТ 13109—87. Качество является составной частью электромагнитной совместимости.

Электромагнитной совместимостью электрооборудования

Под электромагнитной совместимостью электрооборудования и электрических сетей понимается способность потребителей электрической энергии нормально функционировать и не вносить в электрическую сеть недопустимых искажений, затрудняющих работу других потребителей.

Если говорить об электрической совместимости в самом широком смысле, то сюда следует отнести все материальные проявления и идеальные последствия, связанные с заряженными частицами и электромагнитными полями.

В более узком смысле под электромагнитной совместимостью понимают совокупность электрических, магнитных и электромагнитных полей, которые генерируют электрообъекты, созданные человеком, и которые воздействуют на мертвую (физическую) и живую (биологическую) природу, на техническую, информационную, социальную реальности.

Последняя, в частности, включает в себя биоэлектромагнитную совместимость, заключающуюся в появлении зон повышенной опасности по условиям электростатического и электромагнитного влияния.

Для технических устройств ухудшение электромагнитной обстановки может обостриться настолько, что возможно нарушение их функционирования, ухудшения качества электроэнергии, повреждения устройств релейной защиты и автоматики.

Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других товаров. Качество электроэнергии проявляется через качество работы каждого электроприемника. Поэтому, если он работает неудовлетворительно, а в каждом конкретном случае анализ качества потребляемой электроэнергии дает соответствие ГОСТ, то виновато качество изготовления или эксплуатации.

Если ПКЭ не соответствуют требованиям ГОСТа, то предъявляются претензии к поставщику — энергетическому предприятию.

В целом ПКЭ определяют степень искажения напряжения электрической сети за счет кондуктивных помех (распределяющихся по элементам электрической сети), вносимых как энергоснабжающей организацией, так и потребителями.

Факторы снижения качества электроэнергии

1. увеличение потерь во всех элементах электрической сети;
2. перегрев вращающихся машин, ускоренное старение изоляции сокращение срока службы (в некоторых случаях выход из строя электрооборудования;
3. рост потребления электроэнергии и требуемой мощности элек трооборудования;
4. нарушение работы и ложные срабатывания устройств релейно защиты и автоматики;
5. сбои в работе электронных систем управления, вычислительно! техники и специфического оборудования;
6. вероятность возникновения однофазных коротких замыканий изза ускоренного старения изоляции машин и кабелей с последующим переходом однофазных замыканий в многофазные;
7. появление опасных уровней наведенных напряжений на проводах и тросах отключенных или строящихся высоковольтных линий электропередачи, находящихся вблизи действующих;
8. помехи в теле и радиоаппаратуре, ошибочная работа рентгеновского оборудования;
9. неправильная работа счетчиков электрической энергии.

Одна часть ПКЭ характеризует помехи, вносимые установившимся режимом работы электрооборудования энергоснабжающей организации и потребителей, т. е. вызванные особенностями технологического процесса производства, передачи, распределения потребления электроэнергии.

К ним относятся отклонения напряжения и частоты, искажения синусоидальности формы кривой напряжения, несимметрия и колебания напряжения. Для их нормирования установлены допустимые значения ПКЭ.

Другая часть ПКЭ характеризует кратковременные помехи, возникающие в электрической сети в результате коммутационных процессов, грозовых и атмосферных явлений, работы средств защиты и автоматики и послеаварииных режимов.

К ним относятся провалы и импульсы напряжения, кратковременные перерывы электроснабжения. Для этих ПКЭ допустимых численных значений ГОСТ не устанавливает. Однако такие параметры, как амплитуда, длительность, частота, должны измеряться и составлять статистические массивы данных, характеризующие конкретную электрическую сеть в отношении вероятности появления кратковременных помех.

ГОСТ 13109—97 устанавливает показатели и нормы в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения).

Нормы применяют при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также при установлении уровней помехоустойчивости электроприемников и уровней кондуктивных электромагнитных помех, вносимых этими приемниками. Установлено два вида норм: нормально допустимые и предельно допустимые. Оценка соответствия нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 ч.

Качество электроэнергии характеризуется параметрами (частоты и напряжения) в точках присоединений уровней системы электроснабжения.

Частота является общесистемным параметром и определяется балансом активной мощности в системе. При возникновении дефицита активной мощности в системе происходит снижение частоты до такого значения, при котором устанавливается новый баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии. При этом снижение частоты связано с уменьшением скорости вращения электрических машин и уменьшением их кинетической энергии.

Освобождающаяся при этом кинетическая энергия используется для поддержания частоты. Поэтому частота в системе меняется медленно. Однако при дефиците активной мощности (более 30 %) частота меняется быстро и возникает эффект мгновенного изменения частоты — «лавина частоты». Изменение частоты со скоростью более 0,2 Гц/с принято называть колебаниями частоты.

Напряжение в узле электроэнергетической системы определяется балансом реактивной мощности по системе в целом и балансом реактивной мощности в узле электрической сети.

Устанавливается 11 показателей качества электроэнергии.

Установившееся отклонение напряжения (под этим термином понимается среднее за 1 мин отклонение напряжения, хотя процесс изменения действующего значения напряжения в течение этой минуты может быть совсем не установившимся) нормируется только в сетях 380/220 В, а в точках сетей более высокого напряжения оно должно определяться расчетным путем.

Для провалов напряжения установлена лишь предельно допустимая длительность каждого провала (30 с) в сетях напряжением до 20 кВ и представлены статистические данные об относительной дозе провалов разной глубины в общем числе провалов, но не приведены статистические данные о числе провалов за единицу времени (неделю, месяц и т. п.). По импульсным напряжениям и временным перенапряжениям нормы не установлены, но дана справочная информация о возможных их значениях в сетях энергоснабжающих организаций.

Параметры оценки качества электроэнергии

При определении значений некоторых показателей КЭ используют следующие вспомогательные параметры электрической энергии:

1. частота повторения изменений напряжения ;
2. интервал между изменениями напряжения ;
3. глубина провала напряжения ;
4. частость появления провалов напряжения Fn;
5. длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды ;
6. длительность временного перенапряжения ;

На все ПКЭ, численные значения норм на которые есть в стандарте, договорно запускается механизм штрафных санкций, формируемый на шесть ПКЭ из 11 перечисленных:

• отклонение частоты;
• отклонение напряжения;
• доза фликера;
• коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
• коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
• коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Ответственность за недопустимые отклонения частоты, безусловно, лежит на энергоснабжающей организации. За недопустимые отклонения напряжения энергоснабжающая организация несет ответственность в случае, если потребитель не нарушает технических условий потребления и генерации реактивной мощности.

Ответственность за нарушение норм по четырем остальным (ПКЭ с определяемой ответственностью) возлагается на виновника, определяемого на основе сопоставления включенного в договор допусщн мого вклада в значение рассматриваемого ПКЭ в точке учета электроэнергии с фактическим вкладом, вычисляемым на основе измерений.

Если допустимые вклады в договоре не указаны, то энергоснабжающая организация несет ответственность за низкое качество независимо от виновника его ухудшения.

Показатели качества электроэнергии в электрических сетях

В соответствии с ГОСТ 13109-87 различают основные и дополнительные показатели качества электроэнергии.

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

1) отклонение напряжения ( δ U , %);

2) размах изменения напряжения ( δ U t, %);

3) доза колебаний напряжений ( ψ , %);

4) коэффициент несинусоидальности кривой напряжения ( k нс U , %);

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

6) коэффициент обратной последовательности напряжений ( k 2 U , %);

7) коэффициент нулевой последовательности напряжений (k 0 U , %) ;

8) длительность провала напряжения ( Δ t пр, с) ;

9) импульсное напряжение ( U имп, В, кВ) ;

10) отклонение частоты ( Δ f , Гц).

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

1) коэффициент амплитудной модуляции напряжений ( k мод);

2) коэффициент небаланса междуфазных напряжений ( k неб.м);

3) коэффициент небаланса фазных напряжений ( k неб.ф).

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

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

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

δ U t = ((U(t) — Un)/Un) х 100%

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

Величина U t = 1/3 ( U_AB(1) + U_BC(1) + U_AC(1)) , где U_AB(1) , U_BC(1) , U_AC(1) — действующие значения междуфазных напряжений основной частоты.

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

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

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

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

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

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

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

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

Размах изменения напряжения

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

где U_i и U_i+1 — значения следующих друг за другом экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения.

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

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

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

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

Допускаемые размахи колебаний приведены на рис. 1.

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

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

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

Доза колебаний напряжения

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

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

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

Коэффициент несинусоидальности кривой напряжения

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

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

Содержание высших гармоник в электрической сети характеризуется коэффициентом несинусоидальности кривой напряжения k нс U который определяется по выражению

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

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

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

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

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

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

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

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

где U₂₍₁₎ — действующее значение напряжения обратной последовательности основной частоты трехфазной системы напряжений, кВ. Значение величины U₂₍₁₎ можно получить измерением трех напряжений основной частоты, т. е. U _{А (1)}, U_B(1) , U _C(1). Тогда

где y _А, y_B и y_C — проводимости фаз А, B и C приемника.

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

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

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

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

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

Коэффициент нулевой последовательности напряжений k_0U = ( U₀₍₁₎/U _н.ф.) х 100%,

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

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

где у _A , у _B , у _C , y_O — проводимости фаз А, В, С приемника и проводимость нулевого провода; U_{A ( 1 )}, U_B(1) , U_C(1) — действующие значения фазных напряжений.

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

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

Провал напряжения и интенсивность провалов напряжения

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

Длительность провала напряжения Δ t пр — интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстановления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня (рис. 2), т.е. Δ t пр = t вос — t нач.

Рис. 2. Длительность и глубина провала напряжения

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

Величина δ Uпр определяется следующим образом:

δUпр = (( U н — Umin ) /U н) х 100% или δUпр = U н — Umin

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

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

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

Рис. 3. Импульсное напряжение

Импульсное напряжение характеризуется амплитудой импульса U’ _имп, представляющей собой разность между импульсом напряжения и мгновенным значением напряжения основной частоты, соответствующим моменту начала импульса. Длительность импульса t _имп — интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до обычного уровня. Может быть вычислена длительность импульса t _имп0,5 по уровню 0,5 его амплитуды (см. рис. 3).

Импульсное напряжение определяется в относительных единицах по формуле Δ U имп = U имп/(√2 U н)

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

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

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

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

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

Отклонение частоты Δ f от номинального значения f н определяется по формуле Δ f = f — f н, где f — текущее значение частоты в системе.

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

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

Коэффициент амплитудной модуляции напряжения и коэффициент небаланса междуфазных и фазных напряжений

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

k мод = (U нб — U нм)/(2 √2 U н),

где U нб и U нм — соответственно наибольшая и наименьшая амплитуды модулированного напряжения.

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

k неб.мф = ((U нб — U нм)/ U н) х 100%

где U нб и U нм — наибольшее и наименьшее действующие значения из трех междуфазных напряжений.

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

k неб.ф = ((U нб.ф — U нм.ф)/ U н.ф) х 100%,

где U нб и U нм — наибольшее и наименьшее действующие значения из трех фазных напряжений, U н.ф — номинальное значение фазного напряжения.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Что относится к показателям качества электрической энергии

Учет электроэнергии для предприятий

Комплексные решения для малого и среднего бизнеса

Передача почасовых отчетов в энергокомпании

Сдача отчетности в форматах 80020 по регламентам энергокомпаний

Снижение стоимости электроэнергии до 35%

Перевод на выгодную ценовую категорию «Под ключ»

Контроль качества электроэнергии

Фиксация отклонений напряжения и подготовка претензий к энергокомпаниям

Оперативный контроль электропотребления объектов в любое время на своем мобильном устройстве

Электросчётчики с модемами

Комплекты оборудования для быстрого внедрения АСКУЭ

Предлагаем счетчики 2020-2021 года выпуска с истекшим сроком МПИ

Решения на базе Ваших счётчиков

АСКУЭ с модемом или без него

Показатели качества электроэнергии

Качество электрической энергии — степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям. В свою очередь, параметр электрической энергии — величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой электрического тока. Качество электрической энергии является составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей электромагнитную среду.

Википедия даёт чёткое, ёмкое, но достаточно сухое определение.

Для простоты и понятности будем считать, что качественная электроэнергия — это электрическая энергия, параметры которой находятся в пределах установленных нормирующими документами.

Если показатели качества выйдут из установленных норм, это может привести к негативным последствиям:

• Увеличению расходов на электричество и потерь в сетях.
• Снижению надёжности работы или выход из строя оборудования.
• Нарушению технологических процессов.

Показатели качества определены в ГОСТ 32144-2013.

Теперь давайте разберём основные критерии оценки:

• Отклонения напряжения определяет величину, при которой потребители могут функционировать без сбоев. От 220В нижний нормальный предел — 209В, в верхний — 231В, для 360В — 342В и 378В, соответственно.
• Размах изменения входного напряжения представляет собой разность величин действующей и амплитудной. Замеры производят за цикл перепада параметра.
• Доза фликера подразделяется на кратковременную (10 минут) и длительную (2 часа). 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 в ГОСТ.
• Отклонение питающей частоты приводит к повреждениям электрических частей и проводников.

Отклонения входного напряжения

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%. Для сети 220В минимальный порог 198В и максимальный 242В, а для 360В — 324В и 396В, соответственно.

Восстановление напряжения должно происходить не дольше 2 минут.

Отклонение частоты

Соблюдение частоты в определенных границах одно из необходимых требований потребителей. При снижении показателя на 1 %, потери составляют более 2 %. Это выражается в экономических затратах и снижение производительности предприятий. Для обычного человека это приводит к повышенным суммам оплаты за электричество.

Скорость вращения асинхронного двигателя напрямую зависит от частоты питающей сети. Нагревающие ТЭНы имеют меньшую производительность при снижении частоты меньше 50 ГЦ. При завышенных значениях может происходить их повреждение, либо проблемы с другими механизмами, 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.

Принято считать, что отклонением частоты является усреднённая за 10 минут разность между фактической величиной основной частоты и её номинальной величиной. При этом допускаются:

• в нормальном режиме работы отклонения не более 0,1 Гц;
• кратковременные отклонения не более 0,2 Гц.

Оповещения о критических параметрах

С помощью АСКУЭ яЭнергетик Вы можете получать уведомления о критических параметрах электроэнергии. Для этого нужно нажать кнопку «Добавить новое» в блоке оповещения у необходимого рпараметра. Далее указывается адрес электронной почты, параметры по каждой из фаз и режим отправки уведомлений.

После сохранения, когда параметр опустится ниже или поднимется выше указанного, на почту придёт оповещение, и Вы сможете принять меры для минимизации потерь производства.

Заключение

Следите за качеством электроэнергии! Если вовремя обнаружить нарушения, можно избежать множества проблем: поломку приборов и оборудования, аварии и простои.

АСКУЭ яЭнергетик поможет контролировать качественные параметры, вовремя принимать меры, а если вы понесёте какие-либо потери по вине поставщика электроэнергии, поможет доказать факт некачественного электроснабжения и возместить ущерб.

Качество электроэнергии

Долговечность и эффективность эксплуатации электрооборудования во многом определяются, благодаря рабочим параметрам сети. Переменный ток отличается непрерывными колебаниями, и от стабильности их амплитуды зависит качество электроэнергии. При подписании договора на поставку электрической энергии с соответствующими коммунальными службами, в тексте документа прописываются основные характеристики энергии и предельные отклонения от допустимых значений.

Что такое качество электроэнергии?

Качество электроэнергии – это комбинация эксплуатационных параметров сети, при которых их реальные значения полностью или частично соответствуют заявленным показателям. Как правило, основные параметры электрической сети определяются, исходя из регламентов нормативной документации и должны соблюдаться путём применения высокотехнологичных генерирующих или трансформирующих устройств.

Основные показатели качества электроэнергии

Показатели качества электрической энергии характеризуют общее состояние бытовой или промышленной сети, а также отображаются в виде минимально допустимых граничных значений для бесперебойной работы того или иного оборудования. Ниже подробно описываются наиболее часто применяемые на практике параметры качества электроэнергии.

Отклонение напряжения

Один из основных критериев стабильности работы электрической сети. Данный показатель, в соответствии с регламентами, описанными в нормативных документах, характеризуется следующими значениями:

• Нормальные колебания напряжения, относительно установленных параметров в бытовой электрической сети не должны превышать 5% в любую сторону. Так, при эксплуатации кабельной сети с номинальным напряжением 220 В, нормальными считаются значения в пределах от 209 до 231 В, что не влияет на эксплуатационные характеристики электроустановочных изделий.
• Общие критические отклонения в сети, при которых не требуется применение стабилизирующих устройств, составляют 10%, или от 198 до 242 В.

При выявлении больших отклонений, параметры качества электрической энергии считаются неудовлетворительными, что требует их корректировки путём стороннего вмешательства.

Колебания напряжения

Ещё одной качественной характеристикой напряжения в сети служит значение колебаний напряжения. Данный параметр характеризуется следующими показателями:

• Размах колебаний, то есть, численное значение амплитуды синусоиды, описывающей изменение качественных характеристик переменного тока за единицу времени.
• Доза фликера – показатель, подробно описанный ниже.

Нормальными считаются колебания синусоиды в пределах 5% от номинального напряжения. Превышение данного значения говорит о снижении показателей качества электрической энергии. При колебаниях в пределах +/- 10%, допускается нормальная эксплуатация сети и электрооборудования. Изменение амплитуды на величину более 10% от номинальных значений считается критическим, что требует стабилизации работы сети.

Отклонение частоты

Второй важный качественный показатель электроэнергии – это частота. В любой бытовой сети устанавливается частота переменного тока в размере 50 Гц. При значительных отклонениях от номинального значения частоты в сети наблюдается дефицит вырабатываемой мощности, который приводит к снижению эффективности работы установок.

Стабильность частоты переменного тока определяется качеством, эффективностью генерирующих установок, а также корректными настройками эксплуатационных характеристик.

Доза фликера

Доза фликера – это один из показателей качества эл. энергии. Характеризуется возникновением следующих ситуаций:

• Отклонение амплитуды колебаний переменного тока в сети в пределах 90% – 110% от номинальных значений.
• Понятие «дозы фликера» возникло от визуального восприятия интенсивности светового потока включённой в сеть контрольной лампы. При колебаниях напряжения или частоты, наблюдается мерцание осветительного прибора на протяжении определённого промежутка времени.
• Доза фликера позволяет достаточно точно определить характер колебаний светового потока и, соответственно, работу электрической сети. Мерцание заметно даже при изменении качественных показателей в пределах 0,5% от номинальных значений.

Эффект фликера отображает нестабильность работы электрической сети, избавиться от которой можно путём повышения тока КЗ, а также при снижении показателей пусковых токов электрических силовых установок.

Коэффициент временного перенапряжения

Работа сети с переменным током характеризуется интенсивностью и стабильностью колебаний. В идеале, данное явление описывается синусоидальной зависимостью, при которой амплитуда изменения граничных значений отличается постоянством. Если в сети возникает короткое замыкание, либо наблюдается импульсный скачок напряжения, превышающий 10% от номинальных параметров, такое явление называется временным перенапряжением.

Коэффициент временного перенапряжения – это величина, характеризующая обеспечение качества электрической энергии, которая определяется на основе линейной зависимости. Данный показатель описывает изменение амплитуды колебаний в единицу времени. При вычислении этого параметра важно уделять повышенное внимание количеству скачков напряжения в минуту, час или другой промежуток времени.

Провал напряжения

Провалы напряжения определяются путём замеров качества электроэнергии, периодичность которых описывается в ПУЭ, а также зависит от характеристик эксплуатационных паромеров сети. Провалы представляют собой резкое изменение показателей напряжения, причиной которых являются следующие ситуации:

• Явление пусковых токов – при запуске любой энергозависимой силовой установки наблюдается повышенное потребление мощности. После набора эксплуатационной мощности, величина потребляемой энергии корректируется до стабильных значений.
• Возникновение короткого замыкание, которое характеризуется импульсным скачком напряжения с резкой корректировкой силы тока. Данное явление неизменно сопровождается срабатыванием устройства автоматической защиты (УЗО) и размыканием цепи, во избежание повреждения электрооборудования.
• Включение дополнительных энергопотребляющих устройств в сеть, что сопровождается резким скачком напряжения из-за увеличения нагрузки на кабельную сеть. Такое явление часто происходит при производстве отделочных работ в помещении, когда в бытовую сеть включается энергоёмкий строительный инструмент.

Таким образом, при частом возникновении провалов в электрической сети, требуется использование стабилизирующих устройств. При возникновении подобного явления, все приборы, включённые в сеть, не могут выйти на номинальную мощность, из-за чего падает эффективность их эксплуатации.

Импульсное напряжение

Импульсное напряжение – один из показателей качества электроэнергии, который характеризуется внезапным скачком вольтамперных характеристик в сети, что быстро приводит к выходу большинства высокочувствительного оборудования из строя. Импульсное напряжение характеризуется следующими важными показателями:

• Амплитуда – абсолютная величина скачка синусоиды, описывающей колебания переменного тока. При превышении данного параметра более, чем на 10% возможен выход оборудования из строя.
• Продолжительность импульсного воздействия на электрическую цепь. Данная характеристика определяется, исходя из временного промежутка, в течение которого происходит резкий скачок напряжения с последующим возвратом к эксплуатационным параметрам электрической сети.

Продолжительность импульса часто описывается нелинейной относительной зависимостью между амплитудой и временем с отношением 1:2.

Рассматриваемые отклонения нередко возникают при воздействии грозовых разрядов при некорректно смонтированной молниезащите, когда напряжение может возрастать до 3000 – 6000В в стандартной бытовой сети в 200 В. Для избежания выхода оборудования из строя, в таких ситуациях нередко проводится испытание электрооборудования методом грозовых импульсов.

Несимметрия напряжений в трехфазной системе

Данное явление характеризуется перекосом фаз, когда амплитуды фазных напряжений или углы между ними не эквивалентны между собой. Из-за подобных нарушений наблюдается неравномерность распределения фазных токов в многофазной сети, что влечёт за собой снижение эффективности работы оборудования.

Несинусоидальность формы кривой напряжения

Качество электроэнергии считается нормальным, когда переменный ток описывается синусоидой с амплитудой расчётных значений в пределах 10% от номинальных показателей. При включении в сеть дополнительного оборудования наблюдется следующий эффект:

• Дестабилизация графика синусоидальной зависимости частоты тока и изменения напряжения во времени.
• Наличие отрицательных моментов на валах электрических силовых установок.

Такое явление не только определяет качество электрической энергии, но и обеспечивает работу некоторого оборудования, например, электродуговой сварки.

Перенапряжение

Перенапряжение – это такой качественный показатель электрической энергии, при котором величина колебаний переменного тока достигает предельных значений, вызывающих перегрев кабельной жилы и нарушение целостности изоляции. Причины возникновения перенапряжений:

• Ошибки монтажа кабельной линии, отсутствие заземления или нулевого кабеля.
• Замыкание нулевого провода на фазную токопроводящую жилу, что влечёт за собой возникновение тока КЗ.
• Включение в цепь дополнительных устройств, потребляющих значительную мощность.
• Возникновение резонанса гармонических колебаний, описываемых синусоидальной зависимостью.
• Внешние факторы – грозовые разряды, воздействие шаровой молнии.

Любое явление, при котором происходит перенапряжение линии, неизбежно отображается на показателях качества электроэнергии и на эксплуатационных характеристиках энергозависимых устройств.

Качество электроэнергии. Виды отклонений параметров электрической энергии

Все описанные выше показатели качества электрической энергии могут отклоняться от номинальных значений, но, при этом, оставаться в пределах нормативов. В соответствии с требованиями ПУЭ, существуют нормальные и предельно допустимые отклонения параметров электрической сети:

• Нормальные – предельные отклонения показателей не превышают 5% от номинальных значений.
• Предельно допустимые – величина колебаний может составлять до 10%, как в сторону увеличения, так и снижения от эталонных параметров.

Качество поставляемой электроэнергии может со временем меняться, что во многом зависит от количества потребителей в сети. Для своевременного определения всех перечисленных выше параметров и оценки качественных характеристик, требуется проведение периодической инспекции электроустановок не реже, чем раз в 12 месяцев, в соответствии с рекомендациями, описанными в нормативных документах.

Как улучшить качество электроэнергии

На практике существует множество способов улучшения качества электроэнергии, которые заключаются в выполнении следующих алгоритмов:

• Установка приборов, компенсирующих реактивную мощность на кабельной линии. Устройства позволяют стабилизировать коэффициент мощности в трёхфазной сети.
• Замена трансформаторов на высокой стороне на современные установки с функцией РПН (регулировки под нагрузкой). Такие агрегаты не требуют демонтажа и отключения при падении напряжения, а все калибровки производятся в эксплуатационном режиме. Для обеспечения должного качества электроэнергии также допускается установка автотрансформаторов с линейными переключателями, которые позволяют изменять величину напряжений на вторичных обмотках без снятия нагрузки.
• Монтаж в кабельную силовую сеть компенсаторов, синхронизирующих количество вырабатываемой мощности в автоматическом режиме.
• Монтаж в сеть конденсаторных батарей.

Идентифицировать качество поставляемой электроэнергии может каждый обыватель при считывании счётчика АСКУЭ. Для этого даже не требуется вмешательство в кабельную сеть. Если суммарный расход потребляемой электроэнергии намного уступает показателям счётчика, в таких случаях требуется стороннее вмешательство для повышения качества электроэнергии.

Заключение

На практике существует множество способов оценки параметров качества электроэнергии. Как правило, эти показатели выражаются в резком изменении амплитуды синусоиды, которая описывает колебания в сети переменного тока. Превышение номинальных показателей на величину, не превышающую 5%, считается нормой, и такие параметры никак не влияют на эксплуатационные характеристики электрической сети. При увеличении отклонений до 10%, качество энергии требует улучшения, но всё ещё находится в пределах допустимых значений. В случае превышения этих качественных характеристик, требуется стороннее вмешательство для улучшения эксплуатационных параметров.

Правда о малоэтажном строительстве