Качество 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 конструктивно 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 (КЭ). Они называются показателями качества электроэнергии (ПКЭ).

В 1967 г. в СССР впервые в мировой практике был утвержден ГОСТ, определяющий значения показателей качества электрической энергии (ГОСТ 13109-67 «Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения»).

В настоящее время 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).

Отклонение напряженияхарактеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения U_у на выводах приемников электрической энергии равны соответственно 5 и 10% от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721-77 и ГОСТ 21128-83.

Причинами несоответствий по установившемуся отклонению напряжения DU_у могут быть:

1) неверно выбранный коэффициент трансформации трансформатора 6—10/0,4 кВ или не проведенное своевременно сезонное переключение отпаек этих трансформаторов;

2) разнородность нагрузок линий 0,38 кВ и несовместимость требований потребителей к DU_у на шинах 0,4 кВ трансформаторов 6—10/0,4 кВ;

3) значительная несимметрия фазных нагрузок в сетях 0,4 кВ;

4) значительные потери напряжения в распределительной сети, превышающие предельные значения;

5) отсутствие трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) в центре питания (ЦП) распределительной сети;

6) отсутствие автоматического регулятора напряжения (АРН) в ЦП или его не использование;

7) некорректная работа АРН или неправильно выбранный закон регулирования напряжения

8) разнородность нагрузок распределительных линий 6—10 кВ и несовместимость требований потребителей всей распределительной сети к DU_у на шинах ЦП;

9) ошибки в планировании диспетчерских графиков спроса и предложения в реактивной мощности;

10) отсутствие договорных отношений или некорректно определенные договорные условия по допустимому диапазону DU_у;

11) неверно заданные уставки регулирующих устройств на генераторах, повышающих трансформаторах и автотрансформаторах связи, отсутствие или недостаточное использование специальных устройств в межсистемных линиях и питающих сетях энергосистем, регулирующих реактивную мощность (синхронных компенсаторов, батарей статических компенсаторов и шунтирующих реакторов), пониженная пропускная способность питающих сетей и др.;

12) превышение потребителем разрешенной ему мощности или нарушение договорных условий с ЭСО по использованию специальных средств, регулирующих реактивную мощность (батарей статических конденсаторов, синхронных двигателей).

Влияние отклонения напряжения на:

1) 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;

2) 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;

3) 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% увеличивается потребляемая двигателем реактивная мощность на 3—7%. Снижается эффективность работы привода и сети.

Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет:

1) 10% специфическая нагрузка;

2) 30% освещение и прочее;

3) 60% асинхронные электродвигатели.

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:

1. Выбором сечения проводников линий электропередач (≡ R) по условиям потерь напряжения.

2. Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X). Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0.

3. 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, это является неплохим мероприятием энергосбережения, снижающим общие потери электроэнергии в сетях.

Регулирование напряжения U:

1. 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%.

2. 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%.

Колебания напряжения - быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд.

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:

1. размахом изменения напряжения;

2. дозой фликера.