Качество электроэнергии что это такое основные показатели

Электромагнитной совместимостью электрооборудования

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.

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.

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.

Основные аспекты качества электроэнергии

Основные аспекты качества электроэнергии показаны в таблице 1. За основу этой классификации взята величина энергии, необходимой центру управления качеством для компенсации возмущений. Стабильность напряжения, за исключением отклонения частоты, может быть достигнута при использовании силовых электронных устройств, трансформаторов и небольшого накопителя энергии.

С другой стороны, для поддержания непрерывности энергоснабжения требуется большой накопитель энергии и/или распределённый генератор. Для компенсации искажений формы напряжения необходим совсем небольшой накопитель энергии. Определение каждого события в таблице 1 показано на рис. 1, который взят из стандарта IEEE Std. 1159-1995.

Уровни качества электроэнергии для «диверсифицированной» системы управления качеством электроэнергии определены на основании классификации, приведённой в таблице 1. Для определения уровня качества рассматриваются 3 уровня качества — это нормальное, высокое и наивысшее качество. Провалы напряжения, которые появляются при коммутациях тиристорных выпрямителей, и отклонения частоты не принимались во внимание из-за особой природы этих событий.

Качество электроэнергии что это такое основные показатели

Таблица 1. Аспекты качества электроэнергии

Стабильность напряжения Бесперебойность подачи питания Форма напряжения
повышенное и пониженное напряжение
кратковременные просадки напряжения
выбросы напряжения
сдвиг фаз
фликер
частота
кратковременные прерывания
временные прерывания
длительные перерывы
переходные процессы
трёхфазная асимметрия напряжения
гармоники напряжения и тока
провалы

Рис. 1. Определения событий по IEEE Std.l159-1995

В таблице 2 показаны требования к качеству энергии для случая, когда компенсация кратковременных просадок и выбросов напряжения более важна, чем компенсация перебоев питания. Соответствующая конфигурация центра управления качеством показана на рис. 2. В таблице 2 знак «О» означает, что соответствующее возмущение полностью компенсируется, знак «Δ» означает, что соответствующее возмущение может компенсироваться не всегда, а знак «Х» означает, что соответствующее возмущение не компенсируется.

Центры управления качеством имеют систему АВР для уменьшения потерь в сети, кратковременных просадок и выбросов напряжения, и компенсации перебоев в питании. Некоторые возмущения в системе эффективно устраняются с помощью АВР, но если нарушения присутствуют на обеих линиях, питающих один и тот же участок, качество электроэнергии с помощью АВР улучшить невозможно.

Понижения напряжения и перенапряжения могут быть компенсированы с помощью обычных трансформаторов с переключением ответвлений. От воздействия переходных процессов можно избавиться установкой разрядников на входе центра управления качеством. В линии высокого качества кратковременные просадки, выбросы напряжения и фазовые сдвиги, которые иногда возникают одновременно с кратковременной просадкой напряжения, могут быть компенсированы устройством, регулирующим напряжение, например динамическим устройством восстановления напряжения (ДВН).

Но, как и прерывания, они не могут быть компенсированы, если нарушение происходит на обеих линиях, подходящих к центру управления качеством. Провалы также могут компенсироваться с помощью ДВН. Хотя трёхфазная асимметрия и гармоники напряжения также могут быть компенсированы ДВН с высокой частотой переключения, этот способ не рассматривался из-за высоких потерь при переключениях.

В линии наивысшего качества прерывания компенсируются при помощи источника бесперебойного питания (ИБП). ИБП параллельного типа применим для уменьшения потерь энергии преобразователей. Также могут компенсироваться длительные перерывы в питании, если на стороне постоянного тока ИБП установлен автономный генератор (АГ), то есть микротурбинные установки или топливные элементы.

На рис. 2 показана конфигурация центра управления качеством, соответствующая требованиям к качеству электроэнергии (1), приведённым в таблице 2. В этой конфигурации для повышения надёжности и снижения цены приняты две линии на стороне высокого напряжения и одна линия на стороне низкого напряжения. В качестве переключателей АВР на стороне высокого напряжения и изолирующего выключателя на линии наивысшего качества для снижения потерь используются гибридные выключатели с механическими контактами и полупроводниковыми ключами.

Таблица 2. Определение качества электроэнергии (1)

События Нормальное качество Высокое качество Наивысшее качество
Повышенное и пониженное напряжение О О О
Кратковременные просадки напряжения Δ О О
Выбросы напряжения Δ О О
Сдвиг фаз Х О О
Фликер Х О О
Кратковременные прерывания Δ Δ О
Временные прерывания Δ Δ О
Длительные перерывы Δ Δ О
Переходные процессы О О О
Трёхфазная асимметрия напряжения Х Х Δ
Гармоники напряжения Х Х Δ
Гармоники тока Х Х О
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Утепление стен пенофолом изнутри и технология утепления перлитом снаружи

Вместо ДВН может использоваться компенсатор реактивной мощности параллельного типа. В этом случае могут компенсироваться токи гармоник и трёхфазная асимметрия токов, возникающие из-за нагрузки, но глубокие кратковременные просадки напряжения не могут быть скомпенсированы. На рис. 3 показана конфигурация центра управления качеством, соответствующая требованиям к качеству электроэнергии (1*), приведённым в таблице 3.

Таблица 3. Определение качества электроэнергии (1*)

События Нормальное качество Высокое качество Наивысшее качество
Повышенное и пониженное напряжение О О О
Кратковременные просадки напряжения Δ О(для глубоких просадок Δ) О
Выбросы напряжения Δ О О
Сдвиг фаз Х Х О
Фликер Х О О
Кратковременные прерывания Δ Δ О
Временные прерывания Δ Δ О
Длительные перерывы Δ Δ О
Переходные процессы О О О
Трёхфазная асимметрия напряжения Х Δ Δ
Гармоники напряжения Х Δ Δ
Гармоники тока Х О О

В таблице 4 показаны требования к уровню качества электроэнергии, когда вместо ИБП параллельного типа используется ИБП последовательного типа с выпрямителем и преобразователем (см. рис. 4). В этом случае могут быть компенсированы трёхфазная асимметрия и гармоники напряжения как возникающие из-за нагрузки, так и имеющиеся на стороне источника. Однако при этом потери в ИБП будут больше, чем в случае ИБП параллельного типа, показанного на рис. 2 и 3.

Таблица 4. Определение качества электроэнергии (1**)

События Нормальное качество Высокое качество Наивысшее качество
Повышенное и пониженное напряжение О О О
Кратковременные просадки напряжения Δ О О
Выбросы напряжения Δ О О
Сдвиг фаз Х О О
Фликер Х О О
Кратковременные прерывания Δ Δ О
Временные прерывания Δ Δ О
Длительные перерывы Δ Δ О
Переходные процессы О О О
Трёхфазная асимметрия напряжения Х Х О
Гармоники напряжения Х Х О
Гармоники тока Х Х О

В таблице 5 показаны требования к уровню качества электроэнергии для случая, когда компенсация прерываний более важна, чем компенсация кратковременных просадок и выбросов напряжения. Соответствующая конфигурация центра управления качеством показана на рис. 5 В этой схеме применён ИБП последовательного типа.

Преобразователь ИБП обычно работает в режиме выпрямителя, он переключается в режим преобразователя при отсутствии напряжения на обеих линиях, подходящих к центру управления качеством. При изменении режима выпрямителя ИБП имеет место нарушение непрерывности огибающей напряжения. При изменении режима работы преобразователя выключатель на подходящей линии высокого качества и линии наивысшего качества разомкнут. Длительные перерывы в линиях высокого и наивысшего качества компенсируются, если на стороне постоянного тока ИБП установлен автономный генератор.

Определение качества электроэнергии (2)

События Нормальное качество Высокое качество Наивысшее качество
Повышенное и пониженное напряжение О О О
Кратковременные просадки напряжения Δ Δ О
Выбросы напряжения Δ Δ О
Сдвиг фаз Х Х О
Фликер Х Х О
Кратковременные прерывания Δ Δ О
Временные прерывания Δ О О
Длительные перерывы Δ О О
Переходные процессы О О О
Трёхфазная асимметрия напряжения Х Х О
Гармоники напряжения Х Х О
Гармоники тока Х Х О

Если нет необходимости компенсации трёхфазной асимметрии и гармоник (таблица 6), конфигурация центра управления качеством проще (см. рис. 6). Она содержит АГ, ДВН и изолирующий выключатель.

Таблица 6. Определение качества электроэнергии (2*)

События Нормальное качество Высокое качество Наивысшее качество
Повышенное и пониженное напряжение О О О
Кратковременные просадки напряжения Δ Δ О
Выбросы напряжения Δ Δ О
Сдвиг фаз Х Х О
Фликер Х Х О
Кратковременные прерывания Δ Δ О
Временные прерывания Δ О О
Длительные перерывы Δ О О
Переходные процессы О О О
Трёхфазная асимметрия напряжения Х Х Х
Гармоники напряжения Х Х Х
Гармоники тока Х Х Х

Факторы снижения качества электроэнергии

Снижение качества электроэнергии обусловливает:

  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.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Распределительный щиток для автоматов и электросчётчика

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.

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.

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.

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

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.

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.).

Параметры оценки качества электроэнергии

Качество электроэнергии в сетях трехфазного переменного тока характеризуется отклонениями и колебаниями напряжения и частоты от установленных норм, несинусоидальностью напряжения, смещением нейтрали и несимметрией напряжения основной частоты. Отступления от нормированных параметров поступающей в сеть электроэнергии, табл. 1, влияют на выпуск продукции, на ее качество и на протекание технологических процессов.

Таблица 1 – Номинальные напряжения электрических систем

Номинальные

напряжения

ЭП и сети,

кВ

Номинальные фазные напряжения, кВ
генераторов трансформаторов
Первичные

обмотки

Вторичные

обмотки

0,22 0,23 0,22 0,23
0,38 0,4 0,38 0,4
0,66 0,69 0,66 0,69
(3)* (3,15)* (3)* (3,15)*
6 6,3 6 и 6,3 6,3 и 6,6
10 10,5 10 и 10,5 10,5 и 11,0
20 21 20 и 21 22
35* 35* 38,5*
110 110 115 и 121
(150)* (150)* (158)*
220 220 230 и 240
330 330 347
500 500
750 750

*Не нормированное, но используемое напряжение.

Отклонением напряжения называют быстро протекающие (со скоростью не менее 1 % в секунду) изменения напряжения. Они возникают при работе ЭП с резкопеременной нагрузкой: при работе синхронных двигателей (СД) преобразовательных агрегатов, двигателей прокатных станов, дуговых электропечей, электросварочных машин, а также при пуске электродвигателей (ЭД).

Качество электроэнергии что это такое основные показатели

Отклонение напряжения не должно выходить за пределы (–5 ÷ 10) % от номинального значения. К постоянству напряжения требовательны источники света, которые изменяют свои характеристики в зависимости от его уровня. Для ЭД, электроламп, прожекторов, для освещения жилых домов изменение напряжения не должно быть более ±5 %;

Причиной отклонений напряжения у потребителей конкретного предприятия может быть изменение в режимах работы его ЭП и ЭП других предприятий, питающихся от той же сети, а также изменения в работе энергосистемы.

Основными средствами регулирования напряжения являются трансформаторы или АТ с автоматическим регулированием под нагрузкой, устанавливаемые на главных понизительных подстанциях (ГПП) и на подстанциях глубокого ввода (ПГВ). Во многих случаях этого бывает достаточно благодаря применению ПГВ, располагаемых в центрах нагрузок соответствующих групп потребителей.

Для особо чувствительных к отклонениям напряжения ЭП, имеющих разные режимы работы и удаленность от ГПП или ПГВ, необходимо предусматривать дополнительные групповые или индивидуальные средства регулирования напряжения, например, вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ), которые имеют переменный коэффициент трансформации.

Вторичная обмотка ВДТ последовательно включается в цепь вторичной обмотки основного трансформатора (рис. 2) для регулирования или стабилизации напряжения в цепи нагрузки. Первичная обмотка ВДТ питается через регулируемый АТ от обмотки низшего напряжения основного трансформатора.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Рейтинг холодильников по качеству и надежности 2020 ТОП-20 лучших моделей на рынке

Рисунок 2 – Принципиальная схема включения ВДТ: 1 – основной трансформатор; 2 – вольтодобавочный трансформатор; 3 – автотрансформатор

Разновидность ВДТ – линейные трансформаторы для поперечного регулирования, позволяющие сдвигать по фазе напряжение сети, не изменяя его значения. При этом первичная обмотка регулируемого АТ каждой фазы подключается к линейному напряжению двух других фаз. Улучшение коэффициента мощности (cosφ) сети приводит к снижению потерь напряжения и энергии.

Цеховые трансформаторы с регулированием под нагрузкой применяются только в тех случаях, когда другие средства регулирования недостаточны или неэкономичны.

где п – число колебаний в час;

Качество электроэнергии что это такое основные показатели

Δt – средний интервал между колебаниями за час, мин.

где ΔUt – колебание напряжения, В; Umax – максимальное значение напряжения, В; Umin – минимальное значение напряжения, В.

Наибольшие колебания напряжения были отмечены при включении регулируемых вентильных преобразователей, требующих большой реактивной мощности. При асинхронном пуске крупных СД могут быть броски тока, превышающие в 2,8 раз номинальный, что вызывает колебания напряжения. Существенные колебания напряжения вызывают дуговые трехфазные сталеплавильные электропечи (ДСП), в которых в период расплавления металла (шихты) и в начале окисления возникают эксплуатационные КЗ.

где ΔP и ΔQ – соответственно изменения активной (Вт) и реактивной (вар) мощности ЭП;

SK – полная мощность КЗ в точке питающей сети, в которой проверяются колебания напряжения, В·А.

где ST – полная номинальная мощность печного трансформатора, В·А. При работе нескольких ДСП колебания увеличиваются пропорционально их количеству. Можно сделать практический вывод, что величина колебаний напряжения при прочих равных условиях определяется мощностью КЗ питающей сети: чем она выше, тем меньше колебания.

Снижение влияния мощных ЭП, печных и других электроустановок с резкопеременной ударной нагрузкой на электрическую сеть достигается:

  • за счет выбора рациональных СЭС и схем пуска крупных ЭД;
  • увеличением напряжения питающих и распределительных сетей;
  • приближением крупных ЭП с резкопеременной нагрузкой к источникам питания;
  • подключением ЭП по индивидуальным линиям непосредственно к ГПП или ТЭЦ, минуя РУ и цеховые подстанции.

В сетях ПП применяют разделение питания ударных и так называемых «спокойных» нагрузок:

  • группы ЭП с ударными нагрузками при их значительной мощности питаются от отдельных трансформаторов, но с общим резервным трансформатором, так как возможны значительные колебания напряжения во время послеаварийного режима;
  • ударные и «спокойные» нагрузки присоединяются к разным ветвям РУ, включаюм в отдельные линии или запитывают от отдельных трансформаторов;
  • на ГПП или ПГВ применяются трансформаторы с расщепленными вторичными обмотками (с коэффициентом расщепления Кр не менее 3,5), с выделением на одну из ветвей обмотки питания резкопеременных ударных нагрузок, а на другую – «спокойных» нагрузок, включая системы освещения.

Если это оказывается недостаточным, предусматриваются специальные устройства для ограничения колебаний напряжения. Наиболее реальными и эффективными из них являются синхронные компенсаторы (СК), регулируемые СД, системы продольной компенсации и др. Они работают в так называемом «режиме слежения» за реактивным током подключенных ЭП.

где UN – действующее номинальное значение напряжения, В; ν – номер гармоники напряжения, ν=1 – рабочая гармоника.

Длительно допустимой несинусоидальностью напряжения является условие K ≤ 5 %.

– векторный оператор (фазный множитель);

– линейное напряжение, В.

При рассмотрении влияния высоких гармоник, определяющих несинусоидальность формы кривой напряжения, обычно учитывают гармоники от 3 до 13, (ν =13). Принято считать, что влиянием более высоких гармоник (ν {amp}gt;13) можно пренебречь. Однако исследования показывают, что гармоники выше 13-й также могут оказывать влияние на общую несинусоидальность, и их необходимо учитывать при определении коэффициента несинусоидальности.

Смещение нейтрали трехфазной сети  (абсолютное напряжение нулевой последовательности основной частоты) или «смещение нейтрали» – термин, характеризующий изменение фазных напряжений при несимметричных нагрузках в трехфазной сети. Иногда используют термин «перекос фаз».

В трехфазной сети фазные напряжения распределяются между потребителями в соответствии со временем их включения и величиной нагрузки. Необходимо использовать нейтрали, чтобы обеспечивать подачу фазного напряжения к каждому ЭП при несимметричной нагрузке. Нейтралью называют общую точку обмоток электрических машин (ЭМ) при их соединении в схему «звезда». При соединении в схему «треугольник» для получения нейтральной точки можно использовать схему «скользящий треугольник».

– геометрическая сумма векторов напряжений фаз 

Качество электроэнергии что это такое основные показатели

Рисунок 3 – Графическое представление напряжений при смещении нейтрали

Существует связь величины фазных напряжений с нагрузками по фазам: у более нагруженной фазы напряжение уменьшается, например, до 195÷205 В, а у менее нагруженной – увеличивается (до 245 В и более), рис. 3.

Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector