Показатели качества электроэнергии. Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников.

Показатели качества электроэнергии. 1. Установившееся отклонение напряжения δU_у;2. Размах изменения напряжения δU_t; 3. Доза фликера P_t; 4. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения K_U; 5. Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения K_U(n); 6. Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U; 7. Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U; 8. Отклонение частоты Δf; 9. Длительность провала напряжения Δt_n; 10. Импульсное напряжение U_имп; 11. Коэффициент временного перенапряжения K_пврU.

Для характеристики вышеперечисленных показателей стандартом установлены численные нормально и предельно допустимые значения ПКЭ.

Отклонение напряжения – отличие фактического напряжения в установившемся режиме работы системы электроснабжения от его номинального значения.

Отклонения напряжения от номинальных значений происходят из-за суточных, сезонных и технологических изменений электрической нагрузки потребителей; изменения мощности компенсирующих устройств; регулирования напряжения генераторами электростанций и на подстанциях энергосистем; изменения схемы и параметров электрических сетей.

Отклонение напряжения определяется разностью между действующим U и номинальнымзначениями напряжения U_ном , В: δU = U – U_ном; δU_% = (U – U_ном)·100 / U_ном

Допустимые величины по ГОСТ: ±5% и ±10%

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

Колебания напряжения вызываются резким изменением нагрузки на рассматриваемом участке электрической сети, например, включением асинхронного двигателя с большой кратностью пускового тока, технологическими установками с быстропеременным режимом работы, сопровождающимися толчками активной и реактивной мощности – такими как, привод реверсивных прокатных станов, дуговые сталеплавильные печи, сварочные аппараты и т.п.

Колебания напряжения характеризуются двумя показателями:

1) размахом изменения напряжения δU_t;

2) дозой фликера P_t

Размах изменения напряжения δU_t вычисляют по формуле, %

,где U_i, U_i+1 – значения следующих один за другим экстремумов (или экстремума и горизонтального участка) огибающей среднеквадратичных значений напряжения

Доза фликера – это мера восприимчивости человека к воздействию колебаний светового потока, вызванных колебаниями напряжения в питающей сети, за установленный промежуток времени.

Несинусоидальность напряжения – искажение синусоидальной формы кривой напряжения.

Электроприёмники с нелинейной вольт­амперной характеристикой и выпрямители являются причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения K_U определяется по выражению

где U_(n) – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения;

n – порядок гармонической составляющей напряжения,

N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения, стандартом устанавливается N = 40;

U₍₁₎ – действующее значение напряжения основной частоты.

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения равен, %

K_U(n) = U_(n)·100 / U₍₁₎ .

Несимметрия напряжения – неравенство модулей и аргументов векторов напряжения.

Наиболее распространенными источниками несимметрии напряжений в трехфазных системах электроснабжения являются такие потребители электроэнергии, симметричное многофазное исполнение которых или невозможно, или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям.

Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности равен отношению действующего значения линейного напряжения обратной последовательности основной частоты к действующему значению линейного напряжения прямой последовательности основной частоты

K_2U = U₂₍₁₎·100 / U₁₍₁₎.

Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности равен, % :

K_0U = U₀₍₁₎·100 / U₁₍₁₎.

Допустимые величины по ГОСТ: 2% и 4%.

Отклонение частоты – разность между действительным и номинальным значениями частоты, Гц

Δf = f – f_ном. Δf_% = (f – f_ном)·100/ f_ном

Снижение частоты происходит при дефиците мощности работающих в системе электростанций. Повышение частоты происходит при резком сбросе нагрузки в системе электроснабжения, – ситуация аварийная и действие ГОСТ 13109-97 на неё не распространяется, а в установившемся режиме работы сети такое событие весьма редкое. Допустимые величины по ГОСТ: ± 0,2 Гц и ± 0,4 Гц.

Провал напряжения – внезапное значительное изменение напряжения в точке электрической сети ниже уровня 90%, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд.

Причинами провалов напряжения является срабатывание средств защиты и автоматики при отключении грозовых перенапряжений, токов кз, а также при ложных срабатываниях защит или в результате ошибочных действий оперативного персонала.

Характеристикой провала напряжения является его длительность Δt_n, равная:

Δt_n = t_к – t_н, где t_н и t_к – начальный и конечный моменты времени провала напряжения.

Импульс напряжения – резкое изменение напряжения в точке электрической сети длительностью менее 10 мс, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.

Импульсные перенапряжения возникают при грозовых явлениях и при коммутациях оборудования (трансформаторы, двигатели, конденсаторы, кабели), в том числе при отключении токов кз.

Величина искажения напряжения при этом характеризуется показателем импульсного напряжения. Импульсное напряжение в относительных единицах равно:

δU_имп = U_имп / U_ном , где U_имп – значение импульсного напряжения, В.

Временное перенапряжение – повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1U_ном продолжительностью более 10 мс (рис. 2.8.).

Временные перенапряжения возникают при коммутациях оборудования (коммутационные, кратковременные) и при коротких замыканиях на землю (длительные). Коммутационные перенапряжения возникают при разгрузке протяжённых линий электропередач высокого напряжения. Длительные перенапряжения возникают в сетях с компенсированной нейтралью и четырёхпроводных сетях при обрыве нейтрального провода, а в сетях с изолированной нейтралью при однофазном КЗ на землю (в сетях 6-10-35 кВ в таком режиме допускается длительная работа). В этих случаях, напряжение неповреждённых фаз относительно земли (фазное напряжение) может вырасти до величины междуфазного (линейного) напряжения.

Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения K_перU – это величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряженияк амплитуде номинального напряжения сети. К_перU = U_аMax / U_ном.

При выходе ПКЭ за установленные пределы увеличиваются расход и потери электроэнергии в системах электроснабжения, снижается уровень надежности работы электрооборудования, возникают нарушения технологических процессов и снижается выпуск продукции. Потери мощности в сети и в электрооборудовании изменяются в зависимости от значения напряжения. Влияние КЭ на сроки службы электрооборудования проявляется в основном в превышении температуры проводников и изоляции над допустимыми значениями, что приводит к их ускоренному старению. Технологический ущерб определяется видом технологического процесса и выпускаемой продукции. Обычно технологический ущерб проявляется в снижении количества или качества выпускаемой продукции, в браке продукции и в нарушении технологических процессов. Основным ПКЭ, определяющим технологический ущерб и потери электроэнергии в пром. и гор. сетях, является отклонение напряжения. Экономический ущерб из-за низкого качества напряжения для ряда производств имеет существенное значение. Показатели качества электроэнергии можно записать в порядке уменьшения их влияния на потери мощности и срок службы оборудования, а также на снижение количества и качества продукции следующим образом: 1) отклонение напряжения и частоты; 2) несимметрия напряжения и тока; 3) несинусоидальность кривых напряжений и токов; 4) размах изменения напряжения.