72. Качество электрической энергии. Основные показатели. Мероприятия по улучшению показатели качества электрической энергии

Электроэнергия, как особый вид продукции, обладает определёнными показателями, позволяющими судить о её пригодности в различных производственных процессах.

Совокупности показателей свойств электроэнергии, численно характеризующих напряжение в СЭС по частоте, действующему значению, форме кривой, симметрии и импульсным помехам, и определяющих воздействие на элементы сети, называют качеством электрической энергии.

Выделяют следующие вопросы при решении задачи повышения качества электроэнергии:

- экономические вопросы включают в себя методы расчета убытков от некачественной электроэнергии в системах промышленного электроснабжения;

- математические аспекты представляют собой обоснование тех или иных методов расчёта показателей качества электроэнергии;

- технические аспекты включают в себя разработку технических средств и мероприятий, улучшающих качество электроэнергии, а также организацию системы контроля и управления качеством.

Номенклатура ПКЭ, установленная ГОСТ 13109-97, включает следующие показатели:

- установившееся отклонение напряжения , %;

- размах изменения напряжения , %;

- доза фликера , отн. ед.;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения , %;

- коэффициент -ой гармонической составляющей напряжения , %;

- коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности , %;

- коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности , %;

- отклонение частоты , Гц;

- длительность провала напряжения , с;

- коэффициент временного перенапряжения , отн. ед.;

- импульсное напряжение , кВ.

ПКЭ разделяют на нормируемые и ненормируемые. К нормируемым относятся: , , , , , , , , . К не нормируемым ПКЭ относятся , . Провалы напряжения нормируются только по длительности, по глубине не нормируются.

Основные показатели

Отклонения напряжения - Одним из важнейших показателей качества электроэнергии является действующее значение напряжения − фазного или линейного в зависимости от схемы включения потребителей. Отклонения напряжения вызывают наибольший ущерб. Основными причинами отклонений напряжения в СЭС промышленных предприятий являются изменения режимов работы электроприёмников, изменения режимов питающей энергосистемы.

Под отклонением напряжения ( ) понимают разность между фактическим (действительным) значением напряжения ( ) и его номинальным значением ( ) для данной сети:

.

Колебания напряжения - Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения и дозой фликера, к которым относятся динамично изменяющиеся огибающие действующего (амплитудного) значения напряжения в результате изменений резкопеременной нагрузки.

Размах изменения напряжения- Размах изменения напряжения − это разница между значениями следующих один за другим экстремумов огибающей напряжения основной частоты, определённых на каждом полупериоде, выраженная в процентах от :

Доза фликера - Введение ограничений на размахи изменений напряжения для источников света вызвано условиями охраны труда. При быстром изменении напряжения наблюдается резкое изменение светового потока, что приводит к зрительной утомляемости людей, снижению производительности труда.

Доза фликера − мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени. Кратковременную и длительную дозу фликера определяют с помощью фликерметра. Кроме того, длительную дозу фликера можно рассчитать по формуле:

, (9.5)

где − кратковременная доза фликера на k-м интервале времени в течение периода наблюдения .

Несинусоидальность напряжения - В результате интенсификации производственных процессов, совершенствования существующей и внедрения новой технологии на промышленных предприятиях всё в большей степени применяют вентильные преобразователи, установки однофазной и трехфазной электросварки, мощные электродуговые печи, вольтамперные характеристики которых нелинейные. Такими же характеристиками обладают силовые трансформаторы, мощные магнитные усилители, газоразрядные лампы. Характерной особенностью этих устройств является потребление ими из сети несинусоидальных токов при подведении к их зажимам синусоидального напряжения

Несимметрия напряжения - Несимметрия напряжений и токов трёхфазной системы является одним из важнейших показателей качества электроэнергии. Причиной появления несимметрии напряжений и токов являются различные несимметричные режимы системы электроснабжения. Широкое применение различного рода однофазных электротермических установок значительной мощности (до 10 МВт) и трёхфазных дуговых печей также привело к значительному увеличению доли несимметричных нагрузок на промышленных предприятиях. Подключение таких мощных несимметричных одно- и трёхфазных нагрузок к трёхфазным сетям вызывает в системах электроснабжения длительный несимметричный режим, который характеризуется несимметрией напряжений и токов.

Длительность провала напряжения - Провал напряжения − это внезапное, в течение 10 мс, снижение напряжения до значения ниже с последующим его восстановлением до значений, равных или близких к первоначальному, в результате действия средств защиты и автоматики, установленных в сети.

Причины возникновения провалов являются короткие замыкания в системе электроснабжения.

Провалы напряжения характеризуются глубиной и длительностью (рис. 9.3).

Глубину провала напряжения, %, вычисляют по выражению:

, (9.27)

где − минимальное значение из всех измеренных среднеквадратических значений напряжения, В.

Длительность провала напряжения определяется суммарным временем срабатывания средств защиты и автоматики, под действием которых напряжение может восстановиться до первоначального значения

Выделяют следующие вопросы при решении задачи повышения качества электроэнергии:

- экономические вопросы включают в себя методы расчета убытков от некачественной электроэнергии в системах промышленного электроснабжения;

- математические аспекты представляют собой обоснование тех или иных методов расчёта показателей качества электроэнергии;

- технические аспекты включают в себя разработку технических средств и мероприятий, улучшающих качество электроэнергии, а также организацию системы контроля и управления качеством.

Соответствие ПКЭ требованиям ГОСТ достигается схемными решениями или применением специальных технических средств. Выбор данных средств производится на основании технико-экономического обоснования, при этом задача сводится не к минимизации ущерба, а к выполнению требований ГОСТ.

Для улучшения всех ПКЭ целесообразно подключение электроприёмников с усложнёнными режимами работы к точкам ЭЭС с наибольшими значениям мощности КЗ. При выборе схемы электроснабжения предприятия учитывают ограничение токов КЗ до оптимального уровня с учётом задачи повышения ПКЭ.

Для снижения влияния на «спокойную» нагрузку вентильных электроприёмников и резкопеременной нагрузки, подключение таких приёмников выполняют на отдельные секции шинопроводы подстанций с трансформаторами с расщеплённой обмоткой или со сдвоенными реакторами.

Возможности улучшения каждого ПКЭ.

1. Способы снижения размахов колебаний частоты:

1.1 увеличение мощности КЗ в точке присоединения приёмников с резкопеременной и «спокойной» нагрузок;

1.2 питание резкопеременной и «спокойной» нагрузок через отдельные ветви расщеплённых обмоток трансформаторов.

2. Мероприятия для поддержания уровней напряжений в допустимых пределах:

2.1. Рациональное построение СЭС путём применения повышенного напряжения для линий питающих предприятие; использование глубоких вводов; оптимальная загрузка трансформаторов; обоснованное применение токопроводов в распределительных сетях.

2.2. Использование перемычек на напряжение до 1 кВ между цеховыми ТП.

2.3 Снижение внутреннего сопротивления СЭС предприятия включением на параллельную работу трансформаторов ГПП, если токи КЗ не превышают допустимых значений для коммутационно-защитной аппаратуру.

2.4 Регулирование напряжения генераторов собственных источников питания.

2.5 Использование регулировочных возможностей синхронных двигателей с автоматическим регулированием возбуждения (АРВ).

2.6 Установка автотрансформаторов и устройств регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) у силовых двухобмоточных трансформаторов.

2.7 Применение компенсирующих устройств.

3. Снижение колебания напряжения достигается путём использования:

3.1 сдвоенных реакторов мощность резкопеременной нагрузки, которую можно подключить к одной ветви реактора, определяют по выражению , где − колебания напряжения на шинах, подключённых к одной ветви реактора при работе резкопеременной нагрузки, подключённой к другой ветви; − напряжение короткого замыкания трансформатора, к которому подключён сдвоенный реактор; − номинальная мощность трансформатора; − сопротивление ветви реактора; − номинальное напряжение сети.

3.2 трансформаторов с расщеплённой обмоткой максимальную мощность резкопеременной нагрузки, подключённой к одной обмотке, определяют по формуле .

3.3 установка быстродействующих статических компенсирующих устройств.

4. Способы борьбы с высшими гармониками:

4.1 Увеличение числа фаз выпрямителя.

4.2 Установка фильтров или фильтрокомпенсирующих устройств.

5. Методы борьбы с несимметрией (не требующие применения специальных устройств):

5.1 Равномерное распределение однофазных нагрузок по фазам.

5.2 Подключение несимметричных нагрузок на участки сети с большей мощностью К.З или увеличение мощности КЗ.

5.3 Выделение несимметричных нагрузок на отдельные трансформаторы.

5.4 Использование специальных приёмов для устранения несимметрии:

5.4.1 Замена трансформаторов со схемой соединения обмоток на трансформаторы со схемой соединения (в сетях до 1 кВ). При этом токи нулевой последовательности, кратные трём, замыкаясь в первичной обмотке, уравновешивают систему, и сопротивление нулевой последовательности резко уменьшается.

5.4.2 Т.к. сети 6-10 кВ выполняются обычно с изолированной нейтралью, то снижение несимметричных составляющих достигается применением конденсаторных батарей (используемых для поперечной компенсации), включаемых в несимметричный или неполный треугольник. При этом распределение суммарной мощности БК между фазами сети выполняют таким образом, чтобы создаваемый ток обратной последовательности был близок по значению току обратной последовательности нагрузки.

5.4.3 Эффективным средством является использование нерегулируемых устройств, например, устройства симметрирования однофазной нагрузки, построенного на основе схемы Штейнметца.