Билет №12

1. Качество электроэнергии. Влияние отклонения напряжения на работу электроприемников.

Качество электроэнергии регламентировано ГОСТ 13169-87 "Нормы качества электрической энергии и ее приемников, присоединяемых к электрическим сетям общего назначения"^[1].

Для наиболее распространенных сетей трехфазного тока показателями качества отпускаемой электроэнергии являются:

• отклонения (сравнительно медленные изменения) и колебания (достаточно быстрые) частоты;

• отклонения и размах изменения напряжения;

• несинусоидальность формы кривой напряжения;

• несимметрия трехфазной системы напряжений и смещение нейтрали;

• неуравновешенность напряжения.

Показатель частоты является единым для всей электрически связанной сети (от выводов генераторов на Братской ГЭС до розетки в московской квартире или на селе). Остальные показатели локальны и зависят от места измерения.

Отклонение частоты - это разность между ее фактическим и номинальным значениями, усредненная за 10 мин. В нормальном режиме отклонения частоты должны быть в пределах ±0,1 Гц (допускается временная работа с отклонением ±0,2 Гц).

Колебания частоты характеризуются разностью между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты за определенный промежуток времени. Размах колебаний частоты не должен превышать ее указанных допустимых отклонений. Причина глубоких длительных снижений частоты - дефицитность баланса мощности или энергоресурсов в энергосистеме.

Отклонение напряжения - относительная разность (в процентах) между его фактическим U и номинальным U_ном значениями, возникающая при сравнительно медленном изменении режима (скорость изменения напряжения меньше 1% в секунду):

ΔU=(U—U_ном) 100% / U_ном

Допускаются следующие отклонения напряжения от номинального: на выводах приборов рабочего освещения в производственных и общественных зданиях - от  −2,5 до +5%; на выводах электрических двигателей и аппаратов для их пуска и управления - от  −5 до +10%; на выводах остальных электроприемников - в пределах ±5%; в электрических сетях сельских районов, а также для животноводческих комплексов и птицефабрик и в сетях, питающихся от шин тяговых подстанций электрифицированного транспорта, ±5%.

Отклонения напряжения в распределительной сети приводят к изменению его уровней на отдельных участках. Для создания благоприятных уровней напряжения в сети и у потребителей необходимо его регулирование, которое выполняется как на генераторах электрических станций в зависимости от нагрузки потребителей (встречное регулирование), так и на силовых трансформаторах. При увеличении нагрузки напряжение генераторов стараются повысить, а при ее уменьшении - понизить.

Другим эффективным способом улучшения режимов напряжения в сети является последовательное включение конденсаторов в линию, которое позволяет снизить индуктивное сопротивление линии и уменьшить потерю напряжения в ней.

Колебания напряжения характеризуются размахом его изменения - относительной разностью между наибольшим U_max и наименьшим U_min действующими значениями напряжения (в процессе изменения напряжения со скоростью не меньше 1% в секунду):

ΔU = (U_max− U_min) 100% / U_ном

На колебания напряжения влияют режимы технологических установок, пуски электродвигателей, работа сварочных агрегатов, дуговых печей, выпрямительных установок. Для снижения колебаний напряжения уменьшают сопротивление питающей сети (используют провода большего сечения), применяют конденсаторы, приближают приемники к источникам питания и т. п.

Несинусоидальность формы кривой напряжения характеризуется составом высших гармоник (по 13 включительно) и допускается в следующих пределах: действующее значение всех высших гармоник на выводах любого электроприемника не должно превышать 5% действующего значения напряжения основной частоты.

Высшие гармонические составляющие неблагоприятно влияют на работу электроприемников и электрических сетей, средств связи, автоматики, измерительных приборов, вычислительных машин и других электронных устройств. Источниками высших гармоник являются выпрямительные установки у потребителей, электропередачи постоянного тока, силовые трансформаторы, дуговые электропечи, сварочные агрегаты. Снижение влияния высших гармоник напряжения достигается рациональным построением схемы электроснабжения (указанные нагрузки выделяют и приближают к мощным источникам питания) и использованием специальных фильтров (фильтры настраивают на определенные гармоники и ограждают от них сеть).

Несимметрия трехфазной системы может возникать не только в аварийных ситуациях (при обрыве, отключении одной фазы), но и в нормальных режимах (при наличии мощных единичных однофазных нагрузок - печи, электрический транспорт, при неравномерном распределении по фазам массовых однофазных электроприемников).

При несимметричном режиме ухудшаются условия работы электроприемников и всех элементов сети: снижаются экономичность и срок службы оборудования, уменьшается пропускная способность сети, увеличиваются потери энергии.

Несимметричный режим характеризуется напряжением обратной последовательности. Как известно из теоретических основ электротехники, трехфазная несимметричная система напряжений или токов может раскладываться на три симметричные составляющие: прямой, обратной и нулевой последовательности. Напряжение обратной последовательности не должно превышать 2% номинального на выводах любого трехфазного симметричного электроприемника.

Неуравновешенность напряжения может возникнуть в результате смещения нейтрали трехфазной системы, когда возникает несимметрия фазных напряжений при сохранении симметричной системы междуфазных напряжений. Это бывает в четырехпроводных сетях до 1000 В, где смещение нейтрали определяется относительно нулевого провода в месте включения электроприемников.

Для контроля за качеством электроэнергии в условиях эксплуатации используют серийно выпускаемые приборы: показывающие и регистрирующие частотомеры и вольтметры, анализатор качества напряжения, анализатор несинусоидальности, осциллографы, анализатор несимметрии, регистратор искажения формы кривой и др.