Глава 6. Качество электрической энергии
Электрическая энергия является продукцией, потребляемой любым промышленным предприятием, и оказывающей значительное влияние на экономические показатели производства. Современный уровень развития технологий характеризуется большим разнообразием способов потребления электроэнергии. Это приводит к появлению в электрических сетях электромагнитных помех, поэтому качество электроэнергии (КЭ) в месте ее производства еще не гарантирует такого же ее качества в месте потребления. Взаимное влияние потребителей электроэнергии друг на друга требует регулирования отношений между ними на уровне государства. Поэтому на территории Российской Федерации действует межгосударственный стандарт "Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения" (ГОСТ 13109-97).
Этот стандарт устанавливает показатели и нормы КЭ в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии. Такие точки называются точками общего присоединения (ТОП).
Нормы КЭ, установленные названным стандартом, являются уровнями электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех в системах электроснабжения общего назначения.
Стандартом не устанавливаются требования к КЭ в электрических сетях специального назначения (контактных, тяговых, связи), передвижных установок (самолетов, поездов, судов) и др.
В условиях чрезвычайных ситуаций действие стандарта отменяется.
ГОСТ 13109-97 является первым стандартом в области КЭ, где сказано, что установленные нормы подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей и в договоры энергоснабжения. Для обеспечения КЭ в электрических сетях общего назначения энергоснабжающая организация имеет право устанавливать более жесткие нормы отдельным потребителям, оказывающим негативное воздействие на показатели КЭ.
Нормы стандарта должны применяться при проектировании и эксплуатации электрических сетей, при установлении уровней помехоустойчивости электроприемников и уровней электромагнитных помех, вносимых этими приемниками в электрическую сеть, к которой они присоединены.
Показатели качества электрической энергии
ГОСТ 13109-97 регламентирует допустимые отклонения напряжения от идеальной синусоиды заданной амплитуды и частоты в электрической сети. Эти отклонения называются показателями качества электрической энергии.
Стандартом устанавливаются следующие показатели качества электроэнергии (ПКЭ):
– установившееся отклонение напряжения Uу;
– размах изменения напряжения Ut;
– доза фликера Pt;
– коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU;
– коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n);
– коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U;
– коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U;
– отклонение частоты Δf;
– длительность провала напряжения Δtп;
– импульсное напряжение Uимп;
– коэффициент временного перенапряжения KперU.
При определении значений некоторых ПКЭ стандартом вводятся вспомогательные параметры электрической энергии:
– частота повторения изменений напряжения FUt;
– интервал времени между изменениями напряжения Δti,i+1;
– глубина провала напряжения Uп;
– частость появления провалов напряжения Fп;
– длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды Δtимп0,5;
– длительность временного перенапряжения ΔtперU.
Часть ПКЭ характеризует изменения в кривой напряжения, обусловленные установившимися режимами работы электрооборудования энергоснабжающей организации и потребителей электроэнергии, связанными с особенностями технологического процесса, передачи, распределения и потребления электроэнергии. К этим ПКЭ относятся: установившееся отклонение напряжения, размах изменения напряжения, доза фликера, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения, коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, отклонение частоты.
Для характеристики вышеперечисленных показателей стандартом установлены численные нормально и предельно допустимые значения ПКЭ.
Другая часть ПКЭ характеризует динамические процессы, сопровождающиеся кратковременными помехами, возникающими в электрической сети в результате коммутаций, грозовых атмосферных явлений, работы средств защиты и автоматики и в после аварийных режимах. К ним относятся длительность провала напряжения, импульсное напряжение, коэффициент временного перенапряжения. Для этих ПКЭ стандарт не устанавливает допустимых численных значений. Для количественной оценки этих ПКЭ должны измеряться амплитуда, длительность, частота их появления и другие характеристики, установленные, но не нормируемые стандартом. Статистическая обработка этих данных позволяет рассчитать обобщенные показатели, характеризующие конкретную электрическую сеть с точки зрения вероятности появления кратковременных помех.
Для оценки соответствия ПКЭ указанным нормам (за исключением длительности провала напряжения, импульсного напряжения и коэффициента временного перенапряжения) стандартом устанавливается минимальный расчетный период, равный 24 ч.
В связи со случайным характером возникновения электромагнитных помех уровни электромагнитной совместимости (нормально допустимые значения ПКЭ) установлены исходя из условия, что с вероятностью 95 % эти значения не должны быть превышены. Другими словами, КЭ по измеренному показателю соответствует требованиям стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5% от установленного периода времени, т.е. 1 ч 12 мин, и не должно превышать предельно допустимые значения.
Рекомендуемая общая продолжительность измерений ПКЭ должна выбираться с учетом обязательного включения рабочих и выходных дней и составляет 7 суток. При этом соответствие ПКЭ нормам оценивается не в целом за все 7 суток, а за каждые сутки отдельно без вычисления среднего значения.