Введение
Показатели качества электроэнергии (ПКЭ) нормируются государственным стандартом [1]. Значения ПКЭ отражаются в договоре на поставку электроэнергии. Соблюдение норм проверяется при сертификации электроэнергии. Стоимость работ по проведению сертификации включается в состав затрат, определяющих тариф на электроэнергию [2].
Основные правила взаимоотношений между энергоснабжающей организацией и потребителем определены следующими статьями Гражданского кодекса Российской Федерации [3, 4]:
Статья 539 «Договор энергоснабжения».
Статья 540 «Заключение и продление договора энергоснабжения».
Статья 541 «Количество энергии».
Статья 542 «Качество энергии».
Статья 543 «Обязанности покупателя по содержанию и эксплатации сетей, приборов и оборудования».
Статья 544 «Оплата энергии».
Статья 545 «Субабонент».
Статья 546 «Изменение и расторжение договора энергоснабжения».
Статья 547 «Ответственность по договору энергоснабжения».
Статья 548 «Применение правил об энергоснабжении к иным договрам».
Статья 523 «Односторонний отказ от исполнения договора поставки».
В договоре на электроснабжение указываются допустимые диапазоны тех ПКЭ, которые нормируются ГОСТом [1].
Особенности проблемы качества электроэнергии (КЭ) состоят в том, что потребители, не оказывающие отрицательного влияния на качество электроэнергии, вынуждены потреблять электроэнергию, качество которой ухудшено другими потребителями [2]. Для стимулирования работ по оптимизации качества электроэнергии были введены прейскурант № 09-01 [5], а позже «Инструкция о порядке расчетов за электрическую и тепловую энергию» [6], в 4-м разделе которой предусмотрены штрафные санкции к виновнику, ухудшающему КЭ, в виде надбавок, а к потребителям электроэнергии низкого качества скидки к тарифу платы за электроэнергию.
Далее изложен цикл лекций, которые читаются автором студентам специальности «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства» с 1978 года.
В приложениях приведены справочные материалы в объёме, достаточном для решения как учебных, так и производственных задач, направленных на оптимизацию режимов работы электрических сетей.
Глава первая
Показатели качества электроэнергии
1.1 Основные положения
Для электрических сетей общего назначения показатели качества электроэнергии определены ГОСТ 13109-97 [1].
К электрическим сетям общего назначения относятся сети переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц промышленных предприятий, населенных пунктов, сельских районов, энергосистем и электростанций.
Нормы качества электроэнергии, устанавливаемые ГОСТ 13109-97, являются уровнями электромагнитной совместимости (ЭМС) для кондуктивных электромагнитных помех в системах электроснабжения (СЭС) общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается ЭМС электрических сетей СЭС общего назначения и электрических сетей потребителей.
Стандарт [1] не устанавливает требования к качеству электроэнергии в электрических сетях специального назначения (например, контактных тяговых сетях, сетях связи), в автономных системах электроснабжения (например, буровой установки, поездов, самолетов, судов).
Стандарт также не устанавливает нормы ПКЭ для режимов, вызванных непредвиденными обстоятельствами (исключительными погодными условиями, стихийными бедствиями и т. п.), а также на время ликвидации последствий непредвиденных обстоятельств.
В ГОСТ 13109-97 сказано, что установленные в нем нормы ПКЭ подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей и в договоры энергоснабжения между организацией, осуществляющей энергоснабжение, и потребителем.
С целью обеспечения норм стандарта в точках общего присоединения потребителям, виновным в ухудшении качества электроэнергии, допускается устанавливать в технических условиях на присоединение и в договорах на энергоснабжение более жесткие нормы (с меньшим диапазоном допустимых значений ПКЭ), чем установленные в стандарте.
По согласованию между энергоснабжающей организацией и потребителем допускается устанавливать в указанных технических условиях и договорах требования к ПКЭ, для которых нормы в ГОСТ 13109-97 не установлены.
Нормы ПКЭ в электрических сетях, находящихся в собственности потребителей электрической энергии, которые регламентируются отраслевыми стандартами и иными нормативными документами, не должны быть ниже норм, установленных в ГОСТ 13109-97 в точках общего присоединения.
Нормы стандарта применяют при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также при установлении уровней ЭМС между электрическими сетями и приемниками электрической энергии.
Установлены два вида норм ПКЭ: нормально допустимые значения (НДЗ) и предельно допустимые значения (ПДЗ).
Оценка соответствия ПКЭ указанным нормам проводится в течение расчетного периода T, равного 24 часам.
Значения ПКЭ в нормальном режиме работы электрической сети могут выходить за границы НДЗ с суммарной вероятностью Pнд недопустимых ПКЭ не более 0,05. Это означает, что за сутки суммарное время выхода ПКЭ за границы НДЗ может составлять 1ч 12 мин.
При Pнд > 0,05 ГОСТ 13109-97 считается нарушенным. В нормальном режиме работы электрической сети ПКЭ не могут выходить за границы ПДЗ.
На рис.1.1 приведена реализация изменяющегося во времени напряжения сети U(t) на интервале времени T.
На рисунке показаны нормальные (ВНДЗ и ННДЗ) и предельные (ВПДЗ и НПДЗ) допустимые значения для отклонений напряжения.
Вероятность недопустимых отклонений напряжения для реализации U(t) на рис.1.1 может быть определена по формуле
,
(1.1)
где tпрi длительность i-го интервала времени, на котором отклонения напряжения выходят за границы НДЗ;
n общее число таких интервалов за время T.
Рисунок 1.1 Превышение допустимых пределов изменяющимся во времени ПКЭ
(на примере отклонений напряжения):
ВПДЗ - верхнее предельно допустимое значение, равно 1,1Uн;
ВНДЗ - верхнее нормально допустимое значение, равно 1,05Uн;
ННДЗ - нижнее нормально допустимое значение, равно 0,95Uн;
НПДЗ - нижнее предельно допустимое значение, равно 0,9Uн.
На интервале времени t1 - t2 на рис.1.1 кривая U(t) выходит за нижнее ПДЗ. В этом случае можно сделать вывод о том, что, независимо от значения Pнд, ГОСТ нарушен.
В послеаварийном режиме работы электрической сети значения ПКЭ могут длительное время превышать нормально допустимые пределы, однако не должны выходить за пределы максимальных значений.
При аварийных нарушениях электроснабжения допускается кратковременный выход значений ПКЭ за установленные пределы, в том числе снижение напряжения вплоть до нулевого уровня, отклонений частоты до + 5 Гц, с последующим их восстановлением до значений, установленных для послеаварийного режима.
К основным ПКЭ относятся следующие показатели:
- установившееся отклонение напряжения dUу;
- размах изменения напряжения dUt;
- доза фликера Рt;
- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU;
- коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения KU(n);
- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U;
- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U;
- отклонение частоты Df;
- длительность провала напряжения DtП;
- импульсное напряжение dU*имп;
- коэффициент временного перенапряжения КперU.
При определении значений некоторых ПКЭ используют вспомогательные параметры:
- частота повторения изменений напряжения FδUt;
- интервал между изменениями напряжения ∆ti,i+1;
- глубина провала напряжения dUп;
- частость появления провалов напряжения Fп;
- длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды ∆tимп 0,5;
- длительность временного перенапряжения ∆tперU.