Раздаточный материал СЭС ГиПП ЗО 2017 / Конспект лекций / Уч. пособие ЭСГ РИО 2012 / 20. Вопросы качества

10. ВОПРОСЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

10.1. Общие положения

В последнее время особое внимание уделяется качеству электрической энергии, поставляемой торговым заведениям и жилому сектору [18]. В первую очередь это связано с увеличением числа устройств и систем, создающих при работе в токе их потребления гармоники кратные частоте питающего напряжения. Привод электродвигателей с регулируемой частотой вращения, импульсные источник питания, электродуговые печи, пускорегулирующие аппараты для питания люминесцентных ламп и множество других устройств создают высокое содержание гармоник в токе, что в свою очередь приводит к искажению синусоидальности напряжения. Срабатывания разъединителей и силовых выключателей у потребителей добавляют помехи, ухудшающие качество поставляемой электроэнергии.

Значительная часть используемого в настоящее время оборудования восприимчива к плохому качеству электроэнергии. При этом возможно не только нарушение работоспособности оборудования, но и его повреждение. Почти каждый из пользователей компьютеров сталкивался с их внезапной несанкционированной перезагрузкой, при которой терялись результатом. Зачастую это связано с низким качеством электропитания в электросети.

Показатели качества напряжения (ПКН) нормируются на вводах электроприемников и, в отдельных случаях, на шинах некоторых узлов распределительных сетей. Там же рекомендуются два уровня ПКН: в течение 95 % времени каждых суток должны соблюдаться нормально допускаемые их значения, а в остальное время ПКН должны быть не выше предельно допускаемых значений. При проектировании городских электрических сетей в первую очередь определяются отклонения напряжения от номинального. При наличии резкопеременных нагрузок (местные насосные установки и т.п.), а также электроприводов с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и при их прямом пуске от электрической сети должны рассчитываться колебания напряжения. При комплексном электроснабжении промышленных предприятий и коммунально-бытовых потребителей в ряде случаев актуален анализ несинусоидальности напряжения в сетях 10 кВ. Учет несимметрии фазных напряжений, характерный для электрических сетей до 1 кВ жилых районов, является задачей оценки эксплуатационных режимов сетей; проектирование данных сетей ведется в предположении равномерной загрузки по фазам [14].

10.2. Показатели качества электрической энергии

Показатели качества электрической энергии, которые в первую очередь необходимо учитывать при проектировании городских электрических сетей и нормируются ГОСТ 54149 [19].

Отклонение частоты.

Показателем КЭ, относящимся к частоте, является отклонение значения основной частоты напряжения электропитания от номинального значения, δf, Гц

δf=f_m-f_nom, (10.1)

где f_m - значение основной частоты напряжения электропитания, Гц, измеренное в интервале времени 10 с.; f_nom - номинальное значение частоты напряжения электропитания, Гц.

Для указанного показателя КЭ установлены следующие нормы: отклонение частоты в синхронизированных системах электроснабжения не должно превышать ±0,2 Гц в течение 95% времени интервала в одну неделю и ±0,4 Гц - в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Медленные изменения напряжения.

Медленные изменения напряжения электропитания (как правило, продолжительностью более 1мин) обусловлены, как правило, изменениями нагрузки электрической сети.

Показателями КЭ, относящимися к медленным изменениям напряжения электропитания, являются отрицательное δU_(-) и положительное δU₍₊₎ отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии от номинального или согласованного значения, %:

δU_(-)=[(U₀ – U_m(-))/U₀]*100%; (10.2)

δU₍₊₎=[(U_m(+) – U₀)/U₀]*100%; (10.3)

где , U_m(-),U_m(+) - значения напряжения электропитания, меньшие и большие соответственно; U₀ - напряжение, равное стандартному номинальному напряжению U_nom или согласованному напряжению U_c.

В электрических сетях низкого напряжения стандартное номинальное напряжение электропитания U_nom равно 220 В (между фазным и нейтральным проводниками для однофазныхи четырехпроводных трехфазных систем) и 380 В (между фазными проводниками для трех- и четырехпроводных трехфазных систем).

В электрических сетях среднего и высокого напряжений вместо значения номинального напряжения электропитания принимают согласованное напряжение электропитания U_c.

Для указанных выше показателей КЭ установлены следующие нормы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Примечание: - Установленные нормы медленных изменений напряжения электропитания относятся к 1008 интервалам времени измерений по 10 мин каждый.

Несинусоидальность напряжения.

Гармонические составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными нагрузками пользователей электрических сетей, подключаемыми к электрическим сетям различного напряжения. Гармонические токи, протекающие в электрических сетях, создают падения напряжений на полных сопротивлениях электрических сетей. Гармонические токи, полные сопротивления электрических сетей и, следовательно, напряжения гармонических составляющих в точках передачи электрической энергии изменяются во времени.

Показателями КЭ, относящимися к гармоническим составляющим напряжения, являются:

- значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения до 40-го порядка , K_U(n) в процентах напряжения основной гармонической составляющей в точке передачи электрической энергии;

- значение суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения (отношения среднеквадратического значения суммы всех гармонических составляющих до 40-го порядка к среднеквадратическому значению основной составляющей), %, в точке передачи электрической энергии.

Несимметрия напряжений в трехфазных системах.

Несимметрия трехфазной системы напряжений обусловлена несимметричными нагрузками потребителей электрической энергии или несимметрией элементов электрической сети. Показателями КЭ, относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных системах, являются коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U.

Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы:

- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 2% в течение 95% времени интервала в одну неделю;

- значения коэффициентов несимметрии напряжений по обратной последовательности K_2U и несимметрии напряжений по нулевой последовательности K_0U в точке передачи электрической энергии, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4% в течение 100% времени интервала в одну неделю.

На рисунке 1привдена схема выбора рабочих ответвлений обмоток 10 кВ трансформаторов ТП, при которых отклонения напряжения на электроприемниках не превышают допустимые значения [14].

Рис. 10.1. - Напряжения и отклонения напряжения в распределительной сети 10 кВ и 0,38 кВ

____ режим наибольших нагрузок; _ _ _ режим наименьших нагрузок

U_ИП − напряжение на шинах источника питания; U_ЗД, U_ЭП − напряжение соответственно на шинах ВРУ здания и на вводах электроприемника; Е_Т − «добавка» напряжения при выбранном рабочем ответвлении трансформатора.

При выполнении расчетов потерь напряжения следует иметь в виду:

а) на шинах 10 кВ должно осуществляться встречное (согласное) регулирование напряжения с поддержанием его значения (1,05 - 1,1) U_СН в режимах наибольших нагрузок и не выше U_{СН ном} в режимах наименьших нагрузок;

б) понижающие трансформаторы 10 кВ с переключением без возбуждения (ПБВ) мощностью до 1000 кВ·А, как правило, кроме основного вывода напряжением U_{СН ном} имеют дополнительные выводы (± 2 · 2,5 %) от U_{СН ном} .

Практический выбор рабочего ответвления напряжением U_тСН выполняется на основе следующего расчетного выражения , %:

δU_ЭП=δU_ИП - ∆U_CН - ∆U_Т + Е_Т - ∆U_НН - ∆U_ЗД, (10.4)

где δU_ИП составляет + (5 - 10) % при наибольших и 0 % при наименьших нагрузках сети; ∆U_CН, ∆U_Т значения потерь напряжения в линиях 10 кВ и сопротивлениях трансформатора; Е_Т - добавка напряжения в зависимости от выбираемого U_Т, δU_ЭП , ∆U_НН , ∆U_ЗД - выражаются в процентах от U_{НН ном} (0,38 или 0,22 кВ). Ориентировочные значения ∆U_ЗД следующие, %: 1,5 в зданиях до 5 этажей; 2 − при 6 - 9 этажах; 3 - 3,5 − при 12 - 16этажах; 3,5 - 4 − при 17 - 20 этажах.

Допускаемые значения δU_{ЭП доп} должны выбираться во всех режимах нагрузок сети:

а) при одном и том же значении Е_Т, % (U_{Т СН}) каждого трансформатора (типа ПБВ);

б) для ТП 10 кВ близкого и наиболее удаленного от ИП проектируемой сети;

в) на вводах наиболее близкого к ВРУ здания и наиболее удаленного от него электроприемника (для каждого из указанных в п. б) ТП 10 кВ.

При комплексном электроснабжении потребителей, суточные графики которых значительно отличаются по времени наступления максимальных и меньших нагрузок, а также при значительных различиях в электрической удаленности потребителей от ИП (длине линий, поперечных сечений проводников) следует:

- разрабатывать графики регулирования напряжения на шинах 10 кВ ИП;

- применять включаемые в отдельные линии 10 кВ линейные регуляторы.

72