Глава 10. Качество электрической энергии

10.1. Влияние напряжения на работу элементов электрической сети

Качество электроэнергии определяется совокупностью характеристик электроэнергии (при которых электроприем-ники могут нормально работать) и рассматривается для конкретных режимов работы сети:

 нормальный режим – установившийся режим работы сети, при котором работают все элементы сети, обеспечиваю-щие электроснабжение подключенных к сети потребителей;

 аварийный режим – установившийся режим сети, возникающий при аварийном нарушении электроснабжения;

 послеаварийный режим – установившийся режим сети, возникающий после аварийного отключения поврежденного элемента сети до восстановления электроснабжения в нормальном режиме.

Качество напряжения в электроэнергетических системах ха­рактеризуется свойствами электрической энергии:

– отклонениями напряжения – это отличие фактического

напряжения в установившемся режиме работы системы от его номинального значения.

Возникают в результате потери на­пряжения в элементах сети при передаче по ней активной и реактивной мощностей, обычно проявляются в местных сетях, зависят от режима работы и параметров электроприемников и се­тей.

– колебаниями напряжения – это быстро меняющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд.

Возникают из-за резкопеременных режимов работы электроприемников (сварка, электролиз, прокатные станы, тяговые подстанции).

– несимметрией трехфазной системы напряжений – это неравномерная загрузка фазных линий, питающих однофазные потребители, что приводит к появлению больших токов

нулевой и обратной последовательностей.

Возникают из-за несимметричных или однофазных электроприемников (сварочные агрегаты, освещение, дуговые сталеплавильные печи, однофазная коммунально-бытовая нагрузка).

– несинусоидальностью напряжения – это искажение синусоидальной формы кривой напряжения (появление высших гармоник).

Возникают из-за электроприемников с нелинейной вольт-амперной характеристикой, потребляющих ток, форма кривой которого отличается от синусоиды (полупроводниковые преобразователи).

Влияние на работу электроприемников и основные послед-ствия снижения качества напряжения для сельскохозяйственных потребителей представлены в таблице П1.10 Приложения 1.

10.2. Показатели качества напряжения

Показатели и нормы качества напряжения в электри-ческих сетях установлены межгосударственным стандартом ГОСТ-13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Их перечень и величины представлены в таблице 10.1.

Нормы являются обязательными для всех режимов рабо­ты электрических сетей, кроме особых режимов, обусловленных:

– исключительными погодными условиями и стихийными бедст­виями (ураган, землетрясение),

– непредвиденными си­туациями (пожар, война).

Оценка соответствия по­казателей качества напряжения но-рмам проводится в течение расчетного периода – 24 ч.

Дадим краткую характеристику нормам качества.

1. Установившееся отклонение напряжения определяют в про­центах по формуле:

%, (10.1)

Таблица 10.1.

Нормы качества электрической энергии

Показатели КЭ, ед.измерения	Нормы КЭ
	нормально допустимые	предельно допустимые
Установившееся отклонение напряжения , %	5	10
Размах изменения напряжения , %
Доза фликера, отн.ед.: краковременная длительная	 	1,38; 1,0 1,0; 0,74
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения , %	8,0 – 2,0	12,0 – 3,0
Коэффициент n-ой гармони-ческой составляющей напряжения , %	2,0 – 0,2	5,0 – 0,2
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности , %	2	4
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности , %	2	4
Отклонение частоты , Гц	0,2	0,4
Длительность провала напряжения , с		30
Импульсное напряжение , кВ		
Коэффициент временного пере- напряжения , отн. ед		

где – номинальное междуфазное напряжение электрической сети; – значение усредненного действующего ме­ждуфазного (фазного) напряжения основной частоты за 1 мин. Наиболее вероятным виновником выхода отклонений напря­жения за допустимые значения является энергоснабжающая ор­ганизация (должна поддерживать тре­буемые отклонения напряжения средствами регулирования напряжения в оговоренных точках контроля) (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1. Кривые отклонения и колебания напряжения

2, 3. Размах изменения напряжения и доза фликера характеризу­ют колебания напряжения (причина – потребители с резко переменной нагрузкой). Колебание напря­жения отрицательно влияет на работу осветитель­ных установок.

Размах изменения напряжения определяется формулой:

%, (10.2)

где , – значения следующих друг за другом экстремумов огибающей амплитудных значений напряжения.

Фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, пи­тающей эти источники.

Доза фликера – мера восприимчиво­сти человека к воздействию фликера за установленный проме­жуток времени

(для кратковременной – 10 мин., для длительной – 2 ч.).

4, 5. Коэффициенты искажения синусоидальности кри-вой на­пряжения и n-й гармонической составляющей напря-жения яв­ляются характеристикой несинусоидалъности напря-

жения (кривые отличны от синусоиды, рисунок 10.2).

Основными виновниками возникновения несинусои-дальности на­пряжения являются потребители с нелинейной нагрузкой (например, преобразователи тока).

Из-за несинусоидальности (высших гармоник) в элементах сети появляются дополнительные потери мощности, электро-энергии и напряжения, что вызывает повышенный износ и

с окращение сроков службы трансформато­ров, кабелей, батарей конденсаторов и электродвигателей.

С

Рисунок 11.2. Кривая несинусо-идальности напряжения

нижение уровней выс-ших гармоник до норм осу-

ществляет­ся с помощью

фильтров высших гармоник.

6, 7. Коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последова­тельностям характеризуют

несимметрию напряжения.

Основными виновниками появления несимметрии напря-

жения являются:

– потребители с однофазными электроприемниками;

– потребители с несимметричной нагрузкой.

Снижение несимметрии напряжений достигается:

– уменьшением сопротивления сети токам обратной и нулевой последовательностей:

а) за счет применения трансформаторов 6-10/0,38 кВ со

схемой соединения обмоток «звезда-зигзаг» или «треугольник -звезда с нулем»;

б) за счет увели­чения сечения нулевого проводника в сетях 0,38 кВ.

– снижением самих токов этих последова­тельностей:

а) в четырехпроводных сетях напряжением 0,38кВ с глу-хозаземленной нейтралью за счет перераспределения одно-фазных электроприемников для выравнивания нагрузок фаз;

б) в сетях 6-10кВ с изолированной нейтралью, токи об-

ратной последова­тельности снижают подключением батарей конденсаторов между фазами сети (создаваемый БК ток будет противоположен току обратной последовательности).

8. Отклонения частоты – разность между установив-шимся и номинальным значениями частоты:

. (10.3)

9. Длительность провала напряжения служит характе- ристикой провала напряжения, т. е. резкого спада напряжения ниже уров­ня с последующим восстановлением до этого уровня. Причиной появления его является кратковре-менное короткое замыкание в электрической сети (рисунок 10.3). Длительность провала вычис­ляют по формуле:

, (10.4)

где t_н и t_к – начальный и конечный моменты времени провала

напряжения.

Предельно допустимое значение длительности провала на-пряжения в сетях до 20 кВ равно 30с, устраняется автомати-чески в любой точке сети релейной защитой и автоматикой.

Рисунок 10.3. Кривая перенапряжения и провала напряжения

П ровалы напряжения могут привести к нарушению устойчи-вой работы двигательной на­грузки.

1

Рисунок 10.4. Кривая импульсного напряжения

0. Импульсное напряжение – максимальное значение нап-ряжения при резком его измене-нии в результате грозовых разря-дов или работы коммутацион-ных аппаратов (рисунок 10.4).

11.Коэффициент временного перенапряжения – зависит от длительности временных перенапряжений (рисунок 10.3):

%, (10.5)

где – амплитудное значение напряжения при увеличении его до 1,1  .

При обрыве нулевого провода в трехфазных сетях 0,38кВ с глухозаземленной нейтралью возникают временные перенапряжения между фазой и землей. Уровень таких перенапряжений при зна­чительной несимметрии фазных нагрузок может достигать зна­чений междуфазного напряжения!