12.5. Причины и источники нарушения показателей качества электрической энергии

Увеличение количества и повышение установленной мощности электро­приемников с нелинейным и несимметричным характером нагрузок, появле­ние новых электротехнических установок сделали искаженные режимы харак­терной и неотъемлемой чертой работы современной системы электроснабже­ния. При этом нарушение ГОСТ 13109—97 возможно как со стороны энерго-снабжающей организации (установившееся отклонение напряжения 8U; от-

396

Глава 12. Качество электрической энергии

клонение частоты Д/; длительность провала напряжения At_n; импульсное на­пряжение U_Km; коэффициент временного перенапряжения К_тр1), так и по ви­не потребителей.

Стандарт может быть нарушен потребителем с переменной нагрузкой по размаху изменения напряжения 8t/, и дозе фликера Р/, с нелинейной нагруз­кой — по коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения К_и и коэффициенту л-ой гармонической составляющей напряжения К_и{п); с не­симметричной нагрузкой — по коэффициенту несимметрии напряжений по обратной последовательности К_2и и по коэффициенту несимметрии напряже­ний по нулевой последовательности К_йи.

Показатели А/и 8£/_у зависят от баланса активной и реактивной мощнос­тей в энергосистеме и потому поддержание их возлагается на энергоснабжа-ющие организации, сети которых являются прямым виновником провалов напряжения, импульсов и кратковременных перенапряжений. Провал напря­жения — неизбежное явление для сети любого напряжения — приводит к мгновенным последствиям, тем более значимым, чем больше их глубина и длительность.

Причиной, вызывающей несинусоидальность, несимметрию, колебания и отклонения напряжения, является тот или иной вид электроприемника, определяемого технологическим процессом (производством). Отклонения на­пряжения вызывает изменение нагрузки любого производства. Предприятия с мощными сварочными устройствами порождают также колебания, несимме­трию напряжения; дуговые сталеплавильные печи — еще и несинусоидаль­ность; при электролизе в цветной металлургии имеют место колебания, неси­нусоидальность; при однофазной нагрузке — несимметрия; при работе тяговых подстанций — несинусоидальность и несимметрия напряжений.

Помимо искажений в установившихся режимах работы существуют про­мышленные источники искажений напряжения, создающие помехи в пуско­вых режимах или при регулировании. Высшие гармоники порождают при пу­ске и торможении электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью, преобразователи при рекуперативном торможении. Трансформа­торы при включении и отключении вызывают кратковременные перенапря­жения.

Потребитель может быть источником искажений по нескольким ПКЭ. Ко­личество и местоположение источников в схеме известно очень приблизи­тельно, а уровень вносимых ими искажений практически неизвестен. Иска­жающие токи растекаются по сетям в зависимости от схемы сети, ее частотных характеристик и т. д. Токи суммируются в узлах, поэтому искаже­ние напряжения определяется действием нескольких виновников.

Если рассматривать все точки (узлы), где следует выдерживать (и прове­рять) ПКЭ, то налицо объект с ценологическими свойствами. Но существую­щая теория расчета ПКЭ основана на нормальном распределении. Сложивше­еся положение аналогично положению с расчетом электрических нагрузок в 50—60-е годы XX века, когда полагали, что вероятностный гауссов подход ре-

12.5. Причины нарушения показателей качества электроэнергии

397

шит проблему нагрузок. Очевидно, что существует большая область теории и практики, важнейшая при использовании электроэнергии, требующая новых представлений.

Электросистемы России характеризуются большой протяженностью линий различных напряжений и многоступенчатой трансформацией, что усложняет нормальное функционирование, зависящее от уровней напряжения в отдель­ных узлах схемы. Хотя среднее значение напряжения по всем узлам Нацио­нальной электрической сети 220 кВ находится в пределах номинальной вели­чины, велики диапазоны разброса, определяемые вероятностными и ценоло-гическими причинами, между подстанциями одного класса напряжения. На шинах 220 кВ они составили 15-20 %, на шинах 330 кВ — 10-15 %.

Для обеспечения требований, предъявляемых к качеству напряжения по­требителями, значения напряжений в каждой точке электрической сети долж­ны находиться в определенных допустимых пределах. Практически без специ­альных регулирующих устройств допустимый режим напряжений может быть обеспечен только, когда суммарные потери напряжения сравнительно невели­ки. Это может быть только в сетях небольшой протяженности и с малым чис­лом промежуточных трансформаций.

В распределительных электрических сетях отклонения напряжения обыч­но определяют для характерных точек — наиболее чувствительных к отклоне­нию потребителей и наиболее удаленных от трансформаторных подстанций точек подключения электроприемников. В фиксированный момент времени для любой точки радиальной сети величина 8 U определяется выражением

т п

bU=T_JE_g,--ZAU_k, (12.30)

где первая алгебраическая сумма — сумма добавок напряжения, создаваемых устройством регулирования; вторая — сумма потерь напряжения на участке сети от ТП до точки подключения электроприемника.

При этом падение напряжения на k-м участке сети определяется выраже­нием

AU_k= ^Рь^Кь^^Хь , (12.31)

где Р_к, Q_k — активная и реактивная мощности, протекающие по к-му участ­ку; R_k, Х_к — активное и реактивное сопротивление к-то участка сети; U — на­пряжение в ТПЭ (в точке присоединения).

Размахи изменения напряжения, следующие друг за другом, создают коле­бания напряжения 8U_r Нормирование колебаний напряжения производится по степени воздействия на зрение человека. Процесс зрительного восприятия колебаний (фликера) начинается с верхнего предела частоты колебаний на­пряжения порядка 35 Гц при изменениях напряжения менее 10 %. Наиболее раздражающее действие мигания света наступает у человека при частоте, рав­ной 8,8 Гц, при определенной величине размаха dU_r Длительность воздейст-

398