1.1 Показатели и нормы качества электрической энергии
В общем случае, низкое качество электроэнергии (КЭЭ) характеризуется как любые изменения в энергоснабжении, приводящие к нарушениям нормального режима работы производственного процесса или повреждению оборудования, трансформаторов, ЭД [1, 2].
На рисунке 1.1 изображены различные виды искажений напряжения сети [3].
Рисунок 1.1 – Различные виды искажений напряжения сети
Последствия перерывов электроснабжения:
- брак продукции;
- повреждение оборудования;
- снижение производительности;
- срыв поставок;
- потеря клиентов;
- травмы персонала;
- загрязнение окружающей среды.
Возмущения, снижающие качество электрической энергии (КЭЭ), возникают при передаче и распределении электроэнергии. Из-за значительной протяженности воздушные линии электропередачи (ЛЭП) подвержены воздействию атмосферных явлений (например, молний), которые являются причинами различных типов возмущений, бросков, посадок сетевого напряжения, полного прекращения подачи электроэнергии. Длительность и степень возмущений зависят от конфигурации энергосистемы и времени, необходимого для работы РЗА. Ухудшение КЭЭ сводится в первую очередь к провалам (посадкам) напряжения, перенапряжениям, импульсам напряжениям и гармоническим составляющим.
Согласно ГОСТ 32144-2013 [1] существует 11 показателей качества электроэнергии (ПКЭ):
а) установившееся отклонение напряжения ?Uу;
б) размах изменения напряжения ?Ut;
в) доза фликера Pt;
г) коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU;
д) коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n);
е) коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U;
ж) коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K0U;
и) отклонение частоты ?f;
к) длительность провала напряжения tп;
л) импульсное напряжение Uимп;
м) коэффициент временного перенапряжения Kпер U.
Основными видами нарушений электроснабжения потребителей являются:
а) Отклонения напряжения. Определяются разностью между действительным и номинальным значениями напряжения, В:
?U_y=U-U_ном. (1.1)
ГОСТ 32144-2013 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах ЭП в пределах соответственно ?U_(y нор)=±5% и ?U_(y пред)=±10 номинального напряжения сети.
Причины отклонения напряжения:
1) суточные, сезонные и технологические изменения токовой нагрузки;
2) изменение мощности генераторов и компенсирующих устройств;
3) изменения схемы и параметров электрической сети.
Определение указанных нормально допустимых и предельно допустимых значений проводят в соответствии с нормативными документами, утвержденными в установленном порядке.
б) Колебания напряжения. К колебаниям относят быстрые изменения действующего значения напряжения, происходящие со скоростью 1-2 % в секунду и более.
Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:
1) размахом изменения напряжения;
2) дозой фликера.
Размах колебаний напряжения – величина, равная разности между наибольшим и наименьшим значениями напряжения (частоты) за определенный интервал времени в установившемся режиме работы источника, преобразователя электрической энергии или системы электроснабжения.
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.
в) Несинусоидальность напряжения. Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:
1) коэффициентом искажения синусоидальности напряжения;
2) коэффициентом n-ой гармонической составляющей напряжения.
Предельно допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле (1.2):
K_U(n)пред=1,5K_U(n)норм, (1.2)
где K_U(n)норм – нормально допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения.
г) Несимметрия напряжений. Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:
1) коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
2) коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 процентам соответственно.
Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 процентам соответственно.
д) Отклонение частоты. Отклонение частоты напряжения переменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты, для которого установлены следующая норма: нормально допустимые и предельно допустимые значения отклонения частоты равны плюс-минус 0,2 и плюс-минус 0,4 Гц соответственно.
е) Провал напряжения. Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала напряжения, для которого установлена следующая норма: предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 секундам.
Провал напряжения – это внезапное понижение напряжения в точке электрической сети ниже 0,9Uном, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд.
ж) Импульс напряжения. Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения.
Импульс напряжения – резкое изменение напряжения в точке электрической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток времени до нескольких секунд. Импульс напряжения характеризуется амплитудой импульса и длительностью импульса.
Амплитуда импульса – максимальное мгновенное значение импульса напряжения.
Длительность импульса – интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.
Импульс напряжения также характеризуется показателем импульсного напряжения, UUMn, кВ. Расчетные значения грозовых и коммутационных импульсных напряжений в точках присоединения электрической сети общего назначения приводятся для фазных номинальных напряжений сети.
Формы и значения импульсных напряжений зависят от напряжения сети, места расположения точек присоединения, конструктивных и электрических параметров воздушных и кабельных ЛЭП. Значения грозовых импульсных напряжений с вероятностью 90 % не превышают 10 кВ в воздушной сети напряжением 0,38 кВ и 6 кВ – во внутренней проводке зданий и сооружений.
з) Временное перенапряжение. Временное перенапряжение характеризуется показателем коэффициента временного перенапряжения.
Временное перенапряжени – повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1Uном продолжительностью более 10 миллисекунд, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях (КЗ).
Коэффициент временного перенапряжения - величина, равная отношению максимального значения огибающей амплитудных значений напряжения за время существования временного перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети. Для отклонения напряжения ГОСТ 32144-2013 определяет нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников ЭЭ соответственно плюс-минус 5 и плюс-минус 10 % от номинального напряжения электрической сети.
По месту приложения напряжения различают перенапряжения:
1) фазные перенапряжения;
2) междуфазные перенапряжения;
3) внутрифазные перенапряжения, например, между витками катушки трансформатора, между нейтралью и землей;
4) между контактами коммутационных аппаратов.
По причинам возникновения, перенапряжения подразделяются на следующие:
1) внешнего происхождения – от разрядов молнии и от воздействия внешних источников, например, атмосферное электричество, молния, шаровая молния;
2) внутреннего происхождения – возникающие при резонансных явлениях, при авариях и при коммутациях элементов электрической цепи, например, заземление линии, зануление линии, изменение нагрузки, включение и выключение линии, частности, автоматическое повторное включение (АПВ), перерыв КЗ на линии, резонанс и феррорезонанс в сети.
Изменения характеристик электропитания в точке передачи электрической энергии электрической сети, относящихся к частоте, , форме напряжения и симметрии напряжений в трехфазных электроснабжения, подразделяют на две категории - продолжительные характеристик напряжения и случайные события.
Продолжительные характеристик напряжения электропитания представляют длительные отклонения характеристик напряжения от номинальных и обусловлены в основном изменениями нагрузки или нелинейных нагрузок.
Случайные события представляют внезапные и значительные изменения формы , приводящие к отклонению его параметров от номинальных. Данные напряжения, как правило, вызываются непредсказуемыми (например, повреждениями оборудования пользователя электрической ) или внешними воздействиями (например, погодными или действиями стороны, не являющейся пользователем электрической ).
Применительно к продолжительным изменениям характеристик электропитания, относящихся к частоте, значениям, форме и симметрии напряжений в трехфазных системах, в стандарте установлены показатели и нормы КЭ.
Для случайных в настоящем стандарте приведены справочные .
1.2 Продолжительные изменения характеристик напряжения (отклонение частоты)
Показателем КЭ, относящимся к частоте, является значения основной частоты напряжения электропитания от значения , Гц
, (1.3)
где - значение основной частоты электропитания, Гц, измеренное в интервале времени 10 с в соответствии с ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.1;
- номинальное частоты напряжения электропитания, Гц.
Номинальное значение напряжения электропитания в электрической сети 50 Гц.
Для указанного показателя КЭ установлены следующие нормы:
- частоты в синхронизированных системах электроснабжения не превышать +/- 0,2 Гц в течение 95% времени интервала в одну и +/- 0,4 Гц в течение 100% времени интервала в неделю;
- отклонение частоты в изолированных системах с автономными генераторными установками, не подключенных к системам передачи электрической энергии, не должно +/- 1 Гц в течение 95% времени интервала в одну и +/- 5 Гц в течение 100% времени интервала в одну .
При оценке соответствия электрической энергии КЭ, относящимся к частоте, установленным в настоящем стандарте, быть проведены измерения по ГОСТ класс A, при этом маркированные данные не учитывают.
1.3 Медленные отклонения напряжения
Медленные изменения электропитания (как правило, продолжительностью более 1 ) обусловлены обычно изменениями нагрузки сети.
Показателями КЭ, относящимися к медленным изменениям электропитания, являются отрицательное и положительное напряжения электропитания в точке передачи электрической от номинального/согласованного значения, %:
; (1.4)
, (1.5)
где , - значения напряжения , меньшие и большие соответственно, усредненные в интервале 10 мин в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.30, 5.12;
- напряжение, равное стандартному номинальному напряжению или напряжению .
В электрических сетях низкого стандартное номинальное напряжение электропитания равно 220 В ( фазным и нейтральным проводниками для однофазных и трехфазных систем) и 380 В ( между фазными проводниками для трех- и трехфазных систем).
В электрических сетях и высокого напряжений вместо значения номинального электропитания принимают согласованное напряжение .
Для указанных выше показателей КЭ установлены следующие : положительные и отрицательные отклонения напряжения в передачи электрической энергии не должны превышать 10% или согласованного значения напряжения в течение времени интервала в одну неделю.
нормы медленных изменений напряжения относятся к 1008 интервалам времени измерений по 10 каждый.
Допустимые значения положительного и отклонений напряжения в точках общего присоединения быть установлены сетевой организацией с необходимости выполнения норм настоящего стандарта в передачи электрической энергии.
В электрической потребителя должны быть обеспечены условия, при отклонения напряжения питания на зажимах не превышают установленных для них допустимых значений при выполнении настоящего стандарта к КЭ в точке передачи энергии.
При оценке соответствия электрической энергии КЭ, относящимся к медленным изменениям напряжения, в настоящем стандарте, должны быть проведены по ГОСТ 30804.4.30, подраздел 5.12, класс A, при маркированные данные не учитываются.
1.4 Быстрые отклонения напряжения и фликер
Колебания напряжения электропитания (как , продолжительностью менее 1 мин), в том числе одиночные изменения напряжения, обусловливают возникновение .
Показателями КЭ, относящимися к колебаниям напряжения, являются доза фликера , измеренная в интервале 10 мин, и длительная доза фликера , измеренная в интервале 2 ч, в точке передачи электрической энергии.
Для показателей КЭ установлены следующие нормы:
- кратковременная фликера не должна превышать значения 1,38;
- доза фликера не должна превышать значения 1,0
в 100% времени интервала в одну .
При оценке соответствия электрической энергии нормам КЭ, к колебаниям напряжения, установленным в настоящем , должны быть проведены измерения по [1], при этом данные не учитывают.
Одиночные быстрые изменения вызываются в основном резкими изменениями в электроустановках потребителей, переключениями в системе либо и характеризуются быстрым переходом среднеквадратического напряжения от одного установившегося значения к другому.
одиночные быстрые изменения напряжения не 5% в электрических сетях низкого напряжения и 4% - в электрических среднего напряжения, но иногда изменения с малой продолжительностью до 10% и до 6% соответственно могут происходить раз в день.
Если напряжение во время пересекает пороговое значение начала провала или перенапряжения, одиночное быстрое изменение классифицируют как провал напряжения или перенапряжение.
1.5 Несинусоидальность напряжения
Несинусоидальность напряжения - это отклонение формы напряжения от синусоидальной формы. В реальных электрических системах форма напряжения может содержать гармонические составляющие, которые могут быть вызваны различными причинами, такими как нелинейность нагрузок, наличие помех и т.д. Такие отклонения могут привести к снижению эффективности и надежности работы электрических устройств, появлению помех в работе электронных устройств, а также к повышенным потерям мощности и перегреву оборудования.
Форма напряжения может быть описана гармоническим разложением, которое выражается в виде суммы гармонических составляющих с различными частотами и амплитудами. Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности напряжения, который определяется отношением амплитуды гармонических составляющих напряжения к амплитуде основной синусоиды, выраженному в процентах.
При проектировании и эксплуатации электрических систем необходимо учитывать несинусоидальность напряжения и принимать меры для ее снижения, такие как использование фильтров, компенсационных устройств, управление нагрузками и т.д. Это поможет обеспечить надежную и эффективную работу электрических устройств, а также снизить энергопотери и повысить энергетическую эффективность системы.
Коэффициент искажения синусоидальности напряжения - это отношение амплитуды гармонических составляющих напряжения (гармоник) к амплитуде основной синусоиды, выраженное в процентах. Он характеризует степень отклонения формы напряжения от синусоидальной формы.
составляющие напряжения обусловлены, как правило, нелинейными пользователей электрических сетей, подключаемыми к сетям различного напряжения.
Гармонические токи, в электрических сетях, создают падения на полных сопротивлениях электрических сетей. Гармонические , полные сопротивления электрических сетей и, , напряжения гармонических составляющих в точках передачи энергии изменяются во времени.
Показателями КЭ, к гармоническим составляющим напряжения являются:
- значения гармонических составляющих напряжения до 40-го в процентах напряжения основной гармонической составляющей в передачи электрической энергии;
- значение коэффициента гармонических составляющих напряжения (отношения значения суммы всех гармонических до 40-го порядка к среднеквадратическому значению основной ) , % в точке передачи электрической энергии.
Для показателей КЭ установлены следующие нормы:
а) значения гармонических составляющих напряжения , усредненные в времени 10 мин, не должны превышать значений, установленных в таблицах 1.1 – 1.3, в 95% времени интервала в одну неделю;
б) коэффициентов гармонических составляющих напряжения , усредненные в времени 10 мин, не должны превышать значений, в таблицах 1.1 – 1.3, увеличенных в 1,5 раза, в течение 100% времени периода в одну неделю;
в) значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения , усредненные в времени 10 мин, не должны превышать значений, в таблице 1.4, в течение 95% времени интервала в одну неделю;
г) суммарных коэффициентов гармонических составляющих , усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать , установленных в таблице 1.5, в течение 100% времени в одну неделю.
Таблица 1.1 – Значения коэффициентов гармонических
составляющих напряжения, не кратных
Порядок гармонической составляющей n Значения коэффициентов составляющих напряжения , %
Напряжение электрической , кВ
0,38 6 - 25 35 110 - 220
5 6 4 3 1,5
7 5 3 2,5 1
11 3,5 2 2 1
13 3,0 2 1,5 0,7
17 2,0 1,5 1 0,5
19 1,5 1 1 0,4
23 1,5 1 1 0,4
25 1,5 1 1 0,4
> 25 1,5 1 1 0,4
Таблица 1.2 – Значения коэффициентов нечетных гармонических
напряжения, кратных трем
Порядок составляющей n Значения коэффициентов напряжения гармонических , %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6 - 25 35 110 - 220
3 5 3 3 1,5
9 1,5 1 1 0,4
15 0,3 0,3 0,3 0,2
21 0,2 0,2 0,2 0,2
> 21 0,2 0,2 0,2 0,2
Таблица 1.3 – коэффициентов напряжения четных гармонических
составляющих
гармонической составляющей n Значения коэффициентов составляющих напряжения , %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6 - 25 35 110 - 220
2 2 1,5 1 0,5
4 1 0,7 0,5 0,3
6 0,5 0,3 0,3 0,2
8 0,5 0,3 0,3 0,2
10 0,5 0,3 0,3 0,2
12 0,2 0,2 0,2 0,2
> 12 0,2 0,2 0,2 0,2
1.4 – Значения суммарных коэффициентов гармонических напряжения
Значения суммарных коэффициентов гармонических напряжения , %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6 - 25 35 110 - 220
8,0 5,0 4,0 2,0
1.5 – Значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих
Значения суммарных коэффициентов гармонических напряжения , %
Напряжение электрической сети, кВ
0,38 6 - 25 35 110 - 220
12,0 8,0 6,0 3,0
Измерения гармонических составляющих должны быть в соответствии с требованиями ГОСТ 30804.4.7, класс I, в времени 10 периодов без промежутков между с последующим усреднением в интервале времени 10 мин. В качестве измерений в интервалах времени 10 периодов быть применены гармонические подгруппы по ГОСТ подраздел 3.2.
В качестве суммарных коэффициентов составляющих напряжения должны быть применены коэффициенты гармонических подгрупп по ГОСТ подраздел 3.3.
При оценке соответствия электрической энергии КЭ, относящимся к гармоническим составляющим напряжения, в настоящем стандарте, маркированные данные не учитывают.
Уровень составляющих напряжения электропитания увеличивается в связи с в электроустановках частотных преобразователей и другого оборудования.
Допустимые уровни интергармонических составляющих электропитания находятся на рассмотрении.
1.6 Несимметрия напряжений в трехфазных системах
Несимметрия трехфазной системы обусловлена несимметричными нагрузками потребителей энергии или несимметрией элементов электрической сети.
КЭ, относящимися к несимметрии напряжений в трехфазных , являются коэффициент несимметрии напряжений по обратной и коэффициент несимметрии напряжений по нулевой .
Для указанных показателей КЭ установлены следующие нормы:
- коэффициентов несимметрии напряжений по обратной и несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точке электрической энергии, усредненные в интервале 10 мин, не должны превышать 2% в течение 95% времени интервала в неделю;
- значения коэффициентов несимметрии по обратной последовательности и несимметрии напряжений по нулевой в точке передачи электрической энергии, в интервале времени 10 мин, не должны превышать 4% в течение времени интервала в одну неделю.
При соответствия электрической энергии нормам КЭ, относящимся к напряжений, установленным в настоящем стандарте, быть проведены измерения по ГОСТ 30804.4.30, 5.7, класс A, при этом маркированные данные не .
Весь текст будет доступен после покупки
