Допустимі коливання напруги в мережі. Якість електроенергії. Вимоги до якості електроенергії

Якість електроенергії потрібно висловлювати кількісними показниками для оцінки живильної мережі. Провайдери зобов'язані підтримувати відповідність ГОСТам таких характеристик, як коливання напруги і частоти. Залежно від підключених споживачів значення основних показників змінюються, що може при значних їх відхиленнях приводити до виходу з ладу побутових приладів.

Що впливає на характеристики мережі живлення?

Якість електроенергії залежить від величезної кількості чинників, що змінюють показники понад встановлені нормативами меж. Так, напруга може виявитися завищеними через аварію на підстанції. Занижені значення з'являються у вечірній час доби або в літній сезон, коли люди повертаються додому і вмикають телевізори, електричні плити, Спліт-системи.

Якість електроенергії згідно ГОСТам може незначно коливатися. У дуже поганих живлять мережах споживачам доводиться користуватися стабілізаторами напруги. Контроль над характеристиками покладено на Росспоживнагляд, куди можна звертатися при виникають невідповідності.

Якість електроенергії може залежати від наступних факторів:

• Добових коливань, пов'язаних з нерівномірним підключенням споживачами або з впливом припливів і відливів на морських станціях.
• Змінами повітряного середовища: вологості, утворення льоду на живильних проводах.
• Зміною вітру, коли харчування виробляють ветровики.
• Якістю проводки, з часом вона зношується.

Навіщо потрібні основні характеристики мережі живлення?

Кількісна величина і похибки відхилення параметрів встановлюються відповідно до ГОСТ. Якість електроенергії прописано в документі 32144-2013. Знадобилося узаконити ці показники через ризик загоряння приладів споживача, а також порушення функціонування електроприладів чутливих до перепадів напруги установок. Останні пристрої поширені в медичних установах, наукових центрах, На військових об'єктах.

Електроенергії оновлені в 2013 році в зв'язку з розвитком ринку збуту енергії і появою нових електронних пристроїв. Розглядати електрику в рамках його поставки слід як продукцію, відповідну певним критеріям. При відхиленні встановлених характеристик до провайдерів може застосовуватися адміністративна відповідальність. Якщо ж з вини коливань вхідного напруги постраждали або могло постраждати люди, то може виникнути вже кримінальна відповідальність.

Що відбувається зі споживачами при відхиленні нормальних режимів харчування?

Параметри якості електроенергії впливають на тривалість роботи пристроїв, що підключаються, часто це стає критично на виробництвах. Падає продуктивність ліній, збільшується витрата енергії. Так на валу двигунів знижується крутний момент при падінні значень показників мережі живлення. Коротшає термін служби ламп освітлення, світловий потік ламп стає менше або мерехтить, що позначається на продукції, що випускається в теплицях. Істотний вплив виявляється на процеси інших біохімічних реакцій.

Відповідно до законів фізики зниження напруги при незмінному навантаженні на валу двигуна призводить до стрімкого зростання струму. Це, в свою чергу, призводить до збоїв в роботі захисних вимикачів. В результаті плавиться ізоляція, в кращому випадку горять в гіршому безповоротно псуються обмотки двигунів, елементи електроніки. За аналогічних обставин електролічильник починає обертатися з більшою швидкістю. Господар помешкання зазнає збитків.

Критерії оцінки живильної мережі

Що ж містить ГОСТ? Якість електроенергії визначається характеристиками трифазних мереж і поширених в побуті ланцюгів частотою 50 Гц:

• Стале значення відхилення напруги визначає величину характеристики, при якій споживачі можуть функціонувати без збою. Встановлюється нижній нормальний межа від 220 В це 209 В і верхній дорівнює 231 В.
• Розмах зміни вхідного напруги є різницею величин діючої і амплітудної. Заміри проводять за цикл перепаду параметра.
• Доза флікера підрозділяється на короткочасну в межах 10 хвилин і тривалу, яка визначається 2 годинами. Позначає ступінь сприйнятливості людського ока до мерехтіння світла, причиною якого стало коливання живлячої мережі.
• Імпульсна напруга описується часом відновлення, що має різну величину залежно від причини виникнення стрибка.
• Коефіцієнти для оцінки якості мережі живлення: по спотворенню синусоидальности, значення тимчасового перенапруги, гармонійних складових, несиметричності по зворотної та нульової послідовності.
• Інтервал провалу напруги визначається періодом відновлення параметра, встановленого відповідно до ГОСТ.
• Відхилення живильної частоти призводить до пошкоджень електричних частин і провідників.

Фиксируемое відхилення вхідної величини

Показники якості електроенергії намагаються зробити відповідають встановленим номіналах, прописаним в законодавчих актах. Увага приділяється погрішностей, що виникають при замірах U і f. Якщо є похибки, то можна звертатися в наглядові органи, щоб притягти до відповідальності постачальника електрики.

Загальні вимоги до якості електроенергії включають параметр відхилення напруги живлення, який поділяють на дві групи:

• Нормальний режим, коли відхилення становить ± 5%.
• Межа допустимого режиму встановлений для коливань ± 10%. Це складе для мережі 220 В мінімальний поріг 198 В і максимальний 242 В.

Відновлення напруги повинно відбуватися в часовий інтервал не більше двох хвилин.

Розмах зміни живильної мережі

Норми якості електроенергії містять нагляд за таким параметром, як коливання складових напруги. Він встановлює різницю між верхнім порогом амплітуди і нижнім. З огляду на, що допуски відхилення параметра від встановленого укладаються в межа ± 5%, то розмах граничний режим не може перевищувати ± 10%. Мережа живлення 220 В не може коливатися більш-менш 22 В, а 380 В працює нормально в межах ± 38 В.

Результуючий розмах коливань напруги розраховується за наступним виразом ΔU \u003d U max -U min, в нормативах результати вказуються в% згідно з розрахунками ΔU \u003d ((U max -U min) / U nominal) * 100%.

Нестійкість вхідного значення

Система якості електроенергії включає виміри дози флікера. Цей показник фіксує спеціальний прилад - флікерметр, який знімає амплітудно-частотну характеристику. Отримані результати порівнюють з кривою чутливості зорового органу.

ГОСТом встановлені допустимі межі зміни дози флікера:

• Короткочасні коливання показник не повинен бути вище 1,38.
• Тривалі зміни повинні укладатися в значення параметра 1,0.

Якщо мова йде про верхню межу показника ланцюга ламп розжарювання, то потрібно, щоб результат потрапив в наступні кордону:

• Короткочасні коливання - показник встановлений рівним 1,0.
• Тривалі зміни параметра - 0,74.

відчутні перепади

Вимірювання якості електроенергії передбачають виміри такої складової, як імпульси напруги живлення. Він пояснюється різкими спадами і підйомами електрики в межах обраного інтервалу. Причинами такого явища може бути одночасна комутація великої кількості споживачів, вплив електромагнітних завад через грозу.

Встановлено періоди відновлення напруги, які не впливають на роботу споживачів:

• Причини перепадів - це гроза і інші природні електромагнітні перешкоди. Період відновлення дорівнює не більше 15 мкс.
• Якщо імпульси з'явилися через нерівномірне комутації споживачів, то період набагато більше і дорівнює 15 мс.

Найбільше число аварій на підстанціях відбувається через удар блискавки в установку. Відразу страждає ізоляція провідників. Величина перенапруги може досягати сотень кіловольт. Для цього передбачені захисні пристосування, але іноді вони не витримують, і спостерігається залишковий потенціал. У ці моменти несправність не виникає завдяки міцності ізоляції.

Тривалість спаду вхідної величини

Виміряний параметр описують як провал напруги, що вкладався в межі ± 0,1U nominal за інтервал в кілька десятків мілісекунд. Для мережі 220 В зміна показника допускається до 22 В, якщо 380 В, то не більше 38 В. Глибина спаду розраховується відповідно до виразу: ΔU n \u003d (U nominal -U min) / U nominal.

Тривалість спадла розраховується відповідно до виразу: Δt n \u003d t k -t n, тут t k - це період, коли напруга вже відновився, а t n - точка початку відліку, момент коли відбулося падіння напруги.

Контроль якості електроенергії зобов'язує враховувати частоту появи провалів, яка визначається за формулою: Fn \u003d (m (ΔU n, Δt n) / M) * 100%. тут:

• m (ΔU n, Δt n) визначається як кількість спадів у встановлений час при глибині ΔU n і тривалості Δt n.
• М - загальний рахунок спадів протягом обраного періоду.

Навіщо потрібна величина спаду

Параметр тривалість спаду вхідної величини потрібно для оцінки надійності підводить енергії в кількісному вираженні. На цей показник може впливати періодичність аварій на підстанції через халатність персоналу, блискавок. Результатом дослідження провалів стають прогнози по мірі відмови в розглянутій мережі.

Статистика дозволяє робити наближені висновки про стабільність подачі електричної енергії. Провайдеру електрики надаються рекомендовані дані для проведення профілактичних заходів на установках.

відхилення частоти

Дотримання частоти в певних межах відноситься до необхідного вимогу споживача. При зниженні показника на 1%, втрати становлять понад 2%. Це виражається в економічних витратах, зниження продуктивності підприємств. Для звичайної людини це призводить до підвищених сум в квитанціях за сплату за електрику.

Швидкість обертання асинхронного двигуна безпосередньо залежить від частоти мережі живлення. Нагрівають Тени мають меншу продуктивність при зниженні параметра менше 50 ГЦ. При завищених значеннях може відбуватися пошкодження споживачів або інших механізмів, не розрахованих на високий момент обертання.

Відхилення частоти може вплинути на роботу електроніки. Так на екрані телевізора виникають перешкоди при зміні показника на ± 0,1 Гц. Крім візуальних дефектів, зростає ризик виведення з ладу мікроелементів. Методом боротьби з відхиленнями якості електроенергії виступає введення резервних живильних вузлів, що дозволяють в автоматичному режимі відновлювати напруга в певні проміжки часу.

коефіцієнти

Для нормальної роботи мережі живлення введений контроль наступних коефіцієнтів:

• Несинусоїдальності кривої напруги. Спотворення синусоїди відбувається за рахунок потужних споживачів: ТЕНів, конвекційних печей, зварювальних апаратів. При відхиленнях цього параметра знижується термін служби обмоток двигунів, порушується робота релейного автоматики, виходять з ладу приводні системи на тиристорному управлінні.
• Тимчасового перенапруги є кількісною оцінкою імпульсного зміни вхідної величини.
• N-ой гармоніки є характеристикою синусоидальности одержуваної на вході характеристики напруги. Розрахункові значення отримують з табличних даних для кожної гармоніки.
• Несиметрія вхідний величини по зворотній або нульової послідовності важливо враховувати для виключення випадків нерівномірного розподілу фаз. Такі умови виникають частіше при обриві мережі живлення, підключеної за схемою зірки або трикутника.

Види захисту від непередбачуваних змін в мережі живлення

Підвищення якості електроенергії потрібно проводити у визначені законом строки. Але захист свого обладнання споживач має право вибудовувати застосуванням наступних засобів:

• Стабілізатори харчування гарантують підтримку вхідний величини в зазначених межах. Досягається якісна енергія навіть при відхиленнях вхідної величини більш ніж на 35%.
• джерела безперебійного живлення призначені для підтримки працездатності споживача протягом встановленого проміжку часу. Живлення приладів відбувається за рахунок накопиченої енергії у власній батареї. При відключенні електрики, бесперебойники здатні підтримувати працездатність апаратури цілого офісу протягом декількох годин.
• Прилади захисту від стрибків напруги працюють за принципом реле. Після перевищення вхідної величини встановленої межі відбувається розмикання ланцюга.

Всі види захисту доводиться комбінувати для забезпечення повної впевненості в тому, що дорога техніка залишиться цілою під час аварії на підстанції.

Електроенергія як товар має цілу низку специфічних властивостей. Вона безпосередньо використовується при створенні інших видів продукції і має суттєвий вплив на економічні показники виробництва і якість виробів, що випускаються. Поняття якості електричної енергії (КЕ) відрізняється від якості інших товарів. Якість електроенергії проявляється через якість роботи електроприймачів (ЕП). Тому якщо ЕП працює незадовільно, і в кожному конкретному випадку якість електроенергії відповідає встановленим вимогам, то причину слід шукати в якості виготовлення ЕП. Якщо параметри КЕ не відповідають вимогам, то пред'являються претензії постачальнику - електропостачальної організації.

Якість електроенергії на місці виробництва не гарантує її якості в точці приєднання споживача. Характер самого виробничого процесу істотно впливає на параметри КЕ, і в точці приєднання воно може бути по-різному до і після включення споживача. Якість електроенергії є складовою електромагнітної сумісності, що характеризує електромагнітну середу. Електроприймачі і апарати, приєднані до електричних мереж, призначені для роботи при певних номінальних параметрах: номінальній частоті, номінальну напругу, номінальному струмі, Що змінюється за синусоїдальним законом. В системі електропостачання завжди можливе відхилення від цих вимог, визначених показниками якості електричної енергії (ПКЕ).

Якість електричної енергії - це сукупність її характеристик по частоті і напрузі, званих показниками якості електроенергії, що визначають вплив електроенергії на електрообладнання, електричні апарати і прилади, підключені до електричної мережі, Що оцінюється по відповідності цих ПКЕ встановленим вимогам. У термінах електромагнітної сумісності ПКЕ - рівень електромагнітної перешкоди, створюваної кондуктивним шляхом в електричній мережі в єдиному і нерозривній процесі виробництва, передачі, розподілу та споживання електричної енергії.

Електромагнітна сумісність (ЕМС) характеризує не тільки взаємодія між електричними приладами, Апаратами, електроустаткуванням і електромагнітної середовищем, а й взаємодії цих технічних засобів між собою. Під ЕМС розуміють здатність електротехнічних засобів або їх елементів нормально функціонувати в даній електромагнітному середовищі (обстановці), не вносячи неприпустимих електромагнітних завад (ЕМП) в цю середу і не відчуваючи таких з її боку.

Якщо ЕМС не забезпечена, тобто окремі елементи електротехнічних засобів або прилад в цілому не володіють заданою помехоустойчивостью до внутрішніх (між елементами) і зовнішнім (по відношенню до приладу) перешкод, то тим самим створюються умови для:

• функціональних порушень з більшими чи меншими наслідками, пов'язаними з відмовами, з скороченням терміну служби і виходом з ладу обладнання, браком продукції, аваріями, помилкові спрацьовування захисту і автоматики і т. п .;
• погіршення якості електроенергії;
• погіршення електромагнітної обстановки в навколишньому просторі;
• ураження обслуговуючого персоналу.

Передумовою для цього є невраховані ЕМП або ЕМП, захист від яких не передбачена.

Електромагнітна перешкода - це випадкове електромагнітний вплив, здатне викликати в електротехнічному пристрої порушення функціонування, відмова, руйнування. Перешкода може проявлятися як струм, напруга, електромагнітне поле. У практиці розрізняють кондуктивні і польові ЕМП. До кондуктивним відносяться перешкоди, що поширюються по дротах, зокрема по електричної мережі. Польові перешкоди поширюються через навколишній простір. Перешкоди створюються джерелами перешкод, якими можуть бути як електротехнічні засоби, Так і електротехнологічні процеси. Так, наприклад, повітряна лінія високої напруги (Засіб) створює польові перешкоди при передачі електроенергії (технологічний процес), що впливають на лінії зв'язку. Напруженість електричного і магнітного полів навколо лінії електропередачі характеризує електромагнітну обстановку. Перетворювачі тягової підстанції електрифікованого транспорту створюють кондуктивні завади в електричній мережі, від якої вони харчуються. Спотворення синусоїдальної форми напруги під впливом протікають по електричної мережі струмів вищих гармонік характеризують електромагнітну обстановку в цій мережі.

Важливою характеристикою електромагнітної обстановки є рівень ЕМС. Рівень ЕМС - це встановлене значення ЕМП, при якому з найбільшою ймовірністю гарантується нормальна взаємодія (функціонування) всіх технічних засобів, що є як джерелами перешкод, так і засобами, сприйнятливими до цих перешкод.

Так, нормовані (допустимі) значення ПКЕ є тими рівнями ЕМС електричної мережі, при яких гарантується нормальне функціонування будь-яких електротехнічних засобів, підключених до цієї мережі, якщо ці ПКЕ не перевищують допустимих значень. З іншого боку, електротехнічні засоби характеризуються своїми допустимими рівнями ЕМС, які визначають їх стійкість, при якій і гарантується нормальне функціонування цих засобів. Очевидно, рівні завадостійкості повинні бути вище значень ПКЕ в електричній мережі.

Рівень ЕМП може досягти граничного значення, що перевищує рівень завадостійкості конкретного пристрою, що спричиняє спотворення його функціонування (відмова). Таке граничне значення називається помеховоспріімчівост'ю. Порушення функціонування може бути як оборотним, так і необоротним. У першому випадку, після зняття порушує впливу або зниження рівня ЕМП, пристрій відновить свої функціональні можливості. У другому випадку, очевидно, під впливом перешкоди відбулися незворотні зміни в елементах пристрою, в результаті чого пристрій втратило свої функціональні можливості.

Багато видів кондуктивних перешкод призводять до додаткового нагрівання електрообладнання або його елементів під впливом підвищеної напруги, струмів вищих гармонік, струмів зворотній послідовності. Додатковий нагрів призводить до порушення ізоляції, руйнування конструктивних елементів електрообладнання і, таким чином, до незворотного порушення функціонування. Однак ефект від додаткового нагрівання проявляється не відразу, а з часом. Тому якщо вплив розглянутих перешкод було короткочасним, то після їх усунення пристрій не втратить своїх функціональних можливостей. Таким чином, час впливу ЕМП також слід віднести, поряд з рівнями, до характеристик ЕМС. Так, наприклад, нормально допустимі рівні ЕМС електричної мережі, її ПКЕ, можуть бути перевищені, але не більше ніж протягом 72 хв за добу, що становить 5% від 24 годину.

На рис. 16.1 наведено рівні ЕМС електричної мережі 1 і електроприймача, підключеного до цієї мережі. При цьому стійкість ЕП 2 і його помеховоспріімчівость 3 залишаються постійними, а рівень перешкод в мережі 1 зростає. Очевидно, що в разі, показаному на рис. 16.1, а, нормальне функціонування ЕП забезпечено. У випадку, наведеному на рис. 16.1, б, нормальне функціонування ЕП може бути забезпечено, якщо тривалість впливу ЕМП обмежена за часом. І в разі, показаному на рис. 16.1, в, нормальне функціонування неможливо.

Якість електроенергії враховує всі аспекти ЕМС, але характеризує тільки електричну мережу. Встановлені для неї допустимі рівні ЕМС називають показниками якості електроенергії.

Нормативні значення ПКЕ і їх перелік встановлено ГОСТ 13109-97, який є орієнтиром для розробників апаратури і електрообладнання, що підключається до мережі, в частині їх завадостійкості, з одного боку, і рівня внесених ними перешкод, з іншого. Якщо рівень завадостійкості цих технічних засобів вище гранично допустимих значень ПКЕ в мережі, ЕМС буде забезпечена.

Фактичні значення ПКЕ повинні контролюватися за допомогою спеціалізованих засобів вимірювання в умовах експлуатації, а відповідні характеристики ЕП - шляхом необхідних випробувань при їх розробці і виробництві.

Всі 11 ПКЕ, які встановлені ГОСТ 13109-97, можуть бути умовно розділені на три групи. До першої групи можна віднести відхилення частоти і відхилення напруги, які пов'язані з особливостями технологічного процесу виробництва і передачі електроенергії. Якість регулювання відхилень частоти і напруги визначає їх рівень в електроенергетичній системі. До другої групи можна віднести ПКЕ, що характеризують несинусоидальность форми кривої напруги, несиметрію та коливання напруги. Джерелами цих спотворень (емітентами) є, головним чином, електроприймачі. Для координації ЕМП, що вносяться такими ЕП, необхідне застосування технічних заходів як на етапі розробки і виробництва, так і в процесі їх експлуатації. До третьої групи можна віднести ПКЕ, що характеризують випадкові електромагнітні явища і електротехнічні процеси, нерозривно пов'язані з технологічним процесом виробництва, передачі та споживання електроенергії. До них відносяться провали напруги, перенапруги і імпульси напруги, які виникають в системі електропостачання в більшості випадків в результаті комутацій електрообладнання або розрядів блискавки на лінію електропередачі.

Показники якості електроенергії перших двох груп нормуються ГОСТ, і на них встановлені два допустимих рівня: нормальний і граничний. ПКЕ третьої групи не нормуються, однак статистична інформація про них має велике значення для нормальної експлуатації електроенергетичної системи.

відхилення частоти. Частота ƒ є загальносистемних параметром режиму ЕЕС і визначається балансом активної потужності. При виникненні дефіциту потужності, що генерується в системі відбувається зниження частоти до такого значення, при якому встановлюється новий баланс генерується і споживаної потужності. При надлишку генерується, навпаки, частота підвищується.

Частота змінного струму в електроенергетичній системі визначається частотою обертання генераторів електростанцій. Номінальне значення частоти 50 Гц (в деяких країнах 60 Гц). У кожен момент часу в ЕЕС має бути забезпечено рівність між потужністю генераторів електростанцій і потужністю, споживаної навантаженням, з урахуванням втрат потужності в елементах електроенергетичної системи. Регулювання частоти в ЕЕС можливо тільки при наявності резерву активної потужності на електростанціях. Введення резервної активної потужності можливий в ЕЕС за рахунок додаткової витрати енергоносія первинного двигуна (турбіни) генератора.

Якість електроенергії за частотою характеризується відхиленням частоти Δƒ:

де ƒ ном - номінальне значення частоти, Гц;
ƒ у - фактичне усталене (виміряний) значення частоти, Гц.

відхилення напруги. Напруга в вузлах електроенергетичної системи може бути різним і визначається балансом реактивної потужності в цих вузлах. Відмінність фактичного усталеного напруги U у в заданій точці мережі від його номінального значення U ном характеризується відхиленням напруги δU у. Відхилення напруги, що визначаються у відсотках від номінального значення, встановлюються в тому чи іншому вузлі ЕЕС в залежності від параметрів мережі і навантаження вузла:

Зміна рівня напруги в вузлі мережі при передачі електроенергії по її ділянці можна проілюструвати на прикладі, коли по лінії передаються активна Р і реактивна потужності. Схема заміщення лінії представлена \u200b\u200bна рис. 16.2.

Нехай при зазначеної потужності струм, що протікає по лінії, дорівнює I. При цьому і потужність S \u003d P + j, і струм I \u003d I a - jI p, і опір лінії Z \u003d R + jX - комплексні величини. тоді напруги U 1 і U 2 по кінцях лінії будуть різними за рахунок падіння напруги в цій лінії. Якщо потужність передається в напрямку, показаному на рис. 16.2, то напруга в кінці лінії буде нижче, ніж на початку. Різниця цих напруг (як якщо б вона була виміряна вольтметром) називається втратою напруги. Можна сказати, що втрата напруги - це різниця модулів напруг по кінцях лінії або ΔU \u003d | U 1 | - |U 2 |, так як U 1 і U 2 - комплексні величини. На відміну від ΔU різниця цих комплексних величин U 1 - U 2 називається падінням напруги, що дорівнює

В силу того що падіння напруги - це комплексна величина, розрізняють його поздовжню і поперечну складові. Вони можуть бути розраховані за виразами, В:
для поздовжньої складової
і для поперечної складової
Ці вирази справедливі для будь-якого елемента передавальної або розподільної мережі.

Поздовжня складова приблизно дорівнює втраті напруги
і характеризує різницю діючих напружень по кінцях елемента мережі (лінія, трансформатор).

Поперечна складова характеризує фазовий зсув (кут) між векторами цих же напружень.
Тоді діюче значення міжфазного напруги в кінці лінії
При розрахунку мереж з номінальною напругою 110 кВ і нижче поперечну складову можна не враховувати. Для таких мереж характерно або приблизна рівність R і X, або перевищення R над X.

При оцінці відхилень напруги δU у на приймальному кінці даної лінії вимірюється саме напруга U 2, тоді,%:

Забезпечення вимог щодо допустимим відхиленням напруги в кожній точці мережі без спеціальних регулюючих пристроїв можливо тільки тоді, коли сумарні втрати напруги відносно невеликі. Такі умови можуть бути в мережах щодо невеликої довжини з малим числом проміжних трансформацій і невеликим навантаженням.

Сучасні ЕЕС характеризуються великою протяжністю ліній різних номінальних напруг і багатоступінчастої трансформацією. Тому передача електроенергії від її джерел до приймачів, коли сумарні втрати напруги великі, неможлива без спеціальних засобів регулювання напруги.

У розподільних електричних мережах відхилення напруги зазвичай визначаються в характерних точках. Це - точки, віддалені від центрів живлення (ЦП), обладнаних трансформаторами з регульованим під навантаженням коефіцієнтом трансформації (РПН).

Добовий діапазон зміни навантаження споживача досить великий, що призводить до зміни втрат напруги в мережі, а отже, і до зміни відхилень напруги в вузлах. Такий приклад наведено на рис. 16.2, коли напруга на початку лінії U 1 підтримується на рівні вище номінального, а потужність навантаження змінюється в діапазоні від S 2 нм до S 2 нб. У цьому прикладі напруга U 2 на приймальному кінці нижче тоді, коли навантаження більше.

При цьому відхилення напруги від номінального значення в режимі максимальної (δU 2 нб) і найменшою (δU 2 нм) навантаження можуть відрізнятися від допустимих значень. У Правилах улаштування електроустановок рекомендується підтримувати напругу в ЦП на рівні не нижче 105% номінального в режимі найбільшого навантаження і не вище 100% - в режимі найменшого навантаження. Ця вимога відповідає принципу зустрічного регулювання напруги. Для реалізації використовуються засоби регулювання напруги. На рис. 16.3 як цього кошти використовується трансформатор з РПН. Регулятор РПН в залежності від струму I навантаження трансформатора змінює його коефіцієнт трансформації До т, вводячи ту чи іншу добавку напруги Е т так, що зі збільшенням струму До т знижується і напруга на стороні лінії, що відходить підвищується. І, навпаки, при зниженні струму навантаження До т збільшується і напруга знижується. Тепер напруга в режимі найбільшого навантаження вище U ном (δU 2 нб - позитивно), а в режимі найменшою - нижче (δU 2 нм - негативно).

Коефіцієнт трансформації змінюється так, що при проміжних навантаженнях δU 2 нм< δU пр < δU 2 нб. Энергоснабжающая организация может задавать часы наибольшей и наименьшей нагрузки определенными интервалами времени в течение суток. В течение этих интервалов нагрузка потребителя может изменяться, оставаясь соответственно в диапазонах наибольших или наименьших значений. Поэтому и допустимые отклонения напряжения должны задаваться диапазонами отдельно для режимов наибольшей и наименьшей нагрузки и поддерживаться в заданных диапазонах средствами регулирования напряжения.

коливання напруги. Якщо відхилення напруги створюються під впливом щодо повільних змін навантаження, що визначаються її графіком, то швидкі зміни навантаження створюють коливання напруги. Коливання напруги визначаються по обвідної діючих або амплітудних значень напруги і характеризуються размахами δU t і частотою повторення змін напруги або інтервалами між змінами напруги. Приклад обвідної амплітудних значень напруги, виміряних дискретно на кожному напівперіод, наведено на рис. 16.4. Розмах зміни напруги оцінюється у відсотках на кожному напівперіод основної частоти як

де U i2 і U i1 - значення наступних один за іншим екстремумів або екстремуму по горизонталі.

Ще однією характеристикою коливань напруги є доза флікера. Необхідність введення ПКЕ, що характеризує коливання напруги, виникла в результаті виявлення впливу цього явища на зір людини, що викликає фізіологічну втома від мерехтіння світлового потоку, Створюваного джерелами світла. Флікер має кумулятивну (що накопичується) впливом, ефект від якого тим більше, чим більше розмах коливань і частота їх повторення.

Процес зорового сприйняття флікера, створюваного коливаннями прямокутної форми, знаходиться в діапазоні частот 0< ƒ < 35 Гц и размахов 0 < ∆U t < 10 % номінальної напруги. Експериментально доведено, що найбільш подразнюючу дію флікера настає при ƒ \u003d 8,8 Гц, коли ΔU t \u003d 0,29%.

Джерелами коливання напруги в електроенергетичних системах є потужні ЕП, що характеризуються резкопеременной характером споживання активної та реактивної потужності. Для таких ЕП характерні наступні умови електроспоживання: їх харчування здійснюється від шин напругою 35-220 кВ, а коливання споживаної активної та реактивної потужності в діапазоні 10-130% відбуваються зі швидкістю наростання до 200 MB · А / с. Як правило, такі ЕП мають нелінійну вольт-амперну характеристику.

До них відносяться в пріоритетному порядку за ступенем впливу на погіршення КЕ: дугові сталеплавильні печі, рудно-термічні печі, електродвигуни великої потужності (зокрема, прокатних станів), індукційні печі, машини контактного зварювання, перетворювачі електролізних установок. Так, при роботі дугової печі ДСП-100 на напрузі 35 кВ в період розплаву розмахи ΔU t в мережі досягають 4,3-8,2% при cosφ \u003d 0,1-0,3. При цьому частота коливань напруги становить 8,3 Гц.

Несинусоїдальність напруги. Значну частку навантаження в електричній мережі представляють ЕП з нелінійної вольт-амперної характеристикою. Такі ЕП споживають струм, форма якого істотно відрізняється від синусоїдальної. Приклад спотворення синусоїдальної форми кривої і її гармонійних складових наведено на рис. 16.5. Перебіг несинусоидального струму за елементами електричної мережі створює в них падіння напруги, що визначаються кривою струму, що і є причиною спотворення синусоїдальної форми напруги в тій чи іншій точці (вузлі) мережі.

Найбільш поширеними джерелами нелінійних спотворень є перетворювачі (рис. 16.6). Струм, споживаний перетворювачем, в першому наближенні мають не синусоїдальну, а трапецеидальную форму.

Цей несинусоїдальний ток i (ωt) як функція часу t змінюється періодично з частотою мережі ƒ \u003d 50 Гц, що відповідає його кутовий частоті ω \u003d 2πƒ \u003d 314 рад / с. Відповідно до відомими в математиці методами (розкладання Фур'є) несинусоїдальний ток може бути представлений як сума синусоїдальних струмів, кожен з яких має свою частоту, кратну основний. Ці складові називаються гармоніками. тоді струм

де I n - амплітуда гармоніки;
n - кратність гармоніки по відношенню до основної частоті або порядок гармоніки.

Ці струми, протікаючи за елементами мережі (лінії, трансформатори), створюють на них падіння напруги. В результаті напруга в точці приєднання перетворювача (рис. 16.6) відрізняється від напруги джерела живлення. Причому ці падіння напруги встановлюються для кожної гармоніки окремо так, що, підсумовуючись, вони обумовлюють Несинусоїдальні напруги в зазначеній точці, де

Для ілюстрації таке спотворення синусоїдальної форми кривої показано на рис. 16.5. Результуюча крива напруги обумовлена \u200b\u200bнаявністю в ній складових (гармонік) 1-го порядку u (1) (основна гармоніка частотою 50 Гц) і вищих порядків: 3-го - u (3) і 5-го - u (5), частота яких в 3 і 5 разів більше основної.

Так як основна частота (ƒ \u003d 50 Гц) може змінюватися в певних межах, то і частота n-й гармоніки змінюється. Тому гармоніки характеризують не частотою, а порядком, що вказує їх кратність по відношенню до основної частоті. Для оцінки КЕ по несинусоїдальності враховують весь ряд гармонік від 2-ї до 40-ї. В силу різних властивостей елементів мережі по відношенню до гармоникам і причин, що обумовлюють їх генерацію, розрізняють непарні (5, 7, 11, ...), парні (2, 4, 8, 10, ...) і кратні трьом (3 , 6, 9, ...) гармоніки. Гармонійний склад кривої напруги характеризують коефіцієнтом n-й гармонійної складової напруги K U (n),%:

де U (n) - амплітуда n-ої гармоніки, В;
U (1) - амплітуда 1-й гармоніки, В.

В цілому несинусоидальность напруги характеризується коефіцієнтом спотворення синусоїдальної форми кривої напруги K U:

Джерелами гармонійних спотворень в ЕЕС є не тільки перетворювачі, а й інші ЕП, що володіють нелінійними характеристиками: дугові сталеплавильні печі; статичні тиристорні компенсатори; трансформатори з нелінійними вольт-амперних характеристиками; перетворювачі частоти; індукційні печі; обертові електричні машини, що живляться через вентильніперетворювачі; телевізійні приймачі; люмінісцентні лампи; ртутні лампи.

Порядок вищих гармонік струму, що генеруються перетворювачами, визначається з виразу n \u003d kp ± 1, де р - пульсность перетворювача, k \u003d 1,2, ...

Так, для 6-пульсної перетворювача (див. Рис. 16.6) характерні 5, 7, 11, 13-я ... гармоніки, а для 12-пульсної - 11, 13, 23, 25-я ... гармоніки.

Такі перетворювачі застосовують на тягових підстанціях електрифікованого транспорту, в приводах прокатних станів, для електролізних ванн. Рівень гармонік струму I (n), що генеруються такими перетворювачами, може бути прийнятий рівним I (n) \u003d I (1) / n, де I (1) - 1-я гармоніка струму основної частоти.

Побутова апаратура також є джерелом вищих гармонік, так як багато в чому з метою автоматизації управління оснащена пристроями з нелінійними характеристиками.

Так, в кольорових телевізорах використовуються транзисторні регулятори або інвертори з ретельно розробленими захистами від перенапруг і надструмів і малим споживанням потужності від електричної мережі. Однак велика кількість телевізорів, підключених до мережі, зводить нанівець зменшення амплітуди струму в кожному з них. найбільше значення в струмі, споживаної телевізором, складає 3-тя гармоніка. За даними СІГРЕ коефіцієнт спотворення синусоидальности напруги, обумовлений роботою телевізорів, може досягати 1% навіть в мережах 220 кВ.

Інші побутові прилади, радіоприймачі, стереосистеми, зарядні пристрої також генерують струми, що створюють гармоніки кратні трьом. Істотним джерелом таких гармонік є люмінесцентні лампи. При цьому гармоніки кратні трьом від різних джерел практично збігаються по фазі і, отже, підсумовуються алгебраїчно, тобто їх взаємної компенсації природним шляхом не відбувається.

Поширення гармонік струму по мережі залежить від параметрів і конфігурації мережі. При поширенні гармонік струму від їх джерела в напрямку мережі більш високої напруги гармонійні спотворення напруги зазвичай знижуються, тобто До U і К U (n) зменшуються. Рівень цих ПКЕ в мережах низької напруги, Навпаки, вище.

несиметрія напруги. Електроприймачі, які отримують харчування тільки від однієї або двох фаз трифазної мережі, Утворюють несиметричну навантаження. Типовим видом таких ЕП є побутова апаратура, освітлення. У промисловості - це зварювальне обладнання, індукційні печі, тягові підстанції залізничного транспорту, електрифікованого на змінному струмі. Сумарне навантаження окремих підприємств, а також комунально-побутові навантаження містять 85-90% електроприймачів, які стають причиною несиметрії.

В електричних мережах - це лінії електропередачі, фазні дроти яких в силу свого розташування обумовлюють несиметричні опору фаз лінії. Транспозиція проводів - один із заходів, спрямована на симетрування опорів фаз лінії електропередачі.

Несиметрична навантаження трифазної системи електропостачання призводить до того, що струми в її елементах і, отже, напруги на них також несиметричні. Так, система напруг, показана на рис. 16.7, в, несиметрична, так як її фазні напруги U A, U B, U C і міжфазні напруги U AB, U BC, U CA не рівні між собою і зрушені відносно один одного на кут, відмінний від 120 °. І, навпаки, системи напруг, наведені на рис. 16.7, а, б, симетричні.

Для характеристики несиметрії напруг (струмів) використовують метод симетричних складових. Відповідно до цього методу несиметрична трифазна система може бути представлена \u200b\u200bу вигляді трьох симетричних, що утворюють пряму U A1, U B1, U C1, зворотний U A2, U B2, U C2 і нульову U A0, U B0, U C0 послідовності. Так, наприклад, для фази А кожна із зазначених послідовностей визначається з виразів:

де U A, U B, U C - несиметричні фазні напруги.

На рис. 16.7 наведена векторна діаграма несиметричною системи і її симетричні складові прямої і зворотної послідовностей. Зауважимо, що напруга нульової послідовності U 0 (рис. 16.8) являє напруга зсуву нейтралі. Його можна спостерігати в чотирьох провідних системах електропостачання, для яких обмотки живлять трансформаторів і фази навантаження з'єднані в «зірку». Утворилися таким чином нейтрали об'єднані нульовим проводом. При цьому міжфазні напруги можуть залишатися симетричними. обрив нульового проводу в такій мережі призводить до перенапряжениям на затискачах однофазних електроприймачів.

Несиметрія напруг характеризується коефіцієнтом несиметрії напруги основної частоти за зворотною послідовністю До 2U і за нульовою послідовності До 0U. Ці коефіцієнти розраховуються тільки для трифазних систем за формулами,%:

де U 1 (1), U 2 (1), U 0 (1) - діючі значення напруги основної частоти прямої, зворотної і нульової послідовностей, В.

провали напруги. До провалів напруги відноситься раптове значне зниження напруги (більш ніж на 10% від U ном) в точці електричної мережі, за яким слід відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня через проміжок часу від кількох періодів до декількох десятків секунд (рис. 16.9) .

На відміну від раніше розглянутих ПКЕ провали напруги є абсолютно випадковими, але дуже ймовірними подіями і характеризують Анормальні режими роботи системи електропостачання. Можна сказати, що провали напруги, які можливі в будь-якій мережі, характеризують надійність електропостачання, оцінюючи його безперебійність. Первинною причиною провалів є грозова діяльність, коли в результаті попадання блискавки в лінію або на шини відкритого розподільного пристрою спрацьовують засоби захисту і автоматики (АПВ, АВР) системи електропостачання. Провали напруги можуть бути обумовлені і помилками оперативного персоналу, і помилкові спрацьовування засобів захисту і автоматики. Глибина провалу в тій чи іншій точці мережі тим більше, чим ближче до неї місце пошкодження. Тривалість відновлюваного провалу визначається сукупністю часу спрацьовування засобів захисту і автоматики, завдяки дії яких напруга і може бути відновлено.

Глибина провалу напруги розраховується за формулою,%:

де U ном - номінальна напруга, В.

Форма провалу напруги може бути багатоступінчастої, що викликано дією декількох засобів захисту і автоматики.

Тривалість провалу напруги розраховується як різниця між часом відновлення напруги t до і часом початку провалу t н так, що Δt п \u003d t до - t н. Встановлено, що тривалість відновлюваного провалу напруги не перевищує 30 с.

Характеристики провалу різні для різних точок мережі і залежать від схеми, типу і стану її обладнання, ступеня автоматизації і захисту.

Таблиця 16.1 Характеристики провалів напруги для кабельних ліній

Частість появи провалів напруги F п обчислюється за формулою,%:

де m (δU п, Δt п) - число провалів певної глибини δU п і тривалості Δt п за розглянутий інтервал спостереження;
М - сумарна кількість провалів напруги за той же період часу.

У табл. 16.1 наведено для прикладу, характеристики провалів напруги для кабельних мереж, обладнаних АВР, отримані за результатами тривалих (кілька місяців) вимірювань. Частість появи провалів напруги в табл. 16.1 вказана по відношенню до 100 подій, що спричинило за собою провали напруги різної глибини і тривалості.

Відомості, представлені у вигляді таких таблиць, є результатом тривалих вимірювань, які необхідно проводити будь-електропостачальної організації в характерних точках мережі, наприклад в точках загального приєднання споживачів. Споживач, в свою чергу, маючи в своєму розпорядженні цими відомостями, так чи інакше вирішує питання про забезпечення безперебійності електропостачання встановлених в його системі електроприймачів: шляхом резервування харчування, підвищення швидкодії засобів автоматики, застосування автономних джерел живлення і систем безперебійного живлення.

тимчасове перенапруження. За визначенням, тимчасове перенапруження - це підвищення напруги в точці електричної мережі вище 1,1U ном тривалістю більше 10 мс, що виникає в системах електропостачання при комутаціях або КЗ. Причинами появи короткочасних перенапруг є комутації ненавантажених ліній електропередачі, конденсаторних батарей або малонавантажених трансформаторів, підключення або відключення великого навантаження.

Перенапруги можуть мати періодичний або апериодический характер. Їх можна розділити на короткочасні, тривалі (періодичні) і імпульсні (апериодические).

На рис. 16.10 приведена форма періодичного перенапруги в загальному випадку. Перенапруги становлять небезпеку для людей і електрообладнання, особливо якщо це явище тривало. Тривалі перенапруги виникають в електричних мережах з компенсованою для обмеження струмів КЗ на землю нейтраллю, в мережах з високою ємнісний провідністю, чотирьох провідних мережах при обривах нейтрального проводу. У мережах з ізольованою нейтраллю (10 і 35 кВ) допускається тривала робота при однофазному КЗ на землю. Однак при цьому напруга непошкоджених фаз по відношенню до землі може зрости до міжфазного значення. Аналогічні умови виникають в чотирьох провідних мережах 380 В при обриві нейтралі. У протяжних лініях електропередачі 500, 750 кВ перенапруги виникають в результаті їх розвантаження по переданої потужності за рахунок надлишкової реактивної потужності, що генерується такими лініями. Для характеристик КЕ по тимчасовим перенапряжениям застосовують два параметра.

Коефіцієнт тимчасового перенапруги розраховується за формулою, отн. од .:

а тривалість тимчасового перенапруги по формулі, з:

де U a max - амплітудне значення напруги основної частоти, В;
t к.пер і t н.пер - момент (кінцевий і початковий) перевищення рівня діючих значень напруги, рівного 1,1U ном.

Можливі значення цих характеристик при короткочасних перевантаженнях по ГОСТ 13109-97 наведені нижче:

В середньому за рік в одній точці приєднання можливі близько 30 випадків перенапруг.

імпульсні напруги викликаються грозовими явищами, а також перехідними процесами при комутаціях в системі електропостачання. У зв'язку з цим розрізняють грозові і комутаційні імпульси напруги, які істотно розрізняються за своїми характеристиками і формі.

Імпульсна напруга - це різка зміна напруги в точці електричної мережі, за яким слід відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня за проміжок часу до декількох мілісекунд.

На рис. 16.11 приведена осцилограма імпульсу напруги, а на рис. 16.12 - його загальний вигляд і характеристики.

Грозові імпульси - дуже поширене явище. На Землі одночасно відбуваються близько 2000 гроз, викликаючи 100 розрядів блискавок щомиті. В середньому в Європі число грозових днів на рік становить від 15 до 35, а число ударів блискавок, що припадають на 1 км 2, за рік - від 1 до 5. При ударах блискавка потрапляє в грозозахисні пристрій будівель і підстанцій, з'єднаних кабелями високої професійності і низького напруги, лініями зв'язку і управління. При одній блискавки можуть спостерігатися до 10 імпульсів, наступних один за одним з інтервалом від 10 до 100 мс. При ударі блискавки в заземлюючих пристроїв його потенціал щодо віддалених точок підвищується і досягає мільйона вольт. Це сприяє тому, що в «петлях», утворених кабельними і повітряними зв'язками, Индуктируется напруга від декількох десятків вольт до багатьох сотень кіловольт. При попаданні блискавки в повітряні лінії вздовж лінії поширюється хвиля перенапруги, яка досягає збірних шин підстанції. Хвиля перенапруги обмежується або міцністю ізоляції при її пробої, або залишковим напругою захисних розрядників, зберігаючи при цьому залишковий значення, що досягає десятків кіловольт. Максимальна виміряне значення струму розряду блискавки становить в залежності від його полярності від -200 до +300 кА, проте це - рідкісне явище. Зазвичай цей струм досягає 30-35 кА.

Комутаційні імпульси напруги виникають при комутаціях індуктивних (трансформатори, електродвигуни) і ємнісних (конденсаторні батареї, кабелі) навантажень. Виникають вони і при відключенні КЗ. Значення комутаційних імпульсів напруги залежать від типу мережі (повітряна або кабельна), виду комутації (включення або відключення), характеру навантаження і типу комутаційного пристрою (запобіжник, роз'єднувач, вимикач).

Значення комутаційних імпульсів напруг при їх тривалості на рівні 0,5 амплітуди імпульсу (рис. 16.12), що дорівнює 1-5 мс, наведені нижче:

Якість електроенергії - це відповідність основних параметрів енергосистеми нормам, прийнятим при виробництві, передачі і розподілі електроенергії. Вихід показників якості за встановлені норми призводить до наступних негативних наслідків:

Збільшення витрати і втрат електроенергії в системах електропостачання;
- зниження надійності роботи обладнання;
- виникнення порушень технологічних процесів з одночасним зниженням обсягів випуску продукції.

Показники якості визначені в ГОСТ Р 54149-2010 «Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії в системах електропостачання загального призначення ». Розглянемо нижче основні з них.

Основні показники. згідно даного стандарту, Основними показниками, що характеризують якість електроенергії, можна вважати:

Відхилення частоти і напруги. Відхиленням частоти є усереднена за 10 хвилин різниця між фактичною величиною основної частоти і її номінальною величиною. При цьому допускаються:

У нормальному режимі роботи відхилення не більше 0,1 Гц;
- короткочасні відхилення не більше 0,2 Гц.

Відхиленням напруги вважається різниця між фактичною величиною напруги і її номінальною величиною. Допускаються такі відхилення напруги при нормальній роботі мережі:

На затискачах апаратів і електродвигунів для їх управління і пуску від -5 до + 10%;
- на затискачах апаратів робочого освітлення від -2,5 до + 5%;
- на затискачах інших електроприймачів не більше 5%.

При цьому, в після аварійних режимах зниження напруги додатково допускається не більше 5%. Основними причинами відхилень напруги є:

Зміни режимів роботи енергосистеми і електричних приймачів;
- великі значення індуктивних опорів ліній 6-10 кВ.

З метою підтримки даного параметра в допустимих межах використовуються наступні методи:

Регулювання напруги на лініях, що відходять
- регулювання напруги на шинах підстанцій;
- спільне регулювання при одночасному зниженні (підвищенні) напруги і на ПС, і на лініях;
- додаткове регулювання, коли потрібно локальна зміна напруги у конкретного споживача;
- регулювання напруги за рахунок зміни схем електропостачання.

Коливання частоти і напруги. Це різниця між найбільшою і найменшою величиною основної частоти при досить швидкій зміні параметрів мережі зі швидкістю зміни частоти не менше 0,2 Гц / сек. Коливання напруги можна оцінити за допомогою наступних показників:

1. розмаху зміни напруги.
2. Частоти зміни напруги.
3. Відстані між змін напруги.

Такого роду коливання можливі при роботі приймачів різко змінюють свою навантаження (зварювальних машин, дугових електропечей, прокатних електродвигунів). У підсумку, в електричної мережі з'являються різкі поштовхи потужності споживаної споживачем, що призводять до значних змін напруги мережі.

При цьому погіршується робота звичайних споживачів, підключених до цієї мережі. Для згладжування коливання напруги використовуються наступні пристрої:

Швидкодіючий синхронний компенсатор;
- синхронний двигун;
- статичний джерело реактивної потужності.

Коефіцієнт несиметрії напруги основної частоти. Несиметрія напруг - це нерівність лінійних і фазних напруг за амплітудою і розі зсуву між ними.

В даному випадку нормований показник несиметрії - це коефіцієнт зворотній послідовності напруги, який дорівнює відношенню напруги зворотної послідовності до номінального лінійному напрузі. Сьогодні даний коефіцієнт не перевищує 2%.

Коефіцієнт несинусоїдальності форми кривої напруги, Який на затискачах електричних приймачів не повинен перевищувати 5%.

Причини виникнення та наслідки. Повне розуміння показників якості електроенергії з обов'язковим аналізом причин та наслідків від їх зміни дозволяє сучасним енергосистем утримувати їх в допустимих межах.

В результаті споживачам надходить електрична енергія повністю відповідна тим параметрам, які потрібні для продовження нормального виробничого процесу. Варто відзначити, що і сьогодні енергетики продовжують шукати кошти і методики для підтримки параметрів мережі в допустимих межах.

Електрична енергія як товар використовується у всіх сферах життєдіяльності людини, володіє сукупністю специфічних властивостей і безпосередньо бере участь при створенні інших видів продукції, впливаючи на їх якість.

Поняття якість електроенергії (КЕ) відрізняється від поняття якості інших видів продукції. Кожен електроприймач (ЕП) призначений для роботи при певних параметрах електричної енергії: номінальних частоті, Напрузі, струмі і т.п., тому для нормальної його роботи має бути забезпечено необхідну КЕ. Таким чином, якість електричної енергії визначається сукупністю її характеристик, при яких ЕП можуть нормально працювати і виконувати закладені в них функції. Так в табл. 1.1 наведені властивості електричної енергії, показники якості і найбільш ймовірні винуватці погіршення.

Перш за все, необхідно визначити, з чим саме пов'язана ця проблема. Можливо, що вона вже давно існує або виникла після установки нового обладнання або після внесення змін в саму систему. Тому вимірювання мають величезне значення в оцінці якості електроенергії. Вони є основним способом виявлення виникаючих проблем або змін самої системи. При проведенні вимірювань, з іншого боку, необхідно реєструвати зміни якості електроенергії, таким чином, проблеми пов'язані з можливими причинами.

До проблем якості електроенергії відноситься безліч різних явищ. Кожне з цих явищ може мати самі різні причини і різні рішення, які можуть сприяти поліпшенню якості електроенергії і характеристик обладнання. Проте, корисно розглянути основні етапи вивчення багатьох питань.

При оцінці електромагнітної обстановки і способів вирішення проблем пов'язаних з електромагнітною сумісністю можна скористатися методом віртуального моделювання, що дозволить досить швидко визначити раціональні варіанти вирішення проблем.

Таблиця 1.1

Властивості електричної енергії, показники і найбільш ймовірні винуватці погіршення КЕ

Властивості електричної енергії	показник КЕ	Найбільш ймовірні винуватці погіршення
відхилення напруги	Стале відхилення напруги dUу	енергопостачальна орнаізація
коливання напруги	Розмах зміни напруги Доза флікера Рt	Споживач зі змінним навантаженням
Несинусоїдальність напруги	Коефіцієнт спотворення синусоидальности кривої напруги Кu Коефіцієнт n-й гармонійної складової напруги Кu (n)	Споживач з нелінійним навантаженням
Несиметрія трифазної системи напруг	Коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною послідовністю К2u Коефіцієнт несиметрії напруг за нульовою послідовності К0u	Споживач з несиметричним навантаженням
відхилення частоти	Відхилення частоти? F	енергопостачальна організація
провал напруги	Тривалість провалу напруги? Fп	енергопостачальна організація
імпульс напруги	Імпульсна напруга Uімп	енергопостачальна організація
тимчасове пе- ренапряженіе	Коефіцієнт тимчасового перенапруги КперU	енергопостачальна організація

Відхилення напруги - відміну фактичної напруги в усталеному режимі роботи системи електропостачання від його номінального значення.

Відхилення напруги в тій чи іншій точці мережі відбувається під впливом повільного зміни навантаження відповідно до її графіком.

Момент, що обертає асинхронного двигуна пропорційний квадрату напруги на його висновках. При зниженні напруги зменшується крутний момент і частота обертання ротора двигуна, так як збільшується його ковзання. Для двигунів, що працюють з повним навантаженням, зниження напруги призводить до зменшення частоти обертання. Якщо продуктивність механізмів залежить від частоти обертання двигуна, то на висновках таких двигунів рекомендується підтримувати напругу не нижче номінальної. При значному зниженні напруги на висновках двигунів, що працюють з повним навантаженням, момент опору механізму може перевищити крутний момент, що призведе до «перекидання» двигуна, тобто до його зупинки. Зниження напруги погіршує умови пуску двигуна, так як при цьому зменшується його пусковий момент. У разі зниження напруги на затискачах двигуна реактивна потужність намагнічування зменшується (на 2-3% при зниженні напруги на 1%), при тій же споживаної потужності збільшується струм двигуна (можна вважати, що при U \u003d -10%, струм двигуна зросте на 10 % від номінального значення), що викликає перегрів ізоляції. Якщо двигун довго працює при зниженій напрузі, то через прискорений зносу ізоляції термін служби двигуна зменшується. Зниження напруги призводить також до помітного зростання реактивної потужності, що втрачається в реактивних опорах розсіювання ліній, трансформаторів і асинхронних двигунів (АД).

Підвищення напруги на висновках двигуна призводить до збільшення споживаної ним реактивної потужності. При цьому питоме споживання реактивної потужності зростає зі зменшенням коефіцієнта завантаження двигуна. В середньому на кожен відсоток підвищення напруги споживана реактивна потужність збільшується на 3% і більше, що, в свою чергу, призводить до збільшення втрат активної потужності в елементах електричної мережі.

Вплив зміни напруги на синхронні двигуни (СД) багато в чому аналогічно описаному вище для АТ. Основні відмінності полягають у тому, що частота обертання не залежить від напруги. Струм збудження для машинного збудника не залежить від напруги мережі, а при порушенні від випрямної установки - пропорційний напрузі.

Зі зміною напруги мережі змінюється реактивна потужність СД, що має важливе значення, якщо СД використовується для компенсації реактивної потужності в системі електропостачання (СЕ). Характер зміни реактивної потужності, що залежить від режиму теплового навантаження СД, при відхиленні напруги мережі визначається рядом конструктивних параметрів і показників режиму роботи СД.

машини постійного струму. Зміна амплітудних значень напруги справляє помітний вплив на роботу електричних машин постійного струму. При цьому істотне значення мають система збудження машини і ступінь насичення магнітних кіл. Частота обертання для двигунів постійного струму з незалежним збудженням змінюється прямо пропорційно зміні напруги мережі. Напруга між пластинами колектора, а отже, і його знос також залежить від напруги мережі.

Лампи розжарювання характеризуються номінальними параметрами: споживаної потужністю, світловим потоком світловий віддачею і середнім номінальним терміном служби. Ці показники значною мірою залежать від напруги на висновках ламп розжарювання. При зниженні напруги найбільш помітно падає світловий потік. При підвищенні напруги понад номінальний збільшується світловий потік, потужність лампи і світлова віддача, але різко знижується термін служби ламп і в результаті вони швидко перегорають. При цьому має місце і перевитрата електроенергії.

Люмінесцентні лампи менш чутливі до відхилень напруги. При підвищенні напруги споживана потужність і світловий потік збільшуються, а при зниженні - зменшуються, але не в такій мірі як у ламп розжарювання. При зниженій напрузі умови запалювання люмінесцентних ламп погіршуються, тому термін їх служби, який визначається розпиленням оксидного покриття електродів, скорочується як при негативних, так і при позитивних відхиленнях напруги.

При відхиленнях напруги на ± 10% термін служби люмінесцентних ламп в середньому знижується на 20-25%. Істотним недоліком люмінесцентних ламп є споживання ними реактивної потужності, яка зростає із збільшенням підводиться до них напруги.

Відхилення напруги негативно впливають на якість роботи і термін служби побутової електронної техніки (радіоприймачі, телевізори, телефонно-телеграфний зв'язок, комп'ютерна техніка).

Вентильніперетворювачі зазвичай мають систему автоматичного регулювання постійного струму шляхом фазового управління. При підвищенні напруги в мережі кут регулювання автоматично збільшується, а при зниженні напруги зменшується. Підвищення напруги на 1% призводить до збільшення споживання реактивної потужності перетворювачем приблизно на 1-1,4%, що призводить до погіршення коефіцієнта потужності. У той же час інші показники вентильних перетворювачів з підвищенням напруги поліпшуються, і тому вигідно підвищувати напругу на їх висновках в межах допустимих значень.

Відхилення напруги негативно впливають на роботу електрозварювальних машин: наприклад, для машин точкового зварювання при відхиленнях на ± 15% виходить 100% шлюб продукції.

Надмірно високі відхилення напруги можуть становити небезпеку з точки зору електричного пробою головною ізоляції апаратів напругою вище 1 кВ. При цьому, чим вище клас номінальної напруги апарату, тим більше небезпека потенційного пробою ізоляції. Надмірне підвищення напруги в мережі призводить до зростання струмів навантажень і потужності короткого замикання (КЗ), що викликає прискорене зношування комутаційних апаратів і може позначитися на їх комутаційної здатності. Для апаратів з електричними схемами включення реальну небезпеку становить перегрів і передчасний вихід з ладу елементів схеми управління, які перебувають у включеному стані досить тривалий час. Зниження напруги нижче номінального може позначитися тільки на якості виконуваних комутаційних операцій.

Таким чином, коливання напруги призводять до значного збитку, тому, ГОСТ 13109-97 встановлює нормально і гранично допустимі значення усталеного відхилення напруги на затискачах електроприймачів в межах відповідно? Uyнор \u003d ± 5% і? Uyпред \u003d ± 10% номінальної напруги мережі.

Забезпечити ці вимоги можна двома способами: зниженням втрат напруги і регулюванням напруги.

Зниження втрат напруги досягається:

Оптимальним вибором перетину провідників ліній електропередач за умовами втрат напруги;

Застосуванням поздовжньої ємнісний компенсації реактивного опору лінії;

Компенсацією реактивної потужності для зниження її передачі енергії по високовольтних електромережах, за допомогою конденсаторних установок і синхронних електродвигунів, Що працюють в режимі перезбудження.

Регулювання напруги:

У центрі харчування регулювання напруги здійснюється за допомогою трансформаторів, оснащених пристроєм автоматичного регулювання коефіцієнта трансформації в залежності від величини навантаження;

Напруга може регулюватися на проміжних трансформаторних підстанціях за допомогою трансформаторів, оснащених пристроєм перемикання отпаек на обмотках з різними коефіцієнтами трансформації.

Під відхиленням частоти струму розуміють зміна опорної частоти електричної системи від його певної номінальної величини.

Частота електричної системи прямо залежить від частоти обертання генераторів, що живлять дану систему. І через коливання динамічного балансу між навантаженнями і виробленням енергії відбувається слабкі відхилення частоти. Величина і тривалість зсуву частоти залежить від характеристик навантаження та від швидкодії системи контролю генераторів до змін навантаження.

Зміни частоти, які перевищують ліміти, прийняті для нормального режиму роботи енергосистеми, можуть бути викликані помилками в системі передачі енергії: роз'єднання великих навантажень або виключення потужного джерела вироблення енергії.

В сучасних взаємопов'язаних енергосистемах значні зміни частоти трапляються рідко. Істотні зміни частоти більш властиві навантажень, які отримують енергію від одного ізольованого генератора. У таких випадках всередині маленького кола споживачів рішення керуючого різко скоротити навантаження може не збігтися з можливостями обладнання, чутливого до змін частоти.

Коливання частоти характеризуються різницею між найбільшим і найменшим значеннями основної частоти за певний проміжок часу. Розмах коливань частоти не повинен перевищувати її зазначених допустимих відхилень. Причина глибоких тривалих знижень частоти - дефіцитність балансу потужності або енергоресурсів в енергосистемі.

Жорсткі вимоги стандарту до відхилень частоти напруги живлення обумовлені значним впливом частоти на режими роботи електрообладнання та хід технологічних процесів виробництва.

Аналіз роботи підприємств з безперервним циклом виробництва показав, що більшість основних технологічних ліній обладнано механізмами з постійним і вентиляторним моментами опорів, а їх приводами служать асинхронні двигуни. Частота обертання роторів двигунів пропорційна зміні частоти мережі, а продуктивність технологічних ліній залежить від частоти обертання двигуна.

Найбільш чутливі до зниження частоти двигуни власних потреб електростанцій. Зниження частоти призводить до зменшення їх продуктивності, що супроводжується зниженням располагаемой потужності генераторів і подальшим дефіцитом активної потужності і зниженням частоти (має місце лавина частоти).

Такі ЕП, як лампи розжарювання, печі опору, дугові електричні печі на зміну частоти практично не реагують.

Крім цього, знижена частота в електричній мережі впливає на термін служби обладнання, що містить елементи зі сталлю (електродвигуни, трансформатори, реактори зі сталевим магнітопроводом), за рахунок збільшення струму намагнічування в таких апаратах і додаткового нагріву сталевих сердечників.

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»