Понятие – «Качество электроэнергии». Особенности электроэнергии как продукта.

Понятие – «Качество электроэнергии». Особенности электроэнергии как продукта.

Качество электрической энергии — степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям. В свою очередь, параметр электрической энергии — величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии.

Понятие качества электроэнергии (КЭ) значительно отличается от бытовых понятий качества других видов продукции, что в первую очередь определяется невозможностью визуального восприятия самой энергии. КЭ проявляется через качество функционирования оборудования и устройств, потребляющих электроэнергию, а так как качество их функционирования зависит и от качества изготовления самих устройств, то определение неудовлетворительной работы устройства в каждом конкретном случае возможно лишь с помощью анализа качества подводимой электроэнергии, осуществляемого на основе соответствующих измерений.

Второй особенностью электроэнергии, отличающей ее от других видов продукции, является неразрывность во времени процессов ее производства и потребления. В каждый момент времени производится ровно столько энергии, сколько потребляется. Электроэнергия не может отбраковываться, и потребляется при любом ее качестве (в пределах уставок срабатывания защитных устройств, отключающих оборудование от сети при недопустимых параметрах режима).

Третьей особенностью электроэнергии является тот факт, что ее качество в пунктах производства (на электростанциях) не может служить гарантией ее качества в пунктах потребления. Характер самого процесса потребления существенно влияет на параметры электроэнергии, характеризующие ее качество. КЗ в узле сети до и после подключения потребителя резко изменяется. Ситуация, в которой на качество продукции влияет потребитель уже в процессе ее транспортировки к месту потребления, существенно отличает проблему повышения КЭ от проблем повышения качества других видов продукции. Это влияние усиливается по мере приближения к точкам присоединения потребителей к системе, поэтому контроль КЭ в первую очередь необходимо производить в точках ее реализации потребителю. На крупных подстанциях энергосистем, расположенных далеко от узлов нагрузки, понятие "качество электроэнергии" теряет свой смысл, так как качество любой продукции проявляется при ее потреблении. Контроль параметров электроэнергии на этих подстанциях должен производиться с целью оценки уровней помех, влияющих на работу оборудования энергосистем.

Причины возникновения отклонения частоты и способы его устранения.

Отклонения частоты возникают вследствие несоответствия мощности генераторов вырабатывающих электроэнергию и потребляемой нагрузки.

При превышении генераторной мощностью мощности нагрузки скорость генераторов возрастает, пропорционально ей возрастает частота. Мощность, потребляемая нагрузкой, также увеличивается, при определенном значении частоты наступает баланс между генерируемой и потребляемой мощностью. Аналогичная картина снижения частоты наблюдается, если мощность нагрузки превышает мощность генераторов.

Для устранения отклонения напряжения необходимо регулировать скорость генератора, для этого необходимо регулировать скорость вращения турбины, с помощью регулировки подаваемого пара.

Требования к средствам измерения показателей качества электри-ческой энергии.

Для измерения показателей качества электроэнергии допускаются средства измерения, признанные годными к применению по результатам метрологического надзора. Измерение некоторых показателей качества электроэнергии может производиться средствами измерения общего назначения, проходящими метрологический надзор: вольтметрами, регистрографами, осциллографами, анализаторами спектра и т. п., например: частотомер Ф205, самопишущие вольтметры Н-390, самопишущие миллиамперметры постоянного тока Н-37, осциллографы Н-105, Н-115, анализаторы гармоник низких частот С4-48, С4-34, анализатор спектра и частотных характеристик СК4-26. Их использование возможно, однако, сопровождается большими затратами труда на регистрацию и обработку измерений.

Использование приборов, не проходящих метрологического надзора (статистический анализатор качества напряжения САКН, анализатор несинусоидальности напряжения АН, анализатор несимметрии АНЕС-1, выпускавшихся до 1981 г. Рижским заводом «Энергоавтоматика», разработок различных неспециализированных организаций, научно-исследовательских и высших учебных заведений), можно допустить лишь для решения внутренних технических задач при условии периодической поверки их самой организацией. Эти приборы не могут использоваться для обоснования взаимных финансовых претензий энергоснабжающей организации и потребителя.

К специальным средствам измерения показателей КЭ, выпускавшимся серийно и имевшим метрологическую аттестацию относятся ИВК "Качество", электронный аналоговый прибор Ф4330, измеритель тока и отклонения напряжения 43203, измеритель несимметрии 43204, измеритель несинуcоидальности 43250, измеритель статистических характеристик 43401. Эти средства измерения имеют точность не соответствующую современным требованиям и морально устарели.

В настоящее время, с учетом допущений, разрешаемых ГОСТ 13109-97 [2], задачи приборного контроля качества электрической энергии могут решаться с помощью выпускаемого в России прибора ППКЭ-1-50 и выпускаемого в Республике Беларусь устройства контроля параметров качества электрической энергии УК1. Эти средства измерений показателей качества электроэнергии внесены в Государственный реестр средств измерений Республики Беларусь.

1.Пределы допускаемых погрешностей измерений значений ПКЭ должны соответствовать ГОСТ 13109.

2. При выполнении измерений ПКЭ применяют СИ, реализующие алгоритмы обработки результатов измерений в соответствии с ГОСТ 13109, имеющие сертификат утверждения типа и свидетельство о поверке.

3. Средства измерения, используемые в автоматизированных системах непрерывного контроля КЭ, должны обеспечивать непрерывное накопление информации о текущих значениях измеряемых величин, сжатие ее в соответствии с ГОСТ 13109 и передачу на сервер по соответствующим каналам связи, имея высокоскоростные интерфейсы передачи данных (RS-232, RS-485, Ethernet, GSM и т.п.).

4. При проведении контроля КЭ в сетях с номинальным напряжением свыше 1000 В применяют измерительные делители напряжения или ТН. При этом мощность нагрузки вторичных цепей измерительных ТН с учетом входных сопротивлений используемых СИ должна находиться согласно ГОСТ 1983 в допустимых пределах от 25 % до 100 % по отношению к номинальной мощности нагрузки, установленной для класса точности данного ТН.

 

Требования к оценке соответствия показателей качества электрической энергии установленным нормам в условиях эксплуатации.

Оценка соответствия показателей КЭ установленным нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 ч, в соответствии с нижеследующими требованиями.

Для определения соответствия значений измеряемых показателей КЭ за исключением длительности провала напряжения, импульсного напряжения, коэффициента временного перенапряжения, нормам стандарта [2] устанавливается минимальный интервал времени измерений, равный 24 ч, соответствующий расчетному периоду.

Наибольшие значения размаха изменения напряжения и дозы фликера, определяемые в течение минимального интервала времени измерений, не должны превышать предельно допустимых значений.

Наибольшие значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности, определяемые в течение минимального интервала времени измерений, не должны превышать предельно допустимые значения, а значения тех же показателей КЭ, определяемые с вероятностью 95 % за тот же период измерений, не должны превышать нормально допустимые значения.

Наибольшие и наименьшие значения установившегося отклонения напряжения и отклонения частоты, определяемые с учетом знака в течение расчетного периода времени, должны находиться в интервале, ограниченном предельно допустимыми значениями, а верхнее и нижнее значения этих показателей КЭ, являющиеся границами интервала, в котором с вероятностью 95 % находятся измеренные значения показателей КЭ, должны находиться в интервале, ограниченном нормально допустимыми значениями.

Контроль за соблюдением энергоснабжающими организациями и потребителями электрической энергии требований ГОСТ 13109-97 осуществляют органы надзора и аккредитованные в установленном порядке испытательные лаборатории по качеству электрической энергии.

Периодичность измерений показателей КЭ устанавливают:

- для установившегося отклонения напряжения – не реже двух раз в год в зависимости от сезонного изменения нагрузок в распределительной сети центра питания, а при наличии автоматического встречного регулирования напряжения в центре питания – не реже одного раза в год. При незначительном изменении суммарной нагрузки центра питания и неизменности схемы сети и параметров ее элементов допускается увеличивать интервал между контрольными измерениями для установившегося отклонения напряжения;

- для остальных показателей – не реже одного раза в 2 года при неизменности схемы сети и ее элементов и незначительном изменении нагрузки потребителя, ухудшающего качество электроэнергии.

Конкретные сроки проведения периодического контроля качества электроэнергии в точках присоединения потребителей к системе электроснабжения общего назначения устанавливаются электроснабжающей организацией в эксплуатационных режимах, соответствующих нормальным схемам или длительным ремонтным схемам сетей общего назначения.

Потребители, ухудшающие качество электрической энергии, должны проводить контроль в точках собственных сетей, ближайших к точкам общего присоединения указанных сетей к электрической сети общего назначения, а также на выводах приемников электрической энергии, являющихся источниками кондуктивных электромагнитных помех.

Оценку соответствия значений показателей КЭ, за исключением длительности провала напряжения, импульсного напряжения и коэффициента временного перенапряжения, нормам стандарта следует так же проводить по требованию энергоснабжающей организации или потребителя, а также до и после, подключения нового потребителя по требованию одной из указанных сторон.

Получение данных об импульсах и кратковременных перенапряжениях следует проводить путем длительного наблюдения и регистрации

Расчет отклонения частоты.

Измерение отклонения частоты ∆f осуществляют следующим образом:
1) Для каждого i-го наблюдения за установленный период времени измеряют действительное значение частоты fi в герцах.
2) Вычисляют усредненное значение частоты fy в герцах как результат усреднения N наблюдений fi на интервале времени, равном 20 с, по формуле:
Число наблюдений N должно быть не менее 15.
3) Вычисляют значение отклонения частоты ∆f в герцах по формуле: где fном - номинальное значение частоты, Гц.
Качество электрической энергии по отклонению частоты считают соответствующим требованиям настоящего стандарта, если суммарная продолжительность времени выхода за нормально допустимые значения составляет не более 5% от установленного периода времени, а за предельно допускаемые значения - 0%.

 

Трансформаторы с ПБВ.

Трансформаторы с ПБВ в настоящее время выполняются с основным (0) и четырьмя дополнительными ответвлениями (–5 %; –2,5 %; +2,5 %; +5 %). На

действующих понижающих подстанциях встречаются изготовлявшиеся ранее трансформаторы с ПБВ и двумя дополнительными регулировочными ответв-лениями +5 и –5 %. Переключающее устройство ПБВ выполняется обычно в виде кругового переключателя, принципиальная схема обмоток и пе-реключателя трансформатора с ПБВ в однофазном исполнении приведена на рис. 14.5 [2].

                      Рис. 14.5. Трансформатор с ПБВ.

    Для переключения регулировочных ответвлений трансформатор отклю-чается от сети, круговой переключатель Q переводится в нужное положение и трансформатор включается в сеть.

В связи с необходимостью отключения трансформатора, а значит и нагрузки, от сети, переключения анцапф производятся редко, только при сезон-ных изменениях нагрузки. Поэтому при изменениях нагрузки в течение суток приходится работать с неизменным коэффициентом трансформации, что может привести к снижению напряжений на шинах потребителей в режимах максимальных нагрузок и к их повышению в минимальных режимах и соответственно к нарушению требований ГОСТа на качество электроэнергии.

Трансформаторы с РПН.

    Трансформаторы со встроенным устройством РПН отличаются от трансформаторов с ПБВ наличием специального устройства переключения анцапф под нагрузкой без отключения трансформатора от сети. Принцип конструкции устройства РПН приведен на рис. 14.6 [2].

                       Рис. 14.6. Трансформатор с устройством РПН.

    Обмотка, на которой расположено РПН, выполняется из двух частей: нерегулируемой «а» и регулируемой «б». На регулируемой обмотке часть витков включена согласно с витками основной нерегулируемой обмотки (регулировочные ответвления +1, +2,..., + n) и часть встречно (ответвления –1, –2,..., – n). При использовании регулировочных ответвлений, включенных согласно с основной обмоткой, коэффициент трансформации увеличивается по сравнению с номинальным, что приводит к понижению напряжения на низшей стороне трансформатора. При использовании ответвлений, включенных встречно, коэффициент трансформации уменьшается, и напряжение на низшей стороне трансформатора повышается.

    Устройство РПН состоит из двух подвижных контактов Q₁ и Q₂, двух не-подвижных Q₃ и Q₄ и реактора Р. При работе трансформатора под нагрузкой оба подвижных контакта Q₁ и Q₂ установлены на одном регулировочном от-ветвлении обмотки высшего напряжения понижающего трансформатора (пока-зано на рис. 14.6 сплошной линией). Мощные неподвижные контакты Q₃ и Q₄

замкнуты, и ток нагрузки протекает по двум ветвям Q₁, Q₃ и Q₂, Q₄ регули-рующего устройства. Вывод А нерегулируемой обмотки «а» располагается в

центре реактора Р. Обе части реактора обтекаются встречными токами и индук-тивное сопротивление реактора близко к нулю.

При переходе с одной анцапфы на другую (на рис. 14.6 – с ответвления «+2» на ответвление «+1») половинный ток нагрузки трансформатора разрыва- ется неподвижным контактом Q₄. При этом не происходит перерыва питания потребителей, так как ток нагрузки протекает по одной цепи регулировочного устройства Q₁, Q₃. Затем подвижный контакт Q₂ переводится на соседнее с ис-ходным регулировочное ответвление (ответвление «+1») и вновь замыкается неподвижный контакт Q₄. Возникает уравнительный ток в замкнутом контуре (Q₁ – Q₃ (сплошные линии), реактор Р, Q₄ – Q₂ (пунктирные линии), витки обмотки «б») под действием ЭДС, обусловленной разницей потенциалов между выводами двух соседних ответвлений(«+2» и «+1»). При этом ток в обоих плечах реактора имеет одно направление, сопротивление реактора существенно увеличивается, ограничивая уравнительный ток (ток виткового замыкания через реактор Р).

Далее разрывается неподвижный контакт Q₃, подвижный Q₁ переводится на новое ответвление («+2») и восстанавливается нормальный режим работы

трансформатора (на рис. 14.6 показан пунктиром).

трансформации k _ВС и

k _ВН соответственно вычисляются как:

                                          ;                               (14.4)

                                          .                              (14.5)

    При установке устройства РПН трехобмоточных понижающих трансфор-маторов на стороне среднего напряжения регулирование напряжения на сторо-не среднего напряжения выполняется независимо от напряжения на низшей

стороне. При этом коэффициент трансформации k _ВС вычисляется как:

                                          .                               (14.6)

    Коэффициент трансформации k _ВН не регулируется и всегда равен номинальному:

                                          .  

Рис. 4.5. Типовая схема СУ

С 1                 L 1

С 2                 L 2

С 3                 L 3

А                В                  С

R н

Разработан ряд СУ на базе применения трансформаторов, например, трансформаторов с вращающимся магнитным полем, представляющим собой несимметричную нагрузку, или трансформаторов, позволяющих осуществить пофазное регулирование напряжения. Последний позволяет осуществить симметрирование при несимметричной нагрузке и при несимметрии напряжений питающей сети.

Понятие – «Качество электроэнергии». Особенности электроэнергии как продукта.

Качество электрической энергии — степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям. В свою очередь, параметр электрической энергии — величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии.

Понятие качества электроэнергии (КЭ) значительно отличается от бытовых понятий качества других видов продукции, что в первую очередь определяется невозможностью визуального восприятия самой энергии. КЭ проявляется через качество функционирования оборудования и устройств, потребляющих электроэнергию, а так как качество их функционирования зависит и от качества изготовления самих устройств, то определение неудовлетворительной работы устройства в каждом конкретном случае возможно лишь с помощью анализа качества подводимой электроэнергии, осуществляемого на основе соответствующих измерений.

Второй особенностью электроэнергии, отличающей ее от других видов продукции, является неразрывность во времени процессов ее производства и потребления. В каждый момент времени производится ровно столько энергии, сколько потребляется. Электроэнергия не может отбраковываться, и потребляется при любом ее качестве (в пределах уставок срабатывания защитных устройств, отключающих оборудование от сети при недопустимых параметрах режима).

Третьей особенностью электроэнергии является тот факт, что ее качество в пунктах производства (на электростанциях) не может служить гарантией ее качества в пунктах потребления. Характер самого процесса потребления существенно влияет на параметры электроэнергии, характеризующие ее качество. КЗ в узле сети до и после подключения потребителя резко изменяется. Ситуация, в которой на качество продукции влияет потребитель уже в процессе ее транспортировки к месту потребления, существенно отличает проблему повышения КЭ от проблем повышения качества других видов продукции. Это влияние усиливается по мере приближения к точкам присоединения потребителей к системе, поэтому контроль КЭ в первую очередь необходимо производить в точках ее реализации потребителю. На крупных подстанциях энергосистем, расположенных далеко от узлов нагрузки, понятие "качество электроэнергии" теряет свой смысл, так как качество любой продукции проявляется при ее потреблении. Контроль параметров электроэнергии на этих подстанциях должен производиться с целью оценки уровней помех, влияющих на работу оборудования энергосистем.