Показатели качества электроэнергии

Обеспечение качества электроэнергии на зажимах приемников электроэнергии — одна из наиболее сложных задач, решаемых в процессе проектирования и эксплуатации систем электроснабжения. Показатели качества электроэнергии регламентируются требованиями ГОСТ 13109 — 97.

К показателям качества электроэнергии для трехфазных сетей переменного тока относятся:

отклонение напряжения;

колебание напряжения;

коэффициенты несимметрии и неуравновешенности напряжения;

коэффициент несинусоидальности напряжения;

отклонение частоты;

колебания частоты.

Отклонение напряжения V — это разность между действительным значением напряжения U и его номинальным значением U„ для сети, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения меньше 1 % в секунду:

V= U-U_н.                            

Пределы отклонения напряжения на зажимах электродвигателей, станций управления от -5 до +10%.

В соответствии с ГОСТ 13109 — 97 допускается отклонение напряжения на зажимах электроосветительных приборов от -2,5 до +5%.

Под колебанием напряжения Vt подразумевается изменение напряжения в сети со скоростью более 1 %/с:

Vt=U_нб - U_нм

где U_нб и U_нм — соответственно наибольшее и наименьшее действующие напряжения в кратковременном процессе его изменения, % от номинального значения.

Способы регулирования:

регулирование напряжения на шинах центра питания;

изменение сопротивления элементов сети;

изменение реактивного тока, протекающего в сети;

изменение коэффициента трансформации трансформаторов и автотрансформаторов (линейных регуляторов).

Средства регулирования:

трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН)

линейные регуляторы;

управляемые батареи конденсаторов;

синхронные двигатели с автоматическими регуляторами возбуждения.

Несимметрия напряжений и токов трехфазной системы — один из важнейших критериев качества электроэнергии. Причина появления несимметрии напряжений и токов — различные несиммет­ричные режимы системы электроснабжения.

Несимметрия характеризуется коэффициентом несимметрии напряжения К_н — отношением напряжения обратной последовательности основной частоты U₂ к номинальному линейному напряжению U1:

Коэффициент несимметрии напряжения служит нормированным показателем качества электрической энергии. В соответствии с ГОСТ 13109 — 97 Кн< 2 %.

Несинусоидальность формы кривой напряжения и тока также определяет качество электроэнергии. Широкое внедрение приемников электрической энергии с нелинейными вольт-амперными характеристиками, обусловленное потребностями увеличения экономической эффективности производства, привело к отрицательному влиянию этих приемников на электрические параметры режима сети. К элементам систем электроснабжения (СЭС) с нелинейными вольт-амперными характеристиками относятся вентильные преобразователи (ртутные и полупроводниковые), электросварочные установки, газоразрядные источники света, а также трансформаторы и электродвигатели. Характерная особенность этих устройств — потребление ими из сети несинусоидальных токов при подведении к их зажимам несинусоидального напряжения.

Токи высших гармоник, проходя по элементам сети, вызывают падения напряжения на сопротивлениях этих элементов, которые, накладываясь на основную синусоиду напряжения, приводят к искажению формы кривой напряжения.

Степень несинусоидальности напряжения сети принято характеризовать коэффициентом несинусоидальности напряжения К_т, который представляет собой отношение действующего значения гармонической составляющей несинусоидального напряжения к напряжению основной частоты:

где Uv, U1 – действующие значения соответсвенно v-й и первой гармоник напряжения.

Форма кривой напряжения у приемников электроэнергии нормируется ГОСТ 13109 — 97, который допускает отклонение действующего значения напряжения всех высших гармоник от действующего значения напряжения основной частоты не более 5 %.

Отклонение частоты А/— это разность между действительным f и номинальным f_н значениями основной частоты, выраженная в герцах:

∆f=f-fн

В нормальном режиме работы энергетической системы допускаются усредненные за 10 мин отклонения частоты ±0,1 Гц. Допускается временная работа энергетической системы с усредненными за 10 мин отклонениями частоты ±0,2 Гц.

Колебания частоты δf — это изменения частоты, происходящие со скоростью 0,2 Гц/с. Они определяются как разность между наибольшим f_нб и наименьшим f_нм значениями основной частоты за определенный промежуток времени и выражаются в герцах:

δf = fнб-fнм

Надежность электроснабжения

Надежность системы электроснабжения и отдельных ее элементов зависит от самых разных факторов, определяемых как внутренними особенностями системы, так и воздействием внешних условий.

Отказы и другие характеристики надежности по своей физической природе носят случайный характер, поэтому при количественной оценке уровней надежности электроустановок или схем электроснабжения в современных условиях широко используют математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.

В зависимости от требуемой надежности электроснабжения электроприемники разделяют по правилам устройства электроустановок (ПУЭ) на три категории.

К первой категории относят электроприемники, нарушение электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологическою процесса, нарушение особо важных объектов промышленности и городского хозяйства. Электроприемниками первой категории являются сооружения с массовым скоплением людей (театры, стадионы, универмаги), электрифицированный транспорт (метрополитен, железные дороги), больницы, предприятия связи, высотные здания, группы городских потребителей с суммарной нагрузкой выше 10 000 кВ А, некоторые силовые установки (вращающиеся печи с дутьем). Они должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источ­ников питания, причем перерыв в электроснабжении допускается только на время автоматического ввода резервного питания, но не более чем на 1 мин.

Ко второй категории относят электроприемники, допускающие перерыв в электроснабжении (не более 30 мин), необходимый для включения резервного питания дежурным персоналом предприятия или выездной бригадой электроснабжающей организации. Электроприемниками второй категории являются ряд электроустановок промышленных предприятий, а также жилые дома с электроплитами, жилые дома высотой от 5 до 10 этажей с газовыми плитами, учебные заведения, лечебные и детские учреждения, силовые установки, допускающие переры­вы в электроснабжении без повреждения основного оборудования, группы городских потребителей с общей нагрузкой от 400 до 10 000 кВА.

К третьей категории относят все остальные электроприемники, для которых допустимы перерывы в электроснабжении на время ремонта поврежденного элемента системы электроснабжения, но не более одних суток.

Появление новых химических производств, высокопроизводительных металлургических агрегатов и ряда других электроприемников выдвигает необходимость распространения требований первой категории при проектировании на все большее число потребителей. При этом, чтобы избежать излишних затрат, целесообразно подразделить электроприемники, отнесенные к первой категории, т.е. выделить среди них такие, которые должны быть отнесены к наивысшей категории.

В связи с этим в практику проектирования введена еще одна группа электроприемников, так называемая «особая группа первой категории». К ней относят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых угрожает жизни и здоровью людей, взрывом, пожаром, порчей основного технологического оборудования. Для этих электроприемников кроме двух основных источников питания должен предусматриваться третий независимый источник, достаточный для безаварийной остановки производства. В качестве таких источников могут быть использованы небольшие дизельные электростанции, аккумуляторные батареи и т.п.