Качество электрической энергии. Параметры, характирезующие качество электрической энергии

Приемники электрической энергии и аппараты, присоединенные к электрическим сетям, предназначены для работы при определенных номинальных параметрах: номинальная частота переменного тока, номинальное напряжение, номинальный ток. Долгое время основными режимными параметрами, определяющие качество электрической энергии, считались значение частоты в электрической системе и уровни напряжения в узлах сети. Однако по мере внедрения в технологические производственные процессы электро потребителями, обладающие нелинейными ВАХ все чаще приходилось учитывать возможные нарушения симметрии, синусоидальности формы кривой напряжения в трехфазных цепях. Показатели, связанные с напряжением являются местными (локальными), имеющие различные значения в точках сети. Частота сети является общесистемным (глобальным) параметром качества электрической энергии. Качество электрической энергии нормируется ГОСТ 13109-99.

ГОСТ 13109-99 устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения – ТОП).

Этот ГОСТ устанавливает 11 основных показателей качества электроэнергии (ПКЭ):

1. Отклонение частоты f;

2. Установившееся отклонение напряжения Uу;

3. Размах изменения напряжения Ut;

4. Дозу фликера (мерцания или колебания) Pt;

5. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения KU_U.

6. Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения К_U(n);

7. Коэффициент несиметрии напряжений по обратной последовательности К_2U;

8. Коэффициент несиметрии напряжений по нулевой последовательности К_0U;

9. Глубину и длительность провала напряжения Un, tn;

10. Коэффициент временного перенапряжения К_ПЕРU;

11. Импульсное напряжение Uимп.

Расшифровка параметров:

1. Отклонение частоты – это разность между действительным значением частоты (f) и номинальным значением частоты (fном): f= f–fном.

Допустимые нормы:

fном= 0,2 Гц; fпред= 0,4 Гц

fном – номинальная частота

fпред – предельная частота.

2. Установившееся отклонение напряжения – это отклонение текущего значения напряжения от номинального значения:

Допустимые отклонения (силовая нагрузка):

Uу.норм=  5% и Uу.пред=  10%.

3. Колебания напряжения.

Источником колений напряжений является потребители электроэнергии с резкопеременными графиком потребления мощности (особенно реактивной). К ним относятся: угловые сталеплавильные печи, электросварка, поршневые компрессоры и ряд других.

Колебаня напряжения характирезуются размахом изменения напряжения U₁, частотой повторения изменений напряжения F_U, интервалом между изменениями напряжения t_i,i+1, дозой фликера.

U₁= Umax–Umin;

Фликер (мерцание) – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжений в электрической сети, питающей эти источники. Доза фликера Р₁ – мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени, то есть интегральная характеристика колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся за установленный период времени раздражение мерцаниями (миганиями) светового потока.

4. Несинусоидальность напряжения.

Несинусоидальность напряжения появляется потому, что в кривой напряжения, помимо гармоники основной частоты U₍₁₎=Uном, имеют место гармоники U_(n) других высших частот, кратных основной частоте (n=2, 3, 4, …, ∞). Гармоники (U_n) обычно определяются разложением кривой фактического напряжения в ряд фурье.

Причиной возникновения несинусоидальности напряжения является наличие потребителей электроэнергии с нелинойной ВАХ (тиристорные преобразователи электрической энергии).

Несинусоидальность напряжения характирезуется:

– коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения:

Предельно допустимое значение при Uном, кВ.

0,38/12,0 – Uном=0,38 кВ; Ки=12%

Нормальное допустимое значение при Uном, кВ.

0,38= Uном

0,8=Ки

– коэффициент n-ой гармоничной составляющей напряжения

– предельно допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей, которую вычисляют по формуле: К_U(n)пред=1,5∙ К_U(n)норм, где К_U(n)норм – нормальное допустимое значение коэффициента гармонической составляющей напряжения.

5. Несиметрия напряжения.

Несиметрия трехфазной системы напряжений появляется при наличии в трехфазной электрической сети напряжения обратной и нулевой последовательности. Основной причиной возникновения несиметрии напряжения являются потребители с несиметричными потреблением мощности по фазам. Характирезуется коэффициентами несиметрии обратной последовательности K_2U %;

Коэффициент симетрии нулевой последовательности:

Допустимые значения этих показателей следующие: в нормальном режиме К₂ Uнорм=K_0Uнорм=2%; предельно допустимые нормы: К_2Uпред=К_0Uпред=4%.

6. Провал напряжения.

Провал напряжения – внезапное значительное снижение 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

или

Длительность провала напряжения t_n – интервал времени между начальным временем t_н и моментом востановления до перовначального значения t= t_н– t_к. Глубина провала напряжения может изменятся от 10 до 100%, длительность – от сотых до нескольких десятых секунды (в некоторых случаях – секунды).

7. Импульсное напряжение.

Искажение формы кривой питающего напряжения может происходить за счет появления высокочастотных импульсов при коммутациях сети, работе разрядников и т.д.

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 миллисекунд, то есть меньше полупериода.

Импульсное напряжение характеризуется: амплитудой импульса Uимп – максимальное мгновенное значение импульса напряжения; длительностью импульса – интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгновенного значения напряжения до первоначального.

Основным способом защиты от импульсных напряжений является использование ограничителей напряжения (ОПН) на основе металлооксидных соединений.

8. Временное перенапряжение – повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1 Uном продолжительностью более 10 миллисекунд, возникших в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях.