Качество электрической энергии

Показатели качества

Систему показателей качества электроэнергии образуют количественные характеристики отклонения и колебания изменений частоты и действующего значения напряжения, его формы и симметрии в трехфазной системе. Качество электроэнергии нормируется ГОСТ 1309-97.

Существуют нормируемые и ненормируемые показатели качества электроэнергии:

Нормируемые:

1. Отклонение напряжения ∆U, %

2. Размах изменения напряжения δU, %

3. Коэффициент искажения синусоидальности напряжения К_U, %

4. Коэффициент несимметрии по обратной последовательности К₂_U, %

5. Коэффициент несимметрии по нулевой последовательности К₀_U, %

6. Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения Кu₍_n₎, %

7. Отклонение частоты ∆f, Гц

8. Доза Фликера P_t

Ненормируемые:

_1.Коэффициент временного перенапряжения К_пер_U

2. Импульсное напряжение U_имп

3. Длительность провала напряжения ∆t_п

1 Отклонение напряжения ∆U, %

для силовых установок (двигателей) ∆U = ± 5%, max доп ∆U = ± 10%,

для освещения ∆U = +5 – 2,5%

Влияние отклонения напряжения на работу электроприемников

- при повышении напряжения на 10% освещенность увеличивается на 40%, при снижении на 10% уменьшается на 40%. При повышении напряжения на 7% уменьшается срок службы ламп, при снижении на 7% происходит мерцание ламп,

при снижении напряжения на 15-20% люминесцентные лампы не зажигаются.

- снижение напряжения ведет к уменьшению момента на валу электродвигателя, при отклонении на 10% происходит усиленное старение изоляции, срок службы сокращается вдвое.

- при U = 0.9U_н время сварки увеличивается на 20%, при выходе напряжения за пределы (0,9÷1,1)U_н – ухудшается качество сварных швов, при выходе за (0,85÷1,15)U_н – наступает брак сварных швов.

- в электротермических установках – происходит увеличение длительности технологического процесса, уменьшение производительности.

- электролизные установки – снижение напряжения приводит к увеличению расхода электрической энергии, при снижении на 5% производительность снижается на 8%, при увеличении напряжения на 5% наступает перегрев ванн.

2 Размах изменения напряжения δU, %.

Колебания напряжения оценивают размахом изменения напряжения.

Размах изменения напряжения — разность между следующими друг за другом действующих значений напряжения любой формы (экстремумов), т. е. между следующими друг за другом максимальным и минимальным значениями огибающей действующих значений напряжения, выраженная в %.

Огибающая действующих значений напряжения — ступенчатая временная функция, образованная действующими значениями напряжения, определенными на каждом полупериоде напряжения основной частоты.

Если огибающая действующих значений напряжения имеет горизонтальные участки (при спокойном графике нагрузки), то размах изменения напряжения δU, определяется как разность между соседними экстремумом (максимумом U max или минимумом U min) и горизонтальным участком или как разность между соседними горизонтальными участками:

Частота повторения изменения напряжения — число одиночных изменений напряжения в единицу времени:

Колебания напряжения в сетях промышленных предприятий возникают в результате работы мощных резкопеременных нагрузок: электродуговых сталеплавильных печей, сварочных агрегатов, вентильных преобразователей и т.д.

В свою очередь колебание напряжения сказывается на зрительном восприятии человека (утомляемости глаз), а также на работе различных устройств. При снижении напряжения на 15% отключаются магнитные пускатели.

Одной из характеристик колебания напряжения является Фликер - от англ. «мерцание» - это субъективное восприятие колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники.

Доза Фликера – мера восприимчивости человека к воздействию Фликера за установленный промежуток времени.

P_st – кратковременная 10 мин.

P_it – длительная 120 мин.

Предельно допускаемые значения δU = ±10 %

3 Коэффициент искажения синусоидальности напряжения К_U, %

- характеризует отклонение формы кривой от синусоидальной, которое вызвано наличием нелинейных элементов в электрической сети. Ток потребляемый такими электроприемниками имеет несинусоидальную форму и содержит высшие гармоники, как правило, кратные основной частоте сети. Воздействие токов высших гармоник, протекающих по сети, вызывает падение напряжения, форма которого повторяет форму тока, чем и обусловлены искажения формы напряжения. Для определения коэффициента искажения синусоидальности напряжения учитываются от 2 до 40 гармоники:

Нормируемые допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности напряжения:

Бытовые приемники резко влияют на синусоидальность напряжения. В сетях 0.22кВ преобладает 3-я гармоническая составляющая, ее доля может достигать 1% только за счет бытовой техники. В промышленности основным источником гармонических составляющих являются их нелинейные элементы: дуговые печи, сварочное оборудование, тиристорные преобразователи.

Влияние несинусоидальности напряжения на работу электроприемников.

1. Создается дополнительной нагрев всех элементов сети.

2. Резко возрастают диэлектрические потери мощности изоляции электроустановок, что ведет к перегреву элементов сети и преждевременному выходу из строя.

3. Высшие гармонические составляющие вызывают ложную работу релейной защиты.

4. Высшие гармоники создают погрешность при учете электроэнергии, до 100%.

5. Высшие гармоники отрицательно влияют на качество выпрямленного напряжения.

4 Коэффициент несимметрии по обратной последовательности К₂_U, %

К₂_U – представляет собой отношение действующего значения напряжения обратной последовательности U₂ к номинальному значению междуфазного напряжения U_н, выраженное в процентах.

5 Коэффициент несимметрии по нулевой последовательности К₀_U, %

К₀_U – представляет собой отношение действующего значения напряжения нулевой последовательности U₀ к номинальному фазному напряжению U_н, выраженное в процентах.

Предельно допускаемое значение для этих коэффициентов 4%.

Влияние несимметрии напряжения на величину результирующих напряжений сети и работу электроприемников:

В эл. двигателях: наличие напряжения обратной последовательности обеспечивает создание вращающегося момента в статоре в направлении, противоположенном вращающемуся моменту номинального напряжения. Это приводит к снижению вращающегося момента на валу эл. двигателя, его перегреву, ускоренному старению изоляции. Так например при К₂_U = 4% срок службы эл. двигателя сокращается вдвое. Несимметрия напряжения вызывает перегрузку одной фазы и недогрузку двух других, вызывает несимметрию ЭДС и токов, а наличие напряжения нулевой последовательности обеспечивает дополнительное подмагничивание магнитопровода, что ведет к дополнительным потерям.

В ЛЭП: перегрузка одной из фаз в следствии несимметрии напряжения снижает пропускную способность линии.

В конденсаторных установках и выпрямительных агрегатах снижается их мощность. У однофазных эл. приемников несимметрия напряжения проявляется как отклонение напряжения.

6 Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения К_U₍_n₎, %

Предельно допускаемое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения определяют по формуле:

К_U₍_n_{) пред} = 1,5 К_U₍_n_{) норм}

где К_U₍_n_{) норм} - нормально допускаемые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, определяемые по таблице.