Качество электрической энергии

-Значительное  снижение срока службы электрических  машин, включая трансформаторы, как результат общего влияния на них несимметрии напряжений. Например, при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U = 2...4 %, срок службы электрической машины снижается на 10...15 %, а если она работает при номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое. Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной (K2U) и нулевой (K0U) последовательностям, — нормально допустимое 2 % и предельно допустимое 4 %.

В качестве вероятного виновника  несимметрии напряжений ГОСТ 13109-97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.

 

 

Мероприятия по снижению несимметрии напряжений:

-Равномерное распределение  нагрузки по фазам.

-Применение симметрирующих устройств. Сопротивления в фазах симметрирующего устройства подбираются таким образом, чтобы компенсировать ток обратной последовательности, генерируемый нагрузкой как источником искажения.

 

Несинусоидальность напряжения

Несинусоидальность напряжения — искажение синусоидальной формы кривой напряжения. Электроприёмники с нелинейной вольт-амперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети создаёт на них падение напряжения, отличное от синусоидального, это и является причиной искажения синусоидальной формы кривой напряжения. Например, полупроводниковые преобразователи потребляют ток трапециевидной формы, образно говоря — выхватывают из синусоиды кусочки прямоугольной формы. 35% электроэнергии преобразуется и потребляется на постоянном напряжении.

Источниками несинусоидальности напряжения являются: статические

преобразователи, дуговые  сталеплавильные и индукционные печи, трансформаторы, синхронные двигатели, сварочные установки, газоразрядные осветительные и бытовые приборы и так далее. Строго говоря, все потребители, кроме ламп накаливания имеют нелинейную вольтамперную характеристику.

 

Влияние несинусоидальности напряжения на работу  электрооборудования:

-Фронты несинусоидального  напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, — учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю, пробиваются конденсаторы.

-В электрических машинах,  включая трансформаторы, возрастают суммарные потери. Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения KU = 10 % суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10...15 %.

-Возрастает недоучёт электроэнергии, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности.

-Неправильно срабатывают  устройства управления и защиты.

-Выходят из строя компьютеры.

Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить  в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих, с частотой в n-раз превышающих частоту сети электроснабжения — частоту первой гармоники

(f n=1 = 50 Гц, f n=2 = 100 Гц, f n=3 = 150 Гц ...). В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования, различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т.д.), обратной последовательности (2, 5, 8 и т.д.) и нулевой последовательности (гармоники кратные трём). С повышением частоты (номера гармонической составляющей) амплитуда гармоники снижается. ГОСТ 13109-97 требует оценивать весь ряд гармонических составляющих от 2-й до 40-й включительно.

 

Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения:

-Аналогично мероприятиям по снижению колебаний напряжения:

-Применение оборудования с улучшенными характеристиками:

ü "ненасыщающиеся" трансформаторы;

ü преобразователи с высокой пульсностью и т.д.

-Подключение к мощной системе электроснабжения.

-Питание нелинейной нагрузки от отдельных трансформаторов или секций шин.

-Снижение сопротивления питающего участка сети.

Применение фильтрокомпенсирующих устройств.

L-С цепочка, включенная  в сеть, образует колебательный контур, реактивное сопротивление которого для токов определённой частоты равно нулю. Подбором величин L и С фильтр настраивается на частоту гармоники тока и замыкает её не пропуская в сеть. Набор таких контуров, специально настроенных на генерируемые данной нелинейной нагрузкой высшие гармоники тока, и образует фильтрокомпенсирующее устройство, которое не пропускает в сеть гармоники тока и компенсирует протекание реактивной мощности по сети.

 

Отклонение частоты

Отклонение фактической  частоты переменного напряжения (fф) от номинального значения (fном) в установившемся режиме работы системы электроснабжения. Снижение частоты происходит при дефиците мощности работающих в системе электростанций. Для устранения этих явлений, необходимо ремонтировать или модернизировать существующие и строить новые электростанции. А пока их нет, активно применяется радикальная мера — автоматическая частотная разгрузка (АЧР), то есть отключение части

потребителей при снижении частоты (гильотина, — как средство от головной боли). Это ещё называют веерными отключениями.

Для потребителя  важно знать, в какую очередь  отключат его оборудование от сети при таком развитии событий (указывается при заключении договора электроснабжения), аргументированно требовать изменения очерёдности или иметь собственные резервные генерирующие мощности. Повышение частоты происходит при резком сбросе нагрузки в системе электроснабжения, — ситуация аварийная и действие ГОСТ 13109-97 на неё не распространяется, а в установившемся режиме работы сети такое событие весьма редкое. Следующие явления возникают в любой сети и зачастую являются случайными событиями. ГОСТ 13109-97 не нормирует эти явления, но их статистика по конкретной сети может помочь потребителю принимать решения по обеспечению бесперебойности электроснабжения собственного оборудования тем или иным способом.

Провалы напряжения

Провалы напряжения – это  внезапное и значительное снижение напряжения (менее 90 % Uном) длительностью от нескольких периодов до нескольких десятков секунд с последующим восстановлением напряжения. Причинами провалов напряжения является срабатывание средств защиты и автоматики при отключении грозовых перенапряжений, токов короткого замыкания (КЗ), а также при ложных срабатываниях защит или в результате ошибочных действий оперативного персонала. ГОСТ 13109-97 не нормирует провал напряжения, он ограничивает его продолжительность 30-ю секундами. Правда, эти явления, длительностью больше 30 секунд, практически не случаются — напряжение уже не восстанавливается.

Временное перенапряжение

Внезапное и значительное повышение напряжения (более 110% Uном) длительностью более 10 миллисекунд. Временные перенапряжения возникают при коммутациях оборудования (коммутационные, кратковременные) и при коротких замыканиях на землю (длительные). Коммутационные перенапряжения возникают при разгрузке протяжённых линий электропередач высокого напряжения. Длительные перенапряжения возникают в сетях с компенсированной нейтралью и четырёхпроводных сетях при обрыве нейтрального провода, в сетях с изолированной нейтралью при однофазном КЗ на землю (в сетях 6-10-35 кВ в таком режиме допускается длительная работа). В этих случаях, напряжение неповреждённых фаз относительно земли (фазное напряжение) может вырасти до величины междуфазного (линейного) напряжения.

Импульсное перенапряжение

Импульсное перенапряжение – это резкое повышение напряжения длительностью менее 10 миллисекунд. Импульсные перенапряжения возникают при грозовых явлениях и при коммутациях оборудования (трансформаторы, двигатели, конденсаторы, кабели), в том числе при отключении токов КЗ. Величина импульса перенапряжения зависит от многих условий, но всегда значительна и может достигать многих сотен тысяч вольт. ГОСТ 13109-97 приводит справочные значения импульсного перенапряжения при коммутациях для разных типов сетей.

Контроль  качества электрической энергии

Контроль качества электрической  энергии подразумевает оценку соответствия показателей установленным нормам, а дальнейший анализ качества электроэнергии — определение стороны виновной в ухудшении этих показателей. Определение показателей качества электрической энергии задача нетривиальная. Это оттого, что большинство процессов, протекающих в электрических сетях — быстротекущие, все нормируемые показатели качества электрической энергии не могут быть измерены напрямую — их необходимо рассчитывать, а окончательное заключение можно дать только по статистически обработанным результатам. Поэтому, для определения показателей качества электрической энергии, необходимо выполнить большой объём измерений с высокой скоростью и одновременной математической и статистической обработкой измеренных значений. Наибольший поток измерений необходим для определения несинусоидальности напряжения. Для определения всех гармоник до 40-й включительно и в пределах допустимых погрешностей, требуется выполнять измерения мгновенных значений трёх междуфазных напряжений 256 раз за период (3·256·50 = 38 400 в секунду). А для определения виновной стороны, одновременно измеряются мгновенные значения фазных токов и фазовый сдвиг между напряжением и током, только в этом случае возможно определить с какой стороны и какой величины внесена та или иная помеха.

Первичная обработка  измеренных напряжений и токов состоит из определения их гармонического состава, — по всем измеренным значениям выполняется быстрое преобразование Фурье. Далее производится усреднение полученных значений на установленных интервалах времени. ГОСТ 13109-97 потребовал вычислять среднеквадратичные значения, что привело к необходимости использования двухпроцессорных схем при построении приборов. Наиболее сложная математика задействуется при оценке колебаний напряжения. ГОСТ 13109-97 нормирует эти явления для огибающей меандровой (прямоугольной) формы, а в сети колебания напряжения имеют случайный характер. Поэтому, приходится определять форму огибающей, по указанным в ГОСТе коэффициентам приведения пересчитывать кривую и только после этого определять показатели. При этом размах изменения напряжения и доза фликера считаются по-разному, в большинстве случаев требуется отдельный, специальный прибор —фликерметр.

Контролировать  качество электрической энергии  следует с применением сертифицированных приборов, обеспечивающих измерение и расчёт всех необходимых параметров, для определения и анализа качества электрической энергии. Местом контроля качества электрической энергии являются точки общего присоединения потребителей к сетям общего назначения. В них выполняют измерения энергоснабжающие организации. Потребители проводят измерения в собственных сетях в местах ближайших к этим точкам. ГОСТом установлена периодичность контроля качества электроэнергии — один раз в два года для всех ПКЭ, и два раза в год для отклонения напряжения. Существуют задачи непрерывного мониторинга качества электроэнергии, требующие включения приборов качества в АСКУЭ. Между тем есть приборы, одновременно выполняющие функции счетчика электроэнергии, прибора контроля качества и биллинговой системы, рассчитывающей сумму, подлежащую к оплате с учётом скидок и надбавок за качество.

Чего  же не хватает для обеспечения  качества электроэнергии?

Для обеспечения качества электроэнергии в России есть всё, или  почти всё. Право потребителя на качественную электроэнергию закреплено ст.ст. 542-543 Гражданского Кодекса Российской Федерации. Требования к качеству электрической энергии определяет Межгосударственный стандарт: "Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения" ГОСТ 13109-97. Потребители, использующие электрическую энергию для личных, домашних нужд, защищены Законом Российской Федерации "О правах потребителей". Отпускаемая им электроэнергия подлежит обязательной сертификации на основании Постановления Правительства Российской Федерации № 1013 от 13.08.97 г. Для этого созданы и аккредитованы при Госстандарте РФ соответствующие органы по сертификации и испытательные лаборатории по определению показателей качества электрической энергии. Однако практическая работа по сертификации электроэнергии, отпускаемой физическим лицам, по настоящему развернулась только после того, как была достигнута договорённость, и подписано совместное трёхстороннее решение РАО "ЕЭС России", Минэнерго и Госстандарта. Правда, сертифицироваться электроэнергия будет только по двум показателям, по отклонению напряжения и отклонению частоты. Взаимоотношения юридических лиц с энергоснабжающими организациями должны регулироваться договорами энергоснабжения, в которых указываются пределы допустимых величин показателей качества электрической энергии на границе балансовой принадлежности или в точках общего присоединения потребителей, и ответственность сторон при их нарушении. Это делается на основании ГОСТ 13109-97, "Правил присоединения потребителей электрической энергии к сетям общего назначения по условиям качества", "Правил энергоснабжения", "Правил пользования электрической энергией" и "Правил применения скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию". Вот только все эти правила, в старой редакции отменены, а в новой ещё не утверждены.

Созданы уникальные приборы, способные определять и контролировать не только все показатели качества электрической энергии и величину вносимых электромагнитных помех, но и сторону их вносящую.

Важнейшая роль в  обеспечении качества электрической  энергии отводится её потребителям. Но до тех пор, пока они не будут знать, что творится с качеством потребляемой ими электроэнергии, и сколько средств они при этом теряют, ждать реальных подвижек в лучшую сторону не приходится. Для обеспечения качества электрической энергии в России, как всегда, нет понимания и согласия. Поэтому следует ещё раз отметить необходимость и важность проведения энергетических обследований предприятий и организаций.