Качество электроэнергии

Нормы качества электроэнергии, поставляемой потребителям, устанавливаются в так называемой точке общего присоединения, т.е. в точке электрической сети общего назначения, электрически ближайшей к сетям рассматриваемого потребителя, к которой присоединены или могут быть присоединены электрические сети других потребителей.

Следовательно, качество электроэнергии в точке общего присоединения зависит от качества поставляемой электроэнергии и характера потребления питаемых электроприемников. Качество электроэнергии у потребителей, присоединенных к системам электроснабжения общего назначения, регламентируется государственным стандартом ГОСТ 13109 [2]. Нормы, установленные этим стандартом, являются теми уровнями, при которых обеспечивается электромагнитная совместимость электрических систем общего назначения и электрических сетей потребителей электроэнергии. Эти нормы являются обязательными во всех режимах работы системы электроснабжения, кроме режимов, вызванных стихийными бедствиями и непредвиденными ситуациями со стороны, не являющейся энергоснабжающей организацией и потребителем.

Стандартом [2] устанавливаются показатели качества электроэнергии, нормы, которым должны соответствовать эти показатели, и методы оценки соответствия показателей указанным нормам. В приложении к стандарту указываются наиболее вероятные виновники ухудшения показателей качества электроэнергии. Например, энерго-снабжающая организация может отрицательно влиять на отклонения напряжения, так как основными причинами, вызывающими недопустимые отклонения и колебания напряжения, являются низкий уровень эксплуатации электрических сетей и электроустановок, перегрузка сетей низкого напряжения, а также отсутствие местного регулирования. Энергоснабжающая организация также влияет на отклонения частоты, длительность провалов и импульсные напряжения.

Потребители электроэнергии заметным образом могут оказывать негативное влияние на несимметрию напряжения, искажение формы кривой напряжения и размах напряжения. Несимметричным режимом работы системы электроснабжения называется такой режим, при котором условия работы одной или всех фаз сети оказывается неодинаковым. Различают кратковременные и длительные несимметричные режимы. Кратковременная несимметрия обычно связана с аварийными процессами, такими как короткие замыкания, обрывы проводов линий электропередач с замыканием на землю и другие аналогичные процессы, которые, как правило, устраняются в результате срабатывания соответствующих устройств защиты. Длительная несимметрия возникает при подключении к системе электроснабжения несимметричных приемников, например осветительных приборов, различных однофазных установок, в том числе электровозов переменного тока. Несимметрия мёждуфазных напряжений (токов), определяется только наличием напряжения обратной последовательности, несимметрия фазных напряжений •—• напряжениями (токами) нулевой и обратной последовательностей. Следует отметить, что токи нулевой последовательности существуют, как правило, в сетях с напряжением выше 1000 В, работающих с глухозаземленной нейтралью, и распределительных сетях напряжением до 1000 В. В трехфазных сетях без нулевого провода эти токи отсутствуют.

Искажения формы кривой напряжения в основном определяются наличием в нагрузке таких устройств, как вентильные преобразователи, дуговые электропечи и сварочные агрегаты и другие подобные устройства. В сетях появляются токи высших гармоник, которые приводят к потерям в обмотках трансформаторов и двигателей, распределительных сетях, искажают работу измерительных приборов и средств телекоммуникаций, Большую опасность представляют токи, протекающие в нулевом проводе трехфазной сети.

В качестве примера рассмотрим процессы в трехфазной сети, если в ней протекают несинусоидальные токи, обусловленные нелинейными нагрузками. В этом случае величина тока в нулевом проводе достигает величин, которые превышают токи в фазах, причем превалируют токи третьей гармоники. В отечественных силовых трехфазных кабелях нейтральный провод имеет меньшее сечение, чем фазные. Например, если фазные провода имеют сечение 25 или 35 мм², то нулевой •— 16 мм². Таким образом возникает опасность перегрева нейтрального провода, что опасно.

Показатель качества «отклонение напряжения» характеризуется значениями отклонения напряжения относительно номинального в точках присоединения потребителей электрической энергии к электрическим сетям с номинальным напряжением 380 В и выше. Величины отклонения устанавливаются в договорах на пользование электроэнергией между снабжающей организацией и потребителем с учетом необходимости выполнения норм стандарта ГОСТ 13109. В соответствии с этим стандартом нормальные и предельно допустимые значения отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии составляют ±5 и ±10 % соответственно.

Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициентом п-й гармонической составляющей напряжения. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения определяется непосредственными измерениями и нормируется в зависимости от величины номинального напряжения в электрических сетях. Например, нормально допустимое значение этого коэффициента при номинальном напряжении сети 380 В - не более 8 %, а предельно допустимое - не более 12 %. При номинальном напряжении 35 кВ - 4 и б % соответственно. Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения определяется также непосредственными измерениями гармонических составляющих линейных или фазных напряжений и подсчитывается по формуле:

где —действующее значение n-й гармоники при i-м испытании (измерении); -действующее значение первой гармоники (основная частота); N — число испытаний (не менее 9).

Несимметрия напряжений характеризуется коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности и коэффициентом несимметрии по нулевой последовательности Эти коэффициенты вычисляются по формулам

где U₁ — наибольшее действующее значение междуфазного напряжения; U₂ — наименьшее действующее значение междуфазного напряжения; U₃ —• номинальное действующее значение междуфазного напряжения; U₄ — наибольшее действующее значение фазного напряжения; U₅ — наименьшее действующее значение фазного напряжения; U₆ — номинальное действующее значение фазного напряжения.

Нормально и предельно допустимые значения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2 и 4 % соответственно. Для коэффициентов несимметрии по нулевой последовательности величины составляют также 2 и 4 % соответственно.

Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала. Предельно допустимое значение длительности провала в электрических сетях с напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.

Импульс напряжения характеризуется показателями импульсного напряжения, значения которых зависят от типов ЛЭП, точек подключения и номинального значения напряжения сети. Показатели грозовых и коммутационных импульсных напряжений, возникающих в электрических сетях, приведены в [2].