Основные показатели, определяющие качество электроэнергии
Качество электроэнергии – это соответствие основных параметров энергосистемы нормам, принятым при производстве, передаче и распределении электроэнергии. Выход показателей качества за установленные нормы приводит к следующим негативным последствиям:
— увеличению расхода и потерь электроэнергии в системах электроснабжения; — снижению надёжности работы оборудования; — возникновению нарушений технологических процессов с одновременным снижением объёмов выпуска продукции.
Показатели качества определены в ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Рассмотрим ниже основные из них.
Основные показатели. Согласно данного стандарта, основными показателями, характеризующими качество электроэнергии, можно считать:
Отклонения частоты и напряжения. Отклонением частоты является усреднённая за 10 минут разность между фактической величиной основной частоты и её номинальной величиной. При этом допускаются:
— в нормальном режиме работы отклонения не более 0,1 Гц; — кратковременные отклонения не более 0,2 Гц.
Отклонением напряжения считается разность между фактической величиной напряжения и её номинальной величиной. Допускаются следующие отклонения напряжения при нормальной работе сети:
— на зажимах аппаратов и электродвигателей для их управления и пуска от -5 до +10%; — на зажимах аппаратов рабочего освещения от -2,5 до +5%; — на зажимах других электроприёмников не более 5%.
При этом, в после аварийных режимах понижение напряжения дополнительно допускается не более 5%. Основными причинами отклонений напряжения являются:
— изменения режимов работы энергосистемы и электрических приёмников;- большие значения индуктивных сопротивлений линий 6-10 кВ.
В целях поддержания данного параметра в допустимых пределах используются следующие методы:
— регулирование напряжения на отходящих линиях — регулирование напряжения на шинах подстанций; — совместное регулирование при одновременном снижении (повышении) напряжения и на ПС, и на линиях; — дополнительное регулирование, когда требуется локальное изменение напряжения у конкретного потребителя; — регулирование напряжения за счёт изменения схем электроснабжения.
Колебания частоты и напряжения. Это разность между наибольшей и наименьшей величиной основной частоты при достаточно быстром изменении параметров сети со скоростью изменения частоты не менее 0,2 Гц/сек. Колебания напряжения можно оценить при помощи следующих показателей:
1. Размаха изменения напряжения.2. Частоты изменения напряжения.3. Интервала между изменений напряжения.
Такого рода колебания возможны при работе приёмников резко меняющих свою нагрузку (сварочных машин, дуговых электропечей, прокатных электродвигателей). В итоге, в электрической сети появляются резкие толчки мощности потребляемой потребителем, приводящие к значительным изменениям напряжения сети.
При этом ухудшается работа обычных потребителей, подключённых к данной сети. Для сглаживания колебания напряжения используются следующие устройства:
— быстродействующий синхронный компенсатор; — синхронный двигатель;- статический источник реактивной мощности.
Коэффициент несимметрии напряжения основной частоты. Несимметрия напряжений – это неравенство линейных и фазных напряжений по амплитуде и углу сдвига между ними.
В данном случае нормируемый показатель несимметрии – это коэффициент обратной последовательности напряжения, который равен отношению напряжения обратной последовательности к номинальному линейному напряжению. Сегодня данный коэффициент не превышает 2%.
Коэффициент несинусоидальности формы кривой напряжения, который на зажимах электрических приёмников не должен превышать 5%.
Причины возникновения и следствия. Полное понимание показателей качества электроэнергии с обязательным анализом причин и следствий от их изменения позволяет современным энергосистемам удерживать их в допустимых пределах.
В итоге потребителям поступает электрическая энергия полностью соответствующая тем параметрам, которые требуются для продолжения нормального производственного процесса. Стоит отметить, что и сегодня энергетики продолжают искать средства и методики для поддержания параметров сети в допустимых пределах.
Источники электрической энергии.
12345
Одной из основных характеристик источников электрической энергии является ЭДС. Количественно ЭДС характеризуется работой А, которая совершается при перемещении заряда в один Кулон в пределах источника
. (1.1)
Графически ЭДС изображают стрелкой в кружке. Направление стрелки совпадает с направлением ЭДС.
Перемещение заряда определяет ток источника. Прохождение тока сопровождается потерями на нагрев источника. Количественно потери удобно определять внутренним сопротивлением Rвн. Поэтому условное графическое обозначение источника ЭДС представляет последовательное включение ЭДС Е и внутреннего сопротивления Rвн (рис. 1.4).
Символами 1 — 1’ обозначены зажимы источника. Разность потенциалов на зажимах источника называется напряжением U. Стрелками показаны положительные направления тока и напряжения. Когда ключ К разомкнут, ток в цепи равен нулю и напряжение на зажимах источника равно ЭДС. Замкнем ключ К. В цепи возникнет ток
(1.2)
При этом напряжение на зажимах источника станет равным
(1.3)
Зависимость напряжения U на зажимах источника от тока I изображена на рис. 1.5а.
г
Рис.1.5
Если у источника ЭДС Rвн = 0, то вольтамперная характеристика его будет в виде прямой рис. 1.5б. Такой источник называют идеальным. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока.
Если у некоторого источника увеличивать Е и Rвн до бесконечности, то его вольтамперная характеристика примет вид рис. 1.5в. Такой источник питания называют источником тока. Ток источника
(1.4)
не зависит от сопротивления нагрузки. Реальный источник тока имеет конечные значения Е и Rвн, а его условное графическое обозначение приведено на рис. 1.5г.
При расчете электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечными Е и Rвн заменяют источником ЭДС или источником тока (рис. 1.6а,б).
Рис.1.6
Ток в нагрузке Rн одинаков и равен
.
Для схемы рис. 1.6а это очевидно, и следует из того, что Rвн и Rн включены последовательно. Для схемы рис. 1.6 б известно, что ток Iт = Е/Rвн, распределяется обратно пропорционально параллельно включенным Rвн и Rн, т.е.
= 
.
Каким из двух источников воспользоваться выбирает инженер.
Пример: В схеме рис.1.6а источник ЭДС имеет параметры Е = 100В, Rвн = 2 Ом. Определить параметры эквивалентного источника тока в схеме рис. 1.6б.
Решение:
Следовательно, параметры эквивалентной схемы рис. 1.6б имеют значение:
Iт = 50А; Rвн = 2 Ом.
Источники питания могут иметь постоянную ЭДС — Е или переменную е(t) , изменяющуюся во времени по заданному закону. В первом случае в цепи протекает постоянный ток, и она называется цепью постоянного тока. Во втором случае ток i(t) и напряжение u(t) переменные, поэтому цепь называется цепью переменного тока. В электротехнике чаще других применяются синусоидальные ток и напряжение.
Средства измерения и принцип их действия
Измерение величин и проверку их соответствия нормам выполняет специальный прибор — анализатор качества электроэнергии.
В конструкцию прибора включен измеритель электрических величин, несколько раз за короткие временные интервалы фиксирующий напряжения и токи. Принцип его работы получил название «стробирование» или «сэмплирование».
Выполняющаяся с использованием современных средств измерений проверка качества электроэнергии позволяет получить о системе следующую информацию:
- токи и пиковые нагрузки мощности сети;
- определение времени суток с наибольшей потребностью системы в электрической энергии;
- время падения и провалов напряжения;
- величина несимметрии и искажения кривых тока и напряжения системы;
- различные переходные процессы в сети;
- сложившееся в процессе функционирования сети постоянное отклонение уровня напряжения.
Анализаторы качества электроэнергии производятся в мобильном и стационарном исполнении. Ими могут осуществляться разовые проверки или постоянная оценка соответствия, имеющая важное значение для обнаружения некорректной работы звеньев распределительной системы и выявления неполадок.
Цели анализа
Замеры качества электроэнергии позволяют контролировать соблюдение поставщиком показателей, прописанных в договоре.
По окончании исследования параметров электроэнергии полученные показания анализаторов ложатся в основу отчета, в который сводится вся информация о работе системы. Если выявлены несоответствия показателей нормам ГОСТ Р 54149-2010 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» и не соблюдены требования к качеству электроэнергии, указанные в договоре, то на основании результатов экспертизы поставщику возможно предъявление официальной претензии. В таком случае поставщик обязан принять все действенные меры для устранения выявленных нарушений.
Определение параметров электрической энергии и состояния сети необходимо при разработке проекта электроснабжения предприятия или иных, уже существующих сооружений.
Экспертиза нередко выполняется также и при проведении энергоаудита предприятия для повышения энергетической эффективности и определения возможностей увеличения показателей энергосбережения.
