Мета: Ознайомлення з показниками якості електроенергії

Під терміном Якість електричної енергії розуміється відповідність основних параметрів енергосистеми встановленим нормам виробництва, передачі і розподілу електричної енергії. Кількісна характеристика якості електроенергії виражається відхиленнями напруги і частоти, розмахом коливань напруги і частоти, коефіцієнтом несинусоїдальних форми кривої напруги, коефіцієнтом несиметрії напруги основної частоти.

Відхилення частоти - різниця усереднена за 10 хв. Між фактичним значенням основної частоти і номінальним її значенням.

Відхилення частоти від номінального значення в нормальному режимі роботи допускається в межах 0,1 Гц. Короткочасні відхилення можуть досягати 0,2 Гц.

Коливання частоти - різниця між найбільшим і найменшим значеннями основної частоти в процесі досить швидкої зміни параметрів режиму, коли швидкість зміни частоти не менше 0,2 Гц за секунду. Коливання частоти не повинні перевищувати 0,2 Гц понад допустимі відхилень 0,1 Гц.

Відхилення напруги - різниця між фактичним значенням напруги і його номінальним значенням для мережі, яка виникає при порівняно повільному зміну режиму роботи, коли швидкість зміни напруги менше 1% за секунду або в умовах нормальної роботи допускається відхилення напруги в наступних межах: -5 ÷ +10% - на затискачах електродвигунів та апаратів для їх пуску і управління; -2.5 ÷ +5% - на затискачах приладів робочого освітлення; на затискачах інших приймачів електричної енергії в після аварійних режимах допускається додаткове пониження напруги на 5%.

Коливання напруги оцінюється наступними показниками:

1. Розмах зміни напруги ΔU, тобто різницею між найбільшим і найменшим діючими значеннями напруги в процесі досить швидкої зміни параметрів режиму, коли швидкість зміни напруги не менше 1% за секунду

2. Частотою змін напруги (1/с, 1/хв., 1/г.) F = m/T де m-кількість змін напруги зі швидкістю зміни більше 1% в секунду за час Т.

3. Інтервал між наступними один за одним змін напруги (несинусоїдальних напруги мережі характеризується коефіцієнтом несинусоїдальних (викривлення) кривої напруги

Коефіцієнт несинусоїдальних напруги не повинен перевищувати 5% на затискачах будь-якого приймача електроенергії. Під несиметрією напруг розуміють нерівність фазних або лінійних напруг за амплітудою і кутах зсуву між ними. Нормовані показники несиметрії є коефіцієнт зворотної послідовності напруги, що дорівнює відношенню напруги зворотної послідовності U₂ до номінальної лінійної напруги U_ном. Допустиме значення коефіцієнта становить 2%. При виході показників якості за встановлені межі збільшуються витрати і втрати електроенергії в системах електропостачання,знижується рівень надійності роботи електроустаткування, виникають порушення технологічних процесів і знижується випуск продукції. Кожен електроприймач спроектований для роботи при номінальній напрузі і повинен забезпечувати нормальне функціонування при відхиленні напруги від номінальної на задану величину. При зміні напруги в межах цього діапазону можуть змінюватись значення вихідного параметра електроприймачів (температура електротермічної установки, освітленість у світильників, корисна потужність на валу електродвигуна і т.д.)

Основними причинами відхилень напруги в системах електропостачання підприємств є зміни режимів роботи приймачів електроенергії,зміни режимів роботи живильної енергосистеми, значні індуктивні опори ліній 6-10 кВ. Зміна напруги на затискачах приймача електроенергії навіть у встановлених межах викликає зміну його техніко-економічних показників. Відхилення напруги залежать від дуже багатьох випадкових чинників, які до того ж часто змінюються. Наслідки від відхилень напруги залежать не тільки від величини, але і від тривалості відхилення, а також від того, який відсоток споживачів піддається великим відхиленням.

У зв’язку зі зростанням електричних навантажень та утворенням дефіциту в енергосистемі по активній потужності виникла необхідність керування режимом споживання електричної енергії на промислових підприємствах та виробничих об’єднаннях. Для збільшення пропускної спроможності мереж необхідне забезпечення високої якості енергії. Якість електроенергії оцінюється системою показників. Невідповідність показників якості електроенергії нормативним значенням викликає додаткові втрати електроенергії.

Визначення енергетичних характеристик електромагнітних процесів в електричних пристроях складається з двох процедур: 1) розрахунок повної потужності та всіх її характерних для даного пристрою складових; 2) знаходження визначених відносних значень відповідних потужностей, які розглядаються як показники (коефіцієнти) якості електричної енергії. В колах з синусоїдними формами напруг та струмів обидві вказані енергетичні множини – множина потужностей та множина показників – чітко детерміновані. Множина потужностей містить активну, реактивну, повну потужності, де складова реактивної потужності викликана несиметрією в трифазному колі. Множина показників ще вужча: коефіцієнт зсуву (фактично – cosj) та коефіцієнти несиметрії по зворотній та нульовій послідовностям напруги у випадку трифазної мережі.

Значно складніше справа полягає у випадку несинусоїдної форми напруги і струму в електричній ланці. Некоректність визначень енергетичних показників призводить до неадекватності методів їх вимірювань фактичному стану енергопроцесів. Причиною цьому є складність опису енергопроцесів у випадку спотворених форм напруг та струмів, їх багатоаспектність, недостатня увага до проблеми з боку електротехніків. І тільки з розповсюдженням перетворювальної техніки, ростом потужностей перетворювачів та підвищенням в цілому частки нелінійного навантаження проблема переважно сфери перетворювальної техніки перетворюється в проблему електроенергетики. Вироблення електроенергії на оптимальних частотах (у тому числі нульових), які відрізняються від стандартної частоти, з наступним перетворенням її вентильними перетворювачами в стандартну, передача електроенергії постійним струмом, перетворення енергії в форми, які відрізняються від стандартної, для таких ємних енергоспоживачів, як металургія, електротранспорт, електротехнологія, гостро ставить проблему електромагнітної сумісності джерела та навантаження у випадку сумарних їх потужностей.

У теорії потужності в ланках з неспівпадаючими формами напруги та струму виділяються два напрямки: спектральний (ряди Фур’є) і інтегральний. В рамках першого напрямку всі потужності обчислюються через знайдені представлення струму і напруги у вигляді рядів Фур’є, які дають “тонку” картину потужності у вигляді спектру, що являється збитковим для тих випадків, коли практика цього не потребує. Обчислення легко алгоритмуються, та являються трудомісткими за часовими затратами при широкосмугових спектрах і асимптотично наближаються за результатами у зв’язку з кінцевістю відрізка ряду Фур’є. Другий напрямок зводить знаходження потужностей до обчислення визначених інтегралів від відповідних композицій миттєвих напруг та струмів. Метод являється аналітичним, точним, але потребує аналітичного опису для миттєвих значень струму, що саме по собі є складною задачею в колах розглянутого типу.

Для оцінки ефективності енергозберігаючих заходів з урахуванням якості електроенергії та концентрації її в енергопотоці виникають задачі підрахунку балансів енергій. Необхідність економного використання енергії та зниження невиробничих витрат обумовлює в якості одного з найважливіших напрямків наукових досліджень розвиток методів використання складових генерованої, споживаної та циркулюючої в ланці енергій, зв’язок між якими встановлюють відповідними балансами. Зокрема, важливою є поведінка балансу енергій, яка витрачається на виробництво продукції, і енергії, яка зберігається при її використанні. Тому при оптимізації електроспоживання необхідний аналіз балансів енергій як окремих видів електрообладнання, так і систем їх електроживлення.

Отже, баланс енергій доцільно розглядати не тільки як вирази кількісної відповідності та врівноваження, але й враховувати більш широке визначення поняття балансу – побудова систем показників, які характеризують співвідношення чи рівновагу в якому-небудь зміненому явищі.

Наявність складових повної потужності створює умови для вибору критеріїв ефективності енергетичних процесів у складних структурах. Коефіцієнт потужності буде визначатися, як:

де – активна потужність;

– потужність основної (першої) гармоніки, яка визначається активною та реактивною складовими;

– потужність спотворення;

– потужність несиметрії (пульсацій);

– прихована потужність;

– коефіцієнт зсуву;

– коефіцієнт спотворення;

– коефіцієнт несиметрії;

– коефіцієнт неврівноваженості.

Питання лабораторної роботи

1. Назвіть задачі підрахунку енергії.

2. Що розуміють під терміном «якість електричної енергії»?

3. Як визначається коефіцієнт потужності?

4. З яких процедур складається визначення енергетичних характеристик електромагнітних процесів в електричних пристроях?

Лабораторна робота №4.