Качество электроэнергии
Электроприборы и оборудование предназначены для работы в определённой электромагнитной среде. Электромагнитной средой принято считать систему электроснабжения и присоединенные к ней электрические аппараты и оборудование, связанные конструктивно и создающие в той или иной мере помехи, отрицательно влияющие на работу друг друга. При возможности нормальной работы оборудования в существующей электромагнитной среде говорят об электромагнитной совместимости технических средств.
Единые требования к электромагнитной среде закрепляют стандартами, что позволяет создавать оборудование и гарантировать его работоспособность в условиях соответствующих этим требованиям. Стандарты устанавливают допустимые уровни помех в электрической сети, которые характеризуют качество электроэнергии (КЭ). Они называются показателями качества электроэнергии (ПКЭ).
В 1967 г. в СССР впервые в мировой практике был утвержден ГОСТ, определяющий значения показателей качества электрической энергии (ГОСТ 13109-67 «Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения»).
В настоящее время показатели качества электрической энергии, методы их оценки и нормы определяет Межгосударственный стандарт «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» (ГОСТ 13109-97).
Отклонение напряженияхарактеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения Uу на выводах приемников электрической энергии равны соответственно 5 и 10% от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721-77 и ГОСТ 21128-83.
Причинами несоответствий по установившемуся отклонению напряжения DUу могут быть:
1) неверно выбранный коэффициент трансформации трансформатора 6—10/0,4 кВ или не проведенное своевременно сезонное переключение отпаек этих трансформаторов;
2) разнородность нагрузок линий 0,38 кВ и несовместимость требований потребителей к DUу на шинах 0,4 кВ трансформаторов 6—10/0,4 кВ;
3) значительная несимметрия фазных нагрузок в сетях 0,4 кВ;
4) значительные потери напряжения в распределительной сети, превышающие предельные значения;
5) отсутствие трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) в центре питания (ЦП) распределительной сети;
6) отсутствие автоматического регулятора напряжения (АРН) в ЦП или его не использование;
7) некорректная работа АРН или неправильно выбранный закон регулирования напряжения
8) разнородность нагрузок распределительных линий 6—10 кВ и несовместимость требований потребителей всей распределительной сети к DUу на шинах ЦП;
9) ошибки в планировании диспетчерских графиков спроса и предложения в реактивной мощности;
10) отсутствие договорных отношений или некорректно определенные договорные условия по допустимому диапазону DUу;
11) неверно заданные уставки регулирующих устройств на генераторах, повышающих трансформаторах и автотрансформаторах связи, отсутствие или недостаточное использование специальных устройств в межсистемных линиях и питающих сетях энергосистем, регулирующих реактивную мощность (синхронных компенсаторов, батарей статических компенсаторов и шунтирующих реакторов), пониженная пропускная способность питающих сетей и др.;
12) превышение потребителем разрешенной ему мощности или нарушение договорных условий с ЭСО по использованию специальных средств, регулирующих реактивную мощность (батарей статических конденсаторов, синхронных двигателей).
Влияние отклонения напряжения на:
1) технологические установки:
при снижении напряжения существенно ухудшается технологический процесс, увеличивается его длительность. Следовательно, увеличивается себестоимость производства;
при повышении напряжения снижается срок службы оборудования, повышается вероятность аварий;
при значительных отклонениях напряжения происходит срыв технологического процесса;
2) освещение:
снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·Uном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза;
при величине напряжения 0,9·Uном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15%;
при величине напряжения менее 0,9·Uном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·Uном просто не загораются;
3) электропривод:
при снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25%. Двигатель может не запуститься или остановиться;
при снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и снижение срока службы двигателя. При длительной работе на напряжении 0,9·Uном срок службы двигателя снижается вдвое;
при повышении напряжения на 1% увеличивается потребляемая двигателем реактивная мощность на 3—7%. Снижается эффективность работы привода и сети.
Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет:
1) 10% специфическая нагрузка;
2) 30% освещение и прочее;
3) 60% асинхронные электродвигатели.
Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения.
ΔU = (P·R + Q·X) / UЦП (ТП).
Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается:
1. Выбором сечения проводников линий электропередач (≡ R) по условиям потерь напряжения.
2. Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X). Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0.
3. Компенсацией реактивной мощности (Q) для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения. Кроме снижения потерь напряжения, это является неплохим мероприятием энергосбережения, снижающим общие потери электроэнергии в сетях.
Регулирование напряжения U:
1. В центре питания регулирование напряжения (UЦП) осуществляется с помощью трансформаторов, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки (регулирование под нагрузкой - РПН). Такими устройствами оснащены 10% трансформаторов. Диапазон регулирования ± 16% с дискретностью 1,78%.
2. Напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях (UТП) с помощью трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках с различными коэффициентами трансформации (переключение без возбуждения - ПБВ, т. е. с отключением от сети). Диапазон регулирования ± 5% с дискретностью 2,5%.
Колебания напряжения - быстро изменяющиеся отклонения напряжения длительностью от полупериода до нескольких секунд.
Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:
1. размахом изменения напряжения;
2. дозой фликера.