Несинусоидальность напряжения

Показатели качества электроэнергии

Основные и дополнительные показатели качества электроэнергии

ГОСТ 13109-99 устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электро­снабжения общего назначения переменного трехфазного и одно­фазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных по­требителей, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения - ТОП).

Этот ГОСТ устанавливает 11 основных показателей качества электроэнергии (ПКЭ):

1) отклонение частоты δf;

2) установившееся отклонение напряжения δU_у;

3) размах изменения напряжения δU₁

4) дозу фликера (мерцания или колебания) Р_t;

5) коэффициент искажения синусоидальности кривой напряже­ния К_U

6) коэффициент п-й гармонической составляющей напряжения К_U(n)

7) коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К_2U',

8) коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последо­вательности К_0U;

9) глубину и длительность провала напряжения δU_n, ∆t_n;

10) импульсное напряжение U_имп;

11) коэффициент временного перенапряжения К_лерU.

Отклонение частоты и причины его возникновения

Отклонение частоты в электрической системе, Гц, характеризу­ет разность между действительным и номинальным значениями частоты переменного тока в системе электроснабжения и опре­деляется по выражению

δf=f-f_ном (1)

Допустимые нормы по отклонению частоты составляют

δf_норм= ± 0,2 Гц, δf_пред=± 0,4 Гц

Частота переменного тока в электрической системе определяет­ся скоростью вращения генераторов электростанций. Номинальное значение частоты в ЕЭС России 50 Гц в электрической системе мо­жет быть обеспечено при условии наличия резерва активной мощ­ности. В каждый момент времени в электрической системе должно забыть обеспечено равенство (баланс) между мощностью генераторов электростанций и мощностью, потребляемой нагрузкой с учетом потерь мощности на передачу в электрической сети. Ввод резервной мощности возможен в системе за счет допол­нительного расхода энергоносителя турбин электростанций.

Отклонение напряжения

Отклонение напряжения характеризуется показателем установив­шегося отклонения текущего значения напряжения С/ от номиналь­ного значения С/_ном:

(2)

Отклонение напряжения обусловлено изменением потерь напря­жения (см. гл. 12), вызываемых изменением мощностей нагрузок. Отклонение напряжения нормируется на выводах приемников элек­трической энергии:

(3)

Колебания напряжения

Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения δU₁,, частотой повторения изменений напряжения F_δUt, ин­тервалом между изменениями напряжения ∆_{ti, ti + 1} , дозой фликера Р_t.

Источниками колебаний напряжения являются потребители элек­троэнергии с резкопеременным графиком потребления мощности (особенно реактивной). К ним относятся: дуговые сталеплавильные печи, электросварка, поршневые компрессоры и ряд других. При рез­ком возрастании нагрузки происходит резкое увеличение потерь на­пряжения в ветвях сети, питающих эту нагрузку. В результате резко уменьшается напряжение на приемном узле ветви. При резком умень­шении нагрузки происходит уменьшение потерь напряжения и, сле­довательно, увеличение напряжения на приемном узле ветви.

Отмечается, что в электрических сетях распространение колеба­ний напряжения происходит в направлении к шинам низкого на­пряжения практически без затухания, а к шинам высокого напря­жения - с затуханием по амплитуде. Этот эффект проявляется в зависимости от мощности короткого замыкания S_КЗ._СИСТ системы. При распространении колебаний напряжения в любом направле­нии их частотный спектр сохраняется.

Размах изменения напряжения - разность между сле­дующими друг за другом действующих значений напряжения лю­бой формы, т. е. между следующими друг за другом максимальным и минимальным значениями огибающей действующих значений на­пряжения.

Огибающая действующих (среднеквадратичных) значений напря­жения - ступенчатая временная функция, образованная действую­щими значениями напряжения, определенными на каждом полупе­риоде напряжения основной частоты.

Если огибающая действующих значений напряжения имеет го­ризонтальные участки (при спокойном графике нагрузки), то раз­мах изменения напряжения определяется как разность между соседними экстремумом (максимумом или минимумом) и горизонтальным участком или как разность между соседними го­ризонтальными участками (рис.1).

Длительность изменения напряжения - интервал времени от начала одиночного изменения напряжения до его конечного зна­чения (см. рис. 1).

Рис. 1. Колебания напряжения (пять размахов изменений напряжения)

Ф л и к е р (мерцание) - субъективное восприятие человеком ко­лебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питаю­щей эти источники.

Доза фликера - мера восприимчивости человека к воз­действию фликера за установленный промежуток времени, т. е. ин­тегральная характеристика колебаний напряжения, вызывающих у человека накапливающееся за установленный период времени раз­дражение мерцаниями (миганиями) светового потока.

Дозу фликера напряжения в процентах в квадрате вычисляют по выражению

Время восприятия фликера - минимальное время для субъектив­ного восприятия человеком фликера, вызванного колебаниями на­пряжения.

Рис. 2. Зависимости частоты допустимых изменений напряжения от частоты их появления

Предельно допустимые значения размаха изменения напряже­ния в точках общего присоединения к электрическим сетям в зависимости от частоты повторения изменений напряжения F_δUt, или интервала между изменениями напряжения равны значени­ям, определяемым по кривым рис. 2. Кривая 1 - для потребите­лей электрической энергии, располагающих лампами накаливания. Кривая 2 -в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение. Перечень помещений с разрядами работ, требующих значительного зрительного напряжения, устанавливают в норма­тивных документах, утверждаемых в установленном порядке.

Предельно допустимое значение суммы установившегося откло­нения напряжения δU_y и размаха изменений напряжения δU_t, в точ­ках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ рав­но ±10% от номинального напряжения.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фли­кера Р_5t при колебаниях напряжения равно 1.38, а для длительной дозы фликера Р_Lt при тех же колебаниях напряжения равно 1,0.

Кратковременную дозу фликера определяют на интервале вре­мени наблюдения, равном 10 мин. Длительную дозу фликера опре­деляют на интервале времени наблюдения, равном 2 ч.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фли­кера Р_St в точках общего присоединения потребителей электричес­кой энергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение, равно 1,0, а для длительной дозы фликера Р_Lt в этих же точках равно 0,74.

Несинусоидальность напряжения

Несинусоидальность напряжения появляется потому, что в кри­вой напряжения, помимо гармоники основной частоты, имеют место гармоники других высших частот, кратных основ­ной частоте (п = 2, 3, 4,..., и т.д.). Гармоники обычно определяются разложением кривой фактического напряжения в ряд Фурье.

Причиной возникновения несинусоидальности напряжения явля­ется наличие потребителей электроэнергии с нелинейной вольт-ампер­ной характеристикой. Основной вклад в несинусоидальность напря­жения вносят тиристорные преобразователи электрической энергии, получившие широкое распространение в промышленности.

Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

· коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

· коэффициентом «-и гармонической составляющей напряжения.

· Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения К_u, %, является отношением суммарного действующего значения всех высших гармоник к действующему значению напряжения ос­новной гармоники, причем п ≥ 2

Таблица.1 Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения, %

При определении коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения допускается не учитывать гармонические со­ставляющие порядка и > 40 или действующее значение которых ме­нее 0,3 от U_(1).

Предельно допустимое значение коэффициента n-й гармоничес­кой составляющей напряжения вычисляют по

(8)

где K_U(n)норм - нормально допустимое значение коэффициента п -й гармонической составляющей напряжения.

Несимметрия напряжения

Несимметрия трехфазной системы напряжений появляется при наличии в трехфазной электрической сети напряжений обратной и нулевой последовательностей, значительно меньших по величине соответствующих составляющих напряжения прямой (основной) последовательности.

Основной причиной возникновения несимметрии напряжения являются потребители с несимметричным потреблением мощности по фазам. К ним относятся: однофазные потребители, включаемые на фазное либо междуфазное напряжения; трехфазные потребите­ли с несимметричным потреблением мощности по фазам (в частно­сти, дуговые сталеплавильные печи, сварочные установки). Причи­ной несимметрии напряжений может быть также несимметрия со­противлений сети по фазам.

Несимметрия трехфазной системы напряжений характеризуется коэффициентами несимметрии обратной последовательности, и нулевой последовательности, которые представля­ют собой отношение действующего значения напряжения соответ­ственно обратной и нулевой последовательности к действующему значению напряжения прямой последовательности (к номинально­му напряжению):

(9)

U₂₍₁₎ и U₀₁₎ дейвующие значения напряжения соответствен­но обратной и нулевой последовательностей основной частоты трех­фазной системы напряжений, В и кВ.

Провал напряжения

Провал напряжения - внезапное значительное снижение напря­жения в точке электрической сети ниже 0,9U_ном, которым следу­ет восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня через промежуток времени от десяти миллисекунд до нескольких десятков секунд (рис. 3).

Рис. 3. Провал напря­жения

Провал напряжения характеризуется глубиной (по отноше­нию к значению напряжения в нормальном режиме) и длительнос­тью.

Длительность провала напряжения ∆t - интервал времени между начальным моментом провала напряжения и моментом восстанов­ления напряжения до первоначального или близкого к нему уровня.

Глубина провала напряжения может изменяться от 10 до 100%, длительность - от сотых до нескольких десятых секунды (в некото­рых случаях - секунды).

Вспомогательной характеристикой является частота появления про­валов напряжения Р_п- число провалов напряжения определенной глу­бины и длительности за определенный промежуток времени по отно­шению к общему числу провалов за этот же промежуток времени.

Основной причиной появления провалов напряжения в системе электроснабжения являются короткие замыкания в отходящих от цепи питания данного узла нагрузки ответвлениях электрической сети высокого (35...220 кВ), среднего (6... 10 кВ) напряжений и в сетях с напря­жением до 1 кВ.

Провалы напряжения не нормируются, поскольку они неизбежны настолько же, насколько неизбежны короткие замыкания. Однако знать статистику по частоте, глуби­не и длительности провалов напряжения в системе электроснабжения необходимо для аргументированного использования агрега­тов и источников бесперебойного питания с целью электроснабжения особенно чув­ствительных к провалам напряжения потребителей. К ним относятся: электронные микропроцессорные устрой­ства управления, компьютеры, серверы и ряд других.

Импульсное напряжение

Искажение формы кривой питающего напряжения может про­исходить за счет появления высокочастотных импульсов при ком­мутациях сети, работе разрядников и т.п.

Импульс напряжения - резкое изменение напряжения в точке элек­трической сети, за которым следует восстановление напряжения до первоначального или близкого к нему уровня за промежуток време­ни до нескольких миллисекунд (т. е. меньше полупериода) (рис. 4).

Рис. 4. Импульс напряжения

Импульсное напряжение характеризуют следующие величины:

амплитуда импульса U_имп- максимальное мгновенное значение импульса напряжения;

длительность импульса - интервал времени между начальным моментом импульса напряжения и моментом восстановления мгно­венного значения напряжения до первона­чального или близкого к нему уровня; ча­сто длительность импульса оценивается по уровню 0,5 его амплитуды ∆t_имп о,5.

В электрическую сеть напряжением 220...380В может проникать импульсное напряжение до 3... 6 кВ.

Наиболее чувствительны к импульс­ным напряжениям электронные и микро­процессорные элементы систем управления и защиты, компьютеры, серверы и компьютерные станции.

Основным способом защиты от импульсных напряжений является использование ограничителей перенапряжения (ОПН) на основе металло-
оксидных соединений.

Временное перенапряжение

Временное перенапряжение - повышение напряжения в точке электрической сети выше 1,1U_ном продолжительностью более 10 мс, возникающее в системах электроснабжения при коммутациях или коротких замыканиях.

Коэффициент временного перенапряжения К_перU - величина, равная отношению максимального значения огибающей ампли­тудных значений напряжения за время существования временно­го перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети. Длительность временного перенапряжения ∆t_перU- интервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения.

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: