Как оценивается качество энергии – ГОСТ 33073-2014 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (с Поправкой)

Содержание

что это такое, основные показатели

В типовом договоре энергоснабжения детально прописаны обязательства поставщика. Одно из них касается показателей качества электроэнергии. Будет полезным узнать, что конкретно подразумевается под этим термином, о каких показателях идет речь, а также получить информацию о действующих нормативных документах. Эти сведения позволят грамотно составить претензию к поставщику, если качество электроэнергии не отвечает установленным требованиям стандарта ГОСТ.

Что такое качество электроэнергии?

Для каждого типа электрической сети установлены определенные характеристики (параметры качества). Соответствие между ними и действительными значениями определяет качество электрической энергии.

Изменения ПКЭ могут возникнуть вследствие потерь электроэнергии при передаче на расстояние, увеличением потребляемой нагрузки, электромагнитных явлений и т.д.

Для оценки качества электричества осуществляются замеры основных показателей КЭ. Подробно они расписаны в нормах ГОСТа 13109-97, а также в его новой редакции 13109 99, приведем выдержки с кратким описанием каждого показателя.

Основные показатели качества электроэнергии

Поскольку идеального соответствия номинальным параметрам добиться невозможно, в нормировании показателей предусмотрены отклонения. Они могут быть допустимыми и предельно допустимыми. Ниже перечислены основные показатели качества и указаны приемлемые нормы для каждого из них

Отклонение напряжения

Данный показатель определяется при помощи специального коэффициента, характеризующего установившиеся отклонения  по отношению к номинальным. Для расчета используется следующая формула: δUуст = 100% * (Uт — Uн)/ , где Uт – текущий показатель , Uн – номинальный. Измерения показателей качества производится на приемниках электроэнергии. Осцилограмма данного процесса представлена ниже.

Установившееся отклонение и колебания напряженияРис. 1. Установившееся отклонение и колебания напряжения

Такие отклонения качества характерны при существенных изменениях нагрузки или больших потерях в процессе передачи электроэнергии. Допустимыми считаются показатели при Uуст не более 5,0%, предельно допустимые – 10,0%.

Колебания напряжения

Данный параметр характеризует временные отклонения амплитуды колебаний электротока. Осцилограмма процесса представлена на рисунке 1. Это составной параметр качества электроэнергии, поскольку для характеристики колебаний напряжения необходимо учитывать:

  • размах изменений;
  • дозу колебаний (частоту повторений) ;
  • длительность отклонений.

Для первых двух пунктов необходимо дать небольшие пояснения.

Размах изменения напряжения.

Данный параметр качества электроэнергии описывается разностью между максимальными и минимальными отклонениями. Коэффициент размаха определяется следующей формулой: (UPmax — UPmin)/Uном , где  UPmax – максимальная величина размаха,  UPmin – минимальная, U

ном – номинальное значение. Допустимое значение для коэффициента размаха – не более 10%.

Доза колебаний напряжения.

Данный критерий служит для описания частоты, с которой происходят отклонения. Следует учитывать, что если временной период между колебаниями меньше 30,0 миллисекунд, то их необходимо рассматривать как одно отклонение.

Для расчета используется следующее выражение: Fповт = m/T , при этом m определяет количество изменений за определенный временной период измерений – Т, равный 10-ти минутам. Нормы этого показателя напрямую связаны с дозой фликера, она будет описана ниже.

Отклонение частоты

В системах общего назначения для этого параметра установлено значение 50,0 Гц. Нормы стандарта допускают увеличение или уменьшение частоты на 2,0% или 4,0% (допустимые и предельные показатели, соответственно). Превышение допустимых отклонений частоты приводит выходу из строя импульсных БП, сбоям в работе электрогенераторов.

Доза фликера

Данный параметр описывает влияние на человека, производимое мерцанием источников света по причине изменения амплитуды электротока. Измерения производятся при помощи специальных приборов, определяющих допустимое мерцание.

Коэффициент временного перенапряжения

Эта характеристика определяет насколько текущая амплитуда выше предельно допустимого порога. Такие отклонения характерны при КЗ или коммутационных процессах. Случайный характер отклонений не позволяет нормировать показатель, но собранная статистика используется при определении качества электроэнергии однофазной или трехфазной сети.

Осцилограмма перенапряжения и провала напряженияОсцилограмма перенапряжения и провала напряжения

Провал напряжения

Под этим параметром подразумевается значительное снижение амплитуды (более 10,0% от номинального), с последующим восстановлением. Причиной провалов напряжения может быть КЗ, резкое увеличение нагрузки.

Характеристики для данного показателя качества электроэнергии описываются следующими составляющими:

  • Глубина «проседания» напряжения, в некоторых случаях она может стремиться к нулю.
  • Количеством отклонений за определенный промежуток времени.
  • Продолжительностью.

Последнее требует пояснения.

Длительность провала напряжения.

По этому критерию можно судить как о качестве, так и надежности электроснабжения. «Проседание» с минимальной продолжительностью может не вызвать сбоев в работе электрических и электронных устройств. При длительности в несколько секунд, велика вероятность отключения оборудования с электрическими или электронными схемами управления. Помимо этого возрастает реактивная составляющая электродвигателей, что приводит к снижению коэффициента мощности.

В связи со случайной природой явления, его нормирование не предусмотрено.

Импульсное напряжение

Проявляется в виде краткосрочного (до 10-ти миллисекунд) увеличения амплитуды электроэнергии. Вызвать такой резкий скачок могут коммутационные процессы или грозовые разряды. Поскольку такие состояния сети носят случайный характер, нормирование импульсов не предусмотрено.

Импульс высокого напряженияИмпульс высокого напряжения

Для описания высокочастотных импульсов используются следующие характеристики:

  • Параметр максимальной амплитуды. В сетях до 1-го кВ, при прямом попадании разряда молнии, амплитуда выброса может достигать 6-ти кВ.
  • Длительность. Продолжительность высокоамплитудного (грозового) импульса, как правило, не превышает нескольких миллисекунд.

Несимметрия напряжений в трехфазной системе

К такому явному ухудшению качества электроэнергии может привести неправильно распределенная нагрузка между фазами одной цепи, КЗ на землю, обрыв нейтрали, подсоединение потребителя с несимметричной нагрузкой.

Характерный перекос фазХарактерный перекос фаз

В связи с этим установлено требование, согласно которому разница нагрузки между фазами одной цепи не должна быть более 30,0% в пределах одного электрощита и 15,0% в начальной точке питающей линии.

Для определения показателей несимметрии используются коэффициенты нулевой и обратной последовательностей. Первый рассчитывается по формуле: Кнп =  100% * Uнп / Uном, второй: Коп = 100% * Uоп / Uном, где Uнп – амплитуда нулевой последовательности, Uоп — обратной.

Согласно установленным нормам регулирования напряжения в сетях до 1-го кВ значение Uнп и Uоп должны быть не более 2% и 4% (допустимое и предельное значения).

Несинусоидальность формы кривой напряжения

Данный вид некачественной электроэнергии связан с наличием сторонних гармоник. Чем выше частотность паразитной составляющей, тем больше величина искажения. Это видно если сравнить гармонику тока высокого (см. рис. 5) и третьего порядка (рис. 6).

Гармоника высокого порядкаРис 5. Гармоника высокого порядка

Причина такого отклонения – подключение к сети потребителя с нелинейной ВАХ. Характерный пример – преобразователь на тиристорах.

Гармоника третьего порядкаРис. 6. Гармоника третьего порядка

Для описания данного отклонения от качественных показателей используется коэффициент синусоидальных искажений, который определяется формулой Kи = 

⎷∑UN2 / Uном * 100%, где U – амплитуда гармоник.

Допустимые и предельно допустимые нормы, характеризующие качественную или некачественную электроэнергию для различных сетей, приведены в таблице ниже.

Допустимые коэффициент искажения синусоидальности для различных электросетейДопустимые коэффициент искажения синусоидальности для различных электросетей

Как проверить и измерить качество электрической энергии?

Прежде, чем приступать к измерениям, определяющим качество электрсети, следует принять во внимание, что ПКЭ должны быть зафиксированы представителями поставщика электроэнергии. По результатам проверки составляется акт, на основании которого можно предъявлять претензию.

Для проверки всех характеристик электроэнергии на соответствие требованиям ГОСТ 53144-2013, ГОСТ Р 54149-2010 и другим нормативным документам, потребуется специальная измерительная техника. Но часть основных показателей можно измерить, используя обычный мультиметр или определить несоответствие по косвенным признакам.

Как самостоятельно выявить снижение качества электроэнергии?

Перечислим показатели, которые можно проверить, используя мультиметр в режиме измерения переменного напряжения:

  1. Устоявшееся отклонение.
  2. Перенапряжение (включая перекос фаз).
  3. Провалы.

Второй и третий пункт довольно условны, длительность искажения может быть недостаточной для реакции прибора, а перепады напряжения будет сложно отличить от перенапряжений и провалов.

К косвенным методам определения качества электроэнергии относится анализ состояния сети по работе лампы с нитью накала. Слишком яркое свечение укажет на повышенное напряжение, тусклое – будет свидетельствовать о «проседании», мигание засвидетельствует перепады.

Нехарактерная работа электрооборудования также свидетельствует о недостаточном качестве электроэнергии. Например, компрессор холодильника постоянно функционирует, нестабильная работа электроники, самопроизвольное отключение бытовой техники, все это указывает на недостаточное напряжение в бытовой сети. Превышение напряжения вызовет срабатывание реле защиты, если оно было установлено.

Качество электрической энергии — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Качество электрической энергии — степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям[1]. В свою очередь, параметр электрической энергии — величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой электрического тока. Качество электрической энергии является составляющей электромагнитной совместимости, характеризующей электромагнитную среду[2][3].

Качество электрической энергии может меняться в зависимости от времени суток, погодных и климатических условий, изменения нагрузки энергосистемы, возникновение аварийных режимов в сети и т.д.

Снижение качества электрической энергии может привести к заметным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий.

В России показатели и нормы качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трёхфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети или электроустановки потребителей устанавливаются Межгосударственным стандартом ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» (от 22 июля 2013 г. N 400-ст).

В связи с развитием рыночных отношений в электроэнергетике электроэнергию следует рассматривать не только как физическое явление, но и как товар, который должен соответствовать определённому качеству и требованиям рынка. Федеральный закон «Об электроэнергетике» определяет ответственность энергосбытовых организаций и поставщиков электроэнергии перед потребителями за надёжность обеспечения их электрической энергией и её качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями.

  1. ↑ ГОСТ Р 54130-2010. Национальный стандарт Российской Федерации. Качество электрической энергии. Термины и определения.
  2. ↑ Управление качеством электроэнергии / И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов и др.; под ред. Ю. В. Шарова. — М. : Издательский дом МЭИ, 2006. — 320 с.: ил.
  3. ↑ Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах / А. В. Агунов. — СПб., СПбГМТУ, 2009. — 134 с.

Основные показатели качества электрической энергии

Качество электроэнергии, поставляемое электроснабжающими компаниями на объекты инфраструктуры города, не всегда является удовлетворительным. В повседневной жизни мы часто используем терминологию: «Напряжение просело», «Напряжение прыгает», «Скачки напряжения», «Перенапряжение», «Нестабильное напряжение», «Плохое напряжение» и т. д.

Основные проблемы нестабильного электроснабжения в России- это изношенность электрических сетей и природная стихия, которые приводят к аварийным ситуациям при эксплуатации электроустановок, а вследствие этого и к поломке дорогостоящего электротехнического оборудования. Известно, что пониженное и повышенное напряжение в электрической сети приводят к сокращению срока службы электроприемников и преждевременному выходу их из строя.

Данная информация даст лишь общее понимание основных требований к качеству электроэнергии и простые описания часто встречающихся отклонений.

Основные показатели качества электроэнергии

Список основных показателей качества электрической энергии
  • установившееся отклонение напряжения
  • размах изменения напряжения
  • доза фликера
  • коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения
  • коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения
  • коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности
  • коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности
  • отклонение частоты
  • длительность провала напряжения
  • импульсное напряжение
  • коэффициент временного перенапряжения

Отклонение напряжения

Одним из параметров качества электроэнергии является отклонение напряжения.

Отклонение напряжения определяется значением установившегося отклонения напряжения. Для значения отклонения напряжения установлены следующие нормы: нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электроэнергии равны соответственно +5 и +10 % от номинального напряжения электрической сети.

Значение отклонения напряжения определяется при длительности процесса более одной минуты.

Нормально допустимые отклонения напряжения. Нормально допустимым отклонением напряжения считается диапазон в 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В).

Предельно допустимые отклонения напряжения. Предельно допустимым отклонением напряжения считается диапазон в 10 %, то есть: +/-10 % (от 198 В до 242 В).

Для определенных вышеперечисленных показателей качества электроэнергии действуют следующие нормативы: положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10 % номинального или согласованного значения напряжения в течение 100 % времени интервала в одну неделю.

Колебание напряжения

Одним из параметров качества электроэнергии является колебание напряжения.

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:
— размахом изменения напряжения;
— дозой фликера.

Значения колебания напряжения имеют те же самые нормы, что и отклонение напряжения с единственным отличием: длительность процесса менее одной минуты.

Нормально допустимые колебания напряжения. Нормально допустимым колебанием напряжения считается диапазон в 5 %, то есть: +/-5 % (от 209 В до 231 В).

Предельно допустимые колебания напряжения. Предельно допустимым колебанием напряжения считается диапазон в 10 %, то есть: +/-10 % (от 198 В до 242 В).

Замечание: не следует путать требования ГОСТа к качеству электрической энергии (ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная») и ГОСТов, описывающих качество электропитания для электрических приборов (напр. ГОСТ Р 52161.2.17-2009 «Безопасность бытовых и аналогичных электрических приборов»). ГОСТ качества электроэнергии предъявляет требования по сути к поставщику электрической энергии, и именно на этот ГОСТ можно опереться, если нужно предъявить требования к поставщику при плохом электроснабжении. А требования к качеству электропитания в паспортах приборов определяют требование к приборам работать нормально в более широком диапазоне значений параметров тока. Для приборов, как правило, закладывается диапазон по напряжению от -15 % до +10 % от номинального.

Провал напряжения

Одним из параметров качества электроэнергии является провал напряжения.

Провал напряжения определяется показателем времени провала напряжения.

Предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электро сетях напряжением до 20 000 В включительно равно 30 секунд. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электрическим сетям определяется выдержками времени релейной защиты и временем срабатывания автоматики.

Провал напряжения определяется, когда напряжение падает до значения 0,9U и характеризуется длительностью процесса. Предельно допустимая длительность — 30 секунд. Глубина провала иногда может доходить и до 100 %.

Перенапряжение

Временное перенапряжение определяется показателем коэффициента временного перенапряжения.

Перенапряжение характеризуется амплитудным значением напряжения больше 342 В. Верхний предел значения напряжения ГОСТом не определяется. Длительность временного перенапряжения — менее 1 секунды.

Качество электроэнергии. Виды отклонений параметров электрической энергии.

Для определения качества электрической энергии можно использовать следующие графические изображения. На приведенных ниже рисунках отображены следующие отклонения параметров качества электроэнергии: отклонение напряжения, колебание напряжения, перенапряжение, провал напряжения, нарушение синусоидальности напряжения, импульсы напряжения.


Показатели качества электроэнергии

1.1 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 δUу;

3) размах изменения напряжения δU1

4) дозу фликера (мерцания или колебания) Рt;

5) коэффициент искажения синусоидальности кривой напряже­ния КU

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

7) коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U,

8) коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последо­вательности К0U;

9) глубину и длительность провала напряжения δUn, ∆tn;

10) импульсное напряжение Uимп;

11) коэффициент временного перенапряжения КлерU.

При определении значений некоторых показателей КЭ исполь­зуют следующие вспомогательные параметры электрической энер­гии:

1) частоту повторения изменений напряжения FδUt

2) интервал между изменениями напряжения ∆ti, ti + 1

3) глубину провала напряжения δUn;

4) частота появления провалов напряжения Fn.

5) длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды tимп0,5;

6) длительность временного перенапряжения tпер U

Установлены два вида норм ПКЭ: нормально допустимые (норм.) и предельно допустимые (пред.)

1.2. 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 = ffном (1)

Допустимые нормы по отклонению частоты составляют

δfнорм= ± 0,2 Гц,        δfпред 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.

1.3. 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)

1.4. Колебания напряжения

Колебания напряжения характеризуются размахом изменения напряжения δU1, , частотой повторения изменений напряжения FδUt, ин­тервалом между изменениями напряжения ∆ti, ti + 1 , дозой фликера Рt.

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 SКЗ.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 FδUt, 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 δUy и размаха изменений напряжения δUt, в точ­ках присоединения к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ рав­но ±10% от номинального напряжения.

Предельно допустимое значение для кратковременной дозы фли­кера Р5t при колебаниях напряжения равно 1.38, а для длительной дозы фликера РLt 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 РSt 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 РLt в этих же точках равно 0,74.

1.5. 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 Кu, %, 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 KU(n)норм — нормально допустимое значение коэффициента п-й гармонической составляющей напряжения.

1.6. 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.

1.7. Провал напряжения

Провал напряжения — внезапное значительное снижение напря­жения в точке электрической сети ниже 0,9Uном, 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 Рпчисло 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.

1.8. 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 Uимпмаксимальное 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 ∆tимп 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.

1.9. Временное перенапряжение

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

Коэффициент временного перенапряжения КперU — величина, равная отношению максимального значения огибающей ампли­тудных значений напряжения за время существования временно­го перенапряжения к амплитуде номинального напряжения сети. Длительность временного перенапряжения tперUинтервал времени между начальным моментом возникновения временного перенапряжения и моментом его исчезновения.

 

Введение< Предыдущая   Следующая >Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников

Качество электрической энергии: требования, проблемы контроля и обеспечения

Рис. 2. Современное нормативно-техническое и метрологическое обеспечение в области измерений и контроля качество электрической энергии

Автор: В.В. Никифоров (ООО «ЛИНВИТ»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №12/2016

Качество электрической энергии в электрических сетях связано, с одной стороны, с деятельностью сетевых организаций и других субъектов электроэнергетики, а с другой – с функционированием технических средств, подключаемых к сетям, являющихся источниками кондуктивных помех, а также чувствительными к воздействию подобных помех. По мере все увеличивающегося объема нагрузок таких технических средств и старения объектов электросетевого хозяйства возрастает и актуальность решения рассматриваемой задачи.

Реформирование электроэнергетики, переход к рыночным отношениям в рамках оптового и розничного рынков электроэнергии (мощности) с реструктуризацией РАО ЕЭС» с разделением энергоснабжающих организаций на отдельные субъекты электроэнергетики с функциями производства, передачи, распределения и продажи/сбыта электрической энергии привело к противоречиям положений действовавшего стандарта по нормам качества электрической энергии ГОСТ 13109–97 сложившимся реалиям.

С учетом этих условий был разработан новый национальный стандарт ГОСТ Р 54149–2010, преобразованный затем в межгосударственный стандарт ГОСТ 32144–2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

Введение ГОСТ 32144–2013 позволило устранить неоднозначность в определении точки измерения показателей качества электрической энергии (ПКЭ), имевшуюся в ГОСТ 13109–97. Он устанавливал ПКЭ и нормы в точках общего присоединения (ТОП), к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии. Согласно этому, потребитель мог получать электрическую энергию в одной точке присоединения к электрической сети (точке поставки согласно договору, находящейся на границе балансовой принадлежности поставщика и данного потребителя), а ее качество допускается контролировать в другой точке этой сети: на границе балансовой принадлежности поставщика и другого потребителя.

Кроме того, сетевая организация не может отвечать за качество электрической энергии на вводах электроприемников в сети потребителей (по установившемуся отклонению напряжения, как это установлено в ГОСТ 13109–97), поскольку эти точки находятся вне балансовой принадлежности сети электроснабжения сетевой организации и соответственно вне сферы ее ответственности. ГОСТ 32144–2013 устанавливает ПКЭ и нормы качество электрической энергии в точках передачи/поставки электрической энергии пользователям электрических сетей, что и устраняет неоднозначность в определении точки измерения ПКЭ и необходимость пересчета норм, установленных в ТОП, к точке передачи.

В ГОСТ 32144–2013 установлены показатели и нормы качества электрической энергии, относящиеся к продолжительным изменениям характеристик напряжения – отклонениям частоты, медленным изменениям напряжения, колебаниям напряжения, несинусоидальности напряжений и несимметрии напряжений в трехфазных системах.

В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 1 декабря 2009 г. №982 «Об утверждении единого перечня продукции, подлежащей обязательной сертификации, и единого перечня продукции, подтверждение соответствия которой осуществляется в форме принятия декларации о соответствии» и Информацией о продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия (в форме обязательной сертификации) требования ГОСТ 32144–2013 по двум показателям качества (п. 4.2.1 и п. 4.2.2) установлены с 01.07.2014 г. в качестве обязательных с подтверждением допустимых отклонений частоты и отклонений напряжения в точках поставки электрической энергии путем обязательной сертификации.

Другие законодательно установленные требования к качеству электрической энергии в точках поставки в настоящее время в Российской Федерации отсутствуют.

Нормы качества электрической энергии, относящиеся к другим нормированным показателям, установленные в ГОСТ 32144–2013, могут быть использованы для оценки качества электрической энергии, поставляемой потребителям, только в том случае, если они по согласованию между поставщиком и потребителем электроэнергии включены в договор поставки/передачи электрической энергии.

Для случайных событий – провалов, прерываний напряжения, перенапряжений и импульсных напряжений показатели и нормы качества электрической энергии в ГОСТ 32144–2013 не установлены.

Такое же положение имеет место в зарубежных стандартах по качеству электрической энергии, в том числе в европейском стандарте EN 50160–2010. Невозможно установить представительные статистические оценки вероятности появления и параметров провалов, прерываний и перенапряжений, на основе которых возможно установление предельных значений (норм) качества электрической энергии, охватывающих различные регионы, различные сети и различные точки поставки.

Указанные события, безусловно, относятся к важным характеристикам качества электрической энергии, так как их возникновение может приводить к ущербу для энергопринимающих устройств потребителя и/или нарушению технологических процессов производства.

При этом возникновение их непредсказуемо и неопределенно по месту и времени, а ежегодная частота появлений различна и зависит от типа системы электроснабжения и точки наблюдения. Кроме того, распределение их во времени года может быть крайне нерегулярным.

Вероятность этих событий может рассматриваться как прогноз по результатам длительных наблюдений и измерений.

В настоящее время учет влияния случайных событий на качество электрической энергии является предметом заключения договоров на поставку или оказание услуг по передаче электрической энергии, что принято в зарубежной практике. Если электрооборудование потребителя восприимчиво к возникновению провалов напряжения и/или временных перенапряжений определенных уровней и длительности в сети питания, то для предупреждения возможных негативных последствий их предельные допустимые значения должны быть согласованы сторонами с учетом технических возможностей сетевой организации. Одновременно по согласованию сторон могут быть предусмотрены дополнительные технические меры по обеспечению требуемого качества электрической энергии.

Для того чтобы принимать обоснованные решения по учету и ограничению влияния случайных событий на качество электрической энергии необходимо располагать статистической информацией по их количественным характеристикам, полученным за длительный период наблюдений в сетях данного региона. ГОСТ 32144–2013 поддержан странами ЕвроАзЭС, применяется в практике заключения договоров на поставку и/или оказание услуг на передачу электрической энергии, органами государственного контроля качества электрической энергии, органами по сертификации электрической энергии и испытательными лабораториями.

При общей в целом положительной оценке применения ГОСТ 32144–2013 выявилась необходимость внесения некоторых поправок и изменений в стандарт, учитывая, что со времени разработки ГОСТ Р 54149–2010, на основе которого подготовлен межгосударственный стандарт ГОСТ 32144–2013, прошло значительное время, в действие введен ряд новых нормативных правовых актов в области электроэнергетики, обновленных стандартов, появились некоторые замечания и предложения из опыта применения стандарта. Они касаются уточнения области применения ГОСТ, корректировки некоторых терминов и определений, а также требований к нормированию некоторых ПКЭ (отклонений частоты и отклонений напряжения) и актуализации перечня нормативных документов.

Рис. 1. К нормированию отклонений напряженияРис. 1. К нормированию отклонений напряжения

Существенным при этом является предложение об отказе установления норм отклонений напряжения в точках поставки электрической энергии потребителям услуг по передаче электрической энергии, не являющимся потребителями электрической энергии (рис. 1, точки 1, 2 «сеть–сеть»). Значения показателя «положительные и отрицательные отклонения» напряжения от номинального значения применительно к указанным точкам могут сильно зависеть от условий нагрузки, что не позволяет установить единые рекомендуемые нормы. Допускаемые отклонения напряжений в этих точках могут устанавливаться сетевыми организациями с учетом обеспечения норм, установленных стандартом в точке поставки электрической энергии потребителю (см. рис. 1, точка 3).

Оценивая существующий нормативно-технический статус проблемы обеспечения качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения, можно отметить существенное развитие в последнее десятилетие нормативного, методического и метрологического обеспечения для решения задач контроля и управления качеством электрической энергии.

Кроме ГОСТ 32144–2013 были разработаны и введены в действие межгосударственные стандарты ГОСТ 30804.4.30–2008(МЭК 61000-4-30: 2008) «Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии» и ГОСТ 30804.4.7–2008 (МЭК 61000-4-7:2002) «Совместимость технических средств электромагнитная.

Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств», а также новый ГОСТ 33073�2014 «Электрическая энергия.

Совместимость технических средств электромагнитная контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», введенный в действие на территории Российской Федерации в качестве национального стандарта с 01.01.2015 г.

С вводом в действие ГОСТ 33073�2014 завершен переход к новому этапу оценки и контроля качества электрической энергии, основанном на внутренне непротиворечивой системе нормирования качества электрической энергии и требований к методическому и техническому обеспечению измерений его показателей (рис. 2).

Рис. 2. Современное нормативно-техническое и метрологическое обеспечение в области измерений и контроля качество электрической энергииРис. 2. Современное нормативно-техническое
и метрологическое обеспечение в области измерений и контроля качество электрической энергии

Главной проблемой в области качества электрической энергии остается несовершенстве правового регулирования в Российской Федерации в этой сфере.

Прежде всего, на законодательном уровне не установлены требования к качеству электрической энергии.

Стандарты же – это документы добровольного применения. При этом три Федеральных закона содержат положения о необходимости обеспечения требуемого качества электрической энергии и ответственности за него:

Гражданский Кодекс, Закон «О защите прав потребителей» и Закон «Об электроэнергетике».

В каждом из приведенных законодательных актов, как и в других нормативных правовых актах, содержатся положения об обязанности субъектов электроэнергетики обеспечивать выполнение обязательных требований к качеству электрической энергии в сферах своей ответственности. Однако сами обязательные требования к качеству электрической энергии на правовом уровне не установлены, и потому остается неопределенным то, что надо обеспечивать.

Отношения, возникающие при разработке, принятии, применении и исполнении обязательных требований к электрической энергии как продукции, и оценке соответствия регулируются Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании».

При этом обязательные для применения и исполнения требования к электрической энергии как объекту технического регулирования устанавливаются техническим регламентом о качестве электрической энергии. Однако ответственные министерства в настоящее время разработку такого технического регламента не проводят.

Единственный правовой документ в области качества электрической энергии, относящийся к обязательной сертификации электрической энергии, �постановление

Правительства РФ от 1.12.2009 г. №982 «Об утверждении единого перечня продукции, подлежащей обязательной сертификации, и единого перечня продукции, подтверждение соответствия которой осуществляется в форме принятия декларации о соответствии», в который (в части обязательной сертификации) включена электрическая энергия в системах электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц. В целях его реализации Росстандарт опубликовал «Информацию о продукции, подлежащей обязательному подтверждению соответствия, с указанием нормативных документов, устанавливающих обязательные требования». В ней указаны обязательные требования только к двум ПКЭ: по отклонениям частоты переменного тока и отклонениям напряжения согласно ГОСТ 32144–2013, пункты 4.2.1 и 4.2.2 (из 8 нормированных ПКЭ).

Обеспечение требуемого качества электрической энергии – часть общей задачи обеспечения электромагнитной совместимости в электроэнергетике. Она может быть решена путем регулирования качества электрической энергии и ЭМС технических средств. Правовые документы должны регулировать деятельность изготовителей технических средств и потребителей, приобретающих и использующих их и электрическую энергию, а также поставщиков электрической энергии по обеспечению нормального или оптимального функционирования в условиях электромагнитных помех технических средств (энергопринимающих устройств), подключенных к электрическим сетям поставщиков электрической энергии (рис. 3).

Рис. 3. Стороны, участвующие в процессе регулирования КЭ и ЭМС технических средствРис. 3. Стороны, участвующие в процессе регулирования КЭ и ЭМС технических средств

При этом поставщик электрической энергии несет ответственность за напряжение питания и его характеристики, а потребитель – за ток, который принадлежащие ему энергопринимающие устройства потребляют из сети или передают в сеть, имея в виду ограничение до допустимого уровня гармоник тока, приводящих к искажению формы напряжения в сети.

Правовые нормы, относящиеся к изготовителям технических средств, способных ухудшить качество электрической энергии, введены Техническим регламентом

Таможенного союза ТР ТС 020/2011 «Электромагнитная совместимость технических средств», который вступил в силу с 15.02.2013 г.

Указанный Технический регламент Таможенного союза распространяется на выпускаемые в обращение на единой таможенной территории Таможенного союза технические средства, способные создавать электромагнитные помехи и (или) качество функционирования которых зависит от воздействия внешних электромагнитных помех.

Он устанавливает требования по электромагнитной совместимости технических средств в целях обеспечения на единой таможенной территории Таможенного союза защиты жизни и здоровья человека, имущества, а также предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей (пользователей) технических средств.

В нем установлены требования к техническим средствам по уровню устойчивости к электромагнитным помехам (помехоустойчивости), обеспечивающему его функционирование в электромагнитной обстановке, для применения в которой оно предназначено, а также по ограничению помехоэмиссии по условиям обеспечения ЭМС, виды электромагнитных помех, в том числе кондуктивных, типы технических средств, на которые распространяются требования по ЭМС, а также правила обращения на рынке, включающие обязательное подтверждение соответствия технических средств установленным требованиям по ЭМС.

Таким образом, в Российской Федерации приняты меры технического регулирования в отношении изготовителей технических средств, способных ухудшить качест-во электрической энергии. Они аналогичны мерам, введенным европейской Директивой 2004/108/EC от 16 декабря 2004 г., декларирующей, что электрические распределительные сети должны быть защищены от электромагнитных помех, которые могут также воздействовать на подключаемое оборудование.

В соответствии с положениями Федерального закона «О техническом регулировании» электрическая энергия, поставляемая потребителям всех категорий (физическим и юридическим лицам), является объектом установления, применения и исполнения обязательных требований и объектом обязательного подтверждения соответствия. Это связано с опасностью данного вида продукции для жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, муниципального и государственного имущества и окружающей среды. Качество электрической энергии определяет меру опасности этой продукции для жизни и здоровья граждан, имущества и природной среды. Соответственно необходимы разработка и принятие правовым актом технического регламента о качестве электрической энергии.

Положения о качестве электрической энергии, установленные в Федеральном законе «Об электроэнергетике» и в связанных с ним постановлениях Правительства Российской Федерации, могут практически применяться только после разработки технического регламента о КЭ, предусмотренного указанным законом (статья 28 «Государственное регулирование безопасности в сфере электроэнергетики», п.2). В техническом регламенте о КЭ должны быть установлены обязательные для исполнения требования в отношении:

  • показателей и обязательных норм качества;
  • субъектов электроэнергетики и потребителей по обеспечению выполнения требований регламента на стадиях проектирования электрических систем, технологического присоединения потребителей электрической энергии и эксплуатации систем передачи электрической энергии;
  • определения форм и схем оценки соответствия электрической энергии установленным требованиям.

В настоящее время в связи с формированием Единого экономического пространства (ЕЭП) и предусмотренном обеспечении в нем общего доступа в сфере электроэнергетики разработка единого технического регламента о качестве электрической энергии – давно назревшая задача.

Однако положение с разработкой технического регламента о КЭ находится в противоречии с достигнутыми результатами в отношении введения в Российской

Федерации правовых норм, относящихся к изготовителям технических средств, способных ухудшить качество электрической энергии. До сих пор электрическая энергия даже не включена евразийской комиссией в единый перечень продукции, подлежащей обязательной регламентации.

В части правового регулирования в области качества электрической энергии Россия сильно отстает от окружающих ее стран.

Так, в странах Евросоюза правовое регулирование качества электрической энергии с применением нормативных правовых документов различного уровня (законы, директивы, сетевые кодексы, регламенты, постановления контролирующих органов в области электроэнергетики) включает такие важные положения, как установление обязательных требований к качеству напряжения (качеству электрической энергии) при передаче электрической энергии потребителям; установление ответственности сбытовых и сетевых организаций и потребителей электрической энергии за выполнение указанных требований; организацию и проведение мониторинга качества электрической энергии, в том числе непрерывного и информации потребителей о качестве электрической энергии; установление требований к потребителям по ограничению эмиссии искажающих токов в электрические сети и др.

Помимо проблемы правового регулирования в части установления обязательных требований к КЭ в России не решены задачи, относящиеся к обеспечению КЭ при технологическом присоединению энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии к электрической сети.

Режимы работы электроустановок с нелинейными характеристиками могут существенно влиять на КЭ, передаваемой по сетям. В настоящее время существенно выросли объемы техники, в том числе бытовой, с нелинейными характеристиками, являющейся источниками гармоник токов. Распространяясь по внутренним сетям питания и приводя при этом ко многим вредным последствиям, а также проникая во внешние распределительные сети, они ухудшают показатели КЭ в точках поставки/передачи.

В России действуют «Правила технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии к электрической сети, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям», утвержденные постановлением Правительства РФ от 27.12.2004 г. №861 с учетом приводимого выше постановления Правительства РФ №442 от 04.05. 2012 г., в которых установлены требования к содержанию и оформлению договоров и технических условий на технологическое присоединение энергопринимающих устройств к электрической сети.

Из них следует, что для технологического присоединения энергопринимающих устройствами максимальной мощностью до 100 кВт, а также свыше 100 кВт, но менее 670 кВт в заявке потребителя, как и в технических условиях, не предусмотрено предоставление информации по нелинейным характеристикам оборудования и эмиссии гармоник тока. Получается, что все потребители, имеющие энергопринимающие устройства с указанными мощностями, освобождены от каких-либо обязательств в части ограничения общего уровня эмиссии помех в сеть.

В требования заявки на технологическое присоединение энергопринимающих устройств максимальной мощностью от 670 кВт и выше включен п. 9 з): «заявляемый характер нагрузки (для генераторов – возможная скорость набора или снижения нагрузки) и наличие нагрузок, искажающих форму кривой электрического тока и вызывающих несимметрию напряжения в точках присоединения». Однако указание на наличие искажающих нагрузок еще не есть сведения о характеристиках эмиссии помех, без чего невозможно судить о последующем влиянии их на КЭ.

При этом согласно п. 11 Правил «сетевая организация не вправе требовать представления сведений и документов, не предусмотренных настоящими Правилами, а заявитель не обязан представлять сведения и документы, не предусмотренные настоящими Правилами».

Следует принимать во внимание также, что значения показателей, характеризующих несинусоидальность, несимметрию и колебания напряжения, зависят не только от уровней соответствующих искажений, создаваемых электроустановками потребителя, но и от импеданса электрической сети, к которой присоединена электроустановка.

Таким образом, в России на текущий момент отсутствует нормативно-правовая база для установления требований к потребителям, влияющим на КЭ, и позволяющая сетевым организациям корректно определять условия подключения их к электрической сети и соответственно решать проблемы КЭ.

В рамках государственного регулирования в электроэнергетике необходимо разграничение прав, обязанностей и ответственности субъектов электроэнергетики и потребителей за поддержание необходимого качества электрической энергии в системе: сетевые организации различного уровня – потребители.

Показатели качества электроэнергии и их нормирование

Электроэнергия характеризуется тремя главными параметрами, среди которых частота, напряжение, а также форма его кривой. Частота относится к характеристике баланса активной мощности. Напряжение в энергосистемах является характеристикой баланса реактивной мощности. При этом, каждый отдельный элемент энергетической системы оказывает влияние на общее создаваемое электромагнитное поле, что, безусловно, отражается на качестве энергии, поставляемой потребителям. В этой статье мы рассмотрим, какие бывают показатели качества электроэнергии, их нормирование и методы контроля, а также измерения.

Рассмотрение основных показателей

Качество электроэнергии определяют соответствием параметров электрической сети, установленным значениям определенных показателей. Все параметры электрической энергии большую часть времени в сутках (95%) должны соответствовать нормальным установленным значениям и не превышать данный предел.

ГОСТ 32144-2013 разделяет показатели и нормы качества на два категории: основные и дополнительные. Основные определяют свойства электроэнергии. В данную подгруппу входит 9 характеристик напряжения и 1 характеристика частоты. Рассмотрим ряд основных показателей более подробно.

Отклонение напряжения. Оказывает наибольшее влияние на работу потребителей. Нагрузки, уровни напряжения и другие параметры способны изменяться во времени. Исходя из этого, значение падения напряжения также является переменным. При этом, значительное снижение напряжения на промышленных предприятиях оказывает негативное воздействие на общую производительность труда, отрицательно сказывается на зрении рабочего персонала. Также, снижение напряжения оказывает влияние на продолжительность большинства технологических процессов в электротермической и электролизной установках. Помимо этого, несоответствие уровня напряжения необходимым значениям приводит к потере напряжения и мощности.

Отклонение параметров электросети

В сетях до 1 кВ допустимое отклонение напряжения ±5 %, максимальное ±10 %. В сетях 6-20 кВ принята величина максимального отклонения ±10 %.

Размах изменения напряжения. Этот параметр качества электроэнергии представляет собой разницу между амплитудным или действующим значением перед и после его изменения. Частота повторения данных изменений может быть от 2 раз/мин. до 1 раза/ч. Столь резкие изменения в трехфазной сети могут быть вызваны, к примеру, работой дуговой сталеплавильной печи либо сварочного аппарата. Нормирование колебаний напряжения основывается на необходимости защиты зрения людей. Для каждого вида ламп устанавливается свое отдельное значение размаха. Чтобы обеспечить соблюдение данного показателя качества рекомендуется применять отдельное питание для электроприемников сети освещения и силовых нагрузок.

Доза колебаний напряжения, которая является аналогом предыдущего показателя качества электрической энергии, они взаимозаменяемы. Нормирование дозы колебаний в электросетях проводится только при наличии в них определенных приборов.

Длительность провала напряжения. Провалом является резкое уменьшение напряжения, после чего оно обратно восстанавливается до своей изначальной, либо приближенной величины спустя определенный временной промежуток. Длительность провала отражает время от начального момента провала до момента его восстановления. Продолжительность провала может быть как в один период, так и в десятки секунд. Согласно ГОСТ этот параметр может достигать 30 секунд в сетях до 20 000 Вольт.

Отклонение параметров электросети

Импульсное напряжение схоже по описанию провалу, однако его продолжительность иная, и составляет от нескольких микросекунд до десяти миллисекунд. Допустимые значения данного показателя качества электроэнергии стандартом не нормируется.

Отклонение параметров электросети

Характеристиками напряжения также являются четыре коэффициента: гармонической составляющей, несинусоидальности кривой, нулевой и обратной последовательности.

Характеристикой частоты выступает отклонение. Наибольшее отклонение частоты возникает, если нагрузки изменяются медленным темпом, а резерв мощности невелик. Нормальная допустимая величина отклонения ± 0,2 Герц, максимальная ± 0,4 Герц. В послеаварийных режимах допустим интервал отклонения от + 0,5 до — 1 Герц (не более девяноста часов в году).

Дополнительные показатели качества электроэнергии являются формой записи основных. Сюда входят 3 следующих коэффициента, характеризующих напряжение: амплитудной модуляции, а также небаланса фазных и междуфазных напряжений.

Методы измерения

Существует три основных вида приборов, с помощью которых можно осуществить замеры показателей:

  • измеряющие — представляют собой токоизмерительные клещи, имеющие блок индикации; определяют только номинальные значения параметров, применяются для ежедневного контроля;
  • анализирующие — помимо определения номинальных параметров способны проводить анализ фазного дисбаланса, потерь, способны оценивать энергетические потери; применяют для осуществления разовых замеров;
  • регистрирующие — являются стационарными приборами, выполняют те же функции, что и анализирующие приборы, но за продолжительное время; они позволяют строить любые необходимые графики.

Для обеспечения надежности функционирования энергосистем необходимо соответствие показателей качества электроэнергии определенным требованиям. Для этого производится их нормирование. Чтобы своевременно отслеживать соответствие параметров нормативным значениям необходимо осуществление контроля. Контроль качества проводит рабочий персонал энергетических предприятий.

Отклонение параметров электросети

Продолжительность замера каждого показателя составляет не менее двадцати четырех часов, при этом, периодичность контроля установлена международным государственным стандартом и составляет 1 раз в два года, кроме отклонения напряжения (2 раза в год).

Более подробно данный вопрос рассмотрен на видео:

Вот мы и рассмотрели основные показатели качества электроэнергии, их нормирование и методы измерения. Надеемся, предоставленная информация была для вас интересной и познавательной!

Будет полезно прочитать:

гост, параметры, факторы, сравнение гостов

Нормы качества электрической энергии: параметры, факторы повышения и снижения качества

Качество электроэнергии в электрической сети характеризуется показателями качества электроэнергии (ПКЭ). Перечень и нормативные (допустимые) значения ПКЭ установлены ГОСТ 13109—97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения», введенным с 01.01.99 взамен существовавшего ГОСТ 13109—87. Качество является составной частью электромагнитной совместимости.

Электромагнитной совместимостью электрооборудования

Под электромагнитной совместимостью электрооборудования и электрических сетей понимается способность потребителей электрической энергии нормально функционировать и не вносить в электрическую сеть недопустимых искажений, затрудняющих работу других потребителей.

Если говорить об электрической совместимости в самом широком смысле, то сюда следует отнести все материальные проявления и идеальные последствия, связанные с заряженными частицами и электромагнитными полями.

В более узком смысле под электромагнитной совместимостью понимают совокупность электрических, магнитных и электромагнитных полей, которые генерируют электрообъекты, созданные человеком, и которые воздействуют на мертвую (физическую) и живую (биологическую) природу, на техническую, информационную, социальную реальности.

Последняя, в частности, включает в себя биоэлектромагнитную совместимость, заключающуюся в появлении зон повышенной опасности по условиям электростатического и электромагнитного влияния.

Для технических устройств ухудшение электромагнитной обстановки может обостриться настолько, что возможно нарушение их функционирования, ухудшения качества электроэнергии, повреждения устройств релейной защиты и автоматики.

Нормы качества электрической энергии: параметры, факторы повышения и снижения качества

Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других товаров. Качество электроэнергии проявляется через качество работы каждого электроприемника. Поэтому, если он работает неудовлетворительно, а в каждом конкретном случае анализ качества потребляемой электроэнергии дает соответствие ГОСТ, то виновато качество изготовления или эксплуатации.

Если ПКЭ не соответствуют требованиям ГОСТа, то предъявляются претензии к поставщику — энергетическому предприятию.

В целом ПКЭ определяют степень искажения напряжения электрической сети за счет кондуктивных помех (распределяющихся по элементам электрической сети), вносимых как энергоснабжающей организацией, так и потребителями.

Факторы снижения качества электроэнергии

Снижение качества электроэнергии обусловливает:

  1. увеличение потерь во всех элементах электрической сети;
  2. перегрев вращающихся машин, ускоренное старение изоляции сокращение срока службы (в некоторых случаях выход из строя электрооборудования;
  3. рост потребления электроэнергии и требуемой мощности элек трооборудования;
  4. нарушение работы и ложные срабатывания устройств релейно защиты и автоматики;
  5. сбои в работе электронных систем управления, вычислительно! техники и специфического оборудования;
  6. вероятность возникновения однофазных коротких замыканий изза ускоренного старения изоляции машин и кабелей с последующим переходом однофазных замыканий в многофазные;
  7. появление опасных уровней наведенных напряжений на проводах и тросах отключенных или строящихся высоковольтных линий электропередачи, находящихся вблизи действующих;
  8. помехи в теле и радиоаппаратуре, ошибочная работа рентгеновского оборудования;
  9. неправильная работа счетчиков электрической энергии.

Одна часть ПКЭ характеризует помехи, вносимые установившимся режимом работы электрооборудования энергоснабжающей организации и потребителей, т. е. вызванные особенностями технологического процесса производства, передачи, распределения потребления электроэнергии.

К ним относятся отклонения напряжения и частоты, искажения синусоидальности формы кривой напряжения, несимметрия и колебания напряжения. Для их нормирования установлены допустимые значения ПКЭ.

Другая часть ПКЭ характеризует кратковременные помехи, возникающие в электрической сети в результате коммутационных процессов, грозовых и атмосферных явлений, работы средств защиты и автоматики и послеаварииных режимов.

К ним относятся провалы и импульсы напряжения, кратковременные перерывы электроснабжения. Для этих ПКЭ допустимых численных значений ГОСТ не устанавливает. Однако такие параметры, как амплитуда, длительность, частота, должны измеряться и составлять статистические массивы данных, характеризующие конкретную электрическую сеть в отношении вероятности появления кратковременных помех.

Нормы качества электрической энергии: параметры, факторы повышения и снижения качества

ГОСТ 13109—97 устанавливает показатели и нормы 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 электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения).

 Нормы применяют при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также при установлении уровней помехоустойчивости электроприемников и уровней кондуктивных электромагнитных помех, вносимых этими приемниками. Установлено два вида норм: нормально допустимые и предельно допустимые. Оценка соответствия нормам проводится в течение расчетного периода, равного 24 ч.

Качество электроэнергии характеризуется параметрами (частоты и напряжения) в точках присоединений уровней системы электроснабжения.

Частота является общесистемным параметром и определяется балансом активной мощности в системе. При возникновении дефицита активной мощности в системе происходит снижение частоты до такого значения, при котором устанавливается новый баланс вырабатываемой и потребляемой электроэнергии. При этом снижение частоты связано с уменьшением скорости вращения электрических машин и уменьшением их кинетической энергии.

Освобождающаяся при этом кинетическая энергия используется для поддержания частоты. Поэтому частота в системе меняется медленно. Однако при дефиците активной мощности (более 30 %) частота меняется быстро и возникает эффект мгновенного изменения частоты — «лавина частоты». Изменение частоты со скоростью более 0,2 Гц/с принято называть колебаниями частоты.

Напряжение в узле электроэнергетической системы определяется балансом реактивной мощности по системе в целом и балансом реактивной мощности в узле электрической сети.

Устанавливается 11 показателей качества электроэнергии.

Установившееся отклонение напряжения (под этим термином понимается среднее за 1 мин отклонение напряжения, хотя процесс изменения действующего значения напряжения в течение этой минуты может быть совсем не установившимся) нормируется только в сетях 380/220 В, а в точках сетей более высокого напряжения оно должно определяться расчетным путем.

Для провалов напряжения установлена лишь предельно допустимая длительность каждого провала (30 с) в сетях напряжением до 20 кВ и представлены статистические данные об относительной дозе провалов разной глубины в общем числе провалов, но не приведены статистические данные о числе провалов за единицу времени (неделю, месяц и т. п.). По импульсным напряжениям и временным перенапряжениям нормы не установлены, но дана справочная информация о возможных их значениях в сетях энергоснабжающих организаций.

Параметры оценки качества электроэнергии

При определении значений некоторых показателей КЭ используют следующие вспомогательные параметры электрической энергии:

  1. частота повторения изменений напряжения ;
  2. интервал между изменениями напряжения ;
  3. глубина провала напряжения ;
  4. частость появления провалов напряжения Fn;
  5. длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды ;
  6. длительность временного перенапряжения ;

На все ПКЭ, численные значения норм на которые есть в стандарте, договорно запускается механизм штрафных санкций, формируемый на шесть ПКЭ из 11 перечисленных:

  • отклонение частоты;
  • отклонение напряжения;
  • доза фликера;
  • коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
  • коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
  • коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Ответственность за недопустимые отклонения частоты, безусловно, лежит на энергоснабжающей организации. За недопустимые отклонения напряжения энергоснабжающая организация несет ответственность в случае, если потребитель не нарушает технических условий потребления и генерации реактивной мощности.

Ответственность за нарушение норм по четырем остальным (ПКЭ с определяемой ответственностью) возлагается на виновника, определяемого на основе сопоставления включенного в договор допусщн мого вклада в значение рассматриваемого ПКЭ в точке учета электроэнергии с фактическим вкладом, вычисляемым на основе измерений.

Если допустимые вклады в договоре не указаны, то энергоснабжающая организация несет ответственность за низкое качество независимо от виновника его ухудшения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *