Справочник строителя | Потери напряжения, мощности и энергии

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Электрическая энергия характеризуется тремя показателями: частотой, напряжением и формой его кривой. Частота напряжения является характеристикой баланса активной мощности. Если активная мощность, которую вырабатывают источники, не менее требуемой приемниками электрической энергии, то частота напряжения в электроэнергетической системе равна 50 Гц. В случае недостатка активной мощности частота напряжения в системе уменьшается и наступает установившийся режим на пониженной частоте. Возможность установления режима объясняется тем, что асинхронные и синхронные электродвигатели, являющиеся основными приемниками в промышленности, уменьшают свою потребляемую мощность при снижении частоты.

Напряжение в системе является показателем баланса реактивной мощности. Если в системе существует нехватка реактивной мощности, то напряжение у потребителей становится ниже номинального. При избытке реактивной мощности напряжение у потребителей превышает номинальное значение.

Реактивную мощность условно считают генерируемой и потребляемой. Генерируемая реактивная мощность — реактивная мощность конденсаторов, перевозбужденных синхронных двигателей или перевозбужденных синхронных генераторов. Потребляемая реактивная мощность — реактивная мощность асинхронных электродвигателей или недовозбужденных синхронных машин.

Напряжение и форма его кривой в соответствии со стандартом на качество электрической энергии (ГОСТ 13109-97) характеризуется следующими показателями:

отклонение частоты Δf;

установившееся отклонение напряжения δU_у;

колебания напряжения;

несинусоидальность напряжения;

несимметрия напряжения;

провалы напряжения;

перенапряжения.

Отклонением напряжения δU называют разность между значениями напряжения U в данной точке системы электроснабжения в рассматриваемый момент времени и его номинальным значением, т. e.δU = U — Uном.

Термин «установившееся» означает, что измерение напряжения должно производиться в установившемся режиме работы системы, при отсутствии переключений и др. Продолжительность измерений должна составлять 1 мин.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения сети. На рис. 1 приведен график, иллюстрирующий смысл понятия «отклонение напряжения». Показан уровень амплитуды номинального напряжения √2U_ном).

Рис. 1. Отклонения и колебания напряжений

Там же показаны пониженное (с амплитудой 0,9√2U_ном) и повышенное (с амплитудой 1,1√2U_ном) напряжения. Отклонения напряжения в данном случае составляют -10%Uном и +10%Uном

Колебания напряжения с частотой не выше 10 Гц оказывают вредное влияние на зрение людей, особенно при выполнении работ, требующих значительного зрительного напряжения. Параметры, характеризующие колебания, специфичны и здесь не рассматриваются. Колебания напряжения появляются при переменной нагрузке у потребителя.

Несинусоидальность напряжения характеризуется коэффициентами искажения синусоидальности и гармонических составляющих. На рис.2 приведена кривая напряжения, отличающаяся от синусоиды. Несинусоидальную кривую, как доказывается в математике, можно разложить в ряд Фурье. Ряд Фурье представляет собой сумму синусоидальных кривых и постоянную величину.

Обычно в установившемся режиме ряд содержит следующие величины:

Рис. 2. Кривая несинусоидального напряжения

U(t) = Um₁ sin(ω₁t + Ψ₁) + Um₃ sin(3ω₁t + Ψ₃) +Um₅sin(5ω₁t + Ψ₅) + ...,

где Um₁ — амплитуда синусоиды основной частоты f  ≈ 50Гц;

Um₃ — амплитуда составляющей с частотой f₃ = 3f ₁ ≈  150 Гц;

Um₅ — амплитуда составляющей с частотой f = 5f₁ ≈ 250 Гц;

Ψ₁, Ψ₃, Ψ₅, ... — начальные фазы.

На кривой (рис. 2) имеют место составляющие основной частоты и частоты 150 Гц. Последнюю называют третьей гармонической составляющей. Чаще всего третья гармоническая возникает из-за насыщения магнитопроводов силовых трансформаторов. Составляющие с частотами f > 50 Гц называют высшими гармоническими. Появление их в кривых напряжения и тока крайне нежелательно, т. к. они:

1) вызывают увеличение потерь мощности и энергии в системе электроснабжения;

2)    создают помехи для работы средств связи, автоматики, защиты и телемеханики;

3)    создают помехи бытовым приборам (телевидение, радио и др.).

Несимметрия напряжения оценивается по относительному содержанию обратной и нулевой последовательностей в фазном или линейном (междуфазном) напряжении. Несимметрия напряжения приводит к увеличению потерь в системе и увеличивает отклонения напряжения.

Отклонением частоты называют разность между действительным и номинальным (50 Гц) значением, т. е.

δf = f - 50, Гц.

Нормально допустимые значения δf составляют ±0,2 Гц, а предельно допустимые ±0,4 Гц.

Провалом напряжения (рис. 3) называют внезапное снижение напряжения с последующим его восстановлением. Предельно допустимая длительность провала напряжения в городских электрических сетях равна 30 с.

Рис. 3. Перенапряжение и провал напряжения

Для непрерывных производств предельно допустимая длительность провалов напряжения может быть меньше1 с.

Провал напряжения опасен для потребителей с непрерывным технологическим процессом. В системах электроснабжения городов к таким потребителям, в частности, относятся банки. Прекращение электропитания персональных компьютеров может привести к потере оперативной информации и значительному ущербу.

Импульс напряжения (рис. 4) и временное перенапряжение (рис. 3) характеризуют повышение напряжения выше номинального значения.

Рис. 4. Импульс напряжения

Перенапряжения опасны для изоляции и могут привести к ее пробою и, как следствие, к КЗ.

В табл. 1 приведены наиболее вероятные виновники ухудшения качества электроэнергии.

В настоящее время при лицензировании основной деятельности электроснабжающих организаций требуется производить контроль показателей качества электроэнергии. Значения указанных показателей должны находиться в допустимых пределах. Для контроля указанных показателей используют специальные дорогостоящие микропроцессорные системы, что объясняет высокую стоимость работ по сертификации качества электроэнергии.

Таблица 1 Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения качества электроэнергии

Особое внимание уделяется сертификации качества электроэнергии, продаваемой гражданам. Эта сертификация заключается в контроле отклонений частоты и напряжения. Следует подчеркнуть, что частота напряжения не зависит от электрических сетей, а задается генераторами электростанций, т. е. не может лежать в поле ответственности электрических сетей. Недопустимые отклонения напряжения возникают в электрической сети чаще всего, если линии 0,4 кВ имеют чрезмерно большую длину и сильно загружены.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях