В текстовой части проекта электроснабжения необходимо давать описание электроприемников с указанием требуемой для них категории электроснабжения и описанием мероприятий по обеспечению данной категории.
Требования к надежности электроснабжения.
Все потребители электрической энергии делятся на 3 категории надежности электроснабжения в соответствии с гл. 1.2 ПУЭ.
Первая категория - в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. (см. также первая особая категория).
Данные категории электроснабжения определены в нормативных документах касаемо каждого отдельного вида оборудования или объекта (здания, сооружения, механизма). Техническими условиями, выданными сетевой организацией определяется категория электроснабжения, которую обеспечивает сетевая организация, со своей стороны. На основании локальных нормативных документов, в которых определена категория надежности конкретного вида электроприемника проводится сравнение. Если категория электроснабжения по ТУ ниже, чем требуется в нормативных документах, то необходимо предусмотреть мероприятия по обеспечению требуемой категории установкой дополнительных источников электрической энергии - аккумуляторных батарей, дизельных генераторов.
В связи с заменой ГОСТ 13109-97 на ГОСТ 32144-2013. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения и введением ГОСТ Р 50571.5.52-2011 (МЭК 60364-5-52:2009) Электроустановки низковольтные. Выбор и монтаж электрооборудования. изменились првычние для проектировщиков требования к потерям напряжения в электрических сетях, а так же к расчету потери напряжения.
Приведем пример пункта из Пояснительной записки:
Приборы пожарно-охранной сигнализации, система оповещения о пожаре, противопожарные устройства, ВЗУ, аварийное освещение отнесены к I категории. Обеспечивается устройством АВР, ИБП
Для обеспечения второй категории надежности на площадке карантинник используется однотрансформаторная подстанция с вводом в здание двух кабелей от ТП и ДГУ.
Электроприемники первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания. В связи с этим в светильники аварийного освещения применяются с блоками аварийного питания. Так же блоки аварийного питания встраиваются в щиты управления микроклиматом и приборов ОПС и системы оповещения о пожаре.
2.1. Показатели качества электроэнергии и их нормирование
Продолжительное время развитие энергетики нашей страны сопровождалось недооценкой, а часто и игнорированием проблем качества электрической энергии, которое привело к массовому возбуждению электромагнитной совместимости электрических сетей, потребителей и энергосистем. Электромагнитная совместимость определяется как способность электротехнического устройства удовлетворительно функционировать в электромагнитном окружении, к которому принадлежат также другие устройства. Качество электрической энергии из года в год ухудшается, тогда как требования относительно ее улучшения возрастают. Сейчас сложилось трудное положение, когда много технологических процессов, например, биотехнологии, автоматические линии, вычислительная, вакуумная, микропроцессорная техника, телемеханика, электроизмерительные системы и т.д. при существующему качеству электрической энергии уже надежно (без нарушений) работать не могут.
Ведь настало время когда электрическую энергию (ЕЕ) необходимо рассматривать как товар, который при любой системе хозяйничанье характеризуется определенными (специфическими) показателями, перечень и значения которых определяют его потребительское качество.
Качеством электроэнергии (КЕ) есть соответствующая совокупность ее параметров, которые описывают особенности процесса передачи ЕЕ для ее использования в нормальных условиях эксплуатации, определяют непрерывность электроснабжения (отсутствие продолжительных или кратковременных перерывов электроснабжения) и характеризуют напряжение питания (величину, несимметрию, частоту, форму волны). До этого определения нужно добавить еще два замечания.
Во-первых: КЕ в целом выражается степенем удовлетворительности потребителя условиями электроснабжения, которое важно с практической точки зрения.
Во-вторых: КЕ зависит не только от условий электроснабжения, но и от особенностей электрооборудования, которое применяется (его критичности к электромагнитным препятствиям (ЕМП), а также возможности их генерирование) и практики эксплуатации. Последним замечанием определяется тот факт, что ответственность за КЕ должны нести не только поставляющие организации, но и потребители электроэнергии и производители электрооборудования.
Международная электротехническая комиссия (МЕК) разрабатывает и утверждает нормы КЕ трех типов: определяющие, которые содержат описание электромагнитного среды, терминологию, указания по ограничению равной генерирование ЕМП и по измерению и тестированию средств для определения показателей качества электроэнергии (ПКЕ), рекомендации по изготовлению электрооборудования; нормы общие, в которых приводятся допустимые уровне ЕМП, что генерируются или их допустимые уровне в электрических сетях бытового или промышленного назначения; нормы детальные (предметные), которые содержат требования к отдельным изделиям и пристроил с точки зрения КЕ.
Главной организацией в Европе, которая занимается координацией работ относительно стандартизации в электротехнике, электронике и сопредельных областях знаний есть МЕК. Нужно назвать еще и такие международные организации, как Комитет по большим электрическим системам и Союз производителей и дистрибьюторов ЕЕ. Влиятельной региональной организацией, которая занимается нормализацией в области КЕ для стран Евросоюза (ЕС), есть CENELEC. Существует еще ряд международных профессиональных организаций и национальных комитетов, которые разрабатывают национальные стандарты на КЕ, как правило, на основе норм МЕК. Принятие норм происходит, главным образом, методом экспертных оценок, путем голосования.
Нормирование значений ПКЕ относится к главным вопросам проблемы КЕ. Систему ПКЕ образовывают количественные характеристики медленных (отклонение) и быстрых (колебание) изменений действующего значения напряжения, его формы и симметрии в трехфазной системе, а также изменений частоты. Персонал энергетических служб предприятий не может влиять на уровень частоты в сети. Исключение составляют случаи питания от автономных источников, которые на практике встречаются сравнительно редко. Поэтому в дальнейшем рассматриваются только вопросы, которые относятся к КЕ по напряжению.
Принципы нормирования ПКЕ по напряжению базируются на технико-экономических предпосылках и состоят в следующем:
ПКЕ по напряжению имеют энергетическое значение, то есть характеризуют мощность (энергию) искажение кривой напряжения, степень негативного действия этой энергии на электрооборудование, а эффективность технологических процессов сравнивается со значениями указанных искажений ПКЕ;
Предельно допустимые значения ПКЕ избираются из технико-экономических соображений;
ПКЕ нормируются с заданной достоверностью на протяжении определенного интервала времени для получения конкретных значений, которые допускают сопоставление.
Система ПКЕ, что базируется на этих предпосылках, может применяться начиная с проектных работ. Она позволяет осуществить массовое метрологическое обеспечение контроля КЕ с помощью относительно простых и недорогих приборов, а также реализовать меры и технические средства нормализации КЕ.
В Украине с 1 января 2000 года введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97 “Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения”. Стандарт устанавливает показатели и нормы КЕ в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения сменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в узлах, к которым присоединяются электрические сети, которые находятся в собственности разных потребителей ЕЕ, или приемники ЕЕ (в узлах общего присоединения). При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей систем электроснабжения общего назначения и электрических сетей потребителей ЕЕ (приемников ЕЕ).
Нормы, установленные указанным стандартом, являются обязательными во всех режимах работы систем электроснабжения общего назначения, кроме режимов, которые обусловлены следующим:
Исключительными погодными условиями и стихийными бедствиями (ураган, наводнение, землетрясение и т.п.);
Не предвиденными ситуациями, которые вызваны действиями стороны, которые не является енергопоставляющей организацией и потребителем ЕЕ (пожар, взрыв, военные действию и т.п.);
Условиями, которые регламентированы государственными органами управления, а также связанными с ликвидацией последствий, вызванных исключительными погодными условиями и непредвиденными обстоятельствами.
Нормы, установленные этим стандартом, подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей ЕЕ и в договора на пользование ЕЕ между електропоставщиками и потребителями. Согласно ГОСТ 13109-97 показателями КЕ есть:
Устойчивое отклонение напряжения dU у;
Размах изменения напряжения dUt;
Доза фликера Pt;
Коэффициент искажения синусоидности кривой напряжения KU;
Коэффициент n-ой гармоничной составляющей напряжения KU (n) ;
Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K 2U ;
Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности K 0U ;
Отклонение частоты (f;
Продолжительность провала напряжения Dtn;
Импульсное напряжение U імп;
Коэффициент временного перенапряжения K пepU .
Следует отметить, что рассматриваются два вида норм на КЕ – нормально допустимые и предельно допустимые. Оценка соответствия ПКЕ указанным нормам проводится на протяжении расчетного периода, который равняется 24 ч.
Большинство явлений, которые наблюдаются в электрических сетях и ухудшают качество электрической энергии, происходят в связи с особенностями общей работы електроприемников и электрической сети, их электромагнитной совместимости. Семь ПКЕ в основном обусловленные потерями (падением) напряжения на участке электрической сети, от которой питаются потребители.
Потери напряжения на участке электрической сети определяется по выражению:
Указанные здесь активный (R) и реактивный (X) сопротивление участки сети полагают постоянными, а активная (P) и реактивная (Q) мощности, которые передаются по участку сети, сменными. Характер этих изменений, к тому же, может быть разным, что и побуждает разные определения потерь напряжения:
При медленному изменению нагрузки согласно его графику – отклонение напряжения ;
При резко сменном характере нагрузки – колебание напряжения ;
При несимметричном распределении нагрузки по фазам электрической сети – несимметрия напряжения в трехфазной системе ;
При нелинейной нагрузке – несинусоидной формы кривой нагрузки .
От тех явлений на которые потребитель электрической энергии влиять не может, ему остается только защищать свое оборудование специальными средствами, например, устройствами быстродействующей защиты или устройствами гарантированного питания.
Ответственность за поддержания напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, полагается на энергоснабжающую организацию.
Отклонение напряжения (ВН) – несоответствие фактического напряжения в устойчивом режиме работы системы электроснабжения ее номинальному значению. Характеризуется указанное отклонение показателем устойчивого ВН dU у.
Отклонение напряжения в той или другой точке сети происходит, как уже отмечалось, под влиянием медленного изменения нагрузки согласно его графику.
ГОСТ 13109 – 97 устанавливает допустимые значения постоянного отклонения напряжения на зажимах електроприйомника. А границы изменения напряжения в точке присоединения потребителя должны определяться с учетом падения напряжения от указанной точки к электроприемника и указываться в договоре энергоснабжения.
Колебания напряжения (КН) – отклонение напряжения, которые происходят в интервале от полупериода до нескольких секунд.
Источниками колебаний напряжения есть мощные електроприемники с импульсным, резкоизменяющимся характером потребления активной и реактивной энергии: дуговые и индукционные печи; аппараты електросварок; электродвигатели в пусковых режимах, и т.п. КН характеризуется следующими показателями:
Размахом изменения напряжения dUt;
Дозой фликера Pt.
Фликер – это субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, которые вызваны колебаниями напряжения в электрической сети, которая питает эти источники.
Доза фликера – мера восприимчивости человека к действию фликера за установленный промежуток времени. Время восприятия фликера - минимальный отрезок времени для субъективного восприятия человеком фликера, вызванного колебаниями напряжения определенной формы.
Кратковременную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, который не превышает 10мин. Продолжительную дозу фликера определяют на интервале времени наблюдения, который равняется 2 ч.
Несинусоедальность напряжения – искажение синусоидальной формы кривой напряжения.
Електроприемники с нелинейной вольтамперной характеристикой потребляют ток, форма кривой которого отличается от синусоидальной. А протекание такого тока по элементам электрической сети создает на них падение напряжения, отличное от синусоидального. Это и является причиной искривления синусоидной формы кривой напряжения.
Рис 2.1. Несинусоидальность напряжения
Синусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:
Коэффициентом искривления синусоидальности кривой напряжения К U ;
Коэффициентом n-ой гармоничной составляющей напряжения К U (n) .
Несимметрия напряжений - несимметрия трехфазной системы напряжения .
Несимметрия напряжений происходит только в трехфазной сети под влиянием неравномерного распределения нагрузок по ее фазам. В качестве достоверного источника виновного в несимметрии напряжений ГОСТ 13109 – 97 указывает потребителя с несимметричной нагрузкой.
Источниками несимметрии напряжений есть: дуговые сталеплавильные печи, тяговые подстанции сменного тока, машины електросавривания, однофазные электротермические установки и другие однофазные, двухфазные и несимметричные трехфазные потребители электроэнергии, в частности быту.
Так суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85…90% несимметричного нагрузки. А коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (К 0U) одного 9 -ты поверхностного дома может составлять 20 %, что на шинах трансформаторной подстанции (точке общего присоединения) может превысить допустимые 2 %.
Рис 2.2. Несимметрия напряжений
Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:
Коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности К 2U ;
Коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности К 0U .
Отклонение частоты - отклонение фактической частоты сменного напряжения (f фак) от номинального значения (f ном) в постоянном режиме работы системы электроснабжения.
Отклонение частоты напряжения сменного тока в электрических сетях характеризуется показателем отклонения частоты (f.
Провал напряжения - внезапное и значительное снижения напряжения (меньше 90%U ном) продолжительностью от нескольких периодов до нескольких десятков секунд с дальнейшим восстановлением напряжения.
Причинами провалов напряжения есть срабатывания средств защиты автоматики при отключении грозовых перенапряжений, токов короткого замыкания (КЗ), а также при ошибочных срабатываниях защиты или в результате ошибочных действий оперативного персонала.
ГОСТ13109-97 не нормирует провал напряжения, он ограничивает его продолжительность 30-ма секундами. Правда, провалов напряжений, продолжительностью 30 секунд, практически не бывает - напряжение не восстанавливается.
Провал напряжения характеризуется показателем продолжительности провала напряжения Dtn . .
Импульс напряжения - резкое повышение напряжения продолжительностью меньше 10 миллисекунд.
Импульсные перенапряжения возникают при грозовых явлениях и при коммутациях оборудования (трансформаторы, двигатели, конденсаторы, кабели), в частности при отключении токов КЗ. Величина импульса перенапряжения зависит от многих условий, но всегда значительная и может достигать многих сотен тысяч вольт.
ГОСТ13109-97 приводит справочные значения импульсного перенапряжения при коммутациях для разных типов сетей.
Рис.2.3. Импульс напряжения
Импульс напряжения характеризуется показателем импульсного напряжения U імп.
Временное перенапряжение - внезапное и значительное повышения напряжения (больше 110 % U ном) продолжительностью больше 10 миллисикунд.
Временные перенапряжения возникают при коммутациях оборудования (коммутационные, кратковременные) и при коротких замыканиях на землю (продолжительные).
Коммутационные перенапряжения возникают при разгрузке длинных линий электропередач высокого напряжения. Продолжительные перенапряжения возникают в сетях с компенсированной нейтралью, четырехпроводных сетях при обрыве нейтрального провода, и в сетях с изолированной нейтралью при однофазному КЗ на землю (в сетях 6-10-35 кВ в таком режиме разрешается продолжительная работа). В этих случаях, напряжение невредимых фаз относительная земли (фазное напряжение) может вырастить к величины межфазного (линейного) напряжения.
Временное перенапряжение характеризуется коэффициентом временного перенапряжения К пер.U.
Нормы приведенных ПКЕ предоставлены в таблицы 2.1. Если изменение ВН и отклонение частоты имеет случайный характер, то требования ГОСТ 13109-97 распространяются на те из них, которые на протяжении расчетного периода имеют интегральную достоверность не меньше 95%.
Таблица 2.1. – Нормы показателей КЕ и возможные причины их снижение
| Условное обозначение |
Показатель КЕ, единица измерения |
Нормы КЕ
ГОСТ 13109-97 |
Болееимоверная причина | |
|
нормально допустимые |
предельно допустимые |
|||
| Отклонение напряжения | ||||
| δuy | Устойчивое ВН, % | ±5 | ±10 | |
| Колебание напряжения | ||||
| δut | Размах изменения напряжения, % | - | кривые 1.2 на рис. 2.1 | |
| Доза фликера, видн. од.:
кратковременная продолжительная |
||||
| Синусоидальность напряжения | ||||
| Кu | Коэффициент искривления синусоидальности напряжения, % | по таблице 2.1.2 | по таблице 2.1.2 | |
| Кu(n) | Коэффициент n – ой гармоничной составляющей напряжения, % | по таблице 2.1.3 | по таблице 2.1.3 | |
| Несимметрия напряжений в трехфазной системе | ||||
| К 2 u | Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, % | 2 | 4 | |
| К 0 u | Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, % | 2 | 4 | |
| Другие | ||||
| Df | Отклонение частоты, Гц | ±0,2 | ||
Качество электроэнергии требуется выражать количественными показателями для оценки питающей сети. Провайдеры обязаны поддерживать соответствие ГОСТам таких характеристик, как колебание напряжения и частоты. В зависимости от подключенных потребителей значения основных показателей меняются, что может при значительных их отклонениях приводить к выходу из строя бытовых приборов.
Что влияет на характеристики питающей сети?
Качество электроэнергии зависит от огромного числа факторов, изменяющих показатели сверх установленных нормативами пределов. Так, напряжение может оказаться завышенным из-за аварии на подстанции. Заниженные значения появляются в вечернее время суток или в летний сезон, когда люди возвращаются домой и включают телевизоры, электрические плиты, сплит-системы.
Качество электроэнергии согласно ГОСТам может незначительно колебаться. В очень плохих питающих сетях потребителям приходится пользоваться стабилизаторами напряжения. Контроль над характеристиками возложен на Роспотребнадзор, куда можно обращаться при возникающих несоответствиях.
Качество электроэнергии может зависеть от следующих факторов:
- Суточных колебаний, связанных с неравномерным подключением потребителями либо с влиянием приливов и отливов на морских станциях.
- Изменениями воздушной среды: влажности, образование льда на питающих проводах.
- Изменением ветра, когда питание вырабатывают ветровики.
- Качеством проводки, со временем она изнашивается.
Зачем нужны основные характеристики питающей сети?
Количественная величина и погрешности отклонения параметров устанавливаются согласно ГОСТ. Качество электроэнергии прописано в документе 32144-2013. Потребовалось узаконить эти показатели из-за риска возгорания приборов потребителя, а также нарушения функционирования электроприборов чувствительных к перепадам напряжения установок. Последние устройства распространены в медицинских учреждениях, научных центрах, на военных объектах.
Электроэнергии обновлены в 2013 году в связи с развитием рынка сбыта энергии и появлением новых электронных устройств. Рассматривать электричество в рамках его поставки следует как продукцию, соответствующую определённым критериям. При отклонении установленных характеристик к провайдерам может применяться административная ответственность. Если же по вине колебаний входящего напряжения пострадали или могло пострадать люди, то может возникнуть уже уголовная ответственность.
Что происходит с потребителями при отклонении нормальных режимов питания?
Параметры качества электроэнергии влияют на длительность работы подключаемых устройств, часто это становится критично на производствах. Падает производительность линий, увеличивается Так на валу двигателей снижается вращающий момент при падении значений показателей питающей сети. Укорачивается срок службы ламп освещения, световой поток ламп становится меньше либо мерцает, что сказывается на выпускаемой продукции в теплицах. Существенное влияние оказывается на процессы других биохимических реакций.
Согласно законам физики снижение напряжения при неизменной нагрузке на валу двигателя приводит к стремительному росту тока. Это, в свою очередь, приводит к сбоям в работе защитных выключателей. В результате плавится изоляция, в лучшем случае горят в худшем безвозвратно портятся обмотки двигателей, элементы электроники. При аналогичных обстоятельствах электросчетчик начинает вращаться с большей скоростью. Хозяин помещения терпит убытки.
Критерии оценки питающей сети
Что же содержит ГОСТ? Качество электроэнергии определяется характеристиками трёхфазных сетей и распространенных в быту цепей частотой 50 Гц:
- Установившееся значение отклонения напряжения определяет величину характеристики, при которой потребители могут функционировать без сбоя. Устанавливается нижний нормальный предел от 220 В это 209 В и верхний равен 231 В.
- Размах изменения входного напряжения представляет собой разность величин действующей и амплитудной. Замеры производят за цикл перепада параметра.
- Доза фликера подразделяется на кратковременную в пределах 10 минут и длительную, определяемую 2 часами. Обозначает степень восприимчивости человеческого глаза к мерцанию света, причиной которого стало колебание питающей сети.
- Импульсное напряжение описывается временем восстановления, имеющего разную величину в зависимости от причины возникновения скачка.
- Коэффициенты для оценки качества питающей сети: по искажению синусоидальности, значения временного перенапряжения, гармонических составляющих, несимметричности по обратной и нулевой последовательностях.
- Интервал провала напряжения определяется периодом восстановления параметра, установленного согласно ГОСТ.
- Отклонение питающей частоты приводит к повреждениям электрических частей и проводников.
Фиксируемое отклонение входной величины
Показатели качества электроэнергии стараются сделать соответствующими установленным номиналам, прописанным в законодательных актах. Внимание уделяется погрешностям, возникающим при замерах U и f. Если имеются погрешности, то можно обращаться в надзорные органы, чтобы привлечь к ответственности поставщика электричества.
Общие требования к качеству электроэнергии включают параметр отклонения питающего напряжения, который подразделяют на две группы:
- Нормальный режим, когда отклонение составляет ±5 %.
- Предел допустимого режима установлен для колебаний ±10 %. Это составит для сети 220 В минимальный порог 198 В и максимальный 242 В.
Восстановление напряжения должно происходить во временной интервал не более двух минут.
Размах изменения питающей сети
Нормы качества электроэнергии содержат надзор за таким параметром, как колебание составляющих напряжения. Он устанавливает разницу между верхним порогом амплитуды и нижним. Учитывая, что допуски отклонения параметра от установленного укладываются в предел ±5 %, то размах предельный режим не может превышать ±10 %. Питающая сеть 220 В не может колебаться более или менее 22 В, а 380 В работает нормально в границах ±38 В.
Результирующий размах колебаний напряжения рассчитывается по следующему выражению ΔU = U max −U min , в нормативах результаты указываются в % согласно расчетам ΔU = ((U max −U min)/U nominal)*100%.
Неустойчивость входного значения
Система качества электроэнергии включает замеры дозы фликера. Этот показатель фиксирует специальный прибор — фликерметр, который снимает амплитудно-частотную характеристику. Полученные результаты сравнивают с кривой чувствительности зрительного органа.
ГОСТом установлены допустимые пределы изменения дозы фликера:
- Кратковременные колебания показатель не должен быть выше 1,38.
- Длительные изменения должны укладываться в значение параметра 1,0.
Если речь идет о верхнем пределе показателя цепи ламп накаливания, то требуется, чтобы результат попал в следующие границы:
- Кратковременные колебания — показатель установлен равным 1,0.
- Продолжительные изменения параметра — 0,74.
Ощутимые перепады
Измерения качества электроэнергии предусматривают замеры такой составляющей, как импульсы питающего напряжения. Он объясняется резкими спадами и подъемами электричества в пределах выбранного интервала. Причинами такого явления может быть одновременная коммутация большого числа потребителей, влияние электромагнитных помех из-за грозы.
Установлены периоды восстановления напряжения, не влияющие на работу потребителей:
- Причины перепадов — это гроза и другие природные электромагнитные помехи. Период восстановления равен не более 15 мкс.
- Если импульсы появились из-за неравномерной коммутации потребителей, то период намного больше и равен 15 мс.
Наибольшее число аварий на подстанциях происходит по причине удара молнии в установку. Сразу страдает изоляция проводников. Величина перенапряжения может достигать сотен киловольт. Для этого предусмотрены защитные приспособления, но иногда они не выдерживают, и наблюдается остаточный потенциал. В эти моменты неисправность не возникает благодаря прочности изоляции.
Продолжительность спада входной величины
Измеренный параметр описывают как провал напряжения, укладывающийся в границы ±0,1U nominal за интервал в несколько десятков миллисекунд. Для сети 220 В изменение показателя допускается до 22 В, если 380 В, то не более 38 В. Глубина спада рассчитывается согласно выражению: ΔU n =(U nominal −U min)/U nominal .
Продолжительность спадла рассчитывается согласно выражению: Δt n =t k −t n , здесь t k — это период, когда напряжение уже восстановилось, а t n — точка начала отсчета, момент когда произошло падение напряжения.
Контроль качества электроэнергии обязывает учитывать частоту появления провалов, определяемую по формуле: Fn=(m(ΔU n ,Δt n)/M)*100%. Здесь:
- m(ΔU n ,Δt n) определяется как количество спадов в установленное время при глубине ΔU n и продолжительности Δt n .
- М - общий счет спадов в течение выбранного периода.
Зачем нужна величина спада
Параметр продолжительность спада входной величины требуется для оценки надежности подводящей энергии в количественном выражении. На этот показатель может влиять периодичность аварий на подстанции из-за халатности персонала, молний. Результатом исследования провалов становятся прогнозы по степени отказа в рассматриваемой сети.
Статистика позволяет делать приближенные выводы о стабильности подачи Провайдеру электричества предоставляются рекомендуемые данные для проведения профилактических мероприятий на установках.
Отклонение частоты
Соблюдение частоты в определенных границах относится к необходимому требованию потребителя. При снижении показателя на 1 %, потери составляют более 2 %. Это выражается в экономических затратах, снижение производительности предприятий. Для обычного человека это приводит к повышенным суммам в квитанциях по оплате за электричество.
Скорость вращения асинхронного двигателя напрямую зависит от частоты питающей сети. Нагревающие ТЭНы имеют меньшую производительность при снижении параметра меньше 50 ГЦ. При завышенных значениях может происходить повреждение потребителей либо других механизмов, не рассчитанных на высокий момент вращения.
Отклонение частоты может повлиять на работу электроники. Так на экране телевизора возникают помехи при изменении показателя на ±0,1Гц. Кроме визуальных дефектов, возрастает риск вывода из строя микроэлементов. Методом борьбы с отклонениями качества электроэнергии выступает введение резервных питающих узлов, позволяющих в автоматическом режиме восстанавливать напряжение в установленные промежутки времени.
Коэффициенты
Для нормальной работы питающей сети введен контроль следующих коэффициентов:
- Несинусоидальности кривой напряжения. Искажение синусоиды происходит за счет мощных потребителей: ТЭНов, конвекционных печей, сварочных аппаратов. При отклонениях этого параметра снижается срок службы обмоток двигателей, нарушается работа релейной автоматики, выходят из строя приводные системы на тиристорном управлении.
- Временного перенапряжения является количественной оценкой импульсного изменения входной величины.
- N-ой гармоники является характеристикой синусоидальности получаемой на входе характеристики напряжения. Расчетные значения получают из табличных данных для каждой гармоники.
- Несимметрия входной величины по обратной или нулевой последовательности важно учитывать для исключения случаев неравномерного распределения фаз. Такие условия возникают чаще при обрыве питающей сети, подключенной по схеме звезды или треугольника.
Виды защиты от непредсказуемых изменений в питающей сети
Повышение качества электроэнергии нужно проводить в определенные законом сроки. Но защиту своего оборудования потребитель вправе выстраивать применением следующих средств:
- Стабилизаторы питания гарантируют поддержание входной величины в указанных границах. Достигается качественная энергия даже при отклонениях входной величины более чем на 35 %.
- Источники предназначены для поддержания работоспособности потребителя в течение установленного промежутка времени. Питание приборов происходит за счет накопленной энергии в собственной батарее. При отключении электричества, бесперебойники способны поддерживать работоспособность аппаратуры целого офиса в течение нескольких часов.
- Приборы защиты от скачков напряжения работают по принципу реле. После превышения входной величины установленного предела происходит размыкание цепи.
Все виды защиты приходится комбинировать для обеспечения полной уверенности в том, что дорогостоящая техника останется целой во время аварии на подстанции.
Качество электроэнергии
Данный раздел проекта разработан на основании «Информационного письма –предписания ИП-22/99» и в соответствии с Законом Российской « О защите прав потребителей» (ст. 7) и постановлением Правительства России от 13 августа 1997 г. №1013 электрическая энергия является товаром и подлежит обязательной сертификации по показателям качества установленными ГОСТ 131-9-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».Качество электроэнергии в соответствии с «Правилами проведения сертификации электрической энергии» должно отвечать 6 основным пунктам:
1- установившееся отклонение напряжения;
2- отклонение частоты;
3- коэффициент искажения синусоидальной формы кривой напряжения;
4- коэффициент n-ной гармонической составляющей напряжения;
5- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
6- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Отклонение напряжения характеризуется показателем установившегося отклонения напряжения, для которого установлены следующие нормы:
Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно 5% и 10% от номинального напряжения электрической сети.
Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения в точках общего присоединения потребителей электрической энергии к электрическим сетям напряжением 0,38 кВ и более должны быть установлены в договорах на пользование электрической энергии между энергоснабжающей организацией и потребителем.
Отклонение частоты напряжения характеризуется показателем отклонения, для которого установлены следующие нормы:
Нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны 0,2 и 0,4 Гц соответственно.
Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения для нормального режима составляет для 0,38 кВ -8%, для 6-10 кВ -5%, предельно допустимые значения соответственно 12% и 8%.
Коэффициент п-ной гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 2 ГОСТ 13109-97 .
Несимметрия напряжений характеризуется следующими показателями:
Коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;
коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0% соответственно.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Научно-исследовательская работа
по теме: «Качество электроэнергии»
Выполнила ст.гр. ________________________ дата подпись Проверил ________________________ дата подпись
Донецк, 2011
Данная работа содержит: 27 стр., 7 рис., 1 табл., 6 ист. Объектом исследовательской работы является: качество электроэнергии в системах электроснабжения Украины. Цель работы: ознакомится с факторами, влияющими на качество электроэнергии, способами его регулирования; выяснить, как осуществляется автоматическое регулирование качества электроэнергии; определить, как качество электроэнергии отразится на ее стоимости. В работе исследованы системы электроснабжения и электропотребления различного исполнения, выявлены основные проблемы этих систем, которые могут привести к снижению качества электроэнергии. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, НЕСИММЕТРИЯ НАПРЯЖЕНИЙ, ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА.
1. Показатели качества электроэнергии…………………………………………4 1.1 Отклонение напряжения…………………………………………………6 1.2 Колебания напряжения………………………………………………….8 1.2.1 Влияние колебаний напряжения на работу электрооборудования………………………………………………………...8 1.2.2 Мероприятия по снижению колебаний напряжения…………….9 1.3 Несимметрия напряжений………………………………………………10 1.3.1 Влияние несимметрии напряжений на работу электрооборудования………………………………………………………11 1.3.2 Мероприятия по снижению несимметрии напряжений…………12 1.4 Несинусоидальность напряжения……………………………………..12 1.4.1 Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования……………………………………………………….13 1.4.2 Мероприятия по снижению несинусоидальности напряжения..14 1.5 Отклонение частоты…………………………………………………….15 1.6 Временное перенапряжение……………………………………………15 1.7 Импульсное перенапряжение……………………………………........16 2. Автоматизированное управление качеством электроэнергии…………..16 2.1 Основные требования к моделям электрических систем, содержащим распределенные смешанные источники искажения напряжения…………..17 2.2 Методика определения фактического влияния потребителя на КЭ...19 3. Расчеты за электроэнергию в зависимости от ее качества……………….22 Литература……………………………………………………………………...26
1 ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА 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 индуктивно 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 и называются показателями качества электроэнергии (ПКЭ). С эволюционным изменением техники изменяются и требования к электромагнитной обстановке, естественно в сторону ужесточения. Так наш стандарт на качество электроэнергии, ГОСТ 13109 от 1967 года, с развитием полупроводниковой техники был пересмотрен в 1987 году, а с развитием микропроцессорной техники пересмотрен в 1997 году. 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. Таблица 1.1 – Нормирование показателей качества электроэнергии
Наименование ПКЭ | Наиболее вероятная причина |
|
Отклонение напряжения |
||
установившееся отклонение напряжения | график нагрузки потребителя |
|
Колебания напряжения |
||
размах изменения напряжения | потребитель с резкопеременной нагрузкой |
|
доза фликера |
||
Несимметрия напряжений в трёхфазной системе |
||
коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности | потребитель с несимметричной нагрузкой |
|
коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности |
||
Несинусоидальность формы кривой напряжения |
||
коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения | потребитель с нелинейной нагрузкой |
|
коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения |
||
отклонение частоты | особенности работы сети, климатические условия или природные явления |
|
длительность провала напряжения |
||
импульсное напряжение |
||
коэффициент временного перенапряжения |
||
- При медленном изменении нагрузки в соответствии с её графиком - отклонение напряжения;При резкопеременном характере нагрузки - колебания напряжения;При несимметричном распределении нагрузки по фазам электрической сети -несимметрия напряжений в трёхфазной системе;При нелинейной нагрузке - несинусоидальность формы кривой напряжения.
Влияние отклонения напряжения на работу электрооборудования:
- 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.
- Освещение:
- Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·U ном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза.При величине напряжения 0,9·U ном снижается световой поток ламп накаливания на 40 % и люминесцентных ламп на 15 %.При величине напряжения менее 0,9·U ном люминесцентные лампы мерцают, а при 0,8·U ном просто не загораются.
- 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·U ном срок службы двигателя снижается вдвое.При повышении напряжения на 1 % потребляемая двигателем реактивная мощность увеличивается на 3...7 %. Снижается эффективность работы привода и сети.
- 10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро - ~ 11 %);
-30 % освещение и прочее;
- 60 % асинхронные электродвигатели. Поэтому, ГОСТ 13109-97 устанавливает нормально и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на зажимах электроприёмников в пределах соответственно δUy нор = ± 5 % и δUy пред = ± 10 % номинального напряжения сети. Обеспечить эти требования можно двумя способами: снижением потерь напряжения и регулированием напряжения. ΔU = (P·R + Q·X) / U ЦП (ТП) Снижение потерь напряжения (ΔU) достигается:
- Выбором сечения проводников линий электропередач (≡ R) по условиям потерь напряжения.Применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии (X). Однако, это опасно повышением токов короткого замыкания при X→0.Компенсацией реактивной мощности (Q) для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.
Регулирование напряженияU:
- В центре питания регулирование напряжения (U ЦП) 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 %.Напряжение может регулироваться на промежуточных трансформаторных подстанциях (U ТП) 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 %.
