Показатели качества электрической энергии в цепях переменного тока

Качество электроэнергии характеризуется различными нарушениями и искажениями формы питающего напряжения. Источники нарушений:

• нарушения, приходящие из энергосистемы. (грозовые импульсы, коммутационные перенапряжения, вызываемые коммутацией участков электрической сети, провалы и отклонения напряжения во время работы устройств автоматического включения резерва и переключения потребителей на другие источники питания);
• нарушения, вносимые самими электроприёмниками (электроприемники с резкопеременным и нелинейным характером нагрузки: всевозможные преобразователи, промышленные потребители, электрический транспорт и т.д.).

Рисунок 1.14 - Источники искажения качества электроэнергии

Показатели качества электрической энергии и их числовые нормы определяет ГОСТ 13109-97. Нормы устанавливаются для точек общего присоединения (точки, к которым присоединяются приёмники электрической энергии или электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей).

Нормы качества устанавливаются для кондуктивных помех (электромагнитные помехи, распространяющиеся по элементам электрической сети) и являются обязательными для всех режимов работы систем электроснабжения, кроме режимов обусловленных стихийными бедствиями (ураганы, наводнения, землетрясения), непредвиденными ситуациями (пожар, взрыв, военные действия), ликвидацией последствий, вызванных погодными условиями и непредвиденными обстоятельствами.

Показателями качества являются:

· 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 .

1. Отклонение напряжения . Под ним понимается разность номинального действующего значения междуфазного (фазного) напряжения и установившегося (более 1 мин) действующего фактического напряжения.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения  на выводах приемников электрической энергии равны соответственно 5 и 10% от номинального напряжения электрической сети

Рисунок 1.15 - Отклонение и колебание напряжения

2. Колебания напряжения.Характеризуются размахом изменения напряжения  и дозой фликера .

Размах изменения напряжения  в процентах:

Где - значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей среднеквадратичных значений напряжения основной частоты, определенных на каждом полупериоде основной частоты, В, кВ.

Рисунок  1.16 - Колебания напряжения произвольной формы

Допускается при коэффициенте искажения синусоидальности напряжения, не превышающем 5%, определять размах изменения напряжения  в процентах по формуле

где  - значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения на каждом полупериоде основной частоты,  В,  кB.

Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения  в зависимости от частоты повторения изменений напряжения  или интервала между изменениями напряжения  равны значениям, определяемым по кривой 1 рисунка 1.17. Для потребителей электрической энергии, располагающих лампами накаливания, в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение более жесткие требования, определяемые кривой 2 рисунка 1.17.

Рисунок  1.17 - Допускаемые размахи изменений напряжения в зависимости от частоты повторения изменений напряжения за минуту

Вторая характеристика колебаний напряжения – доза фликера. Доза фликера – мера восприимчивости человека к воздействию фликера (субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственного освещения, вызванного колебаниями напряжения) за установленный промежуток времени. Для вычисления дозы фликера сначала находим время восприятия фликера t_f.

t_f=

d_max – максимальное отклонение напряжения от максимального в процентах

F – коэффициент приведения, зависящий от вида кривых изменения напряжения, которые приведены в ГОСТе 13109-97.

Тогда кратковременная доза фликера вычисляется следующим образом:

P_st=

T_p – интервал времени наблюдения, 10 мин.

Длительная доза фликера вычисляется на интервале времени 2 часа. Предельно допустимые значения кратковременной дозы фликера в точке общего присоединения сетей 0,38 кВ равны 1,38, а для длительной – 1,0.

3. Несинусоидальность напряжения.Несинусоидальность напряжения (рисунок 1.18) характеризуется следующими по­казателями:

- коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения К_U;

- коэффициентом n-й гармонической составляющей напряжения К_U(n)

Рисунок 1.18 -  Несинусоидальность напряжения

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения К_U – отношение действующего напряжения высших гармоник к действующему значению первой гармоники.

Коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения К_U(n) – отношение действующего значения напряжения n-ой гармоники к действующему значению первой гармоники.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжениям приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Значения коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в процентах

Нормально допустимые значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в точках общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением  приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения в процентах

Предельно допустимое значение коэффициента. n-ой гармонической составляющей напряжения вычисляют по формуле:

,

где - нормально допустимое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения, определяемое по таблице 2.

4. Несимметрия напряжения.Характеризуетсякоэффициентами несимметрии напряжений:

- коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;

- коэффициентом несимметрии . напряжений по нулевой последовательности.

Эти коэффициенты соответственно равны отношению напряжений обратной и нулевой последовательности к напряжению прямой последовательности. Эти составляющие определяются либо методом симметричных составляющих, либо по формулам в стандарте, связывающим измеренные междуфазные напряжения.

Допустимое и предельно допустимое значения коэффициентов несимметрии напряжений в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно при номинальном напряжении 0,38 кВ. Нормы по нулевой последовательности относятся к точкам общего присоединения четырехпроводных электрических сетей.