Показатели качества электроэнергии в электрических сетях

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 допустимым колебанием

напряжения считается диапазон в 5%, то есть: +/-5% (от 209 В до 231 В).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 электроэнергии в сети (ГОСТ Р 54149-2010 «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.

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.

Это интересно: Подключение трехфазного стабилизатора напряжения — схема и инструкция

Что такое качество электроэнергии

Показатели качества электроэнергии в электрических сетях
Измеритель качества электроэнергии Показатели качества для каждого типа электрической магистрали установлены по-разному. Фактические параметры должны полностью соответствовать установленным в нормативной документации. Именно эта особенность определяет качество предоставляемой услуги.

Изменения или преобразования ПКЭ возникают в результате утраты ресурса при транспортировке на большие расстояния, электромагнитных явлениях или аномальных увеличениях нагрузок на магистрали.

Чтобы оценить качество электричества, требуется провести замеры основных показателей. Детально изучить их можно в нормативных документах ГОСТа № 13109-97.

Что происходит при отклонении от нормальных режимов питания

От качества поставляемого энергоресурса напрямую зависит мощность, производительность и срок службы электротехнических приборов, особенно в промышленных масштабах. Снижение эффективности магистралей приводит к повышению потребляемой электроэнергии. В двигателях приборов снижается момент вращения, осветительные приборы регулярно мерцают, все виды ламп достаточно быстро выходят из строя.

Исследования в области физики давно показали, что при постоянной нагрузке на двигатель уменьшение напряжения приводит к стремительному повышению силы тока, что отрицательно сказывается на работоспособности, производительности и сроках службы бытовой техники и прочих электротехнических приборов. Это приводит к сгоранию электронных плат, провода с изоляционным материалом могут расплавиться.

Что такое качество электроэнергии?

Это вопрос без полностью принятого ответа, но, безусловно, ответ включает в себя сигналы тока и напряжения в сети переменного тока, наличие гармонических искажений, наличие пиков и кратковременных падений напряжений и другие искажения. Пожалуй, лучшим определением качества электроэнергии является такое обеспечение электроэнергией, когда потребитель успешно использует её распределительной сети без помех или прерываний. Распространенное определение качества электроэнергии граничит с понятием надежности системы, выбором диэлектриков на оборудовании и проводниках, длительными перебоями в работе, дисбалансом напряжения в трехфазных системах, силовой электроникой и их интерфейсом с электропитанием и многими другими областями. Более узкое определение фокусируется на проблемах искажения формы сигнала.

Одной из причин возобновления интереса к качеству электроэнергии на уровне распределительной сети является то, что эпоха отмены государственного регулирования вызвала вопросы о том, какие услуги электроснабжения могут быть распределены между поставщиками. Некоторые дополнительные услуги могут предоставляться некоторым клиентам на факультативной основе и за эти услуги можно взимать плату. Возможно, несколько конкурирующих сетевых компаний могут основывать свою конкуренцию на уровне качества электроэнергии. Это развивающаяся область. Кроме того, современная энергетика часто ориентирована на соотношение затрат и выгод. Индикаторы качества электроэнергии часто предоставляют способы измерения уровня электрического обслуживания и преимуществ модернизации цепей питания. Эти области привели к повышению качества электроэнергии, о чем свидетельствуют несколько новых учебников в этой сфере, один журнал, несколько конференций и ряд программ и отделов в инфраструктурах энергетических компаний.

Основные цели статьи:

  • описывают важные типы изменений качества электроэнергии;
  • определяют категории оборудования для мониторинга, которые могут использоваться для измерения изменений качества электроэнергии;
  • предлагают примеры различных методов представления результатов измерений качества электроэнергии;
  • описывают инструменты для анализа и представляют результаты измерения качества электроэнергии.

Будут описаны инструменты анализа для обработки результатов измерений. Эти инструменты могут представлять информацию как отдельные события (сигналы помех в энергосистеме), тенденции или статистические сводки. Сравнивая события с библиотеками типичных шаблонов изменения качества электроэнергии и коррелируя с системными событиями (например, переключением конденсаторов), можно определить причины изменений. Таким же образом измеренные данные должны быть сопоставлены с воздействиями, чтобы помочь определить чувствительность оборудования конечного использования к изменению качества электроэнергии. Это поможет определить оборудование, требующее кондиционирования воздуха, и предоставить спецификации для защиты, которые могут быть разработаны на основе характеристик изменения качества электроэнергии.

Многофункциональные измерительные приборы

Современные многофункциональные приборы обеспечивают получение результатов не только в цифровом формате, но и в денежном эквиваленте. Модели отличаются рядом показателей:

  • задачи;
  • область применения;
  • функционал.

Модели нового поколения ускоряют процесс получения значений по прогнозированию, фиксации, устранению и предотвращению возникновения новых проблем в работе системы. С помощью специальных аппаратов, специалисты определяют механические и электрические параметры.

Отсутствие контроля приводит к частым неполадкам, сбоям энергосистемы и чрезмерным расходам электричества. Общего показателя эффективности работы сети недостаточно для проведения глубинного анализа. Большие предприятия обращаются в сертифицированные службы для осуществления контроля над всеми компонентами рабочей зоны.

Важно анализировать нагрузки в динамике. Это позволит выявить уровень износа электросети и своевременно провести мероприятия по устранению потенциальных угроз

При выявлении вины поставщика, потребитель будет лишен необходимости брать на себя обязанность по решению проблем.

Средства измерения и принцип их действия

Измерение величин и проверку их соответствия нормам выполняет специальный прибор — анализатор качества электроэнергии.

В конструкцию прибора включен измеритель электрических величин, несколько раз за короткие временные интервалы фиксирующий напряжения и токи. Принцип его работы получил название “стробирование” или “сэмплирование”.

Выполняющаяся с использованием современных средств измерений проверка качества электроэнергии позволяет получить о системе следующую информацию:

  • токи и пиковые нагрузки мощности сети;
  • определение времени суток с наибольшей потребностью системы в электрической энергии;
  • время падения и провалов напряжения;
  • величина несимметрии и искажения кривых тока и напряжения системы;
  • различные переходные процессы в сети;
  • сложившееся в процессе функционирования сети постоянное отклонение уровня напряжения.

Показатели качества электроэнергии в электрических сетях

Анализаторы качества электроэнергии производятся в мобильном и стационарном исполнении

Советуем изучить — Как работает электрический генератор

Ими могут осуществляться разовые проверки или постоянная оценка соответствия, имеющая важное значение для обнаружения некорректной работы звеньев распределительной системы и выявления неполадок

Что такое качество электроэнергии?

Термин «качество электроэнергии» в МЭК определяется как набор параметров, определяющих параметры качества электроэнергии, доставляемой потребителю в нормальных условиях работы, с точки зрения бесперебойности и характеристик напряжения (симметрии, частоты, амплитуды, формы). В стандарте IEEE Std. 1100-1999 качество электроэнергии определяется как «реализация питания и заземления электронного оборудования способом, который обеспечивает нормальную работу этого оборудования и совместим с электрической сетью и другим подключенным оборудованием».

Как следует из этих определений, понятие «качество электроэнергии» включает в себя все аспекты энергоснабжения. Составляющие качества электроэнергии могут быть разделены на 3 категории: стабильность напряжения, бесперебойность подачи питания и форма напряжения. На основании этой классификации определены два критерия оценки качества электроэнергии и соответствующие конфигурации центра управления качеством

Первый из них предполагает большую важность стабильности амплитуды напряжения, то есть предотвращение провалов и выбросов напряжения, повышенного и пониженного напряжения. Второй критерий предполагает наибольшую важность бесперебойности электроснабжения

Коэффициент несимметрии

Это один из основных параметров при оценке качества работы в трехфазных и двухфазных сетях. Превышение коэффициента, наблюдается при неравномерном распределении нагрузки по фазам. Параметр регламентирован ГОСТом и используется при проведении любых проверок сети.

Не все процессы происходят систематически. Существует ряд характеристик, которые фиксируются в случайных ситуациях. Для их возникновения требуются определенные условия и совпадения по сопутствующим изменениям.

Прерывание напряжения случается во время аварий или плановых ремонтных работ. Провалы возникают при подключении оборудования высокой мощности, или коротких замыканиях. Перенапряжения фиксируются по ряду причин:

  • короткие замыкания;
  • резкое снижение нагрузки;
  • обрывы нейтральных проводников;
  • замыкания на землю.

При воздействии молний происходят импульсивные перенапряжения.

Минимальный интервал измерений составляет неделю. За 7 дней прибор собирает достаточное количество информации для подготовки точных результатов. Математический алгоритм исключает риск ошибки и позволяет автоматизировать процесс измерений. В результате пользователь получает усредненные значения и определяет основные проблемы в работе сети.

Проблема № 2. Наличие высших гармоник в сети

Качество электроэнергии определяется амплитудой, частотой и наличием искажения формы сигнала, идущего от системы электроснабжения. «В то время как первые две характеристики в значительной мере зависят от электроснабжающей компании, форма волны (напряжения или тока) искажается потребителями. Ведь в настоящее время большинство типовых нагрузок на предприятиях являются нелинейными, например, работа частотно-регулируемых приводов, выпрямителей, ИБП, компьютеров, энергосберегающих ламп и т.д. Вышеперечисленные устройства потребляют ток источника, не соответствующий форме волны напряжения, в итоге она искажается высшими гармониками», — поясняет Виталий Побокин, главный инженер проектов . Высшие гармоники являются растущей проблемой для поставщиков и потребителей электроэнергии, так как ведут к:

  • снижению эффективности и увеличению энергопотребления;
  • перегреву кабелей, электродвигателей и трансформаторов;
  • повреждению чувствительного оборудования;
  • срабатыванию автоматических выключателей;
  • выгоранию предохранителей;
  • преждевременному износу оборудования;
  • перегреву и выходу из строя конденсаторов;
  • появлению сильных токов в нейтральных проводах;
  • возникновению резонанса в сети;
  • отказу в подключении к электроснабжающим сетям в случае слишком высокого уровня гармоник.

На сегодняшний день самым современным и эффективным решением по компенсации высших гармонических составляющих является использование активных фильтров (АФГ). Они строятся, например, на модулях IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и цифровых сигнальных процессорах (ЦСП).

Принцип применения АФГ прост: силовая электроника используется для генерирования гармонических токов, в противофазе тока гармоник, вызванных работой нелинейных нагрузок, таким образом, чтобы синусоида сохраняла максимально правильную форму.

Показатели качества электроэнергии в электрических сетях

Рис. 3. Схема подключения активного фильтра гармоник

При помощи трансформаторов тока измеряется ток нагрузки, который анализируется ЦСП для определения картины спектра гармоник. Полученные данные используются генератором тока для производства и инжекции в сеть именно такой гармонической величины (по амплитуде, форме и фазе), которая необходима для компенсации искажений нагрузки в следующем цикле синусоиды тока.

Так как активный фильтр работает на основе данных, получаемых от трансформатора, оборудование динамически адаптируется к изменениям в гармониках нагрузки. В связи с тем, что процессы анализа и генерирования контролируются программным обеспечением, устройство легко программируется на компенсацию только отдельных гармоник.

Показатели качества электроэнергии в электрических сетях

Рис. 4. Активные фильтры гармоник

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 нижеследующие 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 допустимым отклонением

напряжения считается диапазон в 5%, то есть: +/-5% (от 209 В до 231 В).Предельно допустимым отклонением напряжения считается диапазон в 10%, то есть: +/-10% (от 198 В до 242 В).

Для определенных выше 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 допустимым колебанием

напряжения считается диапазон в 5%, то есть: +/-5% (от 209 В до 231 В).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 электроэнергии в сети (ГОСТ Р 54149-2010 «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.

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 допустимым колебанием

напряжения считается диапазон в 5%, то есть: +/-5% (от 209 В до 231 В).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 электроэнергии в сети (ГОСТ Р 54149-2010 «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.

Результаты по контрольной точке ТС 10/04 кВ «Plavda»

Данная трансформаторная подстанция снабжает электроэнергией несколько частных подворий рядом с водопроводно-канализационной организацией в Тивате. Установленная мощность силового трансформатора составляет 1000 кВА. Зарегистрированные данные представлены на следующих рисунках.

Рисунок 13. Изменения напряжений в точке ТС «Plavda»

Рисунок 14. Изменения коэффициента THDU в точке ТС «Plavda»

Рисунок 15. Изменения 3-й гармоники напряжений в контрольной точке ТС 10/04 кВ «Plavda»

Рисунок 16. Изменения 5-й гармоники напряжений в контрольной точке ТС 10/04 кВ «Plavda»

В данном случае, доминирующее влияние на форму кривой коэффициента THDU имеет 3-я гармоника напряжения (рисунок 15). Наибольшее значение 3-й гармоники напряжения бывает рано утром (4,03%). У водопроводно-канализационной организации имеются несколько небольших однофазных асинхронных двигателя и два трехфазных асинхронных двигателя с частотной регулировкой.

Характеристики отдельного источника питания системы качества электроэнергии для трехфазной 4-проводной системы переменного тока

Простейшая схема, позволяющая получить различные уровни качества электроэнергии для однофазной нагрузки, показана на рис. 7. Система может выдавать 3 уровня качества электроэнергии на однофазную нагрузку при использовании трёхфазной 4-проводной системы переменного тока, одного преобразователя и аккумуляторных батарей. Этот центр управления качеством подобен изображённому на рис. 3 и является его однофазной версией. Устройство имеет несколько рабочих режимов.

Обычный режим работы. Система компенсирует трёхфазную асимметрию и гармоники напряжения, возникающие из-за нагрузки, а также токи гармоник нагрузки. Если имеется обратная мощность, генерируемая на стороне нагрузки, она накапливается в аккумуляторной батарее.

Режим компенсации кратковременных просадок напряжения. Кратковременные просадки напряжения в линиях наивысшего и высокого качества компенсируются добавлением реактивной мощности от преобразователя. Кратковременные просадки напряжения в линии нормального качества не компенсируются. Номинальный ток линии нормального качества может быть меньше, чем для других фаз, потому что эта линия не должна обеспечивать реактивный ток для компенсации кратковременных просадок напряжения.

Режим ИБП. Во время работы ИБП работает только линия наивысшего качества преобразователя, транзисторы двух других фаз закрыты. Преобразователь действует как ИБП параллельного типа, и энергия поступает от аккумуляторной батареи.

Таблица 7. Определение качества электроэнергии для центра управления качеством рис. 7

События Нормальное качество Высокое качество Наивысшее качество
Повышенное и пониженное напряжение О О О
Кратковременные просадки напряжения Х О О
Выбросы напряжения Х О О
Сдвиг фаз Х Х О
Скачки Х О О
Кратковременные прерывания Х Х О
Временные прерывания Х Х О
Длительные перерывы Х Х Х
Переходные процессы Х Х Х
Трёхфазная асимметрия напряжения Δ Δ Δ
Гармоники напряжения Δ Δ Δ
Гармоники тока О О О

Подробная конфигурация экспериментального устройства приведена на рис. 8. Основными компонентами конфигурации являются трёхфазный преобразователь, аккумуляторные батареи и тиристорный ключ в фазе с энергией наивысшего качества. В качестве контроллера, показанного на рис. 8, используется цифровой сигнальный процессор ЦСП. В обычном рабочем режиме трёхфазный ток преобразуется в координаты d-q. Измеряются и компенсируются обратная последовательность, нулевая последовательность и компоненты гармоник токов нагрузки. В режиме компенсации кратковременных просадок напряжения реактивная мощность для компенсации напряжения подаётся в фазы А и В. В режиме ИБП преобразователь становится обычным источником напряжения и работает только одна фаза А.

На рис. 9 показана компенсация асимметрии тока и симметрия вторичного тока. К линиям наивысшего и высокого качества подключена активная нагрузка 2,3 кВт, к линии нормального качества подключена активная нагрузка 1,3 кВт. Коэффициент асимметрии тока после компенсации – 4,0%. На рис. 10 показана компенсация кратковременных просадок напряжения на линиях наивысшего и высокого качества.

На рис. 11 показаны экспериментальные результаты работы ИБП. Время прерывания питания равно 200 мс. Отсутствие трёхфазного напряжения на первичной стороне компенсируется только в фазе А. Вся энергия на нагрузку фазы А поступает от батареи.

На рис. 12 показана обработка потока обратной мощности от нагрузок, генерирующих электроэнергию (распределенного генератора). Для моделирования распределённого генератора использовался источник тока. К фазам А и В подключена активная нагрузка 1 кВА. К фазе С подключен источник синусоидального тока 50 А (амплитуда) со сдвигом фазы относительно напряжения на 180º. Мощность распределённого генератора больше мощности нагрузок, подключенных к фазам А и В, поэтому будет поток обратной мощности, если не будут приняты меры для его блокирования. Нулевой вторичный ток на рис. 12 свидетельствует о том, что поток обратной мощности отключен от центра управления качеством и заряжает аккумуляторную батарею.

Для системы электроснабжения с разделением потребителей по требованиям к качеству электроэнергии важно определение уровней качества электроэнергии. Аспекты качества электроэнергии, как мы убедились, делятся на 3 категории: стабильность напряжения, бесперебойность подачи питания и форма напряжения

Согласно трем категориям были рассмотрены примеры определения уровня качества и показаны соответствующие конфигурации центра управления качеством.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: